Numeri di ossidazione — Regole e come assegnarli

I numeri di ossidazione indicano come vengono assegnati gli elettroni in un composto o in uno ione. Sono uno strumento di conteggio usato per identificare ossidazione e riduzione, non un'affermazione sulla carica reale misurata dell'atomo in ogni legame.

Se ti serve il metodo rapido, usa questo: assegna prima i valori standard, fai in modo che il totale sia uguale alla carica complessiva e trova il valore incognito.

Regole dei numeri di ossidazione da cui partire

La maggior parte degli esercizi introduttivi di chimica si può risolvere con queste regole:

1. Un elemento nella sua forma standard non combinata ha numero di ossidazione $0$. Esempi: $Na$, $O_2$ e $Cl_2$.
2. Uno ione monoatomico ha un numero di ossidazione uguale alla sua carica. Quindi $Na^+$ è $+1$ e $S^{2-}$ è $-2$.
3. In un composto neutro, la somma dei numeri di ossidazione è $0$.
4. In uno ione poliatomico, la somma dei numeri di ossidazione è uguale alla carica complessiva dello ione.
5. I metalli del Gruppo 1 sono di solito $+1$, e quelli del Gruppo 2 sono di solito $+2$ nei loro composti.
6. Al fluoro si assegna $-1$ nei suoi composti.
7. L'ossigeno è di solito $-2$, ma non sempre. Nei perossidi è $-1$, e nei composti con il fluoro non gli si assegna il suo solito valore di $-2$.
8. L'idrogeno è di solito $+1$ con i non metalli e $-1$ negli idruri metallici.
9. Cloro, bromo e iodio sono spesso $-1$ nei composti semplici, ma questo schema può cambiare quando sono legati a ossigeno o fluoro.

Non serve memorizzare tutte le eccezioni prima di iniziare. Nella maggior parte dei problemi per principianti, applica prima le regole standard, poi controlla se la formula rientra in un caso di eccezione noto.

Come assegnare i numeri di ossidazione passo dopo passo

Usa questo procedimento:

1. Scrivi la carica complessiva della specie.
2. Inserisci i numeri di ossidazione che di solito sono fissati dalle regole.
3. Indica con $x$ il numero di ossidazione incognito.
4. Fai in modo che la somma sia uguale alla carica totale e risolvi per $x$.
5. Controlla se hai usato una regola che ha eccezioni.

Quest'ultimo passaggio è importante. Un'equazione che sembra corretta può comunque dare la risposta sbagliata se hai dato per scontato che l'ossigeno sia sempre $-2$ o che l'idrogeno sia sempre $+1$.

Esempio svolto: trovare il manganese in $KMnO_4$

Trova il numero di ossidazione del manganese nel permanganato di potassio, $KMnO_4$.

Parti dai valori che di solito sono fissati:

• il potassio, un metallo del Gruppo 1, è $+1$
• l'ossigeno qui è di solito $-2$

Indica con $x$ il manganese. Poiché $KMnO_4$ è neutro, i numeri di ossidazione devono sommare a $0$:

$$1 + x + 4(-2) = 0$$

Quindi

$$1 + x - 8 = 0$$ $$x - 7 = 0$$ $$x = +7$$

Quindi il manganese ha numero di ossidazione $+7$.

Questo esempio mostra tutto il metodo in un solo passaggio: inserisci i valori standard, scrivi l'equazione della carica totale e trova il valore incognito.

Perché i numeri di ossidazione sono importanti in chimica

I numeri di ossidazione ti aiutano a vedere che cosa cambia in una reazione. Se il numero di ossidazione di un elemento aumenta, quell'elemento si ossida. Se il suo numero di ossidazione diminuisce, quell'elemento si riduce.

Per questo i numeri di ossidazione compaiono in:

• identificare se una reazione è redox
• bilanciare le equazioni redox
• comprendere l'elettrochimica
• seguire la chimica delle specie dei metalli di transizione

Sono un sistema di conteggio, non una descrizione completa del legame chimico. Tuttavia, spesso sono il modo più rapido e affidabile per capire che cosa sta succedendo in una reazione.

Errori comuni con i numeri di ossidazione

Confondere il numero di ossidazione con la carica reale

In uno ione monoatomico, il numero di ossidazione e la carica dello ione coincidono. In molti composti covalenti, il numero di ossidazione è un'assegnazione formale usata per il conteggio degli elettroni. Non va letto automaticamente come la vera carica fisica dell'atomo.

Dimenticare di far coincidere la carica totale

Gli studenti spesso assegnano correttamente i valori usuali e poi si fermano. La risposta è completa solo quando il totale corrisponde alla carica del composto o dello ione.

Applicare troppo in generale le regole di ossigeno e idrogeno

L'ossigeno è spesso $-2$, ma i perossidi sono un'eccezione comune. L'idrogeno è spesso $+1$, ma negli idruri metallici è $-1$. Se la formula appartiene a una classe di eccezioni, la scorciatoia abituale non funziona.

Leggere un singolo numero di ossidazione come se raccontasse tutta la reazione

I numeri di ossidazione aiutano a confrontare gli stati tra reagenti e prodotti. Un numero di ossidazione positivo, da solo, non ti dice che cosa è cambiato nella reazione. Serve il confronto tra prima e dopo.

Quando si usano i numeri di ossidazione

Di solito incontrerai i numeri di ossidazione in chimica generale, nelle reazioni redox, nell'elettrochimica e nella chimica inorganica. Sono particolarmente utili quando l'equazione non mostra esplicitamente gli elettroni ma devi comunque capire se sono avvenute ossidazione e riduzione.

Anche fuori dall'aula, questa è un'abilità pratica di lettura. Ti aiuta a dare senso a formule come permanganato, dicromato, solfato e molti ioni metallici senza dover memorizzare ogni reazione separatamente.

Prova un problema simile

Prova a trovare il numero di ossidazione dello zolfo in $SO_4^{2-}$. L'ossigeno mantiene il suo valore usuale di $-2$, quindi il compito principale è impostare correttamente l'equazione della carica totale. Se poi vuoi un altro caso, prova con l'azoto in $NO_3^-$.