Come si calcola il numero di ossidazione? Sono molti gli studenti che si pongono questa domanda in vista dei compiti in classe o dei test di ammissione all’università, come il test di medicina e odontoiatria, veterinaria e professioni sanitarie.
Il calcolo del numero di ossidazione non è difficile a condizione che si conoscano le regole e i metodi da applicare per trovarlo.
A seguire trovi tutte le nozioni fondamentali per calcolare il numero di ossidazione. In più, guarda la videolezione sul calcolo del numero di ossidazione con i metodi e gli esempi spiegati dal nostro tutor di chimica.
Numero di ossidazione: definizione
Innanzitutto, il calcolo del numero di ossidazione è importante perché esso ci racconta alcune caratteristiche dell’atomo in base al numero di elettroni acquistati o ceduti.
Infatti, cosa indica il numero di ossidazione? Il numero di ossidazione di un composto ionico indica il numero di elettroni acquistati o ceduti dall’atomo.
Invece, il numero di ossidazione di un composto covalente rappresenta la carica formale, non quella reale, di un atomo del composto. Questo perché nei composti covalenti, diversamente dai composti ionici, non abbiamo cariche negative o positive, ma elettroni in compartecipazione. Di conseguenza, per calcolare il numero di ossidazione si assume che tutti i legami del composto siano ionici.
Quindi, cos’è il numero di ossidazione? Il numero di ossidazione è il numero di elettroni di valenza che rimangono all’atomo dopo aver ceduto gli elettroni di legame all’atomo più elettronegativo della coppia di legame.
Detto in altre parole, il numero di ossidazione è la carica elettrica che un determinato atomo di un composto possiede dopo la cessione degli elettroni di legame.
Il numero di ossidazione è rappresentato da numero intero e può essere:
- nullo, se non c’è né cessione né acquisto di elettroni;
- positivo, quando si verifica una cessione di elettroni. In questo caso si ha un aumento del numero di ossidazione (ossidazione);
- negativo, se l’atomo acquista elettroni. In questo caso il numero di ossidazione si riduce (riduzione).
Valenza e numero di ossidazione
La valenza e il numero di ossidazione non sono la stessa cosa:
- con il termina valenza si indica il numero di elettroni che un atomo usa per formare i legami;
- il numero di ossidazione è dato dalla differenza tra il numero di valenza e il numero di elettroni che rimangono all’atomo dopo la cessione di elettroni di legame all’atomo più elettronegativo.
Un’altra differenza tra il numero di ossidazione e la valenza è che il numero di ossidazione può essere sia positivo che negativo o anche nullo.
Tuttavia, sia la valenza che il numero di ossidazione possono non essere unici, ossia un atomo può avere sia più numeri di ossidazione che più numeri di valenza.
Ad esempio, data la tavola periodica, gli elementi dei vari gruppi hanno di solito la seguente valenza, pur con delle eccezioni:
- gruppo I, valenza 1
- gruppo II, valenza 2
- gruppo III, valenza 3
- gruppo IV, valenza 2 e 4
- gruppo V, valenza 3 e 5
- gruppo VI, valenza 4 e 6
- gruppo VII, valenza 3, 5 e 7
Allo stesso modo, i metalli alcalini e alcalini terrosi hanno un solo numero di ossidazione mentre altri ne hanno 2 o più, come il ferro.
Approfondisci la nomenclatura chimica e la tavola periodica.
Come si calcola il numero di ossidazione
Come si ricava il numero di ossidazione? A seguire trovi 2 metodi per calcolare il numero di ossidazione, semplici e veloci.
Prima però, devi studiare queste regole per trovare il numero di ossidazione:
- nel calcolo del numero di ossidazione non bisogna includere i legami tra gli atomi di elementi uguali;
- se i due atomi di una coppia presentano identica elettronegatività, gli elettroni di legame sono ripartiti in parti uguali tra i due atomi;
- il numero di ossidazione massimo è pari al numero di ossidazione del gruppo;
- quando ci sono più numeri di ossidazione, dal gruppo IV della tavola periodica, c’è uno scarto di 2, ad esempio i numeri di ossidazione del gruppo VII sono +7, +5, +3, +1;
- per i numeri di ossidazione negativi bisogna partire dalla parte destra della tavola periodica;
- il numero di ossidazione è zero nel caso di atomi di elementi allo stato naturale, come N2, e negli atomi isolati di uno stesso elemento non inclusi in alcun composto;
- dato un composto neutro, la somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi è zero;
- uno ione monoatomico, ossia uno ione semplice isolato, ha numero di ossidazione pari alla carica dello ione. Ad esempio, Cl- ha numero di ossidazione -1;
- dato un composto poliatomico, la somma del numero dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi è pari alla carica dello ione;
- il numero di ossidazione dell’idrogeno è +1 quando è legato a elementi con maggiore elettronegatività, -1 quando è legato ad atomi meno elettronegativi, come i metalli;
- il numero di ossidazione dell’ossigeno è -2 ad eccezione che nei perossidi, Na2O2, in cui l’ossigeno ha numero di ossidazione -1 e nei legami con il fluoro, in cui il numero di ossidazione è +2;
- il numero di ossidazione degli alogeni, come cloro, bromo e iodio, è -1 nei legami con l’idrogeno mentre è positivo in presenza di ossigeno;
- il numero di ossidazione del fluoro è sempre -1 perché è l’elemento più elettronegativo della tavola periodica (3.98) ad eccezione che in F2 che ha n. o. pari a zero;
- i metalli hanno sempre numero di ossidazione positivo;
- il numero di ossidazione dei metalli alcalini del gruppo I è sempre +1;
- il numero di ossidazioni di zinco, cadmio, metalli alcalini terrosi del gruppo II è sempre +2;
- nei composti organici, spesso gli atomi possono acquistare tutti i numeri interi compresi tra il loro minimo e massimo.
Come trovare il numero di ossidazione: metodo 1
Come si calcola il numero di ossidazione di un composto? Il primo metodo che ti proponiamo si basa sulla formula di struttura ed è il cosiddetto metodo IUPAC.
Per calcolare il numero di ossidazione devi:
- contare gli elettroni di valenza di ogni atomo della molecola supponendo che tutti i legami siano ionici;
- per ogni legame, cedere gli elettroni della coppia di atomi a quello più elettronegativo;
- contare gli elettroni di legame di ciascun atomo, sia quelli liberi che quelli assegnati;
- fare la differenza tra gli elettroni di valenza e gli elettroni di legame.
Il risultato della differenza è il numero di ossidazione: numero di ossidazione = numero elettroni di valenza – numero elettroni di legame.
Come trovare il numero di ossidazione: metodo 2
Il 2° metodo per il calcolo del numero di ossidazione è di tipo algebrico e sfrutta questa formula:
ΣN°OX = carica della specie.
Ossia: la sommatoria dei numeri di ossidazione di tutte le specie della molecola deve essere uguale alla carica della specie.
Ad esempio, consideriamo le specie monoatomiche neutre che hanno un solo atomo, come l’elio He. La sua carica è 0 perché è neutra. Quindi, se la sommatoria deve fare 0 e c’è un solo atomo, il numero di ossidazione dell’elio è 0.
Per applicare correttamente questo metodo è fondamentale conoscere la tavola periodica e le regole elencate sopra.
Numero di ossidazione: esercizio
A seguire un esempio di calcolo del numero di ossidazione attraverso l’uso della formula algebrica del 2° metodo.
Abbiamo il seguente composto: H2SO4. Partiamo assegnando il numero di ossidazione agli elementi di cui siamo certi:
- H = +1
- O = -2
Assegniamo un’incognita al numero di ossidazione che non conosciamo, per cui S = y e facciamo la somma algebrica:
(+1) ∙ 2 + y + (-2) ∙ 4 = 0 → 2 + y -8 = 0 → y – 6 = 0 → y = +6
Ora è importante fare una verifica e chiedersi se +6 può essere un buon numero di ossidazione per lo zolfo. La risposta è sì. Per cui, il risultato è corretto.
Guarda la videolezione sul calcolo del numero di ossidazione con gli esercizi svolti dal nostro tutor e docente di chimica. Si tratta di una videolezione veramente chiara e completa, in cui il nostro docente spiega ogni singolo passaggio del calcolo. A fine lezione, anche tu non avrai più dubbi sul numero di ossidazione.
Video nel testo di Orlando Cialli, docente e tutor WAU!
Immagine in evidenza di Colin Behrens da Pixabay
