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Nombre d'oxydation
Dans les réactions redox, le transfert d'électrons se produit entre les espèces en réaction. Le transfert d'électrons est décrit par un nombre hypothé…
Les réactions redox entre les métaux et les non-métaux impliquent généralement un transfert complet d'électrons pour former des composés ioniques;par conséquent, ils sont faciles à identifier. Cependant, les réactions redox impliquant uniquement des non-métaux avec un transfert partiel d'électrons ne sont pas aussi facilement identifiables. Les réactions redox sont caractérisées par des changements dans les etats d'oxydation des atomes, ce qui indique le mouvement des électrons entre les atomes.
L'état d'oxydation, ou nombre d'oxydation, d'un atome dans un composé est la charge qu'il aurait si les électrons partagés dans chaque liaison hétéronucléaire étaient complètement transférés à l'atome plus électronégatif. Les liaisons homonucléaires sont divisées également. Par exemple, dans le chlorure d'hydrogène gazeux, le chlore est plus électronégatif.
Si l'électron de l'hydrogène est complètement transféré au chlore, le chlore obtient une charge moins, correspondant à l'état d'oxydation moins-un, et l'hydrogène obtient une charge plus-un, correspondant à l'état d'oxydation plus-un. Les états d'oxydation peuvent être attribués aux atomes sous forme élémentaire et dans la plupart des ions et des composés en utilisant des règles spécifiques. Les trois premières règles sont toujours suivies.
Les règles restantes sont appliquées une par une jusqu'à ce que les trois premières règles soient respectées. Ces règles seront maintenant appliquées pour déterminer si les réactions de formation de dioxyde de soufre et de carbonate de calcium sont des réactions redox. Selon la règle numéro 1, les éléments à l'état libre ont un nombre d'oxydation de zéro, de sorte que le soufre élémentaire et l'oxygène sont tous deux assignés au nombre d'oxydation zéro.
Selon la règle numéro 3, la somme des nombres d'oxydation dans un composé neutre est zéro, de sorte que les nombres d'oxydation du soufre et de l'oxygène dans SO_2 doivent être égales à zéro. Conformément à la règle numéro 6, le nombre d'oxydation de chaque oxygène est moins-deux dans SO_2. La somme de deux atomes d'oxygène est égale à moins quatre.
Le nombre d'oxydation du soufre est donc plus-quatre. Le nombre d'oxydation du soufre augmente de zéro à plus-quatre, de sorte qu'il est oxydé, tandis que le nombre d'oxydation de l'oxygène diminue, passant de zéro à moins-deux, c'est donc réduite. Il s'agit donc d'une réaction d'oxydoréduction.
Dans le cas du carbonate de calcium, le nombre d'oxydation de l'oxygène est moins-deux dans les trois composés, et le calcium est plus-deux dans l'oxyde de calcium et le carbonate de calcium. Selon la règle 3, le carbone doit être plus-quatre dans le dioxyde de carbone et le carbonate de calcium. Comme il n'y a pas de changement dans les nombres d'oxydation des atomes au cours de la réaction, il ne s'agit pas d'une réaction redox.
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Q1: What is an oxidation number and how does it relate to electron transfer?
An oxidation number is a hypothetical charge assigned to an atom in a compound that represents the effective charge if shared electrons in heteronuclear bonds were completely transferred to the more electronegative atom. Oxidation numbers track electron movement in oxidation reduction reactions electron transfer reactions, helping identify which atoms are oxidized or reduced during chemical reactions.
Q2: How do you assign oxidation numbers to elements in their free state?
According to the first rule for assigning oxidation numbers, all free elements have an oxidation number of zero, regardless of whether they are monoatomic, diatomic, or polyatomic. This applies to elemental forms like O₂, S₈, or individual atoms before they form compounds.
Q3: What are the key differences between oxidation numbers in ionic and covalent compounds?
In ionic compounds, oxidation numbers are assigned based on the number of electrons transferred between reacting species. In covalent compounds, electrons are shared rather than transferred, so oxidation numbers are assigned hypothetically by assuming complete transfer to the more electronegative atom. Both allow identification of redox reactions.
Q4: Why is oxygen typically assigned an oxidation number of −2?
Oxygen has an oxidation number of −2 in most compounds because it is highly electronegative and typically gains two electrons when bonding. The exception is in peroxides, where oxygen has an oxidation number of −1 due to the O-O bond structure.
Q5: How can you determine if a reaction is a redox reaction using oxidation numbers?
A reaction is a redox reaction if the oxidation numbers of atoms change during the reaction. If oxidation numbers remain unchanged, it is not a redox reaction. For example, in the formation of SO₂, sulfur's oxidation number increases from zero to +4 while oxygen decreases from zero to −2, indicating electron transfer and confirming it as a redox reaction.
Q6: What is the relationship between oxidation numbers and the charge of polyatomic ions?
For polyatomic ions, the sum of oxidation numbers equals the charge on the ion. For neutral compounds, the sum of oxidation numbers equals zero. This rule helps determine unknown oxidation numbers when other atoms' oxidation states are known in complex compounds.
Q7: How does electronegativity influence the assignment of oxidation numbers in covalent bonds?
In covalent bonds, the more electronegative atom is assigned the electrons in the bond when calculating oxidation numbers. For example, in hydrogen chloride, chlorine is more electronegative, so it receives hydrogen's electron, giving chlorine an oxidation number of −1 and hydrogen +1, even though the bond is covalent.