Número de Oxidação (NOX)

O que é Número de Oxidação (NOX) e Oxirredução? 
Quando falamos de número de oxidação (NOX) referente a compostos iônicos estamos nos referindo às cargas dos mesmos.
Oxirredução é a reação da distribuição de elétrons entre compostos iônicos.
Quando um elemento está em seu estado neutro, ele contém carga (NOX) igual a zero.
Um átomo pode estar em seu estado neutro quando este possui o número de prótons igual ao número de elétrons, ou seja, o átomo não será nem positivo nem negativo, pois as cargas opostas numa mesma quantidade se anulam.
Caso o átomo tenha um número diferente entre os elétrons e prótons, ele passa a ser um íon.
Sendo o íon positivo (mais prótons do que elétrons) um cátion, enquanto o íon negativo (mais elétrons do que prótons), um ânion.
O átomo que transfere seus elétrons aumenta sua carga positiva pois ele se livra de cargas negativas, por tanto, dizemos que ele oxidou, aumentou seu NOX.
Por exemplo, no caso do Cálcio: Como ele pertence a família IIA na tabela periódica, conclui-se que ele possui 2 elétrons em sua camada de valência, e como metal ele irá transferir seus elétrons da camada de valência para de estabilizar.
Seu átomo neutro, ou seja, o Cálcio no estado metálico, ao oxidar fica com carga positiva, pois ele ficou com 2 prótons (carga positiva) a mais que a quantidade de elétrons (carga negativa) em seu núcleo. 
A reação química pode ser escrita da seguinte forma:




O cálcio ao oxidar em meio aquoso (Aq) se torna um cátion com carga +2 e perde 2 elétrons (2e-).


Um átomo que recebe elétrons diminui sua carga positiva, por tanto, quando algum átomo passa a receber elétrons podemos dizer que ele reduziu seu NOX.
Para demonstrar a reação de redução, vamos tomar como exemplo o cloro (Cl).
Ao receber elétrons por ser um ametal, ele passa de estado neutro e se torna um ânion, pois recebeu carga negativa.
O cloro como halogênio pertence a família VIIA na tabela periódica, portanto, para ficar estável ele precisa receber apenas 1 elétron:



Por fim, oxidação é a perda de carga negativa e redução é o aumento de cargas negativas (elétrons).

Em compostos iônicos é muito simples encontrar suas respectivas cargas, como por exemplo, no caso do óxido de alumínio:



O que você deve simplesmente fazer para encontrar suas cargas (NOX) é inverter seus índices atômicos.
No caso do alumínio, ele tem índice atômico 2. Passe este índice como número de oxidação para o oxigênio, com o sinal de negativo.
No caso do oxigênio, seu índice atômico é 3. Faça o mesmo, passe este índice como NOX do alumínio com o sinal de positivo. (Isso porque as cargas dos cátions vem na frente).
Fazendo isso, você logo descobre as cargas dos elementos na ligações iônicas:



Veja mais um exemplo, o seleneto de sódio:



Basta inverter seus índices atômicos, lembrando que o cátion (carga positiva) vem na frente:



Pois bem, você constatou que encontrar as cargas (NOX) dos elementos numa ligação iônica não é tão difícil assim, certo? É só inverter seus índices atômicos, passando-os como expoentes de oxidação para o elemento ao lado, mas isso no caso de compostos iônicos com apenas dois elementos na fórmula, porém, como faríamos para encontrar as cargas de todos os elementos de uma substância composta, como por exemplo:



Como faríamos? Veja abaixo:


NOX Fixos dos elementos:
Alguns elementos já possuem seus números de oxidação (NOX) fixos, veja:

Elementos pertencentes ao grupo dos metais alcalinos + a prata, possuem sempre o NOX +1:

Metais alcalinos: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr => NOX: +1
Prata (Ag) => NOX: +1

Os elementos pertencentes ao grupo dos metais alcalinos terrosos + o zinco possuem o NOX +2:

Metais alcalinos terrosos: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra => NOX: +2
Zinco (Zn) => NOX: +2

O alumínio (Al) tem NOX: +3

Os elementos do grupo dos calcogênios quando estão na extremidade direita da fórmula possuirão NOX -2

Calcogênios: S, Se, Te, Po => NOX: -2

Os elementos do grupo dos halogênios possuem nox -1 quando se encontram na extremidade direita da fórmula:

Halogênios: F, Cl, Br, I, At => NOX: -1

O hidrogênio (H) também terá NOX +1 na maioria dos casos. Este elemento só não terá seu NOX igual a +1 quando ele estiver acompanhado de um único metal, alcalino ou terroso (hidretos metálicos), exemplo:



Nesse caso em particular, o NOX do sódio será +1 e do hidrogênio -1.

Outro exemplo?



Nesta ligação iônica, o magnésio terá NOX +2 e o hidrogênio -2.
Logo, em hidretos metálicos, o hidrogênio terá a carga inversa do metal alcalino ou alcalino terroso que ele está ligado.

Portanto:
Hidrogênio (H) => NOX: +1 (exceto nos casos dos hidretos metálicos)

O oxigênio por pertencer ao grupo dos calcogênios normalmente terá seu NOX -2, onde quer que ele esteja na reação.
Com apenas três exceções:

Ligações com o flúor, por exemplo:



E em presença dos peróxidos e superóxidos.
Nestes casos, o NOX do oxigênio será respectivamente: -1 e -1/2.

Por fim:
Oxigênio (O) => NOX: -2 (exceto nas reações com flúor, peróxidos e superóxidos) 


Número de oxidações variáveis:
Você conheceu os NOXs fixos de vários elementos, porém ainda existem alguns elementos que dependem da reação química para estabelecerem seu número de oxidação, ou seja, estes elementos não possuem um NOX fixo, dependendo da reação seu número de oxidação pode variar.
Para encontrarmos os NOXs de alguns elementos em determinadas reações, devemos seguir alguns critérios:

1. Elementos no estado neutro possuem NOX 0;
2. Substâncias compostas possuem o somatório de todos os NOXs dos elementos igual a zero;
3. Íons compostos possuem o somatório dos NOXs igual a carga do íon;
4. Íons simples possuem o NOX igual sua carga.

Seguindo essas regras podemos descobrir o NOX de qualquer elemento numa reação ou o de um átomo de uma substância em específico, vejamos alguns exemplos:



Preste atenção: Nesta substância temos três elementos, sendo eles: Potássio, Bromo e Oxigênio.
Como é uma substância composta, sabemos que o somatório dos NOXs destes elementos será = 0, ou seja:

NOX_K + NOX_Br + NOX_O = 0

Como o potássio pertence ao grupo dos alcalinos, ele possui NOX fixo +1.

1 + NOX_Br + NOX_O = 0

O Bromo é um halogênio e teria NOX -1, mas ele não se encontra na extremidade direita da fórmula, portanto seu NOX vai depender desta substância, então chamaremos seu NOX de ''x'':

1 + x + NOX_O = 0

O Oxigênio por sua vez não está entre suas exceções, portanto terá seu NOX como sendo -2:

1 + x + (-2) = 0

Não se esqueça que não temos apenas um átomo de potássio, mas sim 2! O que você deve fazer em casos como este é multiplicar o índice atômico do elemento, pelo seu NOX:

(2*1) + x - (-2) = 0

E isso vale para o Oxigênio também, pois temos 7 átomos do mesmo nesta substância:

(2*1) + x + 7(-2) = 0

Agora basta resolver a equação do primeiro grau:

2 + x - 14 = 0
x - 12 = 0
x = 12

Portanto o NOX do Bromo nesta reação é igual a +12.
O NOX do potássio é 2*1 = 2
O NOX do oxigênio é 7*-2 = -14.

Ou seja, as cargas ficarão da seguinte forma:




Quer ver mais? E no caso do ácido fosfórico:



Não é um hidreto metálico então o hidrogênio tem NOX +1, multiplicando pelo seu índice atômico, teremos:

3(1) +

O fósforo não tem NOX fixo, como não sabemos seu valor, chamaremos de x:

3(1) + x +

O NOX do oxigênio será -2 pois ele não está entre suas exceções, multiplique seu NOX pelo seu índice atômico e tenha:

3(1) + x + 4(-2)

Tudo isso igual a zero:

3(1) + x + 4(-2) = 0

Agora é só resolver:

3(1) + x + 4(-2) = 0
3 + x - 8 = 0
x - 5 = 0
x = 5

O NOX do fósforo na substância do ácido fosfórico é +5.
Os NOXs do hidrogênio e oxigênio nesta substância serão respectivamente:
+3 e - 8, logo as cargas ficam assim:





Veremos outro exemplo:




Sabemos que o NOX do alumínio é +3 e do oxigênio -2, então não sabemos o NOX do enxofre:

(3*2) + 3x + 12(-2) = 0

6 + 3x - 24 = 0
3x - 18 = 0
3x = 18
x = 18/3
x = 6

NOX do enxofre nesta substância: +6

NOX do enxofre: 6*3 = + 18
NOX do alumínio: 3*2 = + 6
NOX do oxigênio: 12*-2 = -24

As cargas na substância:





Variação de oxidação:
A variação de oxidação (representada pela letra grega delta: Δ)acontece quando um determinado elemento aumenta ou diminui seu NOX. Estes casos ocorrem geralmente em função a uma reação química, veja um exemplo:

Calcule a variação de oxidação do cloro na reação abaixo:



Vamos calcular primeiramente os NOXs de todos os elementos que contenham o cloro: Uma substância por vez:

KClO3:

1 + x + 3(-2) = 0
1 + x - 6 = 0
x - 5 = 0
x = 5

O NOX do Cloro nesta substância é +5

Vejamos agora na próxima substância:

KCl:

Temos o cloro na extremidade direita da fórmula, portanto seu NOX é -1:

Isso significa que o Cloro tinha no início da reação NOX +5 e passou a ter NOX -1.
Para calcular sua variação de oxidação basta subtrair seu NOX inicial pelo seu NOX final:

Δ = 5 - (-1) = 6

Como no final das contas ele acabou com mais cargas negativas, ele sofreu uma variação de redução, esta redução foi de 6.

Continua...