Nombre d'oxydation : Un guide complet

Introduction au nombre d'oxydation

Le nombre d'oxydation (NO), aussi appelé degré d'oxydation, représente la charge qu'un atome aurait si tous les liaisons étaient ioniques. C'est un concept crucial pour analyser et équilibrer les réactions d'oxydoréduction. Il s'agit d'une charge formelle et non pas une charge réelle, elle sert à suivre le mouvement des électrons lors d'une réaction. Un atome qui perd des électrons est oxydé (son NO augmente), et un atome qui gagne des électrons est réduit (son NO diminue).

Règles générales pour déterminer le nombre d'oxydation

Voici les règles générales à suivre pour déterminer le nombre d'oxydation d'un atome dans une molécule ou un ion :

1. Éléments à l'état libre : Le nombre d'oxydation d'un élément à l'état libre (non combiné avec d'autres éléments) est toujours 0. Exemples : Na(s), O₂(g), H₂(g), Cu(s) ont un NO de 0.
2. Ions monoatomiques : Le nombre d'oxydation d'un ion monoatomique est égal à sa charge. Exemples : Na⁺ a un NO de +1, Cl^- a un NO de -1, Fe³⁺ a un NO de +3.
3. Fluor : Le fluor (F) a toujours un nombre d'oxydation de -1 dans ses composés.
4. Oxygène : Généralement, l'oxygène (O) a un nombre d'oxydation de -2 dans ses composés. Il y a quelques exceptions :
   • Dans les peroxydes (comme H₂O₂), l'oxygène a un NO de -1.
   • Avec le fluor (OF₂), l'oxygène a un NO de +2.
5. Hydrogène : Généralement, l'hydrogène (H) a un nombre d'oxydation de +1 dans ses composés. L'exception est dans les hydrures métalliques (comme NaH), où H a un NO de -1.
6. Métaux alcalins : Les métaux alcalins (groupe 1) ont toujours un nombre d'oxydation de +1 dans leurs composés.
7. Métaux alcalino-terreux : Les métaux alcalino-terreux (groupe 2) ont toujours un nombre d'oxydation de +2 dans leurs composés.
8. Somme des nombres d'oxydation : La somme des nombres d'oxydation de tous les atomes dans une molécule neutre est égale à 0. Dans un ion polyatomique, la somme des nombres d'oxydation est égale à la charge de l'ion.

Exemples de détermination du nombre d'oxydation

Illustrons ces règles avec quelques exemples :

• H₂O : L'oxygène a un NO de -2. Puisqu'il y a deux atomes d'hydrogène et que la molécule est neutre, chaque hydrogène a un NO de +1 (2 * (+1) + (-2) = 0).
• SO₄^2- : L'oxygène a un NO de -2, donc 4 * (-2) = -8. La charge de l'ion est -2. Donc, le soufre doit avoir un NO de +6 pour que la somme soit égale à -2 (+6 + (-8) = -2).
• KMnO₄ : Le potassium (K) a un NO de +1. L'oxygène (O) a un NO de -2, donc 4 * (-2) = -8. Pour que la molécule soit neutre, le manganèse (Mn) doit avoir un NO de +7 (+1 + (+7) + (-8) = 0).

Utilisation du nombre d'oxydation pour identifier les réactions redox

Le nombre d'oxydation est un outil puissant pour identifier si une réaction est une réaction d'oxydoréduction (redox). Si le nombre d'oxydation d'un atome change au cours de la réaction, alors c'est une réaction redox. L'espèce chimique dont le nombre d'oxydation augmente est oxydée, et l'espèce chimique dont le nombre d'oxydation diminue est réduite. Considérons la réaction suivante :

• Dans Zn(s), le NO de Zn est 0. Dans Zn²⁺(aq), le NO de Zn est +2. Le zinc est oxydé.
• Dans Cu²⁺(aq), le NO de Cu est +2. Dans Cu(s), le NO de Cu est 0. Le cuivre est réduit.

Équilibrage des réactions redox avec le nombre d'oxydation

Le nombre d'oxydation peut également être utilisé pour équilibrer les réactions redox, en particulier les réactions complexes. Une méthode courante est la méthode des demi-réactions. Cette méthode consiste à séparer la réaction globale en deux demi-réactions : une demi-réaction d'oxydation et une demi-réaction de réduction. Chaque demi-réaction est ensuite équilibrée séparément, puis les deux demi-réactions sont combinées pour obtenir l'équation globale équilibrée. Cela peut être illustré dans d'autre section de la chimie.

Ce qu'il faut retenir

• Le nombre d'oxydation (NO) est la charge formelle d'un atome si tous les liaisons étaient ioniques.
• Un NO qui augmente signifie une oxydation (perte d'électrons).
• Un NO qui diminue signifie une réduction (gain d'électrons).
• Règles essentielles :
  • Éléments à l'état libre : NO = 0
  • Ions monoatomiques : NO = charge de l'ion
  • Oxygène : NO = -2 (sauf peroxydes et avec le fluor)
  • Hydrogène : NO = +1 (sauf hydrures métalliques)
• La somme des NO dans une molécule neutre est 0 ; dans un ion, elle est égale à la charge de l'ion.
• Le NO permet d'identifier les réactions redox et de les équilibrer.