Estado químico

El estado químico de un elemento químico se debe a sus propiedades electrónicas, químicas y físicas tal como existe en combinación consigo mismo o con un grupo de uno o más elementos. Un estado químico se define a menudo como un "estado de oxidación" cuando se hace referencia a cationes metálicos. Cuando se hace referencia a materiales orgánicos, un estado químico se define habitualmente como un grupo químico, que es un grupo de varios elementos unidos entre sí. Los científicos de materiales, físicos del estado sólido, químicos analíticos, científicos de superficies y espectroscopistas describen o caracterizan la naturaleza química, física y/o electrónica de la superficie o de las regiones en masa de un material como si tuvieran o existieran como uno o más estados químicos.

El conjunto de estados químicos comprende y engloba estos grupos y entidades subordinadas: especie química, grupo funcional, anión, catión, estado de oxidación, compuesto químico y formas elementales de un elemento.

Este término o frase se utiliza comúnmente al interpretar datos de técnicas analíticas como:

• Extroscopia de electrones (AES)
• Espectroscopia de rayos X de energía (EDS, EDX)
• Espectroscopia infrarroja (IR, FT-IR, ATR)
• Cromatografía líquida (LC, HPLC)
• Espectrometría masiva (MS, ToF-SIMS, D-SIMS)
• Resonancia magnética nuclear (NMR, H-NMR, C-NMR, X-NMR)
• Fotoemission spectroscopy (PES, UPS)
• espectroscopia de Raman (FT-Raman)
• Espectroscopia ultravioleta (UV-Vis)
• espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS, ESCA)
• Wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDX, WDS)

El estado químico de un grupo de elementos puede ser similar, pero no idéntico, al estado químico de otro grupo similar de elementos, porque los dos grupos tienen proporciones diferentes de los mismos elementos y presentan diferentes propiedades químicas, electrónicas y físicas que pueden detectarse mediante diversas técnicas espectroscópicas.

Un estado químico puede existir sobre o dentro de la superficie de un material en estado sólido y, a menudo, pero no siempre, puede aislarse o separarse de las demás especies químicas que se encuentran en la superficie de ese material. Los científicos de superficies, espectroscopistas, analistas químicos y científicos de materiales describen con frecuencia la naturaleza química de las especies químicas, grupos funcionales, aniones o cationes detectados en la superficie y cerca de la superficie de un material en estado sólido como su estado químico.

Para entender cómo un estado químico difiere de un estado de oxidación, anión o catión, compare el fluoruro de sodio (NaF) con el politetrafluoroetileno (PTFE, teflón). Ambos contienen flúor, el elemento más electronegativo, pero sólo el NaF se disuelve en agua para formar iones separados, Na+ y F-. La electronegatividad del flúor polariza fuertemente la densidad electrónica que existe entre el carbono y el flúor, pero no lo suficiente como para producir iones que le permitan disolverse en el agua. El carbono y el flúor en el teflón (PTFE) tienen ambos una carga electrónica de cero ya que forman un enlace covalente, pero pocos científicos describen esos elementos como si tuvieran un estado de oxidación de cero. Por otro lado, muchos elementos, en su forma pura, a menudo se describen como si existieran con un estado de oxidación de cero. Este es uno de los atributos de la nomenclatura que se ha mantenido a lo largo de los años.

El estado químico de un elemento se confunde a menudo con su estado de oxidación. El estado químico de un elemento o un grupo de elementos que tiene una carga iónica distinta de cero, por ejemplo (1+), (2+), (3+), (1-), (2-) (3-), se define como el estado de oxidación de ese elemento o grupo de elementos. Los elementos o grupos químicos que tienen una carga iónica normalmente se pueden disolver para formar iones en agua o en otro disolvente polar. Un compuesto o sal de este tipo se describe como un compuesto iónico con enlaces iónicos, lo que significa que, en efecto, toda la densidad electrónica de uno o más electrones de valencia se ha transferido del grupo de elementos menos electronegativos al grupo de elementos más electronegativos. En el caso de un compuesto no iónico, los enlaces químicos son no iónicos, lo que significa que el compuesto probablemente no se disolverá en agua ni en otro disolvente polar. Muchos compuestos no iónicos tienen enlaces químicos que comparten la densidad electrónica que los une. Este tipo de enlace químico es un enlace covalente no polar o un enlace covalente polar.

Un grupo funcional es muy similar a una especie química y a un grupo químico. Un grupo químico o una especie química exhiben un comportamiento de reacción distintivo o una señal espectral distintiva cuando se analizan mediante diversos métodos espectroscópicos. Estas tres agrupaciones se utilizan a menudo para describir los grupos de elementos que existen dentro de una molécula orgánica.

La siguiente lista de compuestos neutros, aniones, cationes, grupos funcionales y especies químicas es una lista parcial de los muchos grupos de elementos que pueden exhibir o tener un "estado químico" único mientras forman parte de la superficie o de la masa de un material en estado sólido.

• espectroscopia fotoelectrónica de rayos X
• Fotoemission spectroscopy