Le permanganate de potassium (KMnO4Composé chimique oxydant puissant, de couleur violette intense.) est un agent oxydant très couramment utilisé en laboratoire pour les titrages redox, ainsi que dans l'industrie pour le traitement des eaux. La couleur violette intense de l'ion permanganate \(MnO_4^-\) est caractéristique.

Pour comprendre sa réactivité, il est crucial de savoir calculer le Nombre d'Oxydation (n.o.)Charge fictive attribuée à un atome si les liaisons étaient purement ioniques. de l'atome central, ici le Manganèse (Mn).

Remarque Pédagogique : La maîtrise du calcul du nombre d'oxydation est le prérequis indispensable pour équilibrer correctement les équations d'oxydoréduction.

Objectifs Pédagogiques

Appliquer les règles usuelles d'attribution des nombres d'oxydation.
Poser l'équation algébrique de conservation de la charge.
Déterminer l'état d'oxydation d'un métal de transition dans un complexe.

Données de l'étude

On cherche à déterminer le nombre d'oxydation du manganèse dans le composé \(KMnO_4\) solide.

Données Chimiques

Élément	Symbole	Nombre d'oxydation usuel
Oxygène	O	-II (sauf péroxydes)
Potassium (Alcalin)Colonne 1 du tableau périodique.	K	+I

Structure de l'ion Permanganate

Étapes à traiter

Identifier le n.o. du cation Potassium.
Identifier le n.o. des atomes d'Oxygène.
Poser l'équation de neutralité.
Calculer l'inconnue (le n.o. du Manganèse).
Interpréter le résultat.

Les règles d'attribution

Le nombre d'oxydation est noté en chiffres romains (ex: +II, -I) pour le distinguer de la charge ionique réelle.

Règle 1 : La somme algébrique
La somme des nombres d'oxydation de tous les atomes d'une molécule neutre est nulle. Pour un ion polyatomique, elle est égale à la charge de l'ion.

Équation Somme

\sum \mathrm{n.o.}_{\mathrm{i}} = Q_{\mathrm{totale}}

Règle 2 : L'Oxygène
Dans la majorité des composés, l'oxygène est plus électronégatif que ses voisins.

n.o. usuel de l'Oxygène

\mathrm{n.o.}(\mathrm{O}) = -\mathrm{II}

Règle 3 : Les Métaux Alcalins
Les éléments de la première colonne (Li, Na, K...) cherchent à perdre un électron pour respecter la règle de l'octet/duet.

n.o. des Alcalins

\mathrm{n.o.}(\mathrm{K}) = +\mathrm{I}

Correction : Calcul pour KMnO4

Question 1 : Identifier le n.o. du cation Potassium

Principe

Le potassium (K, numéro atomique Z=19) appartient à la famille des métaux alcalins (colonne 1). Ces éléments possèdent un seul électron sur leur couche de valence (configuration \(ns^1\)) et ont une énergie d'ionisation très faible. Ils cèdent cet électron très facilement pour obtenir la configuration stable du gaz rare précédent.

Mini-Cours

Règle absolue : Dans tous leurs composés (sels ioniques, oxydes...), les métaux alcalins (Li, Na, K, Rb, Cs) adoptent systématiquement le degré d'oxydation +I. L'état métallique (degré 0) n'existe qu'à l'état de corps pur.

Remarque Pédagogique

Il est inutile de chercher à calculer ce nombre : c'est une valeur de référence, un "point d'ancrage" pour résoudre l'équation globale.

Normes

Selon les conventions IUPAC, bien que la charge ionique soit \(1+\), le nombre d'oxydation s'écrit en chiffres romains : \(+\mathrm{I}\).

Formule(s)

Valeur attribuée

n.o. du Potassium

\mathrm{n.o.}(\mathrm{K}) = +\mathrm{I}

Hypothèses

Nous considérons le potassium dans un composé ionique standard, sans liaison métal-métal exotique.

Donnée(s)

Élément	Configuration Élec.	Famille	Valeur
Potassium	\([\mathrm{Ar}] 4s^1\)	Alcalin (Gr. 1)	+I

Astuces

Moyen mnémotechnique : K est dans la Colonne 1, donc il vaut +1.

Ionisation : Modèle de Bohr

Calcul(s)

Analyse qualitative

L'identification se fait par lecture du tableau périodique, aucun calcul mathématique complexe n'est requis à cette étape.

Résultat intermédiaire

Comme la formule brute \(KMnO_4\) ne contient qu'un seul atome de potassium (indice 1 implicite), nous multiplions son nombre d'oxydation par 1 :

\begin{aligned} Q_{\mathrm{K}} &= 1 \times \mathrm{n.o.}(\mathrm{K}) \\ &= 1 \times (+1) \\ &= +1 \end{aligned}

Nous obtenons une charge positive globale de +1 venant du cation. C'est la première partie connue de notre balance.

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Cette charge positive +1 est la première pièce du puzzle. Elle devra être compensée par les charges négatives pour que la molécule soit neutre.

Points de vigilance

Attention : Ne confondez pas le K solide (métal mou, réactif) avec l'ion K+ (sel stable, inerte en redox).

Points à Retenir

Dans un sel : \(\mathrm{n.o.}(\mathrm{Li}) = \mathrm{n.o.}(\mathrm{Na}) = \mathrm{n.o.}(\mathrm{K}) = +\mathrm{I}\).

Le saviez-vous ?

L'ion potassium K+ est vital pour la transmission de l'influx nerveux dans le corps humain (pompe Na+/K+).

FAQ

Le potassium peut-il être négatif ?

Non, c'est un métal très électropositif. Il ne gagne jamais d'électrons, il ne fait qu'en donner.

Résultat étape 1 : +I

A vous de jouer
Quel est le n.o. du Sodium (Na) dans Na2SO4 ?

📝 Mémo
Métal alcalin = +1 toujours.

Question 2 : Identifier le n.o. des atomes d'Oxygène

Principe

L'oxygène (O, Z=8) est l'élément le plus électronégatif du tableau périodique après le fluor. Il tend à attirer fortement les électrons des liaisons chimiques vers lui.

Mini-Cours

L'oxygène (Groupe 16) possède 6 électrons de valence. Il lui en manque 2 pour compléter son octet (règle des 8 électrons). Il stabilise sa structure en captant 2 électrons pour former l'anion \(\mathrm{O}^{2-}\) ou en formant deux liaisons covalentes.

Remarque Pédagogique

La valeur -II est la norme écrasante en chimie inorganique pour les oxydes.

Normes

Il existe des exceptions précises : les péroxydes (ex: \(H_2O_2\)) où O vaut -I, et les composés avec le Fluor (\(OF_2\)) où O est positif.

Formule(s)

Valeur retenue

n.o. de l'Oxygène

\mathrm{n.o.}(\mathrm{O}) = -\mathrm{II}

Hypothèses

Dans l'ion permanganate \(MnO_4^-\), la structure cristallographique montre que les 4 oxygènes sont liés individuellement au Manganèse central. Il n'y a pas de liaison Oxygène-Oxygène. Nous ne sommes donc pas dans le cas d'un péroxyde.

Donnée(s)

Élément	Électronégativité	Groupe	Valeur
Oxygène	3.44 (Pauling)	16 (Chalcogènes)	-II

Astuces

Si vous hésitez, testez d'abord -II. C'est le bon choix dans 99% des cas au lycée.

Règle de l'Octet

Calcul(s)

Calcul intermédiaire

L'indice '4' en bas à droite du symbole O dans \(KMnO_4\) indique la présence de 4 atomes d'oxygène. Il faut donc multiplier la charge unitaire (-2) par cette quantité :

Charge totale des Oxygènes

\begin{aligned} Q_{\mathrm{O}} &= 4 \times \mathrm{n.o.}(\mathrm{O}) \\ &= 4 \times (-2) \\ &= -8 \end{aligned}

Calcul Principal

Le total est de -8. C'est une charge négative conséquente qu'il faudra contrebalancer pour assurer la neutralité électrique.

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Une charge négative totale de -8 est énorme. L'atome central (Mn) devra avoir une charge positive très élevée pour contrebalancer cela, ce qui suggère qu'il sera un oxydant fort.

Points de vigilance

Ne faites pas l'erreur classique d'utiliser "-2" dans l'équation finale sans le multiplier par 4 !

Points à Retenir

Dans la plupart des oxoanions (sulfates, nitrates, carbonates, permanganates...), \(\mathrm{n.o.}(\mathrm{O}) = -\mathrm{II}\).

Le saviez-vous ?

L'oxygène est tellement réactif qu'il a donné son nom au concept d'oxydation, bien que le fluor soit encore plus oxydant que lui.

FAQ

Et dans le dioxygène O2 ?

Dans un corps simple comme \(O_2\), les deux atomes ont la même électronégativité. Ils se partagent les électrons équitablement, donc le n.o. est 0.

Résultat étape 2 : Charge totale -8

A vous de jouer
Quelle est la contribution totale des oxygènes dans \(Cr_2O_7^{2-}\) ?

📝 Mémo
Oxygène = -2 (x nombre d'atomes).

Question 3 : Poser l'équation de neutralité

Principe

La matière est électriquement neutre. Dans une molécule stable et isolée comme le permanganate de potassium, il n'y a pas de charge nette excédentaire. Cela implique une conservation parfaite des charges fictives.

Mini-Cours

Loi de conservation : La somme algébrique des nombres d'oxydation de tous les atomes d'une entité est égale à la charge globale de cette entité.
\(\sum \mathrm{n.o.} = 0\) pour une molécule neutre.
\(\sum \mathrm{n.o.} = q\) pour un ion chargé.

Remarque Pédagogique

Cette étape transforme le problème chimique abstrait en une équation mathématique simple du premier degré. C'est la méthode infaillible.

Normes

On utilise généralement \(x\) pour désigner l'inconnue (le n.o. du métal de transition).

Formule(s)

Équation Bilan

Conservation de la charge

1 \cdot \mathrm{n.o.}(\mathrm{K}) + 1 \cdot \mathrm{n.o.}(\mathrm{Mn}) + 4 \cdot \mathrm{n.o.}(\mathrm{O}) = Q_{\mathrm{totale}}

Hypothèses

Soit \(x\) le nombre d'oxydation inconnu du Manganèse (Mn). Nous savons que \(KMnO_4\) est un solide neutre, donc \(Q_{\mathrm{totale}} = 0\).

Donnée(s)

Espèce	Charge Globale	Note
KMnO4	0	Molécule neutre

Astuces

Écrivez toujours "= 0" explicitement à la fin de votre ligne. C'est l'oubli le plus fréquent qui empêche de résoudre l'équation.

La Balance des Charges

Calcul(s)

Substitution des valeurs

Remplaçons maintenant les symboles par les valeurs numériques : \(\mathrm{n.o.}(\mathrm{K})\) devient \((+1)\) et \(\mathrm{n.o.}(\mathrm{O})\) devient \((-2)\). L'inconnue Mn reste \(x\) :

Substitution étape par étape

Étape 1 (Forme abstraite) :

\mathrm{K} + \mathrm{Mn} + 4 \times \mathrm{O} = 0

Étape 2 (Remplacer K) :

(+1) + \mathrm{Mn} + 4 \times \mathrm{O} = 0

Étape 3 (Remplacer O) :

(+1) + \mathrm{Mn} + 4 \times (-2) = 0

Nous avons transformé l'équation chimique en une équation mathématique simple.

Simplification

Effectuons les opérations arithmétiques de base : \(4 \times (-2)\) donne \(-8\). L'équation devient plus lisible :

\begin{aligned} 1 + x + (-8) &= 0 \\ 1 + x - 8 &= 0 \end{aligned}

Nous avons maintenant une équation linéaire simple : \(1 + x - 8 = 0\).

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

L'équation est maintenant sous sa forme la plus simple. On voit intuitivement que x doit être un nombre positif assez grand.

Points de vigilance

Attention aux signes ! \(+ 4 \times (-2)\) donne bien \(-8\). Une erreur de signe ici fausse tout le résultat.

Points à Retenir

L'équation doit toujours être équilibrée avec la charge globale.

Le saviez-vous ?

Ce principe est analogue à la comptabilité : Actif (charges +) + Passif (charges -) = Bilan (Charge totale).

FAQ

Et si c'était un ion MnO4- ?

Si on considérait seulement l'ion permanganate \(MnO_4^-\), l'équation serait \(x + 4(-2) = -1\). Le résultat serait le même car le potassium spectateur (+1) a été retiré des deux côtés.

Équation posée : 1 + x - 8 = 0

A vous de jouer
Quelle serait l'équation pour \(H_2SO_4\) (acide sulfurique, S inconnu) ?

Réponse attendue : \(2(+1) + x + 4(-2) = 0 \Rightarrow 2 + x - 8 = 0\)

📝 Mémo
Somme = 0 (pour neutre).

Question 4 : Calculer l'inconnue (le n.o. du Manganèse)

Principe

Il ne reste plus qu'à résoudre l'équation algébrique simple pour trouver la valeur de \(x\). Cette valeur correspond à la charge formelle portée par l'atome de Manganèse.

Mini-Cours

Pour résoudre \(x - a = 0\), on ajoute \(a\) des deux côtés. Donc \(x = a\). C'est de l'algèbre élémentaire.

Remarque Pédagogique

Pour un métal de transition dans un complexe avec l'oxygène, on s'attend toujours à un résultat positif. Si vous trouvez un résultat négatif pour un métal, vérifiez vos calculs !

Normes

Le résultat final doit impérativement être écrit avec son signe (+ ou -) et en chiffres romains (\(+\mathrm{VII}\)) pour être conforme à la notation chimique.

Formule(s)

Résolution

x - 7 = 0 \Rightarrow x = +7

Hypothèses

Le résultat doit être cohérent avec la position du Manganèse dans le tableau périodique.

Donnée(s)

Inconnue	Symbole	Valeur attendue	Unité
n.o. Manganèse	x	+VII	-

Astuces

Vérification de cohérence : Le Manganèse est dans la colonne 7 (VIIB). Son n.o. maximum ne peut pas dépasser +7. Si vous trouvez +8, vous avez fait une erreur !

Isolation de l'inconnue

Calcul(s)

Calcul intermédiaire

Pour isoler \(x\), nous commençons par combiner les nombres constants présents du même côté de l'égalité (+1 et -8) :

\begin{aligned} \text{Constantes} &= 1 - 8 \\ &= -7 \end{aligned}

L'expression se simplifie en \(x - 7 = 0\). Nous voyons que \(x\) est soustrait de 7.

Calcul Principal

Pour obtenir \(x\) seul, nous devons annuler le terme '-7'. Pour cela, nous ajoutons +7 de chaque côté de l'égalité (ou nous passons le -7 de l'autre côté en changeant son signe) :

Calcul final

\begin{aligned} x - 7 &= 0 \\ x &= 0 + 7 \\ x &= +7 \end{aligned}

Nous trouvons \(x = +7\). Le signe positif est cohérent pour un métal, et la valeur est un entier.

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

On obtient +VII. C'est le degré d'oxydation le plus élevé possible pour le Manganèse. Cela signifie que tous ses électrons de valence (couches 4s et 3d) sont engagés dans des liaisons avec l'oxygène.

Points de vigilance

Ne jamais oublier d'écrire le signe "+" explicitement. En chimie redox, "7" est une quantité, "+7" est un état.

Points à Retenir

Le résultat correct s'écrit \(\mathrm{n.o.}(\mathrm{Mn}) = +\mathrm{VII}\).

Le saviez-vous ?

Peu d'éléments dépassent le degré +7. L'Osmium (Os) et le Ruthénium (Ru) peuvent atteindre +VIII (ex: \(RuO_4\)), et l'Iridium (Ir) a été observé à +IX dans des conditions extrêmes !

FAQ

Peut-on trouver un n.o. fractionnaire ?

Oui, mathématiquement. Par exemple dans \(Fe_3O_4\), le fer est à +8/3 en moyenne. Mais physiquement, cela correspond à un mélange de 2 atomes Fe(III) et 1 atome Fe(II).

Le nombre d'oxydation du Manganèse est +VII

A vous de jouer
Si l'équation était \(x - 6 = -2\), que vaudrait x ? (Cas du \(Cr_2O_7^{2-}\) simplifié)

📝 Mémo
x = +7.

Question 5 : Interpréter le résultat

Principe

Un nombre d'oxydation n'est pas qu'un résultat mathématique, c'est un indicateur puissant de la réactivité chimique. Il faut relier le résultat mathématique (+VII) aux propriétés physico-chimiques du permanganate.

Mini-Cours

Configuration électronique : Le Manganèse (Z=25) est \([\mathrm{Ar}] 3d^5 4s^2\). Il a 7 électrons de valence. Le n.o. +VII signifie qu'il a formellement perdu tous ces 7 électrons. Sa couche externe est vide (configuration du gaz rare Argon).

Remarque Pédagogique

Un atome "dépouillé" de tous ses électrons de valence est comme un aimant à électrons. Il est en "faim électronique". Il ne peut plus en perdre (il n'en a plus), il ne peut qu'en gagner. C'est la définition d'un oxydant.

Normes

On utilise la notation de Stock : Ion Manganate(VII). Le couple redox associé est souvent \(MnO_4^- / Mn^{2+}\) en milieu acide, avec un potentiel standard \(E^\circ\) très élevé (+1.51 V).

Formule(s)

Couple Redox

\mathrm{Mn}(\mathrm{VII}) + 5\mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{Mn}(\mathrm{II})

Hypothèses

Le manganèse se comportera comme un oxydant fort, capable d'oxyder de nombreuses espèces organiques (alcools, alcènes) et inorganiques (ions ferreux, sulfites).

Donnée(s)

Degré	Couleur	Nom	Propriété
+VII	Violet	Permanganate	Oxydant Fort
+VI	Vert	Manganate	Instable
+IV	Marron (s)	Dioxyde	Oxydant moyen
+II	Incolore/Rose	Ion Manganeux	Stable (Réducteur faible)

Astuces

Règle générale : Pour les métaux de transition, plus le n.o. est élevé, plus le caractère covalent des liaisons augmente, plus le composé est acide et oxydant.

Échelle d'Oxydation du Manganèse

Calcul(s)

Analyse de réactivité

Pas de calcul numérique ici, mais une déduction logique : degré max = oxydant max.

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

La couleur violette intense est due à un transfert de charge Ligand-Métal (LMCT) : un électron de l'oxygène saute temporairement vers le manganèse vide d'électrons d, absorbant de la lumière visible.

Points de vigilance

Sécurité : Ne jamais mélanger KMnO4 avec des réducteurs forts ou des acides concentrés sans protocole strict. Risque d'explosion ou d'incendie immédiat.

Points à Retenir

Conclusion chimique : Le Manganèse au degré +VII est un oxydant puissant car il est à son état d'oxydation maximal.

Le saviez-vous ?

Le mélange de cristaux de KMnO4 et de quelques gouttes de glycérol (un alcool) s'enflamme spontanément au bout de quelques secondes (le "volcan chimique") à cause de l'exothermicité de la réaction redox !

FAQ

Pourquoi la solution devient-elle marron parfois ?

Si le milieu n'est pas assez acide, le Mn(VII) ne se réduit pas jusqu'à Mn(II) (incolore) mais s'arrête à Mn(IV) sous forme de \(MnO_2\), un précipité brun.

Propriété : Oxydant Puissant

A vous de jouer
Quel serait le n.o. du Manganèse dans le dioxyde de manganèse \(MnO_2\) (le composé brun) ?

📝 Mémo
Max n.o. = Danger Oxydant.

Schéma Bilan de l'Exercice

Répartition formelle des charges dans KMnO4

📝 Grand Mémo : Ce qu'il faut retenir absolument

Voici la synthèse des points clés méthodologiques et physiques abordés dans cet exercice :

🔑
Point Clé 1 : [Règle de Neutralité]
La molécule neutre a une charge totale nulle (\(\sum \mathrm{n.o.} = 0\)). C'est la base de toute équation redox.
📐
Point Clé 2 : [Valeurs Usuelles]
Oxygène = -\mathrm{II} (sauf peroxyde), Alcalins (colonne 1) = +\mathrm{I}, Hydrogène = +\mathrm{I} (sauf hydrure). Ces valeurs sont vos "points d'ancrage".
⚠️
Point Clé 3 : [Limite Max]
Le n.o. maximal d'un élément ne peut jamais dépasser son numéro de groupe dans le tableau périodique (ex: 7 pour Mn, 6 pour Cr).
💡
Point Clé 4 : [Lien Propriété]
n.o. Max = Oxydant Fort (il veut gagner des électrons). Un n.o. minimum signifie qu'il est Réducteur.

"Dis-moi combien d'électrons tu as perdu, je te dirai à quel point tu es oxydant."

🎛️ Simulateur interactif

Modifiez les paramètres pour voir l'impact sur le nombre d'oxydation dans un complexe générique \([M(O)_n]^q\).

Paramètres

Nombre d'atomes d'Oxygène (n) : 4

Charge globale de l'ion (q) : -1

Charge des Oxygènes (n × -2) : -8

n.o. du Métal (M) : +7

📝 Quiz final : Testez vos connaissances

1. Quel est le n.o. de l'azote dans l'ion nitrate \(NO_3^-\) ?

+III
+V (Car x + 3*(-2) = -1)
-I

2. Dans le corps simple \(O_2\), le nombre d'oxydation de l'oxygène est :

0 (Liaison entre atomes identiques)
-II

📚 Glossaire

Oxydant: Espèce chimique capable de capter des électrons (ex: \(MnO_4^-\)).
Réducteur: Espèce chimique capable de céder des électrons.
Ligand: Atome ou molécule (comme l'oxygène) lié à un atome central métallique.
Électronégativité: Capacité d'un atome à attirer les électrons de la liaison (O > N > C > H).
Degré d'oxydation: Synonyme de nombre d'oxydation, représente la charge formelle.

Le Saviez-vous ?

Chargement...

EC

Étude de Chimie

La chimie expliquée simplement. Organique, inorganique, biochimie... retrouvez des cours clairs et des exercices pour progresser.

Explorer la chimie

Dernières publications

Discussion

Chargement...

Chargement...

BOÎTE À OUTILS

Titre Outil

À DÉCOUVRIR SUR LE SITE

Objectifs Pédagogiques

Données de l'étude

Données Chimiques

Structure de l'ion Permanganate

Étapes à traiter

Les règles d'attribution

Correction : Calcul pour KMnO4

Question 1 : Identifier le n.o. du cation Potassium

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Ionisation : Modèle de Bohr

Calcul(s)

Analyse qualitative

Résultat intermédiaire

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Question 2 : Identifier le n.o. des atomes d'Oxygène

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Règle de l'Octet

Calcul(s)

Calcul intermédiaire

Calcul Principal

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Question 3 : Poser l'équation de neutralité

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

La Balance des Charges

Calcul(s)

Substitution des valeurs

Simplification

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Question 4 : Calculer l'inconnue (le n.o. du Manganèse)

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Isolation de l'inconnue

Calcul(s)

Calcul intermédiaire