Ossidazione - legami e composti

Stato di ossidazione

Spiegazione dello stato di ossidazione degli elementi nei vari tipi di legami e composti.
Lo stato di ossidazione, quando consideriamo un legame ionico tra un catione ed un anione monoatomico, è la carica posseduta dal catione e dall’anione.
Esempio: in NaCl vi sono i cationi Na+ e gli anioni Cl- e quindi lo stato di ossidazione del sodio è +1 e lo stato di ossidazione del cloro è -1. Analogamente in MgO, che contiene il catione magnesio Mg+2, e l’anione ossido O-2 lo stato di ossidazione di Mg è +2 e quello dell’ossigeno -2.
Quando consideriamo un legame covalente polare, lo stato di ossidazione è il risultato dell’attribuzione del doppietto di legame all’elemento più elettronegativo (e come se trasformassimo i legami covalenti polari in legami ionici) così in H2O i due doppietti di legame tra ossigeno ed idrogeno vengono attribuiti all’ossigeno che ha stato di ossidazione -2 mentre gli idrogeni hanno stato di ossidazione +1. Consideriamo l’ammoniaca NH3, i tre doppietti di legame N-H vengono attribuiti all’azoto più elettronegativo che avrà stato di ossidazione -3 mentre gli idrogeni hanno stato di ossidazione +1.
Quando consideriamo sostanze elementari lo stato di ossidazione è zero esempi H2, O2, O3, Cl2, diamante, grafite, zinco metallico, Br2.
Ciò avviene in quanto consideriamo legami covalenti puri tra atomi che hanno la stessa elettro-negatività e non possiamo attribuire il doppietto ad uno dei due atomi.
Come conseguenza un legame covalente puro in una molecola non influisce sullo stato di ossidazione esempio acqua ossigenata H2O2 H-O-O-H. Il legame O-O non influenza lo stato di ossidazione che è determinato solo dai legami O-H, per cui lo stato di ossidazione dell’ossigeno è -1 e quello dell’idrogeno +1.

Non è necessario, per ricavare lo stato di ossidazione, ogni volta segnare i doppietti di legame ed attribuirli agli elementi più elettronegativi. E' molto più semplice calcolare gli stati di ossidazione che non conosciamo da quelli conosciuti. Esempio acido solforico H2SO4 poiché sappiamo che lo stato di ossidazione dell’idrogeno è +1 e quello dell’ossigeno -2 e poichè la molecola complessivamente non ha carica dovrà essere (+1x2)+(-2x4)+ XS = 0, XS + 2-8 = 0 e quindi XS= +6. Analogamente nel perclorato di potassio KClO4, essendo lo stato di ossidazione del potassio +1 e quello dell’ossigeno -2, sarà: +1 +(-2 x 4) +XCl = 0 da cui XCl = +7. Consideriamo ora il perclorato d’ammonio NH4ClO4 . Conosciamo ora, oltre allo stato di ossidazione di H (+1), O (-2), anche quello di Cl (+7) dobbiamo calcolare quello dell’azoto XN +(+1 x 4)+7+(-2 x 4) = 0 da cui XN = -3; avremmo potuto più semplicemente considerare che nello ione ammonio NH4+ l’idrogeno ha stato di ossidazione +1 e lo ione NH4+ ha carica +1 cioè XN + (+1x4) = +1 da cui XN = -3.
In pratica noi conosciamo i numeri di ossidazione N.O. dei metalli alcalini nei composti (+1) dell’idrogeno (+1) (tranne negli idruri alcalini: LiH, NaH, KH, RbH, CsH dove N.O. dell’idrogeno è -1], dei metalli alcalino terrosi (+2) (tranne negli idruri alcalino-terrosi CaH2 dove è -2], dell’ossigeno (-2) (tranne nei perossidi dove è -1 nei superossidi dove è -1/2 e negli ozonuri dove è -1/3) conosciamo lo stato di ossidazione dell’alluminio (+3) sappiamo per quanto riguarda il gruppo 14 (gruppo del carbonio) che il massimo N.O. è +4 (esempio carbonato di sodio Na2CO3) ma N.O.= +2 è importante es. ossido di stagno (II) SnO, per il 15 gruppo (dell’azoto) il massimo N.O. è +5 (es. fosfato di potassio K3PO4) ma N.O. = +3 è importante (esempio: anidride fosforosa P4O6).
L’azoto ha tutti gli stati di ossidazione da +5 a -3 quest’ultimo in NH3 e NH4+.
Per il 16° gruppo (dell’ossigeno o dei calcogeni) il massimo N.O. = +6 (es. solfato di calcio CaSO4) ma N.O. = +4 è importante (esempio: biossido di zolfo SO2).
Per il 17 (gruppo degli alogeni), il massimo N.O = +7 (esempio: perbromato di potassio KBrO4) ma +5 +3 e +1 sono importanti).