Debido a
que las moléculas están sometidas a la ley de la conservación de la carga, eso
implica que su carga relativa total es igual a la suma de cargas relativas de
los átomos que las componen:
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En este
caso la cantidad de elementos puede ser cualquiera de los 118 elementos de la
tabla periódica, por lo que no podemos desplegar la ecuación anterior de forma
tan general como si pudimos hacerlo para un átomo que está compuesto
sólo por 3 partículas.
Sin embargo,
el hecho de que aparezca el término subíndice de una fórmula química, implica
necesariamente que podemos predecir los subíndices empleando las relaciones de
cargas relativas, que al estar reportadas en la tabla periódica, nos permitirá
predecir fórmulas químicas con los estados de oxidación de los elementos
respectivos, lo cual literalmente justifica el proceso de formulación química
teórica y nomenclatura química.
Cálculo
de subíndices en moléculas binarias o iones de dos elementos.
Una
molécula binaria es aquella cuya fórmula molecular posee dos elementos (I, J)
con sus respectivos subíndices. Si la molécula o ion binario que estamos
analizando sólo tiene dos elementos, podemos desplegar la ley de la
conservación de la carga como 6.2. A partir de esa ecuación podemos
obtener otras fórmulas para determinar las fórmulas empíricas de algunas
sustancias:
👉 Enunciado: Determine los subíndices
más probables para una molécula binaria entre Ti(+4) y O(-2).
👉
Enunciado: Determine el número de oxígenos para un ion biatómico de carga
total -2, compuesto por azufre de carga +4. Asuma que el azufre posee menos
átomos que el oxígeno.
Cálculo de subíndices en moléculas iónicas no binarias
Las sales
oxoácidas están compuestas por más de dos elementos, pero en esencia siguen
siendo como si fueran binarias, ya que un grupo de elementos forman un anión o
ente negativo y uno o ms elementos formaran un catión o ente positivo, por lo
que podemos reciclar la ecuación 6.3.
👉 Enunciado: Determine los subíndices
más probables para una molécula iónica entre NH4(+) y CO3(-2)
Calculando la carga relativa promedio de un
elemento
Para calcular la carga de un elemento cualquiera en una
molécula constituida por una cantidad indeterminada de elementos, asumiremos
que su carga es neutra y modificamos la ley de la conservación de la carga del
siguiente modo.
👉 Enunciado: Demuestre la fórmula que
permite calcular el estado de oxidación de un elemento justificándose en la ley
de la conservación de la carga para una molécula neutra y para un ion diatómico
y poliatómico.
👉 Enunciado: Determine el estado de
oxidación de S en H2SO3 sabiendo que H es (+1) y O (-2).
👉
Enunciado: Determine
el estado de oxidación del carbono en la glucosa C6H12O6.
Es
importante recalcar que, aunque el número de carga (zI)
calculado a través de la ecuación 6.5 muchas veces coincide con los estados de
oxidación reportados en la tabla periódica, ese no es necesariamente el caso en
todas las situaciones posibles. La razón para esta discrepancia es muy simple, en
algunas moléculas algunos átomos de un mismo elemento pueden tener un estado de
oxidación diferente que otros átomos del mismo elemento. Sin embargo, estas
diferencias no son tomadas en cuenta en la ecuación 6.5, pues ésta asume que
todos los átomos en una molécula tienen el mismo número de carga.
De lo
anterior se deduce que si nos encontramos ante una de estas moléculas en las
cuales algunos átomos tienen diferentes estados de oxidación, entonces
obtendremos números de carga promedio,
y en algunas ocasiones estos números de carga promedio van a ser valores fraccionarios o decimales.
En
consecuencia, si en algunas ocasiones obtiene números de carga que no son
iguales a los estados de oxidación reportados en la tabla periódica, y que para
colmo son números fraccionarios o decimales, no desespere, pues se encuentra
ante una de estas moléculas en las cuales no todos los átomos de un mismo
elemento comparten el mismo estado de oxidación, como por ejemplo H2S4O5,
en la que si calculamos el número de carga del azufre obtenemos (+2.5).
Química la ciencia central 13.
(6.32) (Problema-20.17a) Identificar los estados de oxidación de los elementos que se oxidan y
reducen I2O5 +
CO → I2 + 5 CO2
(6.33) (Problema-20.17b) Identificar los estados de oxidación
de los elementos que se oxidan y reducen 2 Hg(2+) + N2H4 → 2 Hg +
N2 + 4H(+)
(6.34) (Problema-20.17c) Identificar los estados de oxidación
de los elementos que se oxidan y reducen 3 H2S
+ 2H(+) + 2 NO3(-) → 3 S + 2 NO + 4 H2O
(6.35) (Problema-20.18a) Identificar los estados de oxidación
de los elementos que se oxidan y reducen 2 MnO4(-) + 3 S(2-) + 4 H2O
→ 3 S + 2 MnO2 + 8 OH(-)
(6.36) (Problema-20.18b) Identificar los estados de oxidación
de los elementos que se oxidan y reducen 4 H2O2 + Cl2O7
+ 2 OH(-) → 2 ClO2(-) + 5 H2O + 4 O2
(6.37) (Problema-20.18c) Identificar los estados de oxidación
de los elementos que se oxidan y reducen Ba(2+)
+ 2 OH(-) + H2O2 + 2 ClO2 → Ba(ClO2)2
+ 2 H2O + O2
(6.38) (Problema-20.19a) Indique
si PBr3 + 3 H2O → H3PO3
+ 3 HBr involucra oxidación-reducción. Si es así, identifique los elementos que
sufren cambios en el número de oxidación.
(6.39) (Problema-20.19b) Indique si NaI
+ 3 HOCl → NaIO3 + 3
HCl involucra oxidación-reducción.
Si es así, identifique los elementos que sufren cambios en el número de oxidación.
(6.40) (Problema-20.19c) Indique si 3
SO2 + 2 HNO3 + 2 H2O → 3 H2SO4
+ 2 NO involucra oxidación-reducción.
Si es así, identifique los elementos que sufren cambios en el número de oxidación.
(6.41) (Problema-20.20a) Indique si 2 AgNO3 +
CoCl2 → 2 AgCl+ Co(NO3)2 involucra oxidación-reducción. Si es así,
identifique los elementos que sufren cambios en el número de oxidación.
(6.42) (Problema-20.20b) Indique si 2 PbO2 → 2 PbO + O2 involucra oxidación-reducción. Si es así,
identifique los elementos que sufren cambios en el número de oxidación.
(6.43) (Problema-20.20c) Indique si 2 H2SO4
+ 2 NaBr → Br2 + SO2 + Na2SO4 + 2 H2O involucra oxidación-reducción. Si es así,
identifique los elementos que sufren cambios en el número de oxidación.
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