En chimie, les termes oxydation et réduction font référence à des réactions dans lesquelles un atome (ou un groupe d'atomes), successivement, perd ou gagne des électrons. Un nombre d'oxydation est un nombre attribué à un atome (ou à un groupe d'atomes) qui aide les chimistes à suivre le nombre d'électrons disponibles pour le transfert et si un réactif donné est oxydé ou réduit dans une réaction. Le processus d'attribution des numéros d'oxydation aux atomes peut aller de très simple à assez complexe, en fonction de la charge de l'atome et de la composition chimique des molécules qui composent l'atome. Pour compliquer les choses, certains atomes ont plus d'un nombre d'oxydation. Heureusement, la détermination du nombre d'oxydation se fait avec des règles claires et faciles à suivre, bien qu'une connaissance de base de la chimie et de l'algèbre rendra l'explication de ces règles beaucoup plus facile.
Étape
Méthode 1 sur 2: Détermination de l'indice d'oxydation en fonction de la réglementation sur les produits chimiques
Étape 1. Déterminez si les substances en question sont des éléments
Les atomes d'éléments libres ont toujours un nombre d'oxydation de 0. Cela s'applique aux atomes dont la forme élémentaire consiste en un seul atome, ainsi qu'aux atomes dont la forme élémentaire est diatomique ou polyatomique.
- Par exemple, les deux Al(s) ainsi que Cl2 ont un nombre d'oxydation de 0 car ce sont des formes d'éléments qui ne sont pas liés à d'autres éléments.
- Notez que la forme élémentaire Soufre, S8, ou octasulfur, bien qu'anormal, a également un indice d'oxydation de 0.
Étape 2. Déterminez si les substances en question sont des ions
Les ions ont le même nombre d'oxydation que leur charge. Cela est vrai pour les ions qui ne sont pas liés à d'autres éléments, ainsi que pour les ions qui font partie de composés ioniques.
- Par exemple, l'ion Cl.- a un indice d'oxydation de -1.
- L'ion Cl a toujours un nombre d'oxydation de -1 lorsque Cl fait partie du composé NaCl. Puisque l'ion Na, par définition, a une charge de +1, nous savons que l'ion Cl a une charge de -1, donc le nombre d'oxydation reste -1.
Étape 3. Reconnaître que les ions métalliques peuvent avoir plusieurs états d'oxydation
De nombreux éléments métalliques ont plus d'une charge. Par exemple, le métal Fer (Fe) peut être un ion avec une charge +2 ou +3. La charge d'un ion métallique (et donc son indice d'oxydation) peut être déterminée, soit en termes de charges des autres atomes constitutifs du composé, soit, lorsqu'elle est écrite sous forme de texte en notation en chiffres romains (comme dans la phrase, Le l'ion fer (III) a une charge de + 3.).
Par exemple, examinons un composé contenant l'ion métallique aluminium. composé AlCl.3 a une charge globale de 0. Puisque nous savons que l'ion Cl.- a une charge de -1 et il y a 3 ions Cl.- dans le composé, l'ion Al doit avoir une charge de +3 pour que la charge totale de tous les ions soit de 0. Ainsi, le nombre d'oxydation de Al est de +3.
Étape 4. Attribuez le nombre d'oxydation de -2 à l'oxygène (sans exception)
Dans presque tous les cas, l'atome d'oxygène a un nombre d'oxydation de -2. Il existe quelques exceptions à cette règle:
- Lorsque l'oxygène est sous sa forme élémentaire (O2), le nombre d'oxydation est 0, car c'est la règle pour tous les atomes de l'élément.
- Lorsque l'oxygène fait partie d'un peroxyde, son indice d'oxydation est de -1. Les peroxydes sont une classe de composés contenant des liaisons simples oxygène-oxygène (ou l'anion peroxyde O2-2). Par exemple, dans la molécule H.2O2 (peroxyde d'hydrogène), l'oxygène a un indice d'oxydation (et une charge) de -1. De plus, lorsque l'oxygène fait partie du superoxyde, son indice d'oxydation est de -0,5.
- Lorsque l'oxygène est lié au fluor, son indice d'oxydation est de +2. Voir les réglementations sur le fluor ci-dessous pour plus d'informations. Dans (O2F2), son indice d'oxydation est +1.
Étape 5. Attribuez le nombre d'oxydation +1 à l'hydrogène (sans exception)
Comme l'oxygène, le nombre d'oxydation de l'hydrogène est un cas particulier. En général, l'hydrogène a un nombre d'oxydation de +1 (sauf, comme ci-dessus, sous sa forme élémentaire, H2). Cependant, dans le cas de composés spéciaux appelés hydrures, l'hydrogène a un indice d'oxydation de -1.
Par exemple, en H2O, nous savons que l'hydrogène a un nombre d'oxydation de +1 car l'oxygène a une charge de -2 et nous avons besoin d'une charge de 2+1 pour que la charge du composé soit nulle. Cependant, dans l'hydrure de sodium, NaH, l'hydrogène a un indice d'oxydation de -1 car la charge sur l'ion a une charge de +1, et pour que la somme des charges sur le composé soit nulle, la charge d'hydrogène (et donc sa nombre d'oxydation) doit être de -1.
Étape 6. Le fluor a toujours un indice d'oxydation de -1
Comme indiqué ci-dessus, les nombres d'oxydation de certains éléments peuvent différer en raison de plusieurs facteurs (ions métalliques, atomes d'oxygène dans les peroxydes, etc.). Cependant, le fluor a un nombre d'oxydation de -1, qui ne change jamais. En effet, le fluor est l'élément le plus électronégatif - en d'autres termes, c'est l'élément qui est le moins susceptible de céder ses électrons et le plus susceptible d'absorber des atomes d'autres éléments. Ainsi, la charge ne change pas.
Étape 7. Rendre le nombre d'oxydation dans le composé égal à la charge sur le composé
Le nombre d'oxydation de tous les atomes d'un composé doit être égal à la charge du composé. Par exemple, si un composé n'a pas de charge, le nombre d'oxydation de chaque atome doit être égal à zéro; si le composé est un ion polyatomique avec une charge de -1, le nombre d'oxydation doit totaliser -1, etc.
C'est un bon moyen de vérifier votre travail - si les nombres d'oxydation dans votre composé ne correspondent pas à la charge de votre composé, vous savez que vous avez défini un ou plusieurs des mauvais nombres d'oxydation
Méthode 2 sur 2: Attribution de nombres aux atomes sans règle de nombre d'oxydation
Étape 1. Trouvez les atomes sans la règle du nombre d'oxydation
Certains atomes n'ont pas de règles spécifiques concernant les nombres d'oxydation. Si votre atome n'apparaît pas dans les règles ci-dessus et que vous n'êtes pas sûr de sa charge (par exemple, si les atomes font partie d'un composé plus grand et ne montrent donc pas leurs charges respectives), vous pouvez trouver les indice d'oxydation par un processus d'élimination. Vous déterminerez d'abord l'état d'oxydation de tous les atomes du composé, puis vous ne résoudrez que les atomes inconnus en fonction de la charge totale du composé.
Par exemple, dans le composé Na2DONC4, la charge de Soufre (S) est inconnue - l'atome n'est pas sous forme élémentaire, donc son nombre d'oxydation n'est pas 0, mais c'est tout ce que nous savons. C'est un bon exemple de cette façon algébrique de déterminer le nombre d'oxydation.
Étape 2. Trouvez les nombres d'oxydation connus des autres éléments du composé
En utilisant les règles d'attribution des nombres d'oxydation, déterminez les nombres d'oxydation des autres atomes du composé. Attention aux cas particuliers comme O, H, etc.
à Na2DONC4, nous savons que, selon nos règles, l'ion Na a une charge (et donc son indice d'oxydation) +1 et l'atome d'oxygène a un indice d'oxydation -2.
Étape 3. Multipliez le nombre d'atomes par leur nombre d'oxydation
Maintenant que nous connaissons les nombres d'oxydation de tous nos atomes sauf l'inconnu, nous devons considérer le fait que certains de ces atomes peuvent apparaître plus d'une fois. Multipliez chaque numéro de coefficient de chaque atome (écrit en petit ci-dessous après le symbole chimique de l'atome dans le composé) par son nombre d'oxydation.
à Na2DONC4, nous savons qu'il y a 2 atomes Na et 4 atomes O. Nous multiplierons 2 × +1, le nombre d'oxydation de Na, pour obtenir la réponse 2, et nous multiplierons 4 × -2, le nombre d'oxydation O, pour obtenir la réponse -8.
Étape 4. Additionnez les résultats
L'ajout du produit de votre multiplication vous donnera le nombre d'oxydation du composé sans calculer le nombre d'oxydation inconnu de votre atome.
Dans l'exemple Na.2DONC4 nous, nous ajouterons 2 par -8 pour obtenir -6.
Étape 5. Calculez le nombre d'oxydation inconnu en fonction de la charge du composé
Maintenant, vous avez tout ce dont vous avez besoin pour trouver des nombres d'oxydation inconnus à l'aide d'une algèbre simple. Créez une équation: votre réponse à l'étape précédente, plus le nombre d'oxydation inconnu est égal à la charge globale du composé. En d'autres termes: (Quantité d'indice d'oxydation connu) + (indice d'oxydation inconnu, qui est recherché) = (charge de composé).
-
Dans l'exemple Na.2DONC4 nous, nous allons le résoudre comme suit:
- (somme du nombre d'oxydation connu) + (nombre d'oxydation inconnu, qui est recherché) = (charge du composé)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
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S = 6. S a un nombre d'oxydation
Étape 6. à Na2DONC4.
Des astuces
- Les atomes sous forme élémentaire ont toujours un nombre d'oxydation de 0. Un ion monoatomique a un nombre d'oxydation égal à sa charge. Le métal 1A sous sa forme élémentaire, comme l'hydrogène, le lithium et le sodium, a un indice d'oxydation de +1; Les métaux 2A sous forme élémentaire, tels que le magnésium et le calcium, ont un indice d'oxydation de +2. L'hydrogène et l'oxygène ont tous deux deux états d'oxydation différents qui peuvent dépendre de la liaison.
- Dans un composé, la somme de tous les nombres d'oxydation doit être égale à 0. Si un ion a 2 atomes, par exemple, la somme des nombres d'oxydation doit être égale à la charge de l'ion.
- Il est très utile de savoir lire le tableau périodique des éléments et l'emplacement des métaux et des non-métaux.
