Il numero di ossidazione è la carica convenzionale di un atomo in un composto, calcolata ipotizzando che tutti i legami tra gli atomi siano ionici. Indica quanti elettroni un atomo ha ceduto o attratto a sé. In questa pagina troverai una definizione chiara, tutte le regole per determinare il numero di ossidazione, una tabella dei valori costanti, un algoritmo passo dopo passo e un simulatore interattivo per consolidare l'argomento.
Cos'è il numero di ossidazione
Il numero di ossidazione (n.o.) è la carica convenzionale di un atomo in una molecola, che esso avrebbe se tutti gli elettroni dei legami condivisi fossero trasferiti completamente all'atomo più elettronegativo. In parole semplici, è un "contatore" di elettroni: l'atomo che cede elettroni assume un numero di ossidazione positivo, mentre quello che li attrae assume un valore negativo.
Il numero di ossidazione si scrive sempre con il segno prima del numero e si posiziona sopra il simbolo dell'elemento: ad esempio, nell'acqua H₂O l'idrogeno ha +1, l'ossigeno −2. Questo lo distingue dalla carica di uno ione (S²⁻, Fe³⁺), dove il segno si scrive dopo il numero.
Il numero di ossidazione può essere positivo, negativo o nullo, e per molti elementi è variabile: cambia da un composto all'altro. Ecco perché è fondamentale saperlo determinare, invece di limitarsi a memorizzarlo.
Regole del numero di ossidazione: tabella dei valori costanti
Per determinare il numero di ossidazione, bisogna conoscere alcune regole fondamentali. Alcuni elementi hanno un numero di ossidazione costante in tutti i composti: i loro valori sono raccolti nella tabella qui sotto. È da questi che si inizia l'assegnazione.
Oltre ai valori costanti, valgono tre regole principali:
- in una sostanza semplice il numero di ossidazione di qualsiasi atomo è pari a 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- la somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola è 0 (la molecola è elettricamente neutra);
- in uno ione la somma dei numeri di ossidazione è uguale alla carica dello ione (ad esempio, in SO₄²⁻ la somma è −2).
| Elemento | N. di ossidazione | Eccezioni |
|---|---|---|
| Sostanza semplice O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | nessuna eccezione |
| Fluoro F | −1 | sempre −1, non esistono altri valori |
| Metalli gruppo I Na, K, Li, Ag | +1 | costante |
| Metalli gruppo II Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | costante |
| Alluminio Al | +3 | costante |
| Idrogeno H | +1 | −1 negli idruri metallici: NaH, CaH₂ |
| Ossigeno O | −2 | −1 nei perossidi (H₂O₂); +2 in OF₂ |
Come determinare il numero di ossidazione in un composto
Quando nella formula è presente un elemento con numero di ossidazione variabile (zolfo, azoto, cloro, manganese, fosforo), lo si trova tramite un'equazione. L'algoritmo è universale: prima assegniamo tutto ciò che sappiamo con certezza, poi indichiamo l'incognita come x e risolviamo l'equazione della somma. Ecco i cinque passaggi.
0, non serve calcolare altro+1, ossigeno −2, fluoro −1 — come da tabella sopra0 per una molecola o = alla carica per uno ione+ o −Numero di ossidazione massimo e minimo
Un elemento ha un numero di ossidazione massimo e minimo — i valori estremi tra cui si trovano tutti gli altri.
- Il numero di ossidazione massimo è solitamente uguale al numero del gruppo nella Tavola Periodica (per gli elementi dei gruppi principali). Ad esempio, lo zolfo nel gruppo VI → n.o. massimo +6 (H₂SO₄), l'azoto nel gruppo V → +5 (HNO₃), il cloro nel gruppo VII → +7 (HClO₄). Si manifesta nei composti con elementi più elettronegativi — il più delle volte con l'ossigeno.
- Il numero di ossidazione minimo per i non metalli è uguale al numero del gruppo meno 8. Per lo zolfo è 6 − 8 = −2 (H₂S), per l'azoto 5 − 8 = −3 (NH₃). Si manifesta nei composti con idrogeno e metalli.
Esistono eccezioni: ad esempio, il fluoro non ha un n.o. positivo massimo — è il più elettronegativo e ha sempre −1; per l'ossigeno il n.o. massimo +2 si incontra solo in OF₂.
Esempi di determinazione del numero di ossidazione
Esempio 1. Zolfo in H₂SO₄
Problema: determinare il numero di ossidazione dello zolfo nell'acido solforico H₂SO₄.
Passaggio 1. Non è una sostanza semplice — nella formula ci sono tre elementi.
Passaggio 2. Assegniamo i n.o. costanti: idrogeno +1 (2 atomi), ossigeno −2 (4 atomi).
Passaggio 3. Il numero di ossidazione dello zolfo è incognito — indichiamolo con x.
Passaggio 4. Impostiamo l'equazione (la somma di tutti i n.o. nella molecola = 0):
Passaggio 5. Risolviamo: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Risposta: il numero di ossidazione dello zolfo in H₂SO₄ è +6.
Esempio 2. Manganese in KMnO₄
Problema: determinare il numero di ossidazione del manganese nel permanganato di potassio KMnO₄.
Passaggio 1–2. N.o. costanti: potassio (metallo del gruppo I) +1, ossigeno −2 (4 atomi).
Passaggio 3. Il manganese è un elemento con n.o. variabile, indichiamolo con x.
Passaggio 4. Equazione della somma:
Passaggio 5. Risolviamo: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Risposta: il numero di ossidazione del manganese è +7 — è il suo numero di ossidazione massimo (Mn nel gruppo VII).
Esempio 3. Determinazione dalla formula dell'ossido Fe₂O₃
Problema: determinare il numero di ossidazione del ferro nell'ossido Fe₂O₃.
Passaggio 1–2. L'ossigeno è sempre −2, gli atomi di ossigeno sono 3, quindi il contributo totale dell'ossigeno è: \(3 \cdot (-2) = -6\).
Passaggio 3. Indichiamo il numero di ossidazione del ferro con x, gli atomi di ferro sono 2.
Passaggio 4. Equazione: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Passaggio 5. Risolviamo: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Risposta: il numero di ossidazione del ferro è +3. Verifica: due atomi a +3 danno +6, tre atomi di ossigeno danno −6, la somma è 0 — corretto.
Errori comuni nella determinazione del numero di ossidazione
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Confondere il numero di ossidazione con la valenza.
La valenza è il numero di legami chimici di un atomo, non ha segno (è sempre un numero positivo: I, II, III). Il numero di ossidazione è una carica convenzionale con segno (+ o −) e può essere zero. Ad esempio, in N₂ la valenza dell'azoto è III, ma il numero di ossidazione è 0.
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Segno posizionato in modo errato: scrivere il numero e poi il più o il meno (2+ invece di +2).
Nel numero di ossidazione il segno si mette PRIMA del numero e sopra il simbolo dell'elemento: +2, −3, +6. La notazione con il segno dopo il numero (S²⁻) si riferisce alla carica dello ione, non al numero di ossidazione.
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Pensare che l'ossigeno sia sempre −2 e l'idrogeno sempre +1.
Funziona quasi sempre, ma ci sono eccezioni. L'ossigeno nei perossidi (H₂O₂) ha n.o. −1, e in OF₂ addirittura +2. L'idrogeno negli idruri metallici (NaH, CaH₂) ha n.o. −1, perché il metallo è ancora più elettropositivo.
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Dimenticare che la somma dei numeri di ossidazione in una molecola è zero.
Una molecola è elettricamente neutra, quindi la somma di (n.o. × numero di atomi) per tutti gli elementi è sempre = 0. Per uno ione questa somma è uguale alla carica dello ione. È l'equazione principale da cui si ricava il numero di ossidazione incognito.
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Non moltiplicare il numero di ossidazione per il numero di atomi dell'elemento.
Nell'equazione della somma, ogni n.o. deve essere moltiplicato per l'indice (numero di atomi). In H₂SO₄ l'idrogeno non dà +1, ma 2·(+1) = +2, l'ossigeno non −2, ma 4·(−2) = −8. Saltare l'indice è l'errore aritmetico più comune.
Domande e risposte
In cosa differisce il numero di ossidazione dalla valenza?
La valenza indica il numero di legami chimici di un atomo e non ha segno (si indica con numeri romani: I, II, III). Il numero di ossidazione è una carica convenzionale dell'atomo, ha un segno (+ o −) e può essere zero o frazionario. Per molti elementi questi valori coincidono in modulo, ma non sempre: nella molecola N₂ la valenza dell'azoto è III, mentre il numero di ossidazione è 0.
Come determinare il numero di ossidazione massimo di un elemento?
Il numero di ossidazione massimo (positivo) di un elemento del gruppo principale è uguale al numero del suo gruppo nella Tavola Periodica. Ad esempio, lo zolfo nel gruppo VI ha n.o. massimo +6, l'azoto nel gruppo V ha +5, il cloro nel gruppo VII ha +7. Si manifesta nei composti con l'ossigeno. Eccezioni: per ossigeno e fluoro non esiste un n.o. positivo massimo pari al numero del gruppo.
Come determinare il numero di ossidazione minimo?
Per i non metalli il numero di ossidazione minimo è uguale al numero del gruppo meno 8. Per lo zolfo è 6 − 8 = −2 (in H₂S), per l'azoto 5 − 8 = −3 (in NH₃), per il cloro 7 − 8 = −1 (in HCl). Il n.o. minimo si manifesta nei composti con idrogeno e metalli. Per i metalli il numero di ossidazione minimo è 0 (nella sostanza semplice).
Qual è il numero di ossidazione di una sostanza semplice?
Per qualsiasi atomo in una sostanza semplice il numero di ossidazione è 0. Questo vale sia per i metalli (Fe, Cu, Na) che per i non metalli (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Il motivo è semplice: gli atomi dello stesso elemento attraggono gli elettroni condivisi in modo uguale, quindi la carica convenzionale è zero.
L'ossigeno ha sempre numero di ossidazione −2?
Quasi sempre, ma ci sono due eccezioni. Nei perossidi (H₂O₂, Na₂O₂) il numero di ossidazione dell'ossigeno è −1, perché gli atomi di ossigeno sono legati tra loro. Nel composto con il fluoro OF₂ l'ossigeno ha n.o. positivo +2, poiché il fluoro è ancora più elettronegativo.
Il numero di ossidazione può essere frazionario?
Sì, ma è un valore medio (formale). Ad esempio, in Fe₃O₄ il numero di ossidazione medio del ferro è +8/3, perché nella formula sono mescolati atomi con n.o. +2 e +3. Nel programma scolastico questi casi si studiano raramente — di solito il numero di ossidazione è un numero intero.
