Come Attribuire il Numero di Ossidazione ad una Molecola


Dopo aver visto cosa sono i numeri di ossidazione andiamo ora a vedere come applicare il concetto a una molecola.


LE REGOLE DA SEGUIRE

Per riuscire ad attribuire il numero di ossidazione a tutte le molecole bisogna tenere presente alcune regole molto semplici.

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Bisogna imparare a memoria la seguente tabella:

Numeri di Ossidazione per alcuni elementi

Niente paura, è molto facile ricordarsi questa tabella, basta guardare la Tavola Periodica per capire il perchè di questi numeri.

Oltre a farci risparmiare un sacco di tempo, sapere a memoria questi numeri ci permette di determinare il numero di ossidazione anche per le molecole più complesse.

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Ioni monoatomici hanno come numero di ossidazione la propria carica.

Per esempio lo ione Cu2+ ha come numero di ossidazione +2 mentre lo ione Cl ha numero di ossidazione -1.

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I numeri di ossidazione sono sempre numeri interi, siccome non esistono frazioni di carica elementale non è possibile quindi avere numeri di ossidazione fratti.

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Quando nella molecola è presente più di un atomo dello stesso elemento il numero di ossidazione di quel elemento viene diviso per quanti atomi di quel elemento sono presenti.

Per esempio in K2Cr2O7 la carica totale sul Cromo è di +12, questo valore va diviso per 2 perchè nella molecola sono presenti 2 atomi di Cr.

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La somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi all’interno di un composto deve essere uguale alla carica totale della molecola\ione considerato.

Per esempio in MnO4 il manganese deve per forza di cose avere numero di ossidazione pari a +7 perchè andando a sommarsi con il numero di ossidazione dei 4 Ossigeni, che in totale fanno -8, il risultato deve essere di -1.

+7 – (2 · 4) = -1

FACCIAMO ALCUNI ESEMPI

Di seguito applicheremo le regole viste prima a 4 molecole in ordine crescente di difficoltà.

H2CO3

La prima molecola che incontriamo è l’acido carbonico e ci interessa determinare il numero di ossidazione del Carbonio, il numero di ossidazione di H e O sono già presenti nella tabella vista prima.

La molecola complessivamente è neutra quindi anche la somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi dovrà fare 0.

La tabella ci suggerisce con H deve avere un numero di ossidazione di +1, nella molecola compaiono 2 atomi di H quindi il contributo totale che H fornisce è di +2.

Sempre dalla tabella vediamo che O ha un numero di ossidazione di -2 e nella molecola compaiono in totale 3 atomi di O, il contributo totale che O fornisce è di -6.

Non sappiamo qual è il numero di ossidazione di C quindi possiamo indicarlo con una generica X.

Possiamo ora riscrivere il tutto sotto forma di equazione e otteniamo:

+2 +X -6 = 0

Con un minimo sforzo di matematica possiamo isolare la X e otteniamo che il numero di ossidazione del atomo di Carbonio nella molecola di H2CO3 è pari a +4.

X = +6 -2 = +4

Numero di Ox. di C = +4

Questi sono quindi i passaggi da eseguire per determinare il numero di ossidazione di qualsiasi atomo all’interno di qualsiasi composto.

CaS2O6

In questo caso bisogna determinare il numero di ossidazione di S con la difficoltà che di questo elemento abbiamo 2 atomi.

Come prima cosa è necessario determinare la carica totale della molecola, anche in questo caso 0.

Il numero di ossidazione di Ca ci viene fornito dalla tabella ed è +2.

Anche per O la tabella ci fornisce il suo numero di ossidazione che è -2, di atomi di O ne abbiamo in totale 6 quindi il contributo totale che O fornisce è di -12.

Se attribuiamo a S un valore incognito X, è possibile scrivere un’equazione come abbiamo fatto prima.

+2 +X -12 = 0

Isolando la X di trova che il suo valore è di +10. A questo punto sappiamo che il numero di ossidazione dei 2 atomi di S è di +10 ma a noi ovviamente serve sapere il valore del singolo atomo, non ci resta che dividere per 2 e otteniamo.

X = +12 -2 = +10

X\2 = +5

Numero di OX. di S = +5

AsO33-

Eccoci davanti a uno ione, in questo caso la somma dei numeri di ossidazione di As e O deve dare come valore -3, cioè la carica totale dello ione.

L’Ossigeno sappiamo che ha numero di ossidazione di -2 ed essendo presente 3 volte il contributo totale che dà è di -6.

Per As mettiamo la classica X e impostiamo l’equazione.

+X -6 = -3

Risolvendo l’equazione troviamo che X deve valere +3

N. di OX. di As = +3

CH3CH2OH

La formula che vediamo scritta è quella di una molecola organica, in particolare è la molecola di etanolo o meglio conosciuto come alcol etilico.

Determiniamo il numero di ossidazione degli atomi di C.

Per H e O sappiamo già quali numeri di ossidazione mettere, +1 per H e -2 per O. In totale H fornisce un contributo di +6 perchè nella molecola sono presenti 6 atomi di H.

La molecola è neutra quindi bisogna che la somma di tutti i numeri di ossidazione faccia 0.

Per C mettiamo sempre X e scriviamo l’equazione:

+6 +X -2 = 0

Isolando X otteniamo che i 2 atomi di C hanno un numero di ossidazione totale pari a -4, il che vuol dire che ogni atomo di C ha un numero di ossidazione di -2.

X = +2 -6 = -4

X\2 = -2

A questo punto sembrerebbe tutto giusto ma se guardiamo più attentamente ci accorgiamo di una cosa, i 2 atomi di C sono diversi perchè legano atomi diversi. Scriviamo la struttura di questa molecola per visualizzarla meglio.

molecola di etanolo
Etanolo

Notiamo che i 2 atomi di C sono legati tra loro ma mentre un C è legato ad altri 3 H, l’altro è legato a 2 H e un O. Questo fatto avrà delle conseguenze sul numero di ossidazione dei vari atomi?

Il C del gruppo -CH3 è legato solo ad atomi meno elettronegativi di lui mentre il secondo C è legato a 2 atomi di H, meno elettronegativi di lui, e ad un O che è più elettronegativo di C. Tutto questo ha delle ripercussioni sul numero di ossidazione dei vari atomi di C.

Il C legato ai 3 atomi di H essendo più elettronegativo “ruba” i loro 3 elettroni e si ritrova con una carica totale di -3, il legame C-C invece non dà nessun contributo al numero di Ox. visto che è un legame tra atomi dello stesso elemento.

Il numero di ossidazione del C nel gruppo -CH3 è quindi -3.

L’altro C è legato a 2 atomi di H e a 1 atomo di O, il legame con gli H fornisce 2 cariche negative al C mentre il legame con O fornisce una carica positiva sempre al C perchè risulta essere più elettronegativo.

In totale abbiamo che questo Carbonio ha numero di ossidazione pari a -2 +1 = -1.

Come notiamo i valori sono diversi e quindi questi 2 atomi di Carbonio non sono identici. Per le molecole organiche è quindi utile scrivere la formula di struttura e considerare un atomo di C alla volta.

Come mai quando abbiamo ricavato il numero di ossidazione tramite l’equazione il risultato è venuto -2?

-2 è la media aritmetica tra -3 e -1, attribuendo il valore di -2 abbiamo detto che mediamente gli atomi di C nella molecola di etanolo hanno numero di ossidazione pari a -2. La media però non dà mai una rappresentazione della realtà molto esatta ma ci permette solo di farci un’idea di cosa sta succedendo.