NUMÉRO D'OXYDATION: CONCEPT, COMMENT LE SORTIR ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Le nombre d'oxydation, également appelé état d'oxydation, est celui qui décrit le gain ou la perte d'électrons dans un atome, en supposant que le composé dont il fait partie a un caractère purement ionique. Par conséquent, quand on parle du nombre d'oxydation, on suppose que tous les atomes se trouvent sous forme d'ions interagissant électrostatiquement.

Bien que l'image réelle soit plus compliquée que d'avoir des ions partout, le nombre d'oxydation est vraiment utile pour interpréter les réactions de réduction d'oxyde (redox). La modification de ces nombres révèle quelles espèces ont été oxydées ou ont perdu des électrons, ou si des électrons ont été réduits ou gagnés.

La couche d'oxyde qui recouvre les ornements en fer et les statues est constituée en partie d'anions O2, où l'oxygène a un indice d'oxydation de -2. Source: Dracénois

La charge ionique d'un ion monoatomique correspond à son indice d'oxydation. Par exemple, l'anion oxyde, O ^2-, l'un des plus abondants que l'on trouve dans d'innombrables minéraux, a un indice d'oxydation de -2. Ceci est interprété comme suit: il a deux électrons supplémentaires par rapport à l'atome d'oxygène dans l'état fondamental O.

Les nombres d'oxydation sont facilement calculés à partir d'une formule moléculaire, et sont souvent plus utiles et pertinents lorsqu'il s'agit de composés inorganiques remplis d'ions. Pendant ce temps, en chimie organique, il n'a pas la même importance, puisque presque toutes ses liaisons sont essentiellement covalentes.

Comment obtenir le numéro d'oxydation?

Electroneutralité

La somme des charges ioniques dans un composé doit être égale à zéro pour qu'il soit neutre. Seuls les ions peuvent avoir des charges positives ou négatives.

Par conséquent, il faut supposer que la somme des nombres d'oxydation doit également être égale à zéro. En gardant cela à l'esprit et en effectuant des calculs arithmétiques, nous pouvons extraire ou déterminer le nombre d'oxydation d'un atome dans n'importe quel composé.

Valencias

Les valences ne sont pas fiables pour déterminer le nombre d'oxydation d'un atome, bien qu'il existe plusieurs exceptions. Par exemple, tous les éléments du groupe 1, les métaux alcalins, ont une valence de 1, et donc un indice d'oxydation invariable de +1. Il en est de même pour les métaux alcalino-terreux, ceux du groupe 2, avec un indice d'oxydation de +2.

Notez que les nombres d'oxydation positifs sont toujours précédés du symbole '+': +1, +2, +3, etc. Et de la même manière les négatifs: -1, -2, -3, etc.

Règles générales

Certaines règles générales doivent être prises en compte lors de la détermination de l'indice d'oxydation:

-L'indice d'oxydation de l'oxygène et du soufre est -2: O ^2- et S ^2-

-Les éléments purs ont un indice d'oxydation de 0: Fe ⁰, P ₄ ⁰, S ₈ ⁰

-L'atome d'hydrogène, selon à qui il est lié, a un indice d'oxydation de +1 (H ⁺) ou -1 (H ^-)

-Les halogènes, tant qu'ils ne sont pas liés à l'oxygène ou au fluor, ont un indice d'oxydation de -1: F ^-, Cl ^-, Br ^- et I ^-

-Pour un ion polyatomique, tel que OH ^-, la somme des nombres d'oxydation ne doit pas être égale à zéro mais à la charge de l'ion, qui serait -1 pour OH ^- (O ^2- H ⁺) ^-

-Les métaux dans des conditions ordinaires ont des nombres d'oxydation positifs

Opérations arithmétiques

Supposons que nous ayons le composé PbCO ₃. Si l'on identifie l'anion carbonate, CO ₃ ^2-, le calcul de tous les nombres d'oxydation sera simple. On part du même carbonate, sachant que le nombre d'oxydation de l'oxygène est de -2:

(C ^x O ₃ ^2-) ^2-

La somme des nombres d'oxydation doit être égale à -2:

x + 3 (-2) = -2

x -6 = -2

x = +4

Par conséquent, le nombre d'oxydation du carbone est +4:

(C ⁴⁺ O ₃ ^2-) ^2-

PbCO ₃ ressemblerait maintenant à:

Pb ^z C ⁴⁺ O ₃ ^2-

Encore une fois, nous ajoutons les nombres d'oxydation afin qu'ils soient égaux à zéro:

z + 4-6 = 0

z = +2

Par conséquent, le plomb a un indice d'oxydation de +2, on suppose donc qu'il existe sous forme de cation Pb ²⁺. En fait, il n'était même pas nécessaire de faire ce calcul, car sachant que le carbonate a une charge de -2, plomb, son contre-ion doit nécessairement avoir une charge de +2 pour qu'il y ait électroneutralité.

Exemples

Quelques exemples d'indices d'oxydation pour divers éléments dans différents composés seront mentionnés ci-dessous.

Oxygène

Tous les oxydes métalliques ont de l'oxygène sous forme de O ^2-: CaO, FeO, Cr ₂ O ₃, BeO, Al ₂ O ₃, PbO ₂, etc. Cependant, dans l'anion peroxyde, O ₂ ^2-, chaque atome d'oxygène a un indice d'oxydation de -1. De même, dans l'anion superoxyde, O ₂ ^-, chaque atome d'oxygène a un indice d'oxydation de -1/2.

D'autre part, lorsque l'oxygène se lie au fluor, il acquiert des indices d'oxydation positifs. Par exemple, dans le difluorure d'oxygène, OF ₂, l'oxygène a un indice d'oxydation positif. Lequel? Sachant que le fluor est -1, nous avons:

O ^x F ₂ ^-1

x + 2 (-1) = 0

x -2 = 0

x = +2

Ainsi, l'oxygène a un indice d'oxydation de +2 (O ²⁺) dans OF ₂ (O ²⁺ F ₂ ^-).

Azote

Les principaux nombres d'oxydation de l'azote sont -3 (N ^3- H ₃ ⁺¹), +3 (N ³⁺ F ₃ ^-) et +5 (N ₂ ⁵⁺ O ₅ ^2-).

Chlore

L'un des principaux nombres d'oxydation du chlore est -1. Mais tout change quand il se combine avec l'oxygène, l'azote ou le fluor, des éléments plus électronégatifs. Lorsque cela se produit, il acquiert des nombres d'oxydation positifs, tels que: +1 (N ^3- Cl ₃ ⁺, Cl ⁺ F ^-, Cl ₂ ⁺ O ^2-), +2, +3 (ClO ₂ ^-), +4, +5 (ClO ₂ ⁺), +6 et +7 (Cl ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2-).

Potassium

Le potassium dans tous ses composés a un indice d'oxydation de +1 (K ⁺); Sauf s'il s'agit d'une condition très particulière, où il peut acquérir un indice d'oxydation de -1 (K ^-).

Soufre

Le cas du soufre est similaire à celui du chlore: il a un indice d'oxydation de -2, tant qu'il ne se combine pas avec l'oxygène, le fluor, l'azote ou le même chlore. Par exemple, vos autres nombres d'oxydation sont: -1, +1 (S ₂ ⁺¹ Cl ₂ ^-), +2 (S ²⁺ Cl ₂ ^-), +3 (S ₂ O ₄ ^2-), +4 (S ⁴⁺ O ₂ ^2-), +5 et +6 (S ⁶⁺ O ₃ ^2-).

Carbone

Les principaux états d'oxydation du carbone sont -4 (C ^4- H ₄ ⁺) et +4 (C ⁴⁺ O ₂ ^2-). C'est là que nous commençons à voir l'échec de ce concept. Ni dans le méthane, CH ₄, ni dans le dioxyde de carbone, CO ₂, nous n'avons de carbone sous forme d'ions C ^4- ou C ⁴⁺, respectivement, mais formant plutôt des liaisons covalentes.

D'autres nombres d'oxydation pour le carbone, tels que -3, -2, -1 et 0, se trouvent dans les formules moléculaires de certains composés organiques. Cependant, et encore une fois, il n'est pas très valable d'assumer des charges ioniques sur l'atome de carbone.

Rencontre

Et enfin, les principaux indices d'oxydation du phosphore sont -3 (Ca ₃ ²⁺ P ₂ ^3-), +3 (H ₃ ⁺ P ³⁺ O ₃ ^2-) et +5 (P ₂ ⁵⁺ O ₅ ^2-).

Références

1. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
3. Clark J. (2018). États d'oxydation (nombres d'oxydation). Récupéré de: chemguide.co.uk
4. Wikipédia. (2020). État d'oxydation. Récupéré de: en.wikipedia.org
5. Dr Kristy M. Bailey. (sf). Attribution de numéros d'oxydation. Récupéré de: occc.edu