Oxidationszahl: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 14. März 2007, 23:00 Uhr

Oxidation

Eine Oxidation ist:

• einer vereinfachenden Definition nach eine Reaktion mit Sauerstoff
• verallgemeinert eine Reaktion, bei der Elektronen abgegeben werden, z. B. an den Sauerstoff oder an einen anderen Reaktionspartner mit einer höheren Elektronegativität

Beispiel:

Mg Mg²⁺ + 2e-

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Reduktion

Eine Reduktion ist:

• einer vereinfachenden Definition nach eine Reaktion unter Abspaltung von Sauerstoff, z. B. die Reduktion von Eisenoxiden im Hochofen zu Roheisen
• verallgemeinert eine Reaktion, bei der Elektronen aufgenommen werden

Beispiel:

Cl₂ + 2e- 2Cl^-

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Redoxreaktion

Eine Redoxreaktion ist eine gleichzeitige Abspaltung und eine Aufnahme von Elektronen (Elektronenübertragung), also Oxidation und Reduktion innerhalb einer Reaktion.

Denn: Wo Elektronen abgegeben werden, müssen sie auch wieder aufgenommen werden!

Beispiel:

Mg          Mg²⁺ + 2e-      Oxidation, Elektronenabgabe
Cl₂ + 2e- 2Cl^-                Reduktion, Elektronenaufnahme
____________________________________________________________
Mg + Cl₂ Mg²⁺ + 2Cl^-   Redoxreaktion, Elektronenübertragung

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Allgemeine Definition von Oxidationszahlen

Unter der Oxidationszahl 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.

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Regeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen

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 Ox. Null, z.B.: C, Si, N₂, Fe.
2. Fluor hat als elektronegativstes Element in seinen Verb. 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. Ox. 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 Ox., in mehratomigen Ionen als Summe der Oxidationszahlen aller Atome.

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Anwedung der Oxidationszahlen

Oxidationszahlen werden immer in römischen Ziffern über dem jeweilige Atom angegeben. Bei negativer Ladung werden Vorzeichen gesetzt, bei Positiver wird darauf verzichtet ( I  -II
H₂S

).

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Bestimmung der Oxitationszahlen anhand von Phosphorsäure (H₃PO₄)

Schritt 1

Als erstes wird hier die Strukturformel aufgezeichnet.

Schritt 2

Nun werden die Elektronegativitäten (EN) der Verbindungen bestimmt (kenntlich durch Einzeichnen roter Klammern am elektronegativeren Atom). Sauerstoff (O) hat jeweils eine höhere EN als Phosphor (P) und Wasserstoff (H). Dies bedeutet, dass Sauerstoff ein Elektronenakzeptator ist und somit eine negative Ladung hat.

Schritt 3

Anhand der Regel 4 erfährt man, dass Wasserstoff die Oxidationszahl I hat, da Phosphorsäure kein Metall-Hydrid ist. Außerdem kann man an der 5. Regel erkennen, dass Sauerstoff die Oxidationszahl -II hat (siehe Schritt 2 Sauerstoff muss durch die EN eine negative Ladung haben), weil auch hier die Ausnahme bei Peroxiden nicht vorliegt. Da die Summe aller Oxidationszahlen gleich Null sein muss, kann man errechnen, das Phosphor eine Oxidationszahl von V hat.

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Übungsaufgaben

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

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PowerPoint Präsentation

Hier findet ihr unsere PowerPoint Präsentation zum Thema Oxidationszahlen:

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Quellen

1. Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, Kapitel 8.2 , S. 130-131
2. http://www.tomchemie.de/Mathe/4/4.2.2.1%20Oxidationszahl%20und%20Elektronegativitaet%20-%20Grundlagen.htm
3. http://de.wikipedia.org/wiki/Oxidationszahl

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Autoren

1. Lena 15:58, 10. Mär 2007 (CET)
   
2. Rike 15:58, 10. Mär 2007 (CET)