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Oxidationszahlen sind formale Ladungen, die den Oxidationszustand von Atomen in Molekülen oder Ionen beschreiben und als chemisches Buchhaltungssystem für Elektronen dienen.
Die Oxidationszahl ist eine fiktive Ladung, die einem Atom innerhalb einer chemischen Verbindung zugewiesen wird. Sie gibt an, wie viele Elektronen ein Atom im Vergleich zu seinem neutralen Elementarzustand formal verloren (positive Oxidationszahl) oder gewonnen (negative Oxidationszahl) hat. Man kann sie sich als eine Art 'Buchhaltung' vorstellen, um den Überblick über die Elektronenverschiebung bei chemischen Reaktionen zu behalten.
Um Oxidationszahlen systematisch zu bestimmen, nutzt man die Elektronegativität (EN) – ein Maß dafür, wie stark ein Atom Bindungselektronen anzieht. In einer kovalenten Bindung werden die Elektronen formal dem Partner mit der höheren EN vollständig zugerechnet. Sind beide Partner identisch (wie in O₂), werden die Elektronen geteilt. Diese Metapher des 'Elektronen-Tauziehens' hilft zu verstehen, warum Fluor als elektronegativstes Element in Verbindungen immer die Oxidationszahl -I erhält.
Es gibt feste Prioritätsregeln: Atome im elementaren Zustand (z.B. Na, H₂, S₈) haben immer die Oxidationszahl 0. Bei einatomigen Ionen entspricht die Oxidationszahl der tatsächlichen Ionenladung (z.B. Ca²⁺ hat +II). In neutralen Molekülen muss die Summe aller Oxidationszahlen 0 ergeben, während sie in mehratomigen Ionen der Gesamtladung des Ions entspricht.
Sauerstoff besitzt in fast allen Verbindungen die Oxidationszahl -II. Eine wichtige Ausnahme sind die Peroxide (wie H₂O₂), in denen Sauerstoff die Oxidationszahl -I hat. Wasserstoff hat in Verbindung mit Nichtmetallen meist die Oxidationszahl +I, tritt er jedoch in Metallhydriden (Verbindungen mit Metallen wie LiH) auf, hat er die Oxidationszahl -I.
Für die Bestimmung in komplexen Molekülen wie Schwefelsäure (H₂SO₄) geht man schrittweise vor: Sauerstoff ist -II (4 Atome = -8), Wasserstoff ist +I (2 Atome = +2). Damit das Molekül neutral (Summe 0) bleibt, muss der Schwefel die Oxidationszahl +VI besitzen (+2 + X - 8 = 0). Diese Methode erlaubt es, auch ohne Strukturformel den Oxidationszustand des Zentralatoms zu berechnen.
