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Quando combinati con altri elementi, gli atomi possono perdere o guadagnare elettroni per acquisire una configurazione elettronica più stabile. Quando ciò accade, l’atomo che acquista gli elettroni acquista una carica elettrica negativa, diventando così un anione, mentre quello che li perde acquista una carica elettrica positiva, diventando un catione. In altre parole, scambiando elettroni e formando un legame ionico, gli atomi diventano ioni .
Oltre a scambiarsi elettroni, gli atomi possono anche condividerli, formando così un legame covalente. Questo legame può essere polare se uno dei due atomi attira con maggiore forza gli elettroni che formano il legame, generando cariche elettriche parziali opposte nei due atomi legati.
numero di ossidazione
Anche se molti legami sono covalenti e in realtà non esistono legami ionici al 100%, è conveniente pensare a tutti i legami come legami ionici. Ciò semplifica la comprensione del numero di collegamenti che ciascun elemento può formare con altri elementi e il calcolo delle proporzioni in cui si combinano. In questo senso, ogni volta che si forma un qualsiasi composto, ionico o meno, è solitamente caratterizzato dall’ipotetica carica elettrica che ogni atomo avrebbe se il legame fosse ionico al 100% e gli elettroni fossero completamente trasferiti all’atomo più elettronegativo. Questa ipotetica carica ionica è chiamata stato di ossidazione o numero di ossidazione.
Numeri di ossidazione o cariche ioniche comuni
Ogni elemento della tavola periodica ha una serie di numeri di ossidazione abituali che esibisce nei diversi composti di cui fa parte. Questi stati di ossidazione determinano molte delle proprietà e delle caratteristiche dei composti. Possono infatti esistere composti diversi formati dagli stessi elementi e che differiscono solo per il numero di ossidazione di uno degli elementi. Ad esempio, l’ossido ferrico (Fe 2 O 3 ), che contiene ferro nello stato di ossidazione +3, è un ossido basico arancione scuro, mentre l’ossido ferroso (FeO) è un solido scuro, quasi nero.
Il numero o i numeri di ossidazione comuni a ciascun elemento dipendono dalla sua posizione nella tavola periodica. Gli elementi non metallici possono mostrare stati di ossidazione sia positivi che negativi, mentre i metalli mostrano solo stati di ossidazione positivi. In alcuni casi, lo stesso elemento può presentare cinque o anche sei diversi stati di ossidazione, a seconda dell’elemento con cui è combinato e delle condizioni di reazione.
La tavola periodica all’inizio dell’articolo mostra gli stati di ossidazione più comuni per la maggior parte degli elementi conosciuti. Come si può vedere in esso, i metalli alcalini hanno tutti un unico numero di ossidazione, che è +1, gli alcalino terrosi hanno +2 e i metalli di transizione del gruppo 3, così come gli elementi rappresentativi del gruppo 13 hanno tutti lo stato di ossidazione +3. Questo perché gli stati di ossidazione positivi sono solitamente correlati al numero di elettroni che un atomo ha nel suo guscio di valenza, poiché la perdita di questi elettroni gli consente di acquisire la configurazione elettronica di un gas nobile.
Tra i non metalli, invece, lo stato di ossidazione negativo può essere facilmente determinato contando il numero di celle a destra (senza contare le proprie) che bisogna ancora percorrere per raggiungere il gruppo dei gas nobili. Ad esempio, il carbonio è a quattro quadrati di distanza dal neon, quindi il suo stato di ossidazione negativo è -4. Questo perché questo numero rappresenta il numero di elettroni che l’atomo deve guadagnare per acquisire la configurazione elettronica del gas nobile più vicino.
A cosa serve la tavola periodica dei numeri di ossidazione?
Questa tavola periodica ha due applicazioni principali:
Aiuta a prevedere la formula dei composti chimici binari
La tabella sopra è molto utile per prevedere i diversi composti che possono essere formati combinando due elementi tra loro. Ad esempio, sapendo che i due stati di ossidazione più comuni dell’azoto sono +5 e -3, possiamo usare questa informazione per prevedere che legandosi con l’idrogeno (che è meno elettronegativo), l’azoto acquisirà lo stato di ossidazione -3, mentre l’idrogeno acquisirà +1, quindi si formerà un composto di formula NH 3 (ammoniaca).
Al contrario, se l’azoto si lega all’ossigeno, che è più elettronegativo, è probabile che formi un ossido con stato di ossidazione +5 (N 2 O 5 ).
Nella nomenclatura tradizionale
Il sistema di nomenclatura tradizionale dei composti inorganici si basa su un sistema di prefissi e suffissi che vengono aggiunti alla radice del nome degli elementi che compongono un composto. Il sistema prefisso-suffisso dipende non solo dallo stato di ossidazione di ciascun elemento nel composto, ma anche da tutti gli altri stati di ossidazione comuni che può presentare in altri composti.
In questo senso, la precedente tavola periodica è molto utile, poiché permette di determinare, per la maggior parte dei composti, il loro nome tradizionale dallo stato di ossidazione di ciascun elemento nel composto, e dagli altri possibili stati di ossidazione che si trovano in la tavola.
Esempio:
In SO 3 , l’ossigeno ha uno stato di ossidazione di -2 (perché è più elettronegativo dello zolfo), quindi lo zolfo deve avere uno stato di ossidazione di +6 per garantire la neutralità del composto. Ciò significa che SO 3 è l’ossido acido o anidride di zolfo con stato di ossidazione +6.
Per denominare questo composto secondo il sistema tradizionale, cerchiamo le comuni valenze o stati di ossidazione dello zolfo (che sono +2, +4 e +6). Poiché lo stato di ossidazione +6 è il più alto di tre possibili stati di ossidazione, le regole della nomenclatura tradizionale impongono di aggiungere il suffisso “ico” alla radice del nome dello zolfo.
In conclusione, il nome del composto è anidride solforica.
Riferimenti
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