Come determinare il numero di ossidazione di un elemento in un composto

Rosanna ha scritto:

Salve professoressa, ho avuto difficoltà con questa reazione redox. Per favore mi potrebbe dire come posso procedere per bilanciarla?

U₃O₈ + H₂SO₄ → UO₂SO₄ + U(SO₄)₂ + H₂O

Come faccio a capire che numero di ossidazione mettere all’uranio? Nel caso di sali che derivano da acidi e idrossidi noti è semplice risalire al numero di ossidazione ma ci sono casi in cui non è così semplice. Per esempio K₂ZrF₆ oppure POCl₃, SbO(OH), Na₄[UO₂(CO₃)₃]….come faccio a mettere i numeri di ossidazione? Grazie mille in anticipo.

La risposta è questa:

Per assegnare i numeri di ossidazione è necessario tenere presente alcune regole; quelle che ti riporto sotto dovrebbero bastarti.

1. Gli atomi allo stato elementare hanno sempre numero di ossidazione pari a zero.
2. L’ossigeno, nei suoi composti, ha generalmente numero di ossidazione -2, tranne nei perossidi dove ha -1 e nei composti con il fluoro in cui ha +2.
3. L’idrogeno, nei suoi composti, ha generalmente numero di ossidazione +1, tranne negli idruri metallici in cui ha -1.
4. Gli elementi del gruppo IA, nei loro composti, hanno numero di ossidazione +1.
5. Gli elementi del gruppo IIA, nei loro composti, hanno numero di ossidazione +2.
6. Gli elementi del gruppo IIIA, nei loro composti, hanno generalmente numero di ossidazione +3 e, talvolta, +1.
7. Gli elementi del gruppo IVA, nei loro composti, hanno generalmente numero di ossidazione +4, +2, -4.
8. Gli elementi del gruppo VA, nei loro composti, hanno generalmente numero di ossidazione +5, +3; -3.
9. Gli elementi del gruppo VIA, nei loro composti, hanno generalmente numero di ossidazione +6; +4; -2. Il numero di ossidazione -2 spetta agli ioni X^2-, come S^2-, Te^2-, ecc.
10. Gli elementi del gruppo VIIA, nei loro composti, hanno generalmente numero di ossidazione +7; +5; +3; +1; -1. Il numero di ossidazione -1 spetta agli ioni alogenuro, come F^-, Cl^-, ecc.
11. Gli elementi di transizione, nei loro composti, hanno numeri di ossidazione variabili e sempre positivi.
12. Il numero di ossidazione di uno ione monoatomico coincide con la carica dello ione, avendo cura di invertire carica e valore numerico.
13. La somma dei numeri di ossidazione di tutti gli elementi presenti in una molecola o ione poliatomico deve coincidere con la carica totale.

Applicando queste regole puoi pertanto stabilire che in K₂ZrF₆ il numero di ossidazione dell’atomo K è +1, dell’atomo F è -1 e dell’atomo Zr è +4; così facendo la somma dei numeri di ossidazione è pari a 0 [infatti +1×2_(K) + 4 + (-1×6_(F)) = 0]. In POCl₃ il numero di ossidazione dell’atomo O è -2, dell’atomo Cl è -1 e dell’atomo P deve essere +5; in SbO(OH), invece, il numero di ossidazione dell’atomo Sb deve risultare +3 per compensare il risultato della somma dei numeri di ossidazione di O e H, pari a (-2×2 + 1) = -3. Il numero di ossidazione x dell’atomo U in Na₄[UO₂(CO₃)₃] risulta dal seguente calcolo: +1×4_(Na) + x + 11_(O)×(-2) + 3_(C) ×(+4) = 0, cioè x = +6.

Per quanto riguarda la reazione da bilanciare, se non ci sono errori di trascrizione nello schema che mi proponi, non è una ossido-riduzione. Per bilanciarla devi tenere presente che a volte in un composto compare uno stesso elemento con due numeri di ossidazione diversi. L’esempio più semplice è quello del composto Fe₃O₄ che è la combinazione di FeO, in cui Fe ha numero di ossidazione +2, e Fe₂O₃, in cui Fe ha numero di ossidazione +3. È questo anche il caso del composto U₃O₈ in cui l’uranio ha numero di ossidazione +4 e +6, è può essere rappresentato come UO₂·2UO₃.

Poiché in uno dei prodotti di reazione, UO₂SO₄, l’uranio ha numero di ossidazione + 6 e nell’altro, U(SO₄)₂, ha numero di ossidazione +4, per bilanciare l’uranio è sufficiente introdurre il coefficiente 2 davanti al primo prodotto; si procede poi a bilanciare i gruppi solfato, -SO₄, e infine gli atomi di idrogeno. Il risultato complessivo è questo:

 U₃O₈ + 4 H₂SO₄ → 2 UO₂SO₄ + U(SO₄)₂ + 4 H₂O

Ecco fatto!