1.14. La notion de nombre d'oxydation

Les formules des substances chimiques sont déterminées expérimentalement. En général, cette recherche est longue et difficile. Une fois les formules connues, les chimistes ont essayé de trouver des méthodes pour les rechercher de manière théorique. Ils ont mis au point un outil mathématique: le nombre d'oxydation qui est un nombre attribué à chaque atome. Chez un élément isolé (Cu, Na...) et chez un corps pur simple (H₂, N₂, O₂...) le nombre d'oxydation de chaque atome est nul. Chez un corps pur composé, le nombre d'oxydation de chaque atome est un nombre entier positif ou négatif. Un atome possède un nombre d'oxydation positif ou négatif selon l'atome avec lequel il est uni. Les nombres d'oxydation les plus courants sont rassemblés dans le tableau ci-dessous. Dans ce cours, on doit toujours réunir deux atomes de nombre d'oxydation de signes contraires. La somme des nombres d'oxydation positifs et négatifs d'une molécule doit toujours être nulle.

Les éléments en bleu présentent plusieurs nombres d'oxydation.

Les éléments en bleu présentent plusieurs nombres d'oxydation.

Les groupements particuliers d'atomes possèdent eux aussi leur nombre d'oxydation:

Il existe une méthode rapide pour former une molécule grâce aux nombres d'oxydation. Il s'agit d'attribuer en indice à un symbole d'un élément, la valeur absolue (sans le signe + ou -) du nombre d'oxydation de l'autre élément et inversement. Cette méthode porte le nom de méthode du chiasme.

La formule s'écrira: Al₂O₃

Exercices

Rechercher les formules moléculaires des corps purs composés suivants:

Une molécule formée de fer (+3) et d'oxygène (-2)

Une molécule formée de cuivre (+1) et d'oxygène (-2)

Une molécule formée d'azote (-3) et d'hydrogène (+1)

Une molécule formée de silicium (+4) et de fluor (-1)

Une molécule formée de magnésium (+2) et de phosphate (-3)

Une molécule formée de calcium (+2) et de sulfate (-2)

En général, il faut commencer par noter le symbole de l'élément dont le nombre d'oxydation est positif. Bien sûr il y a des exceptions (NH₃).

Les solutions

Synthèse 9

Les associations entre atomes pour former des molécules ne sont pas quelconques. Les molécules d'une substance montrent une constitution bien déterminée qui dépend de la valence des atomes constitutifs. La valence d'un atome caractérise sa capacité à former un certain nombre de liaisons simples. Certains atomes sont plurivalents. Il existe des groupements particuliers d'atomes qui possèdent une valence (carbonate, hydroxyde, nitrate, phosphate, sulfate...)

Pour trouver de manière théorique les formules des substances chimiques, les chimistes ont attribué à chaque atome un nombre d'oxydation. Chez un élément et chez un corps pur simple, le nombre d'oxydation de chaque atome est nul. Chez un corps pur composé, le nombre d'oxydation de chaque atome est un nombre entier positif ou négatif. Dans ce cours, pour former une molécule il convient de toujours réunir deux atomes de nombre d'oxydation de signes contraires. La somme des nombres d'oxydation positifs et négatifs d'une molécule doit toujours être nulle.

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