Starea de oxidare

În chimie , starea de oxidare a unui atom dintr-o substanță (sau numărul de oxidare , prescurtat ca „nu”) este definită ca diferența dintre numărul de electroni de valență al atomului considerat și numărul de electroni rămași în el. După atribuirea tuturor legând electroni de cel mai electronegativ atom din fiecare pereche.

Starea de oxidare se numește așa deoarece exprimă „gradul de oxidare ” al unui atom, ^[1] luând ca referință 0, corespunzător stării de oxidare a atomului într-o substanță simplă .

Calcul

Când cei doi atomi ai perechii au o electronegativitate identică (adică au același element chimic ), electronii de legătură sunt împărțiți în părți egale și numărul de oxidare va fi egal cu 0. Acesta este cazul substanțelor simple , cum ar fi pentru exemplu: H _2, O _2, F ₂ N _2, Cl _2.

În alte cazuri, numărul de oxidare al unui atom este pozitiv dacă electronii sunt eliberați, în timp ce este negativ dacă sunt cumpărați.

Având în vedere numărul și tipul de legături stabilite în molecula de interes și cunoașterea numărului de electroni de valență ai atomilor unui compus și a electronegativităților acestora, este posibil să se calculeze toți noii atomilor din compusul examinat.

Cunoașterea numărului de oxidare a atomilor compușilor implicați într-o reacție chimică face posibilă deosebirea reacțiilor redox de reacțiile normale de schimb : în primele se modifică numerele de oxidare ale atomilor, în cele din urmă nu.

Exemplu

Luând exemplul acidului sulfuric (H ₂ SO ₄ ) după luarea în considerare a numărului și tipului de legături stabilite de atomii din interiorul acestuia ( formula structurală de mai jos) și știind că oxigenul este mai electronegativ decât sulful și „ hidrogenul , oxigenul are 6 electroni de valență , sulful are 6 electroni de valență, iar hidrogenul are un electron de valență, considerăm că numerele de oxidare ale atomilor care îl constituie sunt:

pentru fiecare atom de hidrogen 1 - 0 = 1;
pentru fiecare atom de oxigen 6 - 8 = -2;
pentru atomul de sulf 6 - 0 = 6.

Reguli pentru determinarea empirică

pentru atomii oricărei specii chimice în stare elementară numărul de oxidare este 0.
pentru elementele grupei I ( metale alcaline ) din compuși numărul de oxidare este +1.
pentru elementele din grupa II ( metale alcalino-pământoase ), zinc (Zn) și cadmiu (Cd) din compuși, numărul de oxidare este +2.
hidrogenul are un număr de oxidare +1 în aproape toți compușii săi, în timp ce în hidrurile metalice are un număr de oxidare -1.
Oxigenul are un număr de oxidare de -2 în aproape toți compușii, cu excepția următoarelor excepții: -1 în peroxizi , -½ în superoxid, -⅓ în ozonid , +2 în difluorură de oxigen de OF _2.
fluorul (F) din compușii săi are aproape întotdeauna un număr de oxidare -1. Clorul (Cl), bromul (Br) și iodul (I) au numărul de oxidare -1, cu excepția compușilor în care sunt legați de fluor sau oxigen , în care au numere de oxidare pozitive +1, + 3, +5, + 7.
pentru orice element din starea ionică monatomică numărul de oxidare este egal cu sarcina ionului.
suma numerelor de oxidare ale atomilor prezenți într-o moleculă neutră este egală cu zero; ^[2] într-un ion poliatomic suma numerelor de oxidare coincide cu sarcina ionului.
sarcina totală a unei molecule neutre sau a unui ion poliatomic este egală cu suma produsului dintre numărul de atomi ai elementelor prezente în moleculă (sau ion) și numărul lor de oxidare respectiv. În formule:

q=\sum _{i=1}^{n}N_{i}O_{i}

{\ displaystyle q = \ sum _ {i = 1} ^ {n} N_ {i} O_ {i}}

{\ displaystyle q = \ sum _ {i = 1} ^ {n} N_ {i} O_ {i}}

În cele din urmă, numărul de oxidare al unui atom într-un anumit compus sau ion poate fi dedus din următoarea ecuație:

q=\sum _{i=1}^{n}N_{i}O_{i}+kx

{\ displaystyle q = \ sum _ {i = 1} ^ {n} N_ {i} O_ {i} + kx}

{\ displaystyle q = \ sum _ {i = 1} ^ {n} N_ {i} O_ {i} + kx}

din care obținem:

x={\frac {q-\sum _{i=1}^{n}N_{i}O_{i}}{k}}

{\ displaystyle x = {\ frac {q- \ sum _ {i = 1} ^ {n} N_ {i} O_ {i}} {k}}}

{\ displaystyle x = {\ frac {q- \ sum _ {i = 1} ^ {n} N_ {i} O_ {i}} {k}}}

unde este:

q este sarcina totală a ionului (pozitiv sau negativ) sau zero, dacă este o moleculă neutră;
$N_{i}$ ${\ displaystyle N_ {i}}$ ${\ displaystyle N_ {i}}$ este numărul de atomi ai elementului i al cărui număr de oxidare este deja cunoscut;
$O_{i}$ ${\ displaystyle O_ {i}}$ ${\ displaystyle O_ {i}}$ este numărul de oxidare al acestor atomi;
k este numărul de atomi ai elementului al cărui număr de oxidare este necunoscut;
x este numărul de oxidare care urmează să fie determinat.

Notă

^(RO) IUPAC Gold Book, „stare de oxidare”
^ Rolla , p. 84.

Bibliografie

Sacco, Pasquali, Marchetti, Chimie generală și anorganică. Pagina 84 .
Luigi Rolla, chimie și mineralogice. Pentru licee, Ed 29., Dante Alighieri, 1987.
Paolo Silvestroni, Fundamentals of chemistry , ed. A X-a, CEA, 1996, pp. 98 -102, ISBN 88-408-0998-8 .