Bestimmung von Oxidationszahlen

Bestimmung von Oxidationszahlen

Das Bestimmen von Oxidationszahlen ist wichtig für das Verständnis einer ganzen Reihe von chemischen Mechanismen und Rektionen allgemein. Ein Beispiel, bei dem die Bestimmung der Oxidationszahlen eine wesentliche Rolle spielt, ist beim Ausgleichen von Redox-Reaktionen.

Oxidationszahlen werden mit einem Vorzeichen und in römischer Schreibweise in der Regel über das Atom geschrieben.

5 Faustregeln zur Bestimmung von Oxidationszahlen  (00:45)

1.1 Reinstoffe: Die Summe aller Oxidationszahlen (N_ox) ist gleich Null

(Gemeint mit Reinstoffen sind Elemente, elektrisch neutrale Moleküle und Salze)

1.2  Ionen: Die Summe der Oxidationszahlen entspricht der Ionenladung

2.   Metalle: Metalle besitzen eine positive Oxidationszahl

3.   Fluor hat die Oxidationszahl -I

4.   Wasserstoff hat (meist) die Oxidationszahl +I (Ausnahme sind zB. Hydride, weil dort erst Regel 2 greift)

5.  Sauerstoff hat meistens die Oxidationszahl –II (Ausnahme sind zB. Peroxide)

Beispiel anhand eines Ions (03:40)

Na⁺Cl^- Natriumchlorid (Kochsalz) besteht aus Natrium- und Chloridionen. Die Natriumionen sind einfach positiv geladene Kationen und die Chloridionen sind wiederum einfach negativ geladene Anionen. Auf Natriumchlorid treffen direkt mehrere Regeln zu, so ist dieses Salz gut geeignet um die Faustregeln anzuwenden. Gemäß Regel 1.2 hat das Natriumion eine Oxidationszahl von +I und das Chloridion von –I. Die Zahlen +I und –I entsprechen genau den entsprechenden Ionenladungen. Da Salz ebenfalls ein Reinstoff ist, ist die Summe der Oxidationszahlen der Ionenverbindung gleich Null (Regel 1.1). Genauso gilt Regel 2 für das Natriumion in diesem Salz, weil Natrium ein Metall ist und deswegen eine positive Oxidationszahl besitzt.

Beispiel anhand einer kovalenten Bindung (06:00)

Das Carbonation ( CO₃^2-) hat ein zentrales Kohlenstoffatom an welches drei Sauerstoffatome gebunden sind. Von diesen binden jeweils zwei mit einer Einfachbindung und eines mit einer Doppelbindung. Die einfach bindenden Sauerstoffatome tragen eine negative Ladung.

Nun werden die 5 Faustregeln abgearbeitet. Dabei stellt man fest, dass nur Regel 1.2 und 5 zutreffen, weil das Carbonation weder ein Reinstoff ist, noch enthält es Metall-, Fluor-, oder Wasserstoffatome. Regel 1.2 besagt, dass die Summe aller Oxidationszahlen gleich der Ionenladungen sein muss. Diese beträgt -2.

Vorgehensweise ohne Faustregeln (07:44)

Mit der grundsätzlichen Herangehensweise zur Bestimmung der Oxidationzahlen kann auch die Richtigkeit der Faustregeln demonstriert werden. Bei Molekülen werden die jeweiligen Bindungselektronen den dazugehörigen elektronegativeren Bindungspartner zugeschrieben. (diese Vorgehensweise erklärt auch, warum Fluor immer die Oxidationszahl -I trägt)

Nun werden die Elektronen, die zugeschrieben wurden und bereits vorhanden waren (freie Elektronen), zusammengezählt. Die ursprüngliche Valenzelektronenkonfiguration wird jetzt mit der gerade bestimmten Zahl subtrahiert. Die Differenz entspricht der Oxidationszahl des jeweiligen Atoms.

Oxidationszahl = (elementare Valenzelektronenkonfiguration) - (Anzahl zugeschriebener und bereits vorhandenen Elektronen)

Beim Carbonation ist Sauerstoff das elektronegativste Element deswegen werden den Sauerstoffatomen alle Bindungselektronen zugeschrieben. Zusammen mit den dazugehörigen freien Elektronen besitzen die Sauerstoffatome jeweils acht Elektronen, zwei mehr als in der elementaren Valenzelektronenkonfiguration. Die Oxidationszahl ist deswegen –II. Auf gleicher Art und Weise kann die Oxidationszahl des Kohlenstoffs bestimmt werden.

Üblicherweise, so wie auch im Video, wird die Bestimmung der Oxidationszahl über die Regel 1.2 vollzogen. Da die Summe aller Oxidationszahlen nach Regel 1.2. -2 ist, muss das Kohlenstoff die Oxidationszahl +IV haben um die Summe der Oxidationszahl der Sauerstoffe auszugleichen.

N_ox = Ionenladung = -2 = 3 * (-2) + 4

Bestimmung der Oxidationszahlen von Permanganat (11:55)

Bei diesem Beispiel treffen Regel 1.2, 2 und 5 zu.

Regel 1.2: Die Summe aller Oxidationszahlen beträgt -1

Regel 2: Mangan ist ein Metall und besitzt damit eine positive Oxidationszahl

Regel 5: O₄^- -> Summe aller Oxidationszahlen der Sauerstoffe= 4 * (-II) = - 8

Da die Sauerstoff-Oxidationszahlen von -8 und die noch unbekannte Oxidationszahl vom Mangan insgesamt -1 betragen muss, lässt sich die Oxidationszahl vom Mangan (X) durch folgende Gleichung lösen:

4* (-II) + X = -1

X = -1 + 8 = +VII

Mangan hat die Oxidationszahl +VII, somit wurde allen Atomen eine Oxidationszahl zugewiesen.