Starea de oxidare este sarcina convențională a unui atom într-un compus, calculată sub ipoteza că toate legăturile dintre atomi sunt ionice. Aceasta arată câți electroni a cedat sau a atras un atom. Pe această pagină găsești o definiție clară, toate regulile de determinare a stării de oxidare, tabelul valorilor constante, un algoritm pas cu pas și un simulator interactiv pentru a fixa tema.
Ce este starea de oxidare
Starea de oxidare (SO) este sarcina convențională a unui atom într-o moleculă, pe care acesta ar avea-o dacă toți electronii perechilor comune ar trece complet la atomul mai electronegativ. Mai simplu, este un „contor” de electroni: atomul care cedează electroni primește o stare de oxidare pozitivă, iar cel care îi atrage — una negativă.
Starea de oxidare se scrie întotdeauna cu semnul înaintea cifrei și se plasează deasupra simbolului elementului: de exemplu, în apă H₂O, hidrogenul are +1, iar oxigenul −2. Aceasta o diferențiază de sarcina ionului (S²⁻, Fe³⁺), unde semnul se scrie după cifră.
Starea de oxidare poate fi pozitivă, negativă sau nulă, iar pentru multe elemente este variabilă — se schimbă de la un compus la altul. Tocmai de aceea trebuie să știi să o determini, nu doar să o memorezi.
Regulile stării de oxidare: tabelul valorilor constante
Pentru a determina starea de oxidare, trebuie să cunoști câteva reguli stricte. O parte din elemente au o stare de oxidare constantă în orice compus — valorile lor sunt colectate în tabelul de mai jos. Cu ele începe stabilirea stărilor.
Pe lângă valorile constante, funcționează trei reguli principale:
- în substanța simplă, starea de oxidare a oricărui atom este egală cu 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- suma stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă este egală cu 0 — molecula este neutră din punct de vedere electric;
- într-un ion, suma stărilor de oxidare este egală cu sarcina ionului (de exemplu, în SO₄²⁻ suma este −2).
| Element | Stare de oxidare | Excepții |
|---|---|---|
| Substanță simplă O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | nu există excepții |
| Fluor F | −1 | întotdeauna −1, nu are alte valori |
| Metale grupa I Na, K, Li, Ag | +1 | constantă |
| Metale grupa II Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | constantă |
| Aluminiu Al | +3 | constantă |
| Hidrogen H | +1 | −1 în hidruri metalice: NaH, CaH₂ |
| Oxigen O | −2 | −1 în peroxizi (H₂O₂); +2 în OF₂ |
Cum să determini starea de oxidare într-un compus
Când în formulă există un element cu stare de oxidare variabilă (sulf, azot, clor, mangan, fosfor), aceasta se găsește printr-o ecuație. Algoritmul este universal: mai întâi notăm tot ce știm sigur, apoi notăm necunoscuta cu x și rezolvăm ecuația sumei. Cinci pași — mai jos.
0, nu mai trebuie calculat nimic+1, oxigenul −2, fluorul −1 — conform tabelului de mai sus0 pentru moleculă sau = sarcina pentru ion+ sau −Starea de oxidare maximă și minimă
Un element are o stare de oxidare maximă și una minimă — valorile extreme între care se află toate celelalte.
- Starea de oxidare maximă este de obicei egală cu numărul grupei din Tabelul Periodic (pentru elementele din subgrupele principale). De exemplu, sulful în grupa VI → SO maximă +6 (H₂SO₄), azotul în grupa V → +5 (HNO₃), clorul în grupa VII → +7 (HClO₄). Aceasta se manifestă în compușii cu elemente mai electronegative — cel mai des cu oxigenul.
- Starea de oxidare minimă pentru nemetale este egală cu numărul grupei minus 8. Pentru sulf aceasta este 6 − 8 = −2 (H₂S), pentru azot 5 − 8 = −3 (NH₃). Aceasta se manifestă în compușii cu hidrogen și metale.
Există excepții: de exemplu, fluorul nu are SO pozitivă maximă — el este cel mai electronegativ și are întotdeauna −1; la oxigen, SO maximă +2 apare doar în OF₂.
Exemple de determinare a stării de oxidare
Exemplul 1. Sulful în H₂SO₄
Problemă: determină starea de oxidare a sulfului în acidul sulfuric H₂SO₄.
Pasul 1. Nu este o substanță simplă — în formulă sunt trei elemente.
Pasul 2. Notăm SO constante: hidrogen +1 (2 atomi), oxigen −2 (4 atomi).
Pasul 3. Starea de oxidare a sulfului este necunoscută — o notăm cu x.
Pasul 4. Alcătuim ecuația (suma tuturor SO în moleculă = 0):
Pasul 5. Rezolvăm: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Răspuns: starea de oxidare a sulfului în H₂SO₄ este +6.
Exemplul 2. Manganul în KMnO₄
Problemă: determină starea de oxidare a manganului în permanganatul de potasiu KMnO₄.
Pasul 1–2. SO constante: potasiu (metal din grupa I) +1, oxigen −2 (4 atomi).
Pasul 3. Manganul este un element cu SO variabilă, îl notăm cu x.
Pasul 4. Ecuația sumei:
Pasul 5. Rezolvăm: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Răspuns: starea de oxidare a manganului este +7 — aceasta este starea sa de oxidare maximă (Mn în grupa VII).
Exemplul 3. Determinarea după formula oxidului Fe₂O₃
Problemă: determină starea de oxidare a fierului în oxidul Fe₂O₃.
Pasul 1–2. Oxigenul este întotdeauna −2, sunt 3 atomi de oxigen, deci contribuția totală a oxigenului: \(3 \cdot (-2) = -6\).
Pasul 3. Starea de oxidare a fierului o notăm cu x, sunt 2 atomi de fier.
Pasul 4. Ecuația: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Pasul 5. Rezolvăm: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Răspuns: starea de oxidare a fierului este +3. Verificare: doi atomi de +3 dau +6, trei atomi de oxigen dau −6, suma 0 — corect.
Greșeli frecvente la determinarea stării de oxidare
-
Confundarea stării de oxidare cu valența.
Valența este numărul de legături chimice ale unui atom, nu are semn (este întotdeauna un număr pozitiv: I, II, III). Starea de oxidare este o sarcină convențională cu semn (+ sau −) și poate fi nulă. De exemplu, în N₂ valența azotului este III, iar starea de oxidare este 0.
-
Plasarea incorectă a semnului: scriu cifra, apoi plus sau minus (2+ în loc de +2).
La starea de oxidare, semnul se pune ÎNAINTEA cifrei și deasupra simbolului elementului: +2, −3, +6. Scrierea cu semnul după cifră (S²⁻) se referă la sarcina ionului, nu la starea de oxidare.
-
Considerarea că oxigenul este întotdeauna −2, iar hidrogenul întotdeauna +1.
Acest lucru funcționează aproape întotdeauna, dar există excepții. Oxigenul în peroxizi (H₂O₂) are SO −1, iar în OF₂ chiar +2. Hidrogenul în hidrurile metalice (NaH, CaH₂) are SO −1, deoarece metalul este și mai electropozitiv.
-
Uitarea faptului că suma stărilor de oxidare într-o moleculă este egală cu zero.
Molecula este neutră electric, de aceea suma (SO × numărul de atomi) pentru toate elementele este întotdeauna = 0. Pentru un ion, această sumă este egală cu sarcina ionului. Aceasta este ecuația principală din care se află starea de oxidare necunoscută.
-
Neînmulțirea stării de oxidare cu numărul de atomi ai elementului.
În ecuația sumei, fiecare SO trebuie înmulțită cu indicele (numărul de atomi). În H₂SO₄, hidrogenul nu dă +1, ci 2·(+1) = +2, oxigenul nu −2, ci 4·(−2) = −8. Omiterea indicelui este cea mai frecventă greșeală aritmetică.
Întrebări și răspunsuri
Prin ce diferă starea de oxidare de valență?
Valența arată numărul de legături chimice ale unui atom și nu are semn (se notează cu cifre romane: I, II, III). Starea de oxidare este o sarcină convențională a atomului, are semn (+ sau −) și poate fi nulă sau fracționară. Pentru multe elemente, aceste valori coincid ca modul, dar nu întotdeauna: în molecula N₂ valența azotului este III, iar starea de oxidare este 0.
Cum să determini starea de oxidare maximă a unui element?
Starea de oxidare maximă (pozitivă) a unui element din subgrupa principală este egală cu numărul grupei sale din Tabelul Periodic. De exemplu, sulful în grupa VI are SO maximă +6, azotul în grupa V — +5, clorul în grupa VII — +7. Aceasta se manifestă în compușii cu oxigenul. Excepții: oxigenul și fluorul nu au SO pozitivă maximă egală cu numărul grupei.
Cum să determini starea de oxidare minimă?
Pentru nemetale, starea de oxidare minimă este egală cu numărul grupei minus 8. Pentru sulf aceasta este 6 − 8 = −2 (în H₂S), pentru azot 5 − 8 = −3 (în NH₃), pentru clor 7 − 8 = −1 (în HCl). SO minimă se manifestă în compușii cu hidrogen și metale. La metale, starea de oxidare minimă este 0 (în substanța simplă).
Ce stare de oxidare are o substanță simplă?
La orice atom dintr-o substanță simplă, starea de oxidare este egală cu 0. Aceasta se aplică și metalelor (Fe, Cu, Na), și nemetalelor (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Motivul este simplu: atomii aceluiași element atrag la fel electronii comuni, de aceea sarcina convențională este zero.
Are oxigenul întotdeauna starea de oxidare −2?
Aproape întotdeauna, dar există două excepții. În peroxizi (H₂O₂, Na₂O₂) starea de oxidare a oxigenului este −1, deoarece atomii de oxigen sunt legați între ei. În compusul cu fluorul OF₂, oxigenul are SO pozitivă +2, deoarece fluorul este și mai electronegativ.
Poate fi starea de oxidare fracționară?
Da, dar aceasta este o valoare medie (formală). De exemplu, în Fe₃O₄ starea de oxidare medie a fierului este +8/3, deoarece în formulă sunt amestecați atomi cu SO +2 și +3. În programa școlară, astfel de cazuri sunt analizate rar — de obicei starea de oxidare este întreagă.
