numeri di ossidazione mappa concettuale

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I numeri di ossidazione sono cariche formali convenzionali attribuite agli atomi in una specie chimica. Servono a seguire lo spostamento degli elettroni nelle reazioni redox, a bilanciare le semireazioni e a classificare i composti. Questa mappa organizza le regole di assegnazione, i casi particolari e gli esempi tipici studiati nel programma di chimica delle scuole secondarie italiane.

Come si assegnano i numeri di ossidazione
L'assegnazione segue regole convenzionali in ordine di priorità. Le sostanze elementari, come O2 o Fe metallico, hanno numero di ossidazione zero. In uno ione monoatomico il numero coincide con la carica. Negli ioni poliatomici la somma dei numeri di ossidazione deve eguagliare la carica complessiva dello ione, mentre nelle molecole neutre la somma è zero. L'idrogeno vale +1 quando è legato a non metalli e −1 negli idruri, come NaH. L'ossigeno vale di norma −2, ma nei perossidi vale −1 e nel difluoruro di ossigeno è positivo. In caso di conflitto prevale l'elemento più elettronegativo secondo la scala di Pauli.

Esempi di calcolo passo per passo
Nel permanganato MnO4− l'ossigeno vale −2, quindi i quattro ossigeni danno −8; poiché la carica totale è −1, il manganese deve valere +7. Nel solfato SO4²⁻ i quattro ossigeni danno −8 e la carica è −2, quindi lo zolfo vale +6. Nel dicromato Cr2O7²⁻ i sette ossigeni danno −14; con carica −2, i due atomi di cromo valgono insieme +12, cioè +6 ciascuno. Nello ione ammonio NH4+ l'idrogeno vale +1, quindi i quattro idrogeni danno +4 e l'azoto deve valere −3. Questi calcoli si applicano poi al bilanciamento delle semireazioni redox.

Numeri di ossidazione e reazioni redox
Una reazione redox comporta variazioni dei numeri di ossidazione: quando un atomo aumenta il proprio numero si ossida, cioè perde elettroni in senso formale; quando lo diminuisce si riduce. L'agente ossidante è la specie che si riduce, mentre l'agente riducente è quella che si ossida. Nella reazione tra zinco metallico e ioni rame Cu2+, lo zinco passa da 0 a +2 e si ossida, mentre il rame passa da +2 a 0 e si riduce. Confrontare i numeri di ossidazione prima e dopo la reazione permette di identificare gli elettroni scambiati e di bilanciare l'equazione con il metodo delle semireazioni.

Limiti del concetto
Il numero di ossidazione è una formalità contabile, non la carica effettiva dell'atomo: in una molecola come HCl l'idrogeno non porta realmente una carica +1. In composti covalenti tra atomi simili, come il legame C–C, la convenzione assegna gli elettroni in modo arbitrario e il numero può risultare poco significativo. Alcuni elementi, soprattutto i metalli di transizione, presentano molti stati di ossidazione possibili, e la nomenclatura tradizionale usava suffissi come -oso e -ico per distinguerli, mentre la nomenclatura IUPAC moderna indica il numero con numeri romani, come ferro(II) e ferro(III).