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FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA: VALENCIA Y NÚMERO DE OXIDACIÓN
30/07/2016
Experimentalmente se comprueba que en cada compuesto los elementos se combinan en una determinada proporción. Por ejemplo, en el cloruro de hidrógeno encontramos que la proporción de átomos de cloro es la misma que la de átomos de hidrógeno, es decir, hay un empate 1:1, lo que significa que un átomo de cloro se une con un átomo de hidrógeno para formar una molécula de HCl. Sin embargo, en el hidruro de calcio (CaH2), por cada átomo de calcio hay dos de hidrógeno, así que en este caso la proporción es 1:2. En la molécula de agua (H2O) hay dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno, por lo que la proporción es 2:1. Mientras que en la cal (CaO) la proporción es 1:1, con un átomo de oxígeno por cada átomo de calcio. Es fácil darse cuenta que cada elemento tiene una capacidad de combinarse con otros elementos distinta, y a esta capacidad la denominamos valencia química.
Tradicionalmente, la valencia de un elemento se define como el número de hidrógenos que pueden combinarse con él.
En los ejemplos anteriores, vemos que el cloro se une a un hidrógeno mientras que el calcio y el oxígeno se unen a dos hidrógenos. En consecuencia, la valencia del cloro es 1 y tanto la del calcio como la del oxígeno es 2. De manera similar, podríamos decir que la valencia del nitrógeno es 3 en el amoniaco (NH3), y la del carbono es 4 en el metano (CH4). Esta capacidad de unión es característica de cada elemento químico y condiciona la manera en la que se unen con otros elementos distintos de hidrógeno.
Vamos a imaginar por un momento que los átomos son como piezas de lego, con tamaños y formas diferentes para cada elemento químico. La valencia indicaría el número de salientes o cavidades que posee cada átomo, de manera que al formar una molécula, los salientes de uno deben encajar en las cavidades de otro. Un átomo de cloro se une a un átomo de hidrógeno, ya que entre ellos sólo hay un punto de unión. Pero el oxígeno y el calcio tienen valencia dos, es decir, poseen dos puntos de unión, y en cada uno se encaja un hidrógeno, por lo que en los compuestos correspondientes hay el doble de átomos de hidrógeno que de oxígeno o de calcio. ¿Y qué ocurre cuando el calcio se une al oxígeno? Pues que como ambos tienen dos puntos de unión, solo hace falta uno de cada para formar una molécula de CaO. ¿Y si es el nitrógeno el que se une al oxígeno? Como el nitrógeno tiene valencia 3 y el oxígeno valencia 2, nos encontraríamos en una situación en la que las piezas no encajan a la perfección, y la opción preferida por las moléculas es la de encontrar la combinación de átomos más sencilla posible que equilibre la situación, es decir, aquella en la que el número de salientes coincida con el de cavidades, para garantizar que la estructura que se forma sea resistente y estable. Por eso, en la combinación de nitrógeno y oxígeno, se emplean dos nitrógenos (con valencia tres cada uno) y tres oxígenos (con valencia dos cada uno), obteniéndose la molécula N2O3.
Así, nos encontramos que en realidad la valencia de los átomos está relacionada con la capacidad para aceptar o ceder electrones, y como en este proceso se ganan o pierden cargas, se puede hablar de una valencia negativa y de una valencia positiva, respectivamente. Esto es lo que se conoce como número de oxidación:
El número de oxidación es el número de electrones (indicado en números romanos) que un elemento cede o acepta cuando se combina con otro: si los cede, su número de oxidación tiene signo + (pues adquiere carga positiva) y si los acepta, su número de oxidación tiene signo – (pues adquiere carga negativa).
Lo que ocurre es que no siempre los átomos consiguen todos los electrones que necesitan, o no siempre encuentran otros átomos que acepten todos los que no quieren. Digamos que, a veces, negocian entre ellos situaciones intermedias, conformándose con un número de electrones comprendido entre los que tienen y los que desearían tener. Esto significa que los átomos de un cierto elemento no tienen siempre el mismo número de oxidación. En realidad pueden mostrar varios números de oxidación, con preferencia de unos sobre otros. A veces, incluso, cuando ambos compiten por llevarse un electrón (los dos átomos tienen tendencia a coger electrones) hay alguno que es más insistente y acaba ganándolo, a costa del otro que lo pierde. Por eso nos encontramos también con elementos (los no metálicos) que no solo pueden tener estados de oxidación de diferente valor numérico, sino que también los tienen de signo contrario, en función del elemento químico con el que se asocien.
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