Numero di ossidazione: definizione e spiegazione semplificata
Per comprendere davvero le reazioni chimiche non si può non conoscere il numero di ossidazione (n.o.). SI tratta di un concetto essenziale per quanto concerne la carica elettrica degli atomi coinvolti in legami ed è correlato al numero di elettroni di valenza. Esistono delle regole per calcolarlo poiché questo può variare per alcuni elementi a seconda degli atomi a cui sono legati.
In questa breve guida approfondiremo la definizione e la determinazione del numero di ossidazione in chimica. Questo aspetto è rilevante sia per la chimica inorganica che per quella organica.
Definizione e spiegazione
Il numero di ossidazione di un atomo è la carica formale che gli si attribuisce supponendo di cedere gli elettroni di valenza all’elemento più elettronegativo. Viene assegnato quando l’atomo in questione si trova all’interno di una molecola, poiché allo stato elementale (senza legami) è sempre pari a zero. La regola vale per tutti gli elementi della tavola periodica.
Per regola si tratta sempre di un valore intero, positivo nel caso si tratta di un atomo che cede elettroni e negativo qualora li acquisti. Se non è legato a nulla chiaramente non cede né acquista elettroni e per questo il valore finale risulta nullo. Se gli elettroni sono ceduti allora l’atomo si ossida mentre se li acquista si riduce.
Calcolando questo valore si assume che tutti i legami siano di carattere ionico, anche quando non lo sono (es. covalenti). La prima cosa da verificare è controllare quale sia l’atomo più elettronegativo sulla tavola di Mendeleev. L’elettronegatività infatti è una proprietà periodica che cresce lungo il gruppo e diminuisce lungo il periodo.
Va detto che nella tavola periodica solitamente per ogni elemento sono indicati i valori più ricorrenti che assume il numero di ossidazione. In questo modo il calcolo diventa più rapido per tutti i casi. Alcuni atomi hanno un solo valore, altri come il manganese (Mn) possono averne anche 5. Questo sostanza è fondamentale per la produzione del ferro.
Regole principali relative al numero di ossidazione
Per facilitare ulteriormente la determinazione del suo valore, ci sono delle regole da ricordare:
- Generalmente il numero di ossidazione associato all’idrogeno (H) è sempre +1. L’atomo possiede infatti un solo elettrone di valenza che cede facilmente. L’unica eccezione sono i composti che forma con gli elementi del primo e del secondo gruppo della tavola periodica dove il valore diventa -1 . Vale a dire i metalli alcalini e alcalino-terrosi.
- Per quanto riguarda l’ossigeno (O) il suo numero di ossidazione è di solito sempre -2, come nella molecola d’acqua. Questo però varia qualora si leghi al fluoro (F) poiché essendo meno elettronegativo assume valore +2. Infine nei perossidi (es. acqua ossigenata) il n.o. diventa -1.
- Per quanto riguarda i già citati metalli alcalini e alcalino-terrosi, anch’essi hanno in genere un valore fisso per il n.o. Gli elementi del primo gruppo (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) solitamente come valore hanno +1 essendo poco elettronegativi. Per la stessa ragione gli elementi del secondo (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) presentano genericamente numero di ossidazione pari a +2.
- Gli elementi del tredicesimo gruppo (Br, Al, In, Ga) hanno sempre n.o. pari a +3 in tutte le molecole in cui si trovano.
- Il fluoro ha sempre il valore -1 essendo un atomo con alta elettronegatività.
Un esempio canonico per eseguire il calcolo del n.o.
Prendiamo la molecola FeSO4. Per prima cosa è meglio precisare che per regola la somma dei numeri di ossidazione di una molecola neutra deve essere pari a zero. Dunque i valori del ferro, dello zolfo e dell’ossigeno dovranno annullarsi fra loro se sommati.
Innanzitutto abbiamo detto che l’ossigeno (O) a meno che non sia legato al fluoro o in un perossido ha numero di ossidazione pari a -2. Dato che sono presenti quattro atomi di questo elemento in tutto la carica sarà -8. Rimangono così zolfo (S) e ferro (Fe) da stabilire.
Seguendo la tavola periodica, entrambi gli elementi sono meno elettronegativi dell’ossigeno e quindi possono avere valori positivi.
Considerando che il ferro ha come numeri di ossidazione più comuni il +2 e il +3 mentre lo zolfo ha +4 e +6 non è difficile. La somma deve compensare -8 quindi i n.o. degli altri elementi sommati devono dare come risultato +8. Questo vale a dire che i due valori ricercati saranno +2 e +6 rispettivamente per il ferro e lo zolfo in ordine.
