Comment déterminer les nombres d'oxydation
La notion de nombre d'oxydation est essentielle en chimie pour comprendre les réactions chimiques, notamment les réactions d'oxydoréduction. Le nombre d'oxydation correspond au nombre d'électrons qu'il faut ajouter ou retirer à un atome pour qu'il retrouve son état fondamental. Cet article explique en détail comment déterminer le nombre d'oxydation d'un élément dans un composé chimique.
Principes de base du nombre d'oxydation
Le nombre d'oxydation peut être considéré comme un outil mathématique formel décrivant la distribution des électrons au sein d'une molécule ou d'un ion. Bien que le nombre d'oxydation ne représente pas toujours la charge électrique réelle des atomes de la molécule, il facilite l'analyse chimique.
Voici quelques règles de base pour déterminer les nombres d'oxydation :
1. Le nombre d'oxydation d'un élément sous forme de molécule (homonucléaire) est toujours nul. Par exemple :
– O₂ (dioxygène) -> Son nombre d'oxydation est 0
– N₂ (diazote) -> Son degré d'oxydation est 0
2. Le nombre d'oxydation d'un ion monoatomique est égal à la charge de l'ion.
– Na⁺ -> Son degré d'oxydation est +1
– Cl⁻ -> Son nombre d'oxydation est -1
3. Le degré d'oxydation de l'hydrogène est de +1 lorsqu'il est lié à un non-métal et de -1 lorsqu'il est lié à un métal dans un hydrure. Par exemple :
– H₂O -> L'hydrogène a un degré d'oxydation de +1
– NaH -> L'hydrogène a un degré d'oxydation de -1
4. Le nombre d'oxydation de l'oxygène est généralement de -2 dans la plupart des composés, mais il existe des exceptions comme dans les peroxydes où le nombre d'oxydation de l'oxygène est de -1.
– H₂O -> L'oxygène a un nombre d'oxydation de -2
– H₂O₂ (peroxyde d'hydrogène) -> L'oxygène a un degré d'oxydation de -1
5. Le nombre d'oxydation des halogènes (F, Cl, Br, I) dans les composés est généralement de -1, sauf en combinaison avec l'oxygène ou d'autres halogènes où il peut être différent.
Étapes pour déterminer les nombres d'oxydation
Pour déterminer le degré d'oxydation d'un élément dans un composé, on peut suivre les étapes suivantes :
Étape 1 : Écrire la structure moléculaire/formule du composé
Commencez par écrire la structure moléculaire ou la formule du composé. Par exemple, pour H₂SO₄ (acide sulfurique).
Étape 2 : Déterminer le nombre d’oxydation des éléments selon les règles
– Pour H₂SO₄, nous savons que l'hydrogène a presque toujours un nombre d'oxydation de +1 et l'oxygène presque toujours de -2.
– Hydrogène (H) : +1 (2 atomes H, +2 au total)
– Oxygène (O) : -2 (4 atomes d'O, -8 au total)
Étape 3 : Déterminer le nombre d'oxydation de l'élément inconnu
Si le composé doit être totalement neutre ou si nous formons des ions, nous devons nous assurer que la valeur totale du nombre d'oxydation est nulle pour les composés neutres ou égale à la charge ionique pour les ions.
L’acide sulfurique (H₂SO₄) est un composé neutre. Par conséquent, le nombre total de degrés d’oxydation est nul.
– Nous connaissons déjà les nombres d'oxydation de H (+1) et O (-2), donc pour trouver le nombre d'oxydation du soufre (S), nous utilisons l'équation :
\[
2(+1) + S + 4(-2) = 0
\]
\[
2 + S – 8 = 0
\]
\[
S – 6 = 0
\]
\[
S = +6
\]
Le nombre d'oxydation du soufre dans H₂SO₄ est donc +6.
Étape 4 : Vérification
Vérifiez que la somme totale des nombres d'oxydation est égale à 0 pour les molécules neutres ou correspond à la charge ionique si nous travaillons avec des ions.
Un autre exemple de détermination des nombres d'oxydation
Exemple 1 : Permanganate de potassium (KMnO₄)
Pour ce composé, nous suivons les règles ci-dessus :
– Potassium (K) : Généralement +1
– Oxygène (O) : -2
Nous savons que cette molécule est neutre, ce qui donne l'équation suivante :
\[
1(+1) + Mn + 4(-2) = 0
\]
\[
1 + Mn – 8 = 0
\]
\[
Mn – 7 = 0
\]
\[
Mn = +7
\]
Le nombre d'oxydation du Mn dans le KMnO₄ est donc de +7.
Exemple 2 : Nitrate d'ammonium (NH₄NO₃)
Pour ce composé, nous avons deux parties : NH₄⁺ et NO₃⁻.
– NH₄⁺ :
– Hydrogène (H) : +1
– Donc pour l'azote (N) dans NH₄⁺ :
\[
N + 4(+1) = +1
\]
\[
N + 4 = +1
\]
\[
N = -3
\]
– NO₃⁻:
– Oxygène (O) : -2
– Azote (N) dans NO₃⁻ :
\[
N + 3(-2) = -1
\]
\[
N – 6 = -1
\]
\[
N = +5
\]
Quelques exceptions et cas particuliers
Il existe quelques exceptions à la règle générale qu'il convient de garder à l'esprit :
1. L'oxygène dans le peroxyde :
– Dans H₂O₂ ou Na₂O₂, l’oxygène a un nombre d’oxydation de -1, et non de -2.
2. Éléments à plusieurs nombres d'oxydation :
Des éléments comme le phosphore (P), le soufre (S) et les métaux de transition présentent souvent des degrés d'oxydation différents selon les composés. Par exemple, le fer (Fe) peut avoir un degré d'oxydation de +2 ou +3.
3. Les métaux alcalino-terreux sont toujours à +2 et les métaux alcalins sont toujours à +1.
conclusion
Déterminer les nombres d'oxydation est une compétence fondamentale en chimie, notamment pour comprendre les réactions d'oxydoréduction et divers autres types de réactions chimiques. En suivant les règles et les étapes décrites ci-dessus, vous serez capable de déterminer correctement les nombres d'oxydation dans une variété de composés chimiques. Entraînez-vous à déterminer les nombres d'oxydation avec différents exemples de composés pour consolider vos connaissances.
