Oxidationszahl

Oxidationszahl
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Elektronegativität		Wertigkeit

Grundlagen

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• Redoxreaktion

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.

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 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.

Anwendung der Oxidationszahlen

Oxidationszahlen helfen,

• die Ladungsverschiebung innerhalb eines Moleküls zu bestimmen
• die Indices für die Summenformeln innerhalb einer chem. Verbindung abzuleiten.

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

 I -II
H₂S

Bestimmung der Oxidationszahlen am Beispiel von Phosphorsäure

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

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

PowerPoint Präsentation

Hier findet ihr unsere PowerPoint Präsentation zum Thema Oxidationszahlen.

Quellen

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

1. Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, Kapitel 8.2 , S. 130-131
2. www.tomchemie.de
3. http://de.wikipedia.org/wiki/Oxidationszahl

Autoren

1. Lena
2. Rike