Per bilanciare una reazione, in particolare quelle di ossidoriduzione, ritorna molto utile sapere qual è il numero di ossidazione degli atomi presenti nelle diverse e se e come cambia durante il corso della reazione.
Ma cos’è il numero di ossidazione?
numero di ossidazione.
Il numero (o stato) di ossidazione è la differenza tra il numero degli elettroni presenti intorno ad un atomo isolato e quelli intorno ad esso quando è legato con qualche altro atomo.
Ad esempio, lo ione \(Fe^{3+}\), come è facile intuire, possiede 3 elettroni in meno rispetto al ferro(0), di conseguenza il suo numero di ossidazione (N.O.) è \(+3\).In un sale, come \(CaF_2\) sono presenti 3 ioni:
- il calcio e presente come \(Ca^{2+}\), quindi ha N.O. pari a \(+2\)
- il fluro è presente come \(F^-\), dunque ha stato di ossidazione \(-1.\)
In una molecola non è propriamente corretto parlare di elettroni intorno ad un atomo (gli elettroni in un legame covalente in una molecola sono condivisi), però facendo uso del concetto dell’elettronegatività (la capacità di un elemento di attirare a se gli elettroni) si possono considerare le molecole come composti ionici e assegnare una certa quantità di elettroni ad ogni atomo.
Ogni elemento presenta uno stato di ossidazione più comune, che ci aiuta a trovare il numero di ossidazione degli altri atomi presenti nella molecola o nel composto ionico.
Vediamo alcune regole
- gli elementi del primo gruppo (colonna) della tavola periodica, ossia i metalli alcalini e l’idrogeno, presentano sempre N.O. pari a \(+1\), quando sono all’interno di composti
- il secondo gruppo, contiene i metalli alcalino-terrosi, che invece si trovano sempre nello stato di ossidazione più due.
- gli elementi del gruppo 13 (boro, alluminio, gallio, etc.) presentano comunemente il N.O. \(+3\)
- il gruppo 16 (tra cui ossigeno, zolfo e selenio) presentano il numero di ossidazione \(-2\)
- gli elementi del gruppo 17, ossia gli alogeni, presentano spesso il numero di ossidazione \(-1\), mentre quando sono legati all’ossigeno, escluso il fluoro, essi possiedono numeri di ossidazione pari a \(+1\), \(+3\), \(+5\), \(+7\)
- infine gli elementi il gruppo 18, i gas nobili, presentano sempre il numero di ossidazione \(0.\)
- l’ossigeno oltre a possedere N.O. \(-2\) presenta nei perossidi (come \(H_2O_2\)) il numero di ossidazione \(-1\), nei superossidi (come \(NaO_2\)) lo stato di ossidazione \(-1/2\) e quando legato con il fluoro \(+1\)
- l’idrogeno negli idruri è presente nello stato \(-1\).
ossidazione.
numero di ossidazione.
Come si può notare, nell’elenco non si sono considerati il 14° e 15° gruppo, oltre a tutti i metalli del blocco d e del blocco f; essi infatti possono presentarsi in molti stati di ossidazione diversi.
Ad esempio l’azoto può presentarsi in tutti gli stati di ossidazione da \(-3\) a \(+5.\)
Come si fa dunque ad assegnare l’N.O. agli atomi in una molecola?
Prima di tutto bisogna assegnare il l’N.O. agli atomi che si presentano sempre nello stesso stato.
Ad esempio, il sodio è sempre presente con N.O. \(+1\) ed anche l’ossigeno, tranne rari casi, si trova sempre nello stato \(-2\).
Una volta assegnato il numero di ossidazione a quegli atomi il cui stato di ossidazione è sempre lo stesso, si può ricavare quello degli altri atomi nella molecola, considerando che:
la somma dei numeri di ossidazione degli atomi in una molecola è pari alla carica della molecola.
Facciamo un esempio.
Consideriamo il composto \(NaClO_4\), il perclorato di sodio, e cerchiamo di assegnare i numeri di ossidazione.
Il sodio è sempre nello stato di ossidazione \(+1\), mentre l’ossigeno, dato che questa molecola non è un perossido e non c’è fluoro, ha N.O. \(-2\).
Qual è il numero di ossidazione del cloro? Si calcola vedendo che la molecola ha carica neutra cioè: \(4\cdot N.O.(O)+N.O.(H)+N.O.(Cl)=0.\)
Allora il cloro è nello stato di ossidazione: \(-4\cdot(-2)-1=+7.\)
Consideriamo ora lo ione manganato \(MnO_4^{2-}\); anche qui l’ossigeno ha N.O. \(-2\), ma questa volta la molecola è carica dunque \(4\cdot N.O.(O)+N.O.(Mn)=-2.\)
Di conseguenza si ha che il manganese ha N.O. pari a \(+6\).
Prova ora ad assegnare il numero di ossidazione agli atomi nelle molecole, svolgendo il quiz seguente.