Stato di ossidazione

In chimica, lo stato di ossidazione (o numero di ossidazione) di un elemento chimico in un composto 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.

Il numero di ossidazione (abbreviato in "n.o.") è positivo se gli elettroni vengono ceduti, mentre è negativo se vengono acquistati. Quando i due atomi della coppia hanno identica elettronegatività gli elettroni di legame vengono suddivisi tra loro in parti uguali.

Tenendo conto che ogni atomo non legato ha n.o. uguale a 0, considerando il numero e tipo di legami instaurati nella molecola di nostro interesse e conoscendo il numero di elettroni di valenza degli atomi di un composto e le loro elettronegatività possiamo calcolare tutti i n.o. degli atomi nel composto in esame.

Prendendo l'esempio dell'acido solforico (H₂SO₄) dopo aver considerando il numero e il tipo di legami stabiliti dagli atomi al suo interno (formula di Lewis 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 elementi che lo costituiscono sono per ogni idrogeno 1-0=1; per ogni ossigeno 6-8=-2; per lo zolfo 6-0=6.

  O-H
  |             idrogeno: +1    
O=S=O           zolfo: +6       
  |             ossigeno: -2    
  O-H                           

Nel caso di una molecola costituita da atomi aventi identica elettronegatività, ogni atomo avrà n.o. uguale a 0; questo si ha per esempio nelle seguenti molecole H₂, O₂, F₂ N₂, Cl₂.

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

Le reazioni di ossidoriduzione (dette anche redox) implicano un trasferimento di elettroni tra i reagenti. Tale trasferimento può essere sfruttato per produrre una corrente elettrica continua, come nel caso della pila.

Regole empiriche per determinare il numero di ossidazione

• 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, +2 nel difluoruro d'ossigeno OF₂
• il fluoro (F) ha 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 sommatoria dei numeri di ossidazione degli elementi presenti in una molecola neutra è uguale a zero; in uno ione poliatomico la sommatoria dei numeri di ossidazione coincide con la carica dello ione.

Tutte queste regole empiriche, superflue, noiose e talvolta difficili da ricordare presentano a volte delle eccezioni, e se imparate mnemonicamente possono risultare in alcuni casi fallaci.

Le 4 cose semplici ma fondamentali per calcolare il n.o. di un atomo in un composto (dalle quali derivano le regolette riportate sopra), senza incorrere in errori sono:
1) un atomo (di qualsiasi elemento) che non partecipa a nessun tipo di legame, che quindi conserva tutti i suoi elettroni, ha n.o. uguale a 0;
2) conoscenza del numero di elettroni di valenza degli atomi costituenti la molecola di nostro interesse;
3) conoscenza del numero e tipo di legami instaurati nella molecola di nostro interesse;
4) conoscenza dell'elettronegatività degli atomi costituenti la molecola di nostro interesse.

Bibliografia

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

Voci correlate

• Lista degli stati di ossidazione degli elementi chimici
• Legame chimico
• Legame covalente
• Legame ionico
• Ossidoriduzione
• Valenza

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