Tableau périodique avec les nombres d’oxydation

États d’oxydation et charges ioniques

Les charges ioniques décrivent de vrais ions, comme Na⁺ dans le sel de table. Les états d’oxydation sont un outil comptable qui fonctionne pour tous les composés, y compris les composés covalents dans lesquels il n’existe aucun ion. Dans le dioxyde de carbone, CO₂, on attribue +4 au carbone et −2 à chaque oxygène, même s’il n’existe pas d’ion C⁴⁺. Les états d’oxydation permettent de suivre les électrons dans les réactions d’oxydoréduction : un atome dont l’état d’oxydation augmente est oxydé, et celui dont l’état d’oxydation diminue est réduit.

Règles pour attribuer les états d’oxydation

Un élément seul, comme O₂ ou Fe, est à 0. Un ion simple a un état d’oxydation égal à sa charge. Le fluor est toujours à −1 dans les composés. L’oxygène est généralement à −2, mais à −1 dans les peroxydes tels que H₂O₂. L’hydrogène est généralement à +1, mais à −1 dans les hydrures métalliques tels que NaH. Les métaux du groupe 1 sont à +1 et ceux du groupe 2 à +2. Les états d’oxydation d’un composé neutre s’additionnent pour donner 0, et dans un ion polyatomique ils s’additionnent pour donner la charge de l’ion.

Le tableau ne montre que les états d’oxydation les plus courants. L’oxygène n’est indiqué qu’à −2, et les gaz nobles à 0, même si le xénon atteint +2, +4 et +6 dans ses fluorures. Pour les éléments superlourds à partir du meitnérium, aucune valeur n’est connue, leurs cases affichent donc un tiret.

Régularités dans le tableau

Pour les éléments des groupes principaux, l’état d’oxydation positif le plus élevé est généralement égal au nombre d’électrons de valence, et le plus négatif à ce nombre moins 8. L’azote, avec 5 électrons de valence, va de +5 à −3, et le chlore, avec 7, est indiqué de +7 jusqu’à −1. Les métaux de gauche ne présentent que des valeurs positives : +1 pour le groupe 1 et +2 pour le groupe 2.

Les métaux de transition peuvent utiliser les électrons d en plus de leurs électrons s externes, si bien que beaucoup ont plusieurs états d’oxydation. Le manganèse est indiqué avec +2, +3, +4 et +7, et le chrome avec +2, +3 et +6. Leur capacité à passer d’un état d’oxydation à un autre est l’une des raisons pour lesquelles ils font de bons catalyseurs.

Exemple résolu : le manganèse dans KMnO₄

Le permanganate de potassium, KMnO₄, est neutre, donc ses états d’oxydation doivent s’additionner pour donner 0. Le potassium est un métal du groupe 1, il est donc à +1, et les quatre atomes d’oxygène sont à −2 chacun, ce qui donne −8. Il reste +1 + Mn − 8 = 0, donc le manganèse est à +7, la valeur la plus élevée indiquée pour lui. La même méthode fonctionne pour l’acide sulfurique, H₂SO₄ : 2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0, donc le soufre est à +6.