Oxidationszahl bestimmen

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(Lesedauer: 3 bis 5 Minuten)

Kurz zur Erinnerung:

Definition:

Die Oxidationszahl ist die gedachte Ladung eines Atoms, wenn eine Verbindung entsprechend der Elektronegativität in gedachte Ionen zerlegt wird.

O(oxidation) S(tate) of an atom is the charge of this atom after ionic approximation of its heteronuclear bonds.

(IUPAC: Oxidation State, https://doi.org/10.1351/goldbook.O04365)

Die zeichnerische Methode wird im Artikel →Oxidationszahl zeichnen erklärt. Für viele Fälle reicht jedoch ein kleines Set von Rechenregeln.

Die Regeln zur Berechnung der Oxidationszahl (OZ)

1. Der elektronegativere Bindungspartner bekommt alle Bindungselektronen.

Das ist die Definition und damit die wichtigste Regel.

2. Die Summe aller Oxidationszahlen in einer Verbindung entspricht der Gesamtladung.

Daraus folgen unmittelbar zwei Regeln:

2a. Elemente haben die Oxidationszahl 0. 

  • OZ(H₂)=0
  • OZ(O₂)=0, …

2b. Bei einatomigen Ionen ist die Oxidationszahl gleich der Ionenladung. 

  • OZ(Na⁺)=+1
  • OZ(Cl⁻)= –1
  • OZ(Mg²⁺)=+2

3. Fluor-Regel

Fluor ist das elektronegativste Element. In Verbindungen hat Fluor immer die OZ –1. Im Element 0.

4. Sauerstoff-Regel

  • In fast allen Verbindungen: OZ von Sauerstoff –2
  • In Peroxiden ist die Oxidationszahl –1 (H2O2H_2O_2, Na2O2Na_2O_2,organische Peroxide, …)
  • Im Element O2O_2: OZ = 0
  • In OF2OF_2 hat Sauerstoff ausnahmsweise die OZ +2, weil Fluor elektronegativer ist.

5. Wasserstoff-Regel

  • In den meisten Verbindungen hat Wasserstoff die OZ +1
  • Wasserstoff kann mit manchen Metallen Hydride bilden und hat dann die OZ −1.
  • Im Element: 0

6. Alkalimetalle und Erdalkalimetalle

Für die Elemente der 1. und 2. Hauptgruppe gilt in Verbindungen praktisch immer:

Alkali-Metalle haben die Oxidationszahl +1, Erdalkali-Metalle die Oxidationszahl +2 .

7. Halogene

Chlor, Brom und Iod haben meistens –1. In der Organik fast immer, außer sie stehen in Verbindung mit einem elektronegativeren Partner.

8. Wenn keine Regel direkt hilft

Dann gelten die beiden Grundpfeiler:

  1. Der elektronegativere Bindungspartner bekommt alle Bindungselektronen.
  2. Die Summe aller Oxidationszahlen entspricht der Gesamtladung.

Damit lassen sich im Prinzip alle Oxidationszahlen bestimmen, entweder rechnerisch oder zeichnerisch.

Regel zur maximalen positiven Oxidationszahl

Die maximale positive Oxidationszahl eines Atoms entspricht der Zahl der Valenzelektronen, die es abgeben könnte.

Für Kohlenstoff (4 Valenzelektronen) ist die maximale OZ +4.  Beispiel: C+4O−22\overset{+4}{\mathrm{C}} \overset{-2}{\mathrm{O}}_2, …

Für Mangan mit der Elektronenkonfiguration [Ar]4s23d5[Ar] 4s^2 3d^5 gilt, die theoretisch höchste OZ ist +7, so wie im K+1Mn+7O−24\overset{+1}{\mathrm{K}}\overset{+7}{\mathrm{Mn}}\overset{-2}{\mathrm{O}}_4 .

Regel zur maximal negativen Oxidationszahl

Die maximale negative Oxidationszahl eines Atoms ergibt sich aus: OZ=eValenzelektronen−−eEdelgas−OZ = e^-_{Valenzelektronen} – e^- _{Edelgas}

Für Kohlenstoff (Edelgas: Ne mit 8 e−e^-, C hat 4 e−e^-): OZ=4Valenzelektronen−8Edelgas=−4OZ = 4_{Valenzelektronen} -8 _{Edelgas} = -4

Beispiel: CH₄ C−4H+14\overset{-4}{\mathrm{C}} \overset{+1}{\mathrm{H}}_4

Fazit

Oxidationszahlen berechnen ist keine höhere Kunst. Es ist die Anwendung weniger klarer Regeln.