¿Por qué el número de oxidación de un elemento en un compuesto no puede ser mayor que el número de electrones de valencia en un átomo del elemento?

En realidad, el número de oxidación puede ser mayor que el número de electrones en la capa externa o de valencia. El ion S2O8 -2 (ion peroxidisulfato) tiene un número de oxidación + VII (aunque el azufre está en el grupo 6). Esto puede ocurrir porque los números de oxidación son simplemente un sistema de contabilidad para realizar un seguimiento de la oxidación y la reducción de una reacción. Por convención, el oxígeno en un compuesto se establece en -2 (a menos que el hidrógeno o algunos metales estén involucrados, tienen reglas de numeración que tienen prioridad sobre el oxígeno).

En este caso, existen en realidad enlaces de peróxido -OO- que, en una base de átomo por átomo, podrían considerarse -1.

En general, aunque a un nivel simple, el número de oxidación refleja el número de electrones involucrados en la unión (iónica o covalente) ´, el + y – en general reflejan las electronegatividades de los elementos involucrados, pero donde están varios átomos del mismo elemento Los números de oxidación son valores promedio, por lo que a veces también puede tener números fraccionarios.

No estoy seguro del concepto de capa de valencia, tal vez está anticuado, presumiblemente para metales de transición, incluye capas 4s y 3d (para la serie de la primera fila).

Debido a que el número de oxidación es el número de electrones perdidos (o ganados) por el elemento cuando forma un compuesto. (esta ganancia o pérdida a menudo es puramente formal: en los enlaces covalentes se pretende que los electrones de enlace pertenecen al elemento más electronegativo, incluso si simplemente están un poco más inclinados en su dirección)

En cualquier caso, un elemento no puede perder más electrones de los que tiene, así que ahí estás.

Por supuesto, como dice Martin, el concepto mismo de electrones de valencia está un poco confuso y se vuelve francamente confuso para los elementos de transición.

Como regla del octeto, tiene cierto poder predictivo para los elementos de bloque s y p, e incluso allí no siempre.

Miremos esto desde la perspectiva de los compuestos neutros.

Para hacer H2SO4 por ejemplo,

  • El oxígeno tiene un estado de oxidación de +2. Hay cuatro oxígenos, por lo que la carga negativa combinada es -8.
  • los hidrógenos tienen un estado de oxidación de +1. Hay dos hidrógenos, por lo que la carga positiva combinada de ambos es +2.
  • Para tener una carga cero total para el compuesto, el azufre debe ser +6.

Para hacer H2SO3

  • El oxígeno tiene un estado de oxidación de +2, hay tres oxígenos, por lo que la carga negativa combinada es -6
  • los hidrógenos todavía tienen un estado de oxidación de +1. Todavía hay dos hidrógenos, por lo que la carga positiva combinada es +2.
  • SIN EMBARGO, esta vez el azufre debe ser +4 para equilibrar las otras cargas y obtener una carga total cero combinada para el compuesto.

A donde voy con esto es que el azufre puede cambiar su estado de oxidación para acomodar la diferente cantidad de oxígeno. Sin embargo, hay menos enlaces simples en este compuesto que en el primer compuesto. Los electrones restantes se comparten sobre la molécula. Todavía tiene el mismo número total de electrones que todos los electrones de valencia de los átomos componentes.