Estado de oxidación del nitrógeno en HN3

Question

El libro me pide que encuentre el estado de oxidación del nitrógeno en el compuesto a continuación (la estructura no es la que se muestra en Wikipedia para HN3):

Para encontrar el estado de oxidación usando la estructura de Lewis, debo comparar la electronegatividad de los átomos unidos y asignar los electrones de enlace al átomo más electronegativo. Luego, la diferencia entre el número de electrones en el estado elemental y el estado enlazado dará el número de oxidación.

Aquí, los electrones de enlace de los nitrógenos unidos con un enlace doble permanecerán entre ambos átomos y no se asignarán a ambos. Los electrones de enlace de $\ce{N-H}$ se asignarán a $\ce{N}$. ¿Qué pasa con los dos electrones de enlace de $\ce{N-N}$?

Answer 1

Esta respuesta utiliza electronegatividades para el cálculo de estados de oxidación, tal como se propuso en la Definición Ampliada del Estado de Oxidación por Hans-Peter Loock en 2011.

Comparando Electronegatividades

La siguiente tabla muestra un extracto de las electronegatividades de Pauling ($\chi_{\mathrm{Pauling}}$):

$$\begin{array}{cc} \hline \text{Elemento} & \chi_{\mathrm{Pauling}}\\ \hline \ce{H} & 2.20\\ \ce{N} & 3.04\\ \hline \end{array}$$

Analizando el Enlace $\ce{N-H}$ (heteroatómico)

La tabla muestra que el átomo de nitrógeno es más electronegativo que el átomo de hidrógeno. Por lo tanto, atraerá los electrones más que el hidrógeno, polarizando así el enlace. Al imaginar el experimento mental de una ruptura de enlace heterolítico hipotético - suponiendo que se aplica fuerza de tracción a los átomos hasta que se separan - se asume que los electrones se asignan al átomo de nitrógeno durante la separación.

Analizando los Enlaces $\ce{N-N}$ y $\ce{N=N}$ (homoatómicos)

Observando nuevamente el experimento mental anterior, ahora con dos átomos idénticos unidos entre sí. Dado que tienen, por supuesto, la misma electronegatividad, no hay polarización del enlace. Se asume que la separación resultaría en una ruptura de enlace homolítico, asignando siempre un electrón a cada uno de los dos átomos de nitrógeno para cada enlace respectivamente.

Resumiendo

Ahora, al observar la estructura completa de la molécula en cuestión y aplicando las reglas previamente establecidas:

Lo último que hay que hacer es calcular la carga hipotética de los átomos después de la separación, que debe ser equiparable al estado de oxidación:

$$\text{Estado de Oxidación} = N_\mathrm{i}(\ce{e-}) - N_\mathrm{f}(\ce{e-})$$

Donde $N_\mathrm{i}(\ce{e-})$ representa el número de electrones en un átomo libre, y $N_\mathrm{f}(\ce{e-})$ el número después de la separación (No se deben olvidar los pares solitarios).

Se obtendrán los siguientes estados de oxidación para los diferentes átomos (de nitrógeno), con la última entrada representando el estado de oxidación medio de todos los átomos de nitrógeno:

$$\begin{array}{cccc} \hline \text{Átomo} & N_\mathrm{i}(\ce{e-}) & N_\mathrm{f}(\ce{e-}) &\text{Estado de Oxidación}\\ \hline \ce{H} & 1 & 0 & +1\\ \hline \ce{N-1} & 5 & 5 & 0\\ \ce{N-2} & 5 & 5 & 0\\ \ce{N-3} & 5 & 6 & -1\\ \hline \ce{N} & - & - & -\frac{1}{3}\\ \hline \end{array}$$

Y la estructura con los estados de oxidación asignados: