Calcule os estados de oxidação para os elementos contidos nos seguintes compostos. \mathrm{N}_{2}, \mathrm{H}_{2}, \mathrm{KF}, \mathrm{HF}, \mathrm{Zn}^{2+}, \mathrm{NaOH}, \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{6}, \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}, \mathrm{ZnSO}_{4}, \mathrm{MnCl}_{2}, \mathrm{CuNO}_{3}, \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}, \mathrm{~K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}, \mathrm{NO}_{2}

Passo 1

O enunciado pede: calcular os estados de oxidação dos elementos presentes nos compostos abaixo. Os compostos são:
\mathrm{N}_{2}, \mathrm{H}_{2}, \mathrm{KF}, \mathrm{HF}, \mathrm{Zn}^{2+}, \mathrm{NaOH}, \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{6}, \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}, \mathrm{ZnSO}_{4}, \mathrm{MnCl}_{2}, \mathrm{CuNO}_{3}, \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}, \mathrm{K}_{2}\mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}, \mathrm{NO}_{2}.
Informações relevantes dadas (explicitamente pelo enunciado): cada um desses símbolos químicos representa o composto indicado; não há imagens adicionais. A tarefa é atribuir a cada elemento em cada composto um número de oxidação (quando for ambíguo, indicar média ou observar que é por átomo equivalente).

Passo 2

Regras principais para determinar estados de oxidação (explicação didática e com exemplos):
  • Regra 1 (forma elementar): um elemento no seu estado elementar tem estado de oxidação \,0. Ex.: \mathrm{N}_2, \mathrm{H}_2 \Rightarrow cada átomo tem \,0.
  • Regra 2 (íon monoatômico): o estado de oxidação de um íon monoatômico é igual à sua carga. Ex.: \mathrm{Zn}^{2+} tem estado \,+2.
  • Regra 3 (fluorina): em compostos, a flúor sempre tem -1.
  • Regra 4 (hidrogênio): geralmente \,+1 quando ligado a não-metais e -1 quando ligado a metais (hidretos).
  • Regra 5 (oxigênio): geralmente -2 em compostos (exceto peróxidos onde é -1, ou compostos com F onde pode ser positivo).
  • Regra 6 (metais alcalinos e alcalino-terrosos): metais do grupo 1 têm sempre +1; do grupo 2 têm sempre +2.
  • Regra 7 (soma das cargas): a soma algébrica dos estados de oxidação em uma espécie neutra é 0; em um íon poliatômico é igual à carga do íon. Ex.: em \mathrm{SO}_4^{2-} soma = -2.
    Vou usar essas regras passo a passo nos compostos.

Passo 3

Aplicando as regras aos casos triviais (formas elementares e íons monoatômicos).
  • \mathrm{N}_2: forma elementar \Rightarrow cada \mathrm{N} tem estado de oxidação \,0.
  • \mathrm{H}_2: forma elementar \Rightarrow cada \mathrm{H} tem estado de oxidação \,0.
  • \mathrm{Zn}^{2+}: íon monoatômico \Rightarrow \mathrm{Zn} tem estado de oxidação \,+2.

Passo 4

Compostos simples envolvendo metais e halogênios.
  • \mathrm{KF}: \mathrm{K} é metal alcalino \Rightarrow \mathrm{K}=+1. Pela regra da flúor, \mathrm{F}=-1. Soma: +1+(-1)=0.
  • \mathrm{HF}: \mathrm{F}=-1 (regra 3). É um ácido molecular; \mathrm{H} ligado a não-metal \Rightarrow \mathrm{H}=+1. Soma: +1+(-1)=0.

Passo 5

Hidróxidos e compostos com oxigênio e hidrogênio.
  • \mathrm{NaOH}: \mathrm{Na} é metal alcalino \Rightarrow \mathrm{Na}=+1. Grupo \mathrm{OH} (hidróxido): geralmente \mathrm{O}=-2 e \mathrm{H}=+1. Verificação da soma: +1 + (-2) + (+1) = 0. Portanto \mathrm{Na}=+1, \mathrm{O}=-2, \mathrm{H}=+1.
  • \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}: cada \mathrm{OH} tem soma (-2)+(+1)=-1. Há três grupos \mathrm{OH} totalizando -3. Para a molécula neutra, \mathrm{Al} + (-3) = 0 portanto \mathrm{Al}=+3. Assim \mathrm{Al}=+3, \mathrm{O}=-2, \mathrm{H}=+1.

Passo 6

Sulfatos e nitratos — usar a soma das cargas do grupo poliatômico.
  • \mathrm{ZnSO}_4: em sais típicos, \mathrm{Zn} costuma ser +2 (regra do grupo e também é químico comum). Para verificar: o ânion \mathrm{SO}_4^{2-} tem carga -2. Em \mathrm{SO}_4^{2-}, com \mathrm{O}=-2 cada, soma das quatro \mathrm{O} é 4\times(-2)=-8. Seja x o estado de \mathrm{S}. Então:
x + 4\cdot(-2) = -2 \quad\Rightarrow\quad x-8=-2 \quad\Rightarrow\quad x=+6.
Logo em \mathrm{ZnSO}_4: \mathrm{Zn}=+2, \mathrm{S}=+6, \mathrm{O}=-2.

Passo 7

Cloretos e compostos com metais de transição simples.
  • \mathrm{MnCl}_2: cloro em compostos (não ligado a F ou O de modo especial) tem -1. Dois cloros somam -2, então \mathrm{Mn} deve ser +2 para totalizar 0. Logo \mathrm{Mn}=+2, \mathrm{Cl}=-1.

Passo 8

Nitratos e compostos de cobre com nitrato (atenção aos estados de oxidação possíveis do cobre).
  • Nitrato \mathrm{NO}_3^{-}: cada \mathrm{O}=-2 total 3\times(-2)=-6. Seja y o estado de \mathrm{N}. Então
y + 3\cdot(-2) = -1 \quad\Rightarrow\quad y-6=-1 \quad\Rightarrow\quad y=+5.
Assim em qualquer nitrato \mathrm{N}=+5, \mathrm{O}=-2.
  • \mathrm{CuNO}_3: aqui a fórmula corresponde a um sal com íon \mathrm{Cu}^+ (cobre(I)) associado a \mathrm{NO}_3^{-}. Usando regra do íon monoatômico ou balanceando: \mathrm{NO}_3^{-} tem carga -1, para o composto ser neutro \mathrm{Cu}=+1. Portanto \mathrm{Cu}=+1, \mathrm{N}=+5, \mathrm{O}=-2.
  • \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}: aqui há dois nitratos totalizando carga -2, logo \mathrm{Cu} deve ser +2. Assim \mathrm{Cu}=+2, \mathrm{N}=+5, \mathrm{O}=-2.

Passo 9

Dicromato e potássio.
  • \mathrm{K}_2\mathrm{Cr}_2\mathrm{O}_7: \mathrm{K} é metal alcalino \Rightarrow cada \mathrm{K}=+1, dois potássios somam +2. Oxigênios sete com -2 cada somam 7\times(-2)=-14. Seja z o estado de oxidação de cada \mathrm{Cr} (no dicromato os cromos são equivalentes e têm o mesmo estado). A soma total deve ser 0:
2\cdot(+1) + 2\cdot z + 7\cdot(-2) = 0 \quad\Rightarrow\quad 2 + 2z -14 = 0 \quad\Rightarrow\quad 2z -12 = 0 \quad\Rightarrow\quad z = +6.
Logo \mathrm{K}=+1, \mathrm{Cr}=+6, \mathrm{O}=-2.

Passo 10

Dióxido de nitrogênio.
  • \mathrm{NO}_2: molécula neutra. Cada \mathrm{O}=-2 soma -4. Seja w o estado do \mathrm{N}. Então:
w + 2\cdot(-2) = 0 \quad\Rightarrow\quad w-4 = 0 \quad\Rightarrow\quad w = +4.
Portanto \mathrm{N}=+4, \mathrm{O}=-2.

Passo 11

Molécula orgânica \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{6} — média dos estados de oxidação do carbono.
Em moléculas orgânicas com vários átomos de carbono nem todos os carbonos têm o mesmo estado de oxidação; o que se pode calcular facilmente é o estado médio do carbono. Aplicando a regra da soma (espécie neutra):
6\cdot(\text{oxidação média de C}) + 8\cdot(+1) + 6\cdot(-2) = 0.çãé
Calculando:
6\cdot c + 8 -12 = 0 \quad\Rightarrow\quad 6c -4 = 0 \quad\Rightarrow\quad c = \tfrac{4}{6} = \tfrac{2}{3}.
Portanto em \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{6}: \mathrm{H}=+1, \mathrm{O}=-2, e o estado médio do \mathrm{C} é +\tfrac{2}{3} (ou +0,666\ldots). Observação: isso é uma média; carbonos individuais podem ter estados diferentes na estrutura real da molécula.

Resposta

\mathrm{N}_{2}:\\ \mathrm{N}=0
\mathrm{H}_{2}:\\ \mathrm{H}=0
\mathrm{KF}:\\ \mathrm{K}=+1,\\ \mathrm{F}=-1
\mathrm{HF}:\\ \mathrm{H}=+1,\\ \mathrm{F}=-1
\mathrm{Zn}^{2+}:\\ \mathrm{Zn}=+2
\mathrm{NaOH}:\\ \mathrm{Na}=+1,\\ \mathrm{O}=-2,\\ \mathrm{H}=+1
\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{6}:\\ \mathrm{C}=\!+\tfrac{2}{3}\\ (\text{média}),\\ \mathrm{H}=+1,\\ \mathrm{O}=-2é
\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}:\\ \mathrm{Al}=+3,\\ \mathrm{O}=-2,\\ \mathrm{H}=+1
\mathrm{ZnSO}_{4}:\\ \mathrm{Zn}=+2,\\ \mathrm{S}=+6,\\ \mathrm{O}=-2
\mathrm{MnCl}_{2}:\\ \mathrm{Mn}=+2,\\ \mathrm{Cl}=-1
\mathrm{CuNO}_{3}:\\ \mathrm{Cu}=+1,\\ \mathrm{N}=+5,\\ \mathrm{O}=-2
\mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}:\\ \mathrm{Cu}=+2,\\ \mathrm{N}=+5,\\ \mathrm{O}=-2
\mathrm{K}_{2}\mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}:\\ \mathrm{K}=+1,\\ \mathrm{Cr}=+6,\\ \mathrm{O}=-2
\mathrm{NO}_{2}:\\ \mathrm{N}=+4,\\ \mathrm{O}=-2

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