Oxidationszahlen bestimmen

Bestimmung der Oxidationszahl

In der Chemie ist oftmals die Rede von Oxidationszahlen. Worum handelt es sich hierbei überhaupt und wofür benötigt man die Oxidationszahlen?

Grundsätzlich kann man sagen, dass die Oxidationszahl die „Ladung“ eines Atoms beschreibt. Insbesondere beim Aufstellen von sogenannten Reduktions-Oxidations-Reaktionen (Redox-Reaktionen) ist es wichtig, dass man die Oxidationszahlen der beteiligten Atome kennt.

Regeln zur Bestimmung der Oxidationszahl

Wenn man nun die Oxidationszahlen von Atomen in Verbindungen und Molekülen ermitteln möchte, muss man einige Regeln beachten.

  1. Im elementaren Zustand besitzt ein Atom bzw. ein Atom in einem Element die Oxidationszahl [0].

    Kohlenstoff Latex formula besitzt die Oxidationszahl [0]. Die einzelnen Chloratome im Chlormolekül Latex formula besitzen jeweils die Oxidationszahl [0].

  2. Bei einem einatomigen Ion entspricht die Oxidationszahl seiner Ionenladung.

    Das Silber-Ion Latex formula ist ein einatomiges Ion. Seine Ionenladung ist +1. Folglich ist die Oxidationszahl des Silberions [+1]. Das Natrium-Ion Latex formula ist ebenfalls ein einatomiges Ion. Seine Ionenladung ist +1. Folglich ist auch beim Natrium-Ion die Oxidationszahl [+1].

  3. Bei einem mehratomigen, geladenen Ion ist die Summe aller Oxidationszahlen der einzelnen Ionen gleich der Ladung.
    Bei einer mehratomigen und ungeladenen Verbindung ist die Summe aller Oxidationszahlen gleich 0.

    Sehen wir uns hierzu einmal das Salz Kaliumchlorid Latex formula an. Kaliumchlorid ist eine Verbindung aus dem Kalium-Ion und dem Chlor-Ion. Das Kalium-Ion hat eine Oxidationszahl von [+1], das Chlor-Ion [-1]. Beide Atome kommen in gleicher Anzahl in der Verbindung vor. Somit kann man rechnen:

    Latex formula

    Betrachten wir nun ein geladenes, mehratomiges Ion, z.B. das Sulfat-Anion, Latex formula. Sofort sehen wird, dass das Ion 2-fach negativ geladen ist. Aus der 3. Regel wissen wir, dass die Summe der Oxidationszahlen in einer geladenen Verbindung gleich der Ladung, also -2 sein muss. Später werden wir sehen, dass wir die Oxidationszahl von Sauerstoff in fast allen Verbindungen kennen. Diese ist [-2]. Weil der Sauerstoff in diesem Atom 4-fach vorkommt, müssen wir seine Oxidationszahl mit 4 multiplizieren und erhalten:

    Latex formula

    Insgesamt entspricht die Summe der Oxidationszahlen -2, also der Ladung des Ions. Um nun von -8 auf -2 zu kommen, fehlen uns +6, was dann genau der Oxidationszahl des Schwefels entspricht.

  4. Kovalente Verbindungen können als Ionenverbindungen betrachtet werden. Die Elektronen, die bei dieser Verbindung mitwirken, werden vollständig dem elektronegativeren Atom zugeordnet.
    Bei Bindungen zwischen zwei Atomen des gleichen Elements werden die Bindungselektronen zwischen den Atomen aufgeteilt.

    Betrachten wir zu dieser Regel als Beispiel Latex formula, Ammoniak. Sehen wir in das Periodensystem der Elemente, können wir für das Stickstoff-Atom eine Elektronegativität von ca. 3,04 ablesen. Die drei Wasserstoffatome haben jeweils eine Elektronegativität von ca. 2,2. Da das Stickstoffatom elektronegativer als das Wasserstoffatom ist, bekäme im Falle der „Aufspaltung“ der Stickstoff auch die Bindungselektronen. Damit hätte das Stickstoffatom 3 Elektronen „mehr“ und seine Ladung würde sich ändern, und zwar genau um die Anzahl der Elektronen, also 3. Da es diese 3 Elektronen nun dazubekommen hat, wäre es 3-fach negativ geladen. Dieses [-3] entspricht dann auch genau seiner Oxidationszahl. Damit bleibt für die 3 Wasserstoffatome eine Oxidationszahl von jeweils [+1].

  5. Die Mehrzahl der Elemente kann ich verschiedenen Oxidationszahlen vorkommen.

    Hierzu betrachten wir Wasser Latex formula und Wasserstoffperoxid Latex formula. Beim Wasser haben die Wasserstoffatome jeweils eine Oxidationszahl von [+1], das Sauerstoffatom demnach [-2]. Betrachtet man das Wasserstoffperoxid, bekommen die Wasserstoffatome jeweils wieder eine Oxidationszahl von [+1]. Da nun jedoch 2 Sauerstoffatome vorhanden sind, wird die Oxidationszahl von [-2] bildlich gesprochen auf diese „aufgeteilt“. Somit erhält man für jedes Sauerstoffatom eine Oxidationszahl von [-1].

Bekannte Oxidationszahlen häufig vorkommender Atome

Neben diesen 5 Regeln zur Bestimmung der Oxidationszahlen kann man sich auch noch an anderen Gesetzmäßigkeiten orientieren.

  1. Fluor ist das elektronegativste Element. Dieses hat in Verbindungen immer eine Oxidationszahl von [-1]
  2. Sauerstoff hat meist eine Oxidationszahl von [-2]
  3. Wasserstoff meist von [+1]
  4. Alkalimetalle (1. Hauptgruppe) haben eine Oxidationszahl von [+1]
  5. Erdalkalimetalle (2. Hauptgruppe) eine Oxidationszahl von [+2]

Hält man sich an die oben genannten Regeln und beachtet die Atome, welchen oftmals eine Oxidationszahl zugewiesen werden kann, ist die Bestimmung der Oxidationszahlen nicht sehr kompliziert.

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