Oxidationszahl

• Wertigkeit
• Oxidation
• Reduktion
• Redoxreaktion

Unter der Oxidationszahl (auch: Oxidationsstufe) eines Elements versteht man die Ladung, die ein Atom des Elements hätte, wenn die Elektronen aller von diesem Atom ausgehenden Bindungen dem jeweils stärker elektronegativeren Atom zugeordnet werden.

Ordnet man formal die Bindungselektronen dem elektronegativeren Atom zu, ergeben sich folgende Regeln zur Ermittlung der Oxidationszahlen. Die Regeln sind hierarchisch, d. h. in der vorgegebenen Reihenfolge anzuwenden:

1. Elemente haben die Oxidationszahl Null, z.B.: C, Si, N₂, Fe.
2. Fluor hat als elektronegativstes Element in seinen Verbindungen die Oxidationszahl –I.
3. Metalle besitzen positive Oxidationsstufen.
4. Wasserstoff hat in seinen Verbindungen die Oxidationszahl +I.
   Ausnahme: in Metall-Hydriden -I, weil erst die 3. Regel zu beachten ist. Beispiel: LiH.
5. Sauerstoff hat in Verbindungen die Oxidationszahl –II.
   Ausnahmen: in Verbindungen mit Fluor pos. Oxidationszahl wg. 2. Regel; in Peroxiden wie H₂O₂ Ox. +I für H u. –I für O, weil die 4. Regel von höherem Rang ist.
6. Die Ladung von Ionen entspricht ihrer Oxidationszahl, in mehratomigen Ionen als Summe der Oxidationszahlen aller Atome.

Oxidationszahlen helfen,

• die Ladungsverschiebung innerhalb eines Moleküls zu bestimmen
• die Indices für die Summenformeln innerhalb einer chem. Verbindung abzuleiten.
• zu erkennen, welches Element oxidiert bzw. reduziert wurde: eine Elektronen-Abgabe geht mit einer Erhöhung der Oxidationszahl einher (= Oxidation), bei einer Elektronen-Aufnahme wird die Oxidationszahl verringert (= Reduktion).

Oxidationszahlen werden immer in römischen Ziffern über dem jeweilige Atom angegeben. Bei negativer Ladung werden Vorzeichen gesetzt, bei positiver OZ kann darauf verzichtet werden:

 I -II
H₂S

H₃PO₄

1. Als erstes wird die Strukturformel aufgezeichnet.
2. Nun werden die Elektronegativitäten (EN) innerhalb der Verbindung bestimmt und durch Einzeichnen roter Klammern am elektronegativeren Atom kenntlich gemacht:
   Da Sauerstoff (O) eine höhere EN als Phosphor (P) und Wasserstoff (H) besitzt und somit die Elektronen stärker an sich heranziehen kann, folgt, dass Sauerstoff formal eine negative Ladung trägt.
3. Regeln 1-5 der Reihe nach abarbeiten:
   Regeln 1-3 treffen für H₃PO₄ nicht zu, da hier die entsprechenden Elemente nicht vorkommen.
   Gemäß Regel 4 gilt, dass Wasserstoff die Oxidationszahl I hat. Nach der 5. Regel trägt Sauerstoff die Oxidationszahl -II.
   Ausnahmen liegen nicht vor, da Phosphorsäure weder ein Metall-Hydrid noch ein Peroxid ist.
   Da die Summe aller Oxidationszahlen gleich Null sein muss, kann man errechnen, das Phosphor eine Oxidationszahl von V (fünf) hat. Probe: 4 · (-2) + 3 · 1 + 5 = 0

Am Beispiel des Kohlenstoffs wird deutlich, wie groß die Bandbreite der Oxidationszahlen für ein Element sein kann:

Oxidation

• Im Kohlenwasserstoff Methan, CH₄ hat das C-Atom die niedrigste Oxidationszahl -IV.
• Reaktionspartner, die wie Sauerstoff eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff besitzen, verdrängen diesen aus seiner C-Bindung.
• Durch jedes verdrängte H-Atom (inklusive seines Elektrons) steigt die Oxidationszahl um I.
• Je nach Reaktionsbedingungen verläuft dieser Prozess in der Natur über lediglich eine Stufe bis hin zu einem "Achtersprung", z. B. bei der vollständigen Verbrennung von Methan (C mit der OZ -IV) entsteht Kohlendioxid (C mit der OZ IV). Bei unvollständiger Verbrennung (Sauerstoffmangel) entsteht Ruß, d.h. elementarer Kohlenstoff mit der OZ Null, hier geht die Oxidation nur über vier Stufen.

Ermittle die Oxidationszahlen der folgenden Atome in folgenden Verbindungen und Ionen!

Aufgabe 1

Cl₂, H₂S, H₂O₂, CO₂, ClO₂, HNO₃, CH₄, SiH₄, NH₃, P₄O₁₀

Hier findet ihr die Lösungen

Aufgabe 2

Fe³⁺, NaH, H₃O⁺, KMnO₄, CrO₄^2-, Cr₂O₇^2-, KClO₃, S₂O₃^2-

Hier findet ihr die Lösungen

Aufgabe 3

Methanol, Formaldehyd, Ameisensäure, Benzol, Propan, Glucose, Propanon, Chloroform

Hier findet ihr die Lösungen

Aufgabe 4

Ermittle die Oxidationszahlen für die folgenden Lebensvorgänge bzw. Stoffwechselreaktionen. Formuliere zunächst die Reaktionsgleichungen:

• a) Atmung als Oxidation organischer Stoffe am Beispiel Glucose.
• b) „Schwefelatmung“ der Archae-Bakterien, die Glucose mit Schwefel und Wasser zu Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid umsetzen. Der Schwefel wird bei dieser Reaktion reduziert.

Hier findet ihr die Lösungen

Hier findet ihr unsere PowerPoint Präsentation zum Thema Oxidationszahlen.

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen zum Thema Oxidationszahl:
Chemie FOS-T     auf Seite -	Chemie heute     auf Seite 130	Elemente Chemie     auf Seite {{{3}}}

• Oxidationszahl als Google-Suchbegriff
• Oxidationszahl in der Wikipedia
• Oxidationszahl hier in bs-wiki.de mit Google
• Oxidationszahl als Youtube-Video
• Uni Kiel
• www.tomchemie.de

1. Lena
2. Rike