Stato di ossidazione

numero che descrive il grado di ossidazione di un atomo in un composto chimico

In chimica, lo stato di ossidazione di un atomo in una sostanza (o numero di ossidazione, abbreviato in "n.o.") è definito come la differenza tra il numero di elettroni di valenza dell'atomo considerato e il numero di elettroni che ad esso rimangono dopo aver assegnato tutti gli elettroni di legame all'atomo più elettronegativo di ogni coppia.

Lo stato di ossidazione è così chiamato perché esprime il "grado di ossidazione" di un atomo,[1] assumendo come riferimento lo 0, corrispondente allo stato di ossidazione dell'atomo in una sostanza semplice.

Calcolo

modifica

Quando i due atomi della coppia hanno identica elettronegatività (cioè sono dello stesso elemento chimico), gli elettroni di legame vengono suddivisi tra loro in parti uguali e il numero di ossidazione sarà uguale a 0. Questo è il caso delle sostanze semplici, come ad esempio: H2, O2, F2 N2, Cl2.

Negli altri casi, il numero di ossidazione di un atomo è positivo se gli elettroni vengono ceduti, mentre è negativo se vengono acquistati.

Considerando il numero e il tipo di legami instaurati nella molecola di interesse e conoscendo il numero di elettroni di valenza degli atomi di un composto e le loro elettronegatività, è possibile calcolare tutti i n.o. degli atomi nel composto in esame.

Conoscere i numeri di ossidazione degli atomi dei composti coinvolti in una reazione chimica consente di distinguere le reazioni di ossidoriduzione dalle normali reazioni di scambio: nelle prime i numeri di ossidazione degli atomi cambiano, nelle seconde no.

Esempio

modifica

Prendendo l'esempio dell'acido solforico (H2SO4) dopo aver considerato il numero e il tipo di legami stabiliti dagli atomi al suo interno (formula di struttura riportata sotto) e sapendo che l'ossigeno è più elettronegativo dello zolfo e dell'idrogeno, che l'ossigeno ha 6 elettroni di valenza, lo zolfo ha 6 elettroni di valenza e l'idrogeno ha un elettrone di valenza, si ha che i numeri di ossidazione degli atomi che lo costituiscono sono:

  • per ogni atomo di idrogeno 1 - 0 = 1;
  • per ogni atomo di ossigeno 6 - 8 = -2;
  • per l'atomo di zolfo 6 - 0 = 6.

 

Regole per la determinazione empirica

modifica
  • per gli atomi di una qualsiasi specie chimica allo stato elementare il numero di ossidazione è 0.
  • per gli elementi del gruppo I (metalli alcalini) nei composti il numero di ossidazione è +1.
  • per gli elementi del gruppo II (metalli alcalino terrosi), lo zinco (Zn) e il cadmio (Cd) nei composti, il numero di ossidazione è +2.
  • l'idrogeno ha numero di ossidazione +1 in quasi tutti i suoi composti, mentre negli idruri dei metalli ha numero di ossidazione -1.
  • l'ossigeno ha numero di ossidazione -2 in quasi tutti i suoi composti a parte le seguenti eccezioni: -1 nei perossidi, -½ nei superossidi, -⅓ negli ozonuri, +2 nel difluoruro d'ossigeno OF2.
  • il fluoro (F) nei suoi composti ha quasi sempre numero di ossidazione -1. Il cloro (Cl), il bromo (Br) e lo iodio (I) hanno numero di ossidazione -1, tranne che nei composti in cui sono legati al fluoro o all'ossigeno, nei quali assumono numeri di ossidazione positivi +1, +3, +5, +7.
  • per qualsiasi elemento allo stato di ione monoatomico il numero di ossidazione è uguale alla carica dello ione.
  • la somma dei numeri di ossidazione degli atomi presenti in una molecola neutra è uguale a zero;[2] in uno ione poliatomico la somma dei numeri di ossidazione coincide con la carica dello ione.
  • la carica totale di una molecola neutra o di uno ione poliatomico è uguale alla somma del prodotto tra il numero di atomi degli elementi presenti nella molecola (o ione) e il loro rispettivo numero di ossidazione. In formule:
 

Infine, il numero di ossidazione di un atomo in un determinato composto o ione può essere desunto dalla seguente equazione:

 

da cui si ricava:

 

dove:

  •   è la carica totale dello ione (positivo o negativo) oppure zero, se si tratta di una molecola neutra;
  •   è il numero di atomi dell'elemento i di cui già si conosce il numero di ossidazione;
  •   è il numero di ossidazione di tali atomi;
  •   è il numero di atomi dell'elemento di cui non si conosce il numero di ossidazione;
  •   è il numero di ossidazione da determinare.

Bibliografia

modifica
  • Sacco, Pasquali, Marchetti, Chimica Generale e Inorganica. Pagina 84.
  • Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29ª ed., Dante Alighieri, 1987.
  • Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10ª ed., CEA, 1996, pp. 98-102, ISBN 88-408-0998-8.

Voci correlate

modifica

Altri progetti

modifica

Collegamenti esterni

modifica
Controllo di autoritàGND (DE4173017-3