Oxidación y reducción

A veces, quieres saber si dos sustancias pueden reaccionar entre sí o no. Y, otras veces, quieres saber si una sustancia puede captar o ceder electrones. Esto es útil si quieres construir una batería. Para los elementos que suelen crear iones, es bastante simple: los metales quieren perder electrones, los no metales quieren ganar electrones. ¿Por qué es así? Observemos los electrones externos de los átomos.

Aquí vemos dos elementos. Vamos a llamarlos X e Y. X es un metal. Tiene pocos electrones en su capa externa. Y es un no metal.

Tiene muchos electrones en su capa externa, pero necesita todavía más para tener una capa externa completa. Cuando X e Y reaccionan, el metal X cede sus dos electrones. Como cada átomo de Y sólo necesita un electrón, debe haber dos de esos átomos. Forman un compuesto: XY2. La cantidad de carga que un elemento ha perdido o ganado al formar un nuevo compuesto se llama estado de oxidación de ese elemento.

X perdió 2 electrones. Esto significa que tiene una carga positiva de 2. Por lo tanto, su estado de oxidación es más 2. Y ganó 1 electrón. Así que tiene una carga negativa de 1.

Su estado de oxidación es menos 1. Cuando el estado de oxidación del elemento X ha aumentado, decimos que se ha oxidado. La palabra viene del hecho de que la mayoría de los elementos que reaccionan con el gas de oxígeno aumentan su estado de oxidación. Pero la misma palabra se utiliza en reacciones con elementos distintos al oxígeno. El estado de oxidación de Y ha bajado.

Se ha reducido. Una reacción química en la que cambian los estados de oxidación se conoce como reacción redox. En cualquier reacción redox, el cambio total del estado de oxidación debe permanecer inalterable. Para que cada oxidación aumente, tiene que haber una reducción inferior. A veces, cuando mezclas dos sustancias que quieren eliminar electrones o que quieren captar electrones, no sucede nada. ¿Pero cómo puedes saber qué sustancias pueden oxidarse y cuáles reducirse?

Puedes ver qué estado de oxidación (o número de oxidación) tiene un elemento. Cuando una molécula sólo contiene un elemento, por ejemplo N-dos u O-tres, y no forma un compuesto con otro elemento, sus átomos siempre tienen un estado de oxidación de cero. Si los átomos han formado iones, estos siempre tienen el número de oxidación de su carga. Esto quiere decir que cuando un elemento, como el nitrógeno, se convierte en un ion con una carga de menos tres… cada átomo de nitrógeno ha ganado tres electrones… El estado de oxidación de cada átomo ha pasado de cero a menos tres… por tanto, el nitrógeno se ha reducido. Aquí tenemos otro ejemplo.

Un ion de cobre puede tener una carga de +1. A partir de ahí, puede funcionar de dos modos: Se puede oxidar en uno para formar cobre «dos-más», o bien reducirse en uno hasta un átomo de cobre con un estado de oxidación cero. Si el ion de cobre «uno-más» reacciona con algo que quiera robar electrones, se oxidará. Si reacciona con algo que quiere cederle electrones, se reducirá. ¿Para qué nos sirve esto? Bueno, es más probable que ocurran algunas reacciones cuando una sustancia fácil de oxidarse y una sustancia fácil de reducirse se unen.

Y eso también es útil si quieres saber si una sustancia quiere ganar electrones o, por el contrario, perderlos. Por eso necesitamos saber el estado de oxidación de un elemento. Nos dice cuántos electrones ha ganado o perdido al reaccionar con otros elementos.