Stato di ossidazione

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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[modifica | modifica sorgente]

  • 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;[1] in uno ione poliatomico la sommatoria dei numeri di ossidazione coincide con la carica dello ione.

Tali regole empiriche posso essere tuttavia soggette a eccezioni. Il calcolo del numero di ossidazione di un atomo in un composto deve tener conto del numero di elettroni di valenza degli atomi costituenti la molecola, del numero e tipo di legami instaurati nella molecola e dell'elettronegatività degli atomi costituenti la molecola.

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

q = \sum_i N_i (n.o.)_i + kx

da cui si ricava

x = \frac{q - \sum_i N_i (n.o.)_i}k

dove q è la carica totale dello ione (positivo o negativo) oppure zero, se si tratta di una molecola neutra; Ni è il numero di atomi dell'elemento i di cui già si conosce il numero di ossidazione; (n.o.)i è il numero di ossidazione di tale elemento; k è il numero di atomi dell'elemento di cui non si conosce il numero di ossidazione e x il numero di ossidazione da determinare.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Rolla, op. cit., p. 84

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • 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 | modifica sorgente]