Le degré d'oxydation est une charge conventionnelle d'un atome dans un composé, calculée en supposant que toutes les liaisons entre les atomes sont ioniques. Il indique combien d'électrons un atome a cédés ou attirés. Sur cette page, vous trouverez une définition claire, toutes les règles de détermination, un tableau des valeurs constantes, un algorithme étape par étape et un simulateur interactif pour consolider vos connaissances.
Qu'est-ce que le degré d'oxydation
Le degré d'oxydation (DO) est une charge conventionnelle d'un atome dans une molécule qu'il aurait si tous les électrons des paires partagées étaient entièrement transférés à l'atome le plus électronégatif. En termes simples, c'est un « compteur » d'électrons : l'atome qui cède des électrons reçoit un degré d'oxydation positif, et celui qui les attire, un négatif.
Le degré d'oxydation s'écrit toujours avec le signe avant le chiffre et se place au-dessus du symbole de l'élément : par exemple, dans l'eau H₂O, l'hydrogène est à +1, l'oxygène à −2. Cela le distingue de la charge d'un ion (S²⁻, Fe³⁺), où le signe est écrit après le chiffre.
Le degré d'oxydation peut être positif, négatif ou nul, et pour de nombreux éléments, il est variable — il change d'un composé à l'autre. C'est pourquoi il est essentiel de savoir le déterminer plutôt que de simplement le mémoriser.
Règles du degré d'oxydation : tableau des valeurs constantes
Pour déterminer le degré d'oxydation, il faut connaître quelques règles fondamentales. Certains éléments ont un degré d'oxydation constant dans tous les composés — leurs valeurs sont regroupées dans le tableau mémo ci-dessous. C'est par eux que l'on commence.
En plus des valeurs constantes, trois règles principales s'appliquent :
- dans un corps simple, le degré d'oxydation de tout atome est égal à 0 (Fe, O₂, H₂, S₈) ;
- la somme des degrés d'oxydation de tous les atomes dans une molécule est égale à 0 — la molécule est électriquement neutre ;
- dans un ion, la somme des degrés d'oxydation est égale à la charge de l'ion (par exemple, dans SO₄²⁻, la somme est égale à −2).
| Élément | Degré d'oxydation | Exceptions |
|---|---|---|
| Corps simple O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | aucune exception |
| Fluor F | −1 | toujours −1, pas d'autres valeurs |
| Métaux groupe I Na, K, Li, Ag | +1 | constant |
| Métaux groupe II Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | constant |
| Aluminium Al | +3 | constant |
| Hydrogène H | +1 | −1 dans les hydrures métalliques : NaH, CaH₂ |
| Oxygène O | −2 | −1 dans les peroxydes (H₂O₂) ; +2 dans OF₂ |
Comment déterminer le degré d'oxydation dans un composé
Lorsqu'une formule contient un élément à degré d'oxydation variable (soufre, azote, chlore, manganèse, phosphore), on le trouve via une équation. L'algorithme est universel : on place d'abord tout ce que l'on sait avec certitude, puis on désigne l'inconnue par x et on résout l'équation de la somme. Cinq étapes ci-dessous.
0, inutile de calculer+1, oxygène −2, fluor −1 — selon le tableau ci-dessus0 pour une molécule ou = charge pour un ion+ ou −Degré d'oxydation maximal et minimal
Un élément possède un degré d'oxydation maximal et minimal — les valeurs extrêmes entre lesquelles se situent toutes les autres.
- Le degré d'oxydation maximal est généralement égal au numéro du groupe dans le tableau périodique (pour les éléments des sous-groupes principaux). Par exemple, le soufre dans le groupe VI → DO max +6 (H₂SO₄), l'azote dans le groupe V → +5 (HNO₃), le chlore dans le groupe VII → +7 (HClO₄). Il se manifeste dans les composés avec des éléments plus électronégatifs — le plus souvent l'oxygène.
- Le degré d'oxydation minimal pour les non-métaux est égal au numéro du groupe moins 8. Pour le soufre, c'est 6 − 8 = −2 (H₂S), pour l'azote 5 − 8 = −3 (NH₃). Il se manifeste dans les composés avec l'hydrogène et les métaux.
Il existe des exceptions : par exemple, le fluor n'a pas de DO positif maximal — il est le plus électronégatif et est toujours à −1 ; pour l'oxygène, le DO max +2 n'apparaît que dans OF₂.
Exemples de détermination du degré d'oxydation
Exemple 1. Soufre dans H₂SO₄
Problème : déterminer le degré d'oxydation du soufre dans l'acide sulfurique H₂SO₄.
Étape 1. Ce n'est pas un corps simple — la formule contient trois éléments.
Étape 2. On place les DO constants : hydrogène +1 (2 atomes), oxygène −2 (4 atomes).
Étape 3. Le degré d'oxydation du soufre est inconnu — désignons-le par x.
Étape 4. On établit l'équation (somme de tous les DO dans la molécule = 0) :
Étape 5. On résout : \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Réponse : le degré d'oxydation du soufre dans H₂SO₄ est égal à +6.
Exemple 2. Manganèse dans KMnO₄
Problème : déterminer le degré d'oxydation du manganèse dans le permanganate de potassium KMnO₄.
Étape 1–2. DO constants : potassium (métal du groupe I) +1, oxygène −2 (4 atomes).
Étape 3. Le manganèse est un élément à DO variable, désignons-le par x.
Étape 4. Équation de la somme :
Étape 5. On résout : \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Réponse : le degré d'oxydation du manganèse est égal à +7 — c'est son degré d'oxydation maximal (Mn dans le groupe VII).
Exemple 3. Détermination par la formule de l'oxyde Fe₂O₃
Problème : déterminer le degré d'oxydation du fer dans l'oxyde Fe₂O₃.
Étape 1–2. L'oxygène est toujours −2, il y a 3 atomes d'oxygène, donc la contribution totale de l'oxygène est : \(3 \cdot (-2) = -6\).
Étape 3. Le degré d'oxydation du fer est désigné par x, il y a 2 atomes de fer.
Étape 4. Équation : \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Étape 5. On résout : \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Réponse : le degré d'oxydation du fer est égal à +3. Vérification : deux atomes à +3 donnent +6, trois atomes d'oxygène donnent −6, la somme est 0 — correct.
Erreurs fréquentes lors de la détermination du degré d'oxydation
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Confondre le degré d'oxydation avec la valence.
La valence est le nombre de liaisons chimiques d'un atome, elle n'a pas de signe (c'est toujours un nombre positif : I, II, III). Le degré d'oxydation est une charge conventionnelle avec un signe (+ ou −) et peut être nul. Par exemple, dans N₂, la valence de l'azote est III, mais son degré d'oxydation est 0.
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Placer incorrectement le signe : écrire le chiffre puis le plus ou le moins (2+ au lieu de +2).
Pour le degré d'oxydation, le signe se place AVANT le chiffre et au-dessus du symbole de l'élément : +2, −3, +6. L'écriture avec le signe après le chiffre (S²⁻) se rapporte à la charge d'un ion, pas au degré d'oxydation.
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Croire que l'oxygène est toujours −2 et l'hydrogène toujours +1.
Cela fonctionne presque toujours, mais il y a des exceptions. L'oxygène dans les peroxydes (H₂O₂) a un DO de −1, et dans OF₂ même +2. L'hydrogène dans les hydrures métalliques (NaH, CaH₂) a un DO de −1, car le métal est encore plus électropositif.
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Oublier que la somme des degrés d'oxydation dans une molécule est égale à zéro.
Une molécule est électriquement neutre, donc la somme (DO × nombre d'atomes) pour tous les éléments est toujours = 0. Pour un ion, cette somme est égale à la charge de l'ion. C'est l'équation principale à partir de laquelle on trouve le degré d'oxydation inconnu.
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Ne pas multiplier le degré d'oxydation par le nombre d'atomes de l'élément.
Dans l'équation de la somme, chaque DO doit être multiplié par l'indice (nombre d'atomes). Dans H₂SO₄, l'hydrogène ne donne pas +1, mais 2·(+1) = +2, l'oxygène ne donne pas −2, mais 4·(−2) = −8. Omettre l'indice est l'erreur arithmétique la plus fréquente.
Questions et réponses
Quelle est la différence entre le degré d'oxydation et la valence ?
La valence indique le nombre de liaisons chimiques d'un atome et n'a pas de signe (elle est notée en chiffres romains : I, II, III). Le degré d'oxydation est une charge conventionnelle d'un atome, il a un signe (+ ou −) et peut être nul ou fractionnaire. Pour de nombreux éléments, ces valeurs coïncident en module, mais pas toujours : dans la molécule N₂, la valence de l'azote est III, mais son degré d'oxydation est 0.
Comment déterminer le degré d'oxydation maximal d'un élément ?
Le degré d'oxydation maximal (positif) d'un élément du sous-groupe principal est égal au numéro de son groupe dans le tableau périodique. Par exemple, le soufre dans le groupe VI a un DO max de +6, l'azote dans le groupe V — +5, le chlore dans le groupe VII — +7. Il se manifeste dans les composés avec l'oxygène. Exceptions : l'oxygène et le fluor n'ont pas de DO positif maximal égal au numéro du groupe.
Comment déterminer le degré d'oxydation minimal ?
Pour les non-métaux, le degré d'oxydation minimal est égal au numéro du groupe moins 8. Pour le soufre, c'est 6 − 8 = −2 (dans H₂S), pour l'azote 5 − 8 = −3 (dans NH₃), pour le chlore 7 − 8 = −1 (dans HCl). Le DO minimal se manifeste dans les composés avec l'hydrogène et les métaux. Pour les métaux, le degré d'oxydation minimal est 0 (dans un corps simple).
Quel est le degré d'oxydation d'un corps simple ?
Pour tout atome dans un corps simple, le degré d'oxydation est égal à 0. Cela concerne aussi bien les métaux (Fe, Cu, Na) que les non-métaux (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). La raison est simple : les atomes d'un même élément attirent les électrons partagés de la même manière, donc la charge conventionnelle est égale à zéro.
L'oxygène a-t-il toujours un degré d'oxydation de −2 ?
Presque toujours, mais il y a deux exceptions. Dans les peroxydes (H₂O₂, Na₂O₂), le degré d'oxydation de l'oxygène est −1, car les atomes d'oxygène sont liés entre eux. Dans le composé avec le fluor OF₂, l'oxygène a un DO positif de +2, car le fluor est encore plus électronégatif.
Le degré d'oxydation peut-il être fractionnaire ?
Oui, mais c'est une valeur moyenne (formelle). Par exemple, dans Fe₃O₄, le degré d'oxydation moyen du fer est +8/3, car la formule mélange des atomes avec des DO de +2 et +3. Dans le programme scolaire, ces cas sont rarement abordés — généralement, le degré d'oxydation est un nombre entier.
