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Física y Química 3.º ESO · Números de oxidación y sustancias simples

Valencia y número de oxidación: los más frecuentes

Objetivo: Al terminar, sabrás qué es el número de oxidación, en qué se diferencia de la valencia y cuáles son los números de oxidación más frecuentes de los metales y no metales que se usan para formular.

Explicación

¿Por qué hace falta un número para formular?

Para escribir la fórmula de un compuesto hay que saber en qué proporción se combinan sus átomos. Ya lo viste con los compuestos iónicos: el calcio forma iones $\text{Ca}^{2+}$ y el cloro iones $\text{Cl}^{-}$ , así que hacen falta dos cloruros por cada calcio: $\text{CaCl}_2$ . Para no tener que dibujar capas cada vez, a cada elemento se le asigna un número que resume cómo se combina.

Valencia y número de oxidación

La valencia es la capacidad de combinación de un átomo: el número de electrones que gana, pierde o comparte al unirse a otros. Es un número sin signo. Es el término que se usaba antes y aún lo verás en algunos libros.
El número de oxidación es la carga que tendría un átomo en un compuesto si todos sus enlaces fueran iónicos. Lleva signo:
- positivo si el átomo cede electrones (o los «presta» a otro): los metales siempre, y los no metales cuando se unen al oxígeno;
- negativo si el átomo gana electrones: los no metales cuando se unen a un metal o al hidrógeno.

En la sal común, $\text{NaCl}$ , el número de oxidación del sodio es $+1$ y el del cloro, $-1$ : coinciden con las cargas de los iones $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ . En el agua, $\text{H}_2\text{O}$ , el hidrógeno tiene $+1$ y el oxígeno, $-2$ .

Fíjate en cómo se escribe: en el número de oxidación el signo va delante ( $+2$ , $-3$ ); en la carga de un ion, detrás ( $\text{Mg}^{2+}$ , $\text{N}^{3-}$ ).

Pistas en la tabla periódica

Los números de oxidación «normales» salen de los electrones de la última capa, igual que los iones:

Grupo	1	2	13	14	15	16	17
Electrones en la última capa	1	2	3	4	5	6	7
Número de oxidación	$+1$	$+2$	$+3$	$-4$	$-3$	$-2$	$-1$

Pero hay elementos con varios números de oxidación: muchos metales de transición (hierro, cobre, plomo…) y los no metales cuando se combinan con el oxígeno. Esos hay que aprenderlos.

Los números de oxidación más frecuentes

Metales (siempre positivos)

Número de oxidación	Elementos
$+1$	litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs), plata (Ag)
$+2$	berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba), cinc (Zn), cadmio (Cd)
$+3$	aluminio (Al)
$+1$ y $+2$	cobre (Cu), mercurio (Hg)
$+1$ y $+3$	oro (Au)
$+2$ y $+3$	hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni)
$+2$ y $+4$	estaño (Sn), plomo (Pb), platino (Pt)

Hidrógeno y no metales

Elemento	Con metales o con hidrógeno (negativo)	Con oxígeno (positivos)
hidrógeno (H)	$-1$ (solo con metales)	$+1$ (con no metales)
flúor (F)	$-1$	—
cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I)	$-1$	$+1$ , $+3$ , $+5$ , $+7$
oxígeno (O)	$-2$	—
azufre (S), selenio (Se), teluro (Te)	$-2$	$+2$ , $+4$ , $+6$
nitrógeno (N)	$-3$	$+1$ , $+2$ , $+3$ , $+4$ , $+5$
fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb)	$-3$	$+3$ , $+5$
carbono (C)	$-4$	$+2$ , $+4$
silicio (Si)	$-4$	$+4$
boro (B)	$-3$	$+3$

Cómo aprenderla: primero los metales con un solo número (los del grupo 1 y la plata con $+1$ ; los del grupo 2 y el cinc con $+2$ ; el aluminio con $+3$ ); después los metales de dos números, por parejas; por último, el número negativo de cada no metal, que es la carga de su anión.

Puntos clave

La valencia es un número sin signo; el número de oxidación lleva signo.
Los metales siempre tienen números de oxidación positivos.
Un no metal tiene número de oxidación negativo cuando se une a un metal o al hidrógeno, y positivo cuando se une al oxígeno.
El oxígeno actúa casi siempre con $-2$ y el flúor siempre con $-1$ .
Algunos elementos tienen varios números de oxidación (Fe: $+2$ y $+3$ ; Cu: $+1$ y $+2$ ) y hay que saberlos de memoria.
En el número de oxidación el signo va delante ( $+2$ ); en la carga del ion, detrás ( $\text{Mg}^{2+}$ ).

Errores frecuentes

ErrorDar a un metal un número de oxidación negativo (por ejemplo, $-2$ al magnesio porque «le faltan 6 para 8»).
Cómo corregirloLos metales tienen pocos electrones en la última capa y los pierden: su número de oxidación es siempre positivo. El magnesio (2, 8, 2) actúa con $+2$ .
ErrorEscribir los números de oxidación con el signo detrás ( $2+$ ) o las cargas con el signo delante ( $\text{Mg}^{+2}$ ).
Cómo corregirloNúmero de oxidación: $+2$ . Carga del ion: $\text{Mg}^{2+}$ .
ErrorPensar que cada elemento tiene un único número de oxidación.
Cómo corregirloMira la tabla: el hierro puede actuar con $+2$ o con $+3$ , y el azufre con $-2$ , $+2$ , $+4$ o $+6$ según con quién se combine.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Leer la tabla periódica tabla periódica (deducir el número de oxidación por el grupo)

Sin mirar la tabla de números de oxidación, deduce el número de oxidación más habitual de: potasio (grupo 1), bario (grupo 2), aluminio (grupo 13), bromo (grupo 17), selenio (grupo 16) y fósforo (grupo 15) cuando se une a un metal.

Resolución

Contamos los electrones de la última capa (coinciden con la última cifra del grupo) y vemos si al átomo le resulta más fácil perderlos o ganar los que le faltan para 8:

Elemento	Electrones en la última capa	¿Qué hace?	Número de oxidación
K	1	pierde 1	$+1$
Ba	2	pierde 2	$+2$
Al	3	pierde 3	$+3$
Br	7	gana 1	$-1$
Se	6	gana 2	$-2$
P	5	gana 3	$-3$

Son las mismas cifras que las cargas de sus iones ( $\text{K}^{+}$ , $\text{Ba}^{2+}$ , $\text{Al}^{3+}$ , $\text{Br}^{-}$ , $\text{Se}^{2-}$ , $\text{P}^{3-}$ ), pero con el signo delante.

Ejemplo 2. Los dos óxidos del estaño situación real (elementos con varios números de oxidación)
La casiterita, el mineral del que se obtiene el estaño, contiene $\text{SnO}_2$ . El estaño forma también otro óxido, $\text{SnO}$ , un polvo de color oscuro. a) ¿Qué número de oxidación tiene el oxígeno? b) Sabiendo que en un compuesto las cargas se compensan, ¿con qué número de oxidación actúa el estaño en cada uno? c) ¿Coincide con la tabla?

Resolución
a) El oxígeno actúa con $-2$ .

b) En $\text{SnO}$ hay un Sn por cada O: para compensar un $-2$ , el estaño tiene que ser $+2$ . En $\text{SnO}_2$ hay 2 O, que suman $2 \cdot (-2) = -4$ ; el Sn tiene que ser $+4$ .

c) Sí: en la tabla el estaño aparece con $+2$ y $+4$ . Por eso hay dos óxidos de estaño distintos, con propiedades diferentes. Más adelante aprenderás a darles nombres que los distinguen.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Completa la tabla (puedes usar la tabla de números de oxidación de la explicación):

Elemento Símbolo ¿Metal o no metal? Número(s) de oxidación

sodio

magnesio

aluminio

plata

cinc

oxígeno

flúor
Ver solución
Na, metal, +1; Mg, metal, +2; Al, metal, +3; Ag, metal, +1; Zn, metal, +2; O, no metal, −2; F, no metal, −1.
- Sodio: Na, metal, $+1$ .
- Magnesio: Mg, metal, $+2$ .
- Aluminio: Al, metal, $+3$ .
- Plata: Ag, metal, $+1$ .
- Cinc: Zn, metal, $+2$ .
- Oxígeno: O, no metal, $-2$ .
- Flúor: F, no metal, $-1$ .
2. Fácil
Clasifica estos metales según tengan un solo número de oxidación o dos, e indica cuáles son: hierro, potasio, cobre, calcio, plomo, plata, oro, níquel.
Ver solución
Uno: potasio (+1), calcio (+2), plata (+1). Dos: hierro (+2, +3), cobre (+1, +2), plomo (+2, +4), oro (+1, +3), níquel (+2, +3).
- Un solo número de oxidación: potasio $+1$ ; calcio $+2$ ; plata $+1$ .
- Dos números de oxidación: hierro $+2$ y $+3$ ; cobre $+1$ y $+2$ ; plomo $+2$ y $+4$ ; oro $+1$ y $+3$ ; níquel $+2$ y $+3$ .
3. Media
Escribe el número de oxidación negativo de cada no metal y el ion que forma: a) cloro; b) azufre; c) nitrógeno; d) carbono; e) yodo; f) fósforo. ¿Con qué tipo de elementos actúan con ese número negativo?

Ver solución
a) −1, Cl⁻. b) −2, S²⁻. c) −3, N³⁻. d) −4, C⁴⁻. e) −1, I⁻. f) −3, P³⁻. Con metales (y con el hidrógeno).
a) Cl: $-1$ → $\text{Cl}^{-}$ . b) S: $-2$ → $\text{S}^{2-}$ . c) N: $-3$ → $\text{N}^{3-}$ . d) C: $-4$ → $\text{C}^{4-}$ . e) I: $-1$ → $\text{I}^{-}$ . f) P: $-3$ → $\text{P}^{3-}$ .

Usan el número negativo cuando se combinan con un metal (o con el hidrógeno), porque entonces son ellos los que ganan electrones.
4. Media
¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) El calcio puede actuar con $-2$ . b) El oxígeno actúa casi siempre con $-2$ . c) El cloro solo tiene el número de oxidación $-1$ . d) La valencia del aluminio es 3 y su número de oxidación, $+3$ . e) El número de oxidación del ion $\text{S}^{2-}$ se escribe $2-$ .

Ver solución
a) F (+2). b) V. c) F (−1, +1, +3, +5, +7). d) V. e) F (se escribe −2).
a) Falso. El calcio es un metal: su número de oxidación es $+2$ . b) Verdadero. c) Falso. Con metales e hidrógeno actúa con $-1$ , pero con el oxígeno puede actuar con $+1$ , $+3$ , $+5$ o $+7$ . d) Verdadero. La valencia no lleva signo; el número de oxidación, sí. e) Falso. El número de oxidación lleva el signo delante: $-2$ . Lo de $2-$ es la forma de escribir la carga del ion.

Para practicar más

1. Fácil
Intenta escribir de memoria el número o los números de oxidación de: litio, bario, cinc, plata, níquel, estaño, oro y mercurio. Después compruébalo con la tabla de la explicación y repasa los que hayas fallado.

Ver solución
Li +1; Ba +2; Zn +2; Ag +1; Ni +2, +3; Sn +2, +4; Au +1, +3; Hg +1, +2.
Litio $+1$ ; bario $+2$ ; cinc $+2$ ; plata $+1$ ; níquel $+2$ y $+3$ ; estaño $+2$ y $+4$ ; oro $+1$ y $+3$ ; mercurio $+1$ y $+2$ .
2. Fácil
Escribe todos los números de oxidación del cloro, el nitrógeno, el carbono y el azufre. Subraya en cada caso el que usan cuando se combinan con un metal.
Ver solución
Cl: −1, +1, +3, +5, +7. N: −3, +1, +2, +3, +4, +5. C: −4, +2, +4. S: −2, +2, +4, +6. Con metales: el negativo (−1, −3, −4, −2).
- Cloro: $-1$ , $+1$ , $+3$ , $+5$ , $+7$ .
- Nitrógeno: $-3$ , $+1$ , $+2$ , $+3$ , $+4$ , $+5$ .
- Carbono: $-4$ , $+2$ , $+4$ .
- Azufre: $-2$ , $+2$ , $+4$ , $+6$ .
Con los metales usan siempre el negativo, porque son ellos los que ganan electrones.
3. Media
Marta dice: «El magnesio ( $Z = 12$ ) tiene número de oxidación $-6$ , porque le faltan 6 electrones para tener 8 en la última capa». a) Escribe la distribución en capas del magnesio. b) ¿Qué le resulta más fácil, ganar 6 electrones o perder 2? c) ¿Cuál es entonces su número de oxidación?

Ver solución
a) 2, 8, 2. b) Perder 2. c) +2.
a) $Z = 12$ → 2, 8, 2. b) Es mucho más fácil perder los 2 electrones de la última capa y quedarse con la anterior completa (2, 8) que ganar 6. c) Al perder 2 electrones, su número de oxidación es $+2$ (forma el ion $\text{Mg}^{2+}$ ). Los metales tienen siempre números de oxidación positivos.
4. Difícil
El cobre de los cables viejos puede cubrirse de dos óxidos: uno rojizo, $\text{Cu}_2\text{O}$ , y otro negro, $\text{CuO}$ . El oxígeno actúa con $-2$ . a) ¿Con qué número de oxidación actúa el cobre en cada óxido? b) ¿Encaja con los números de oxidación del cobre de la tabla?

Ver solución
a) En Cu₂O, +1; en CuO, +2. b) Sí: el cobre tiene +1 y +2.
a) En $\text{Cu}_2\text{O}$ : el O aporta $-2$ ; los 2 Cu deben sumar $+2$ , así que cada Cu es $+1$ . En $\text{CuO}$ : un Cu compensa un $-2$ → $+2$ . b) Sí: en la tabla el cobre tiene $+1$ y $+2$ .