Chemie Grundlagen

Oxidationszahlen bestimmen

Oxidationszahlen bestimmen – wie das genau geht und welche Regeln du beachten mussten zeigen wir dir in diesem Artikel. Außerdem liefern wir dir noch einige Beispiele und Übungsaufgaben mit Lösung.

Schau am besten einfach unser Video dazu an, hier haben wir für die komplette Thematik audiovisuell aufbereitet!

Inhaltsübersicht

Oxidationszahlen einfach erklärt

Die Oxidationszahlen geben die formalen Ladungen jedes Atoms einer Bindung an, wenn man die Verbindung in einzelne Ionen aufspalten würden. Bestimmt werde können sie über einige Hilfsregeln oder grafisch durch das Zuweisen der Bindungselektronen zu dem Bindungspartner mit der jeweils höheren Elektronegativität.

Oxidationszahlen Definition

Einfach erklärt gibt die Oxidationszahl an, welche Ladungen jedes Atom einer Verbindung hätte, wenn man dieses in einzelne Ionen spalten würde. Dies ist eine reine Modellvorstellung und vernachlässigt dabei jegliche kovalente Anteile, die oftmals sogar überwiegen. Das Modell ist insofern berechtigt, da es hilft die stöchiometrischen Verhältnisse bei Redox-Reaktionen leicht zu bestimmen.

Oxidationszahlen Regeln

Beim Bestimmen der Oxidationszahlen kann man für jedes einzelne Element der Summenformel einer Chemikalie, auch eine Oxidationszahl angeben, die man, wie erwähnt, für das Aufstellen von Redox-Gleichungen braucht. Wenn du vielleicht nicht mehr weißt, was das ist, dann schau doch hier .

Merke
Diese Oxidationszahlen geben an, wie viele Ladungen jedes Element, das in der Summenformel vorkommt, hätte, wenn man alle Bindungen heterolytisch spalten würde. Das heißt, man schlägt die Bindungselektronen immer nur einem von zwei Bindungspartnern zu.

Macht man das für jedes Atom im Molekül dann  lassen sich daraus die Oxidationszahlen bestimmen. Wie man das genau macht wird später in diesem Beitrag oder oben im Video gezeigtDie erhaltenen Werte schreibt man als römische Zahlen über die dazugehörigen Elemente der Summenformel. Das sähe zum Beispiel bei NaCl, welches aus positiv geladenen Na-Ionen und negativ geladenen Chlor-Ionen besteht, folgendermaßen aus:

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Oxidationszahlen NaCl

Das Plus besagt hier, dass das Natrium eine positive Ladung hat und das Minus, dass das Chlor eine negative Ladung trägt. Man kann die Oxidationszahlen am sichersten für alle Fälle grafisch bestimmen, wenn man sich in Strukturformel anschaut. Allerdings ist das in den meisten Fällen nicht nötig und ist einfacher möglich, wenn man die folgenden Grundregeln beachtet.

Oxidationszahlen bestimmen Regeln

Die 1. Regel, der man folgen kann, ist, dass die Summe aller Oxidationszahlen, die man für eine Summenformel ermittelt hat, der Ladung entsprechen muss, die die gesamte Verbindung trägt. Achte dabei darauf, dass du die Oxidationszahlen über den einzelnen Elementen der Summenformel mit den dazugehörigen stöchiometrischen Koeffizienten multiplizierst . Erst dann ergibt die Summe die Ladung der Verbindung. Hier einmal am Beispiel MgCl_2 :

+II  -I

MgCl_2 \rightarrow  2 \cdot (-I) + (+II)   = 0

Die 2. Regel ist, dass für alle reinen Elemente gilt, dass sie die Oxidationszahl 0 haben. Das gilt so zum Beispiel für O_2, C , N_2, F, S_8 usw.

Die 3. Regel ist, dass für einatomige Verbindungen die Oxidationszahl immer der dazugehörigen Ladung                  entspricht. So hat das Ion Cu^{2+} die Oxidationszahl +II oder das Ion Cl^- die Oxidationszahl -I. Beachte, dass man ionische Verbindungen (Salze) auch immer formal in einzelne Ionen zerlegen und dieser Regel folgen kann. So ergeben sich auch die Oxidationszahlen in Regel 1.

Die 4. Regel ist, dass bei Ionen, die aus mehreren Atomen aufgebaut sind, muss die Summe aller Oxidationszahlen auch der Ladung des Ions entsprechen. Für diese gilt also auch Regel 1.

+VI-II

SO_4^{2-}

Oxidationszahlen bestimmen Hilfsregeln

Neben diesen Regeln existieren noch weitere Hilfsregeln, die in den meisten Fällen gelten und das Bestimmen der Oxidationszahlen stark vereinfacht:

Das Fluoratom ist meistens einbindig und hat die höchste Elektronegativität, zieht daher die Bindungselektronen an sich. Folglich hat es immer die Oxidationszahl -I.

+I -I

HF

Die meisten anderen Halogenelemente haben ebenfalls eine sehr hohe Elektronegativität und ziehen daher auch in den meisten Fällen die Bindungselektronen an sich. Auch sie haben in den allermeisten Fällen die Oxidationszahl -I.

+I-I                    +I-I                  +I-I

HCl                  HI                 HBr

Sauerstoff hat in den meisten Verbindungen die Oxidationszahl -II; Ausnahmen davon sind die Hyperoxide ( O_2^--Ionen; Oxidationszahl -0,5) und Peroxide ( O_2^-2-Ion, Oxidationszahl -I).

+VI-II                                  +I  -I                                             +I  -0,5

SO_3^2-                                H_2O_2                                           NaO_2

Metallelemente haben in ionischen Verbindungen immer eine positive Oxidationszahl, die fast immer der Nummer der Hauptgruppe entspricht, in der sie im Periodensystem stehen.

+I -II                                     +III-I                              +II-I

  KCl                                    AlCl_3                            MgCl_2

Wasserstoff hat fast immer die Oxidationszahl +I , außer sie gehen eine Verbindung mit Metallen ein, die noch elektropositiver sind. In diesen Metallhydrid genannten Verbindungen haben sie dagegen die Oxidationszahl -I .

+I-I                                                +I-II                                  +I -I

HI                                                 H_3O^+                             NaH

Man sollte aber darauf achten, dass viele Elemente in mehreren verschiedenen Oxidationszahlen vorkommen können. Das trifft vor allem auf Kohlenstoffverbindungen und auf Nebengruppenelemente zu.

Oxidationszahlen bestimmen Übungen mit Lösungen

Hier noch ein paar weitere Beispiele, um die Grundregeln noch ein bisschen mehr zu vertiefen:

1. Oxidationszahl Kaliumpermanganat:      KMnO_4 \longrightarrow (K=+I; Mn= +VII; O= -II)

2. Oxidationszahl Braunstein:                       MnO_2   \longrightarrow(Mn= +IV; O= -II)

3. Oxidationszahl Hydroxid:                         OH^-      \longrightarrow (O= -II; H= +I)

4. Oxidationszahl Phosphorsäure:               H_3PO_4 \longrightarrow (H=+I; P= +V; O= -II)

5. Oxidationszahl Bariumoxid:                     BaO_2       \longrightarrow  (Ba=+II; O=-I)

6. Oxidationszahl Magnetit:                          Fe_3O_4 \longrightarrow (Fe=+II; Fe=+III; O=-II)

7.  Oxidationszahl Thiosulfat:                        S_2O_3^{2-} \longrightarrow (S=+II; O=-II)

8. Oxidationszahl Wasser:                             H_2O          \longrightarrow (H=+I; O= -II)

9. Oxidationszahl Wasserstoffperoxid:       H_2O_2     \longrightarrow  (H=+I, O=-I)

H3 Oxidationszahlen Tabelle

Hier kann man noch die gängigen Oxidationszahlen einiger wichtiger Elemente finden:

Element Elementsymbol Oxidationszahlen
Lithium Li +I
Natrium Na +I, -I
Kalium K -I, +I
Wasserstoff H +I, -I
Beryllium Be +II
Magnesium Mg +II
Kalzium Ca +II
Bor B +III
Aluminium Al +III
Kohlenstoff C -IV, -III, -II, -I, 0, +I, +II, +III, +IV
Silizium Si -IV, -II. -I, +II, +IV
Stickstoff N -III, -II, -I, , 0, +I, +II, +III, +IV, +V
Phosphor P -III, -II, -I, 0. +I, +II, +III, +IV, +V
Sauerstoff O -II, -I, +I, +II
Schwefel S -II, -I, 0, +I, +II, +III, +IV, +V, +VI
Fluor F -I
Chlor Cl -I, +I, +III, +IV, +V, +VII
Brom Br -I, +I, +III, +V, +VII
Iod I -I, +I, +III, +V, +VII
Helium He 0
Neon Ne 0
Argon Ar 0
Eisen Fe -II, -I, 0, +I,+II, +III. +IV, +V, +VI
Kupfer Cu +I, +II, +III, +IV
Gold Au -I, +I, +II, +III, +V
Silber Ag +I, +II, +III, +IV
Platin Pt -II, -I, 0, +II, +IV. +V, +VI
Cobalt Co -I, 0, +II, +III, +IV, V
Zink Zn +I, +II

Grafisch Oxidationszahlen bestimmen

Grafisch Oxidationszahlen bestimmen Regeln

Vor allem für komplexere kovalente Verbindungen, wie Kohlenwasserstoffe oder Verbindungen, bei denen man sich unsicher ist, bietet sich eine grafische Bestimmung der Oxidationszahlen an. Diese ist auch konsistent zu den oben genannten Regeln. Dabei geht man, beispielsweise für das Bestimmen der Oxidationszahlen von Ethanol, folgendermaßen vor:

Zeichne als erstes die Strukturformel deiner Verbindung mit allen Bindungen.

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Ethanol Strukturformel und Bindungen

Nun schlage für jedes einzelne Element in der Verbindung im Periodensystem nach, welche Elektronegativitäten (Pauling) sie haben.

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Ethanol Pauling-Elektronegativitäten

Vergleiche dann für jede Bindung die Elektronegativitäten der Bindungspartner miteinander und schlage die Bindungselektronen demjenigen Bindungspartner zu, der die höhere Elektronegativität hat. Falls beide              dieselbe Elektronegativität haben, teilen sie sich die Bindungselektronen.

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Ethanol Elektronegativitäten vergleichen

Nun summierst du für jedes Atom in der Verbindung die Elektronen, die es nach der Zuweisung hat.

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Ethanol Elektronenanzahl

Abschließend ziehst du von der Valenzelektronenzahl jedes Atoms die Elektronenzahl aus dem vorigen Schritt ab. Daraus erhältst du die Oxidationszahl.

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Oxidationszahl Ethanol

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