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Chemie · Redox-Reaktionen
Wie du Oxidationszahlen mit festen Regeln bestimmst, auch in Ionen und organischen Molekülen, und wie du an ihnen Oxidation, Reduktion und Disproportionierung in Reaktionen ablesen kannst.
Die Oxidationszahl (OZ) ist die Ladung, die ein Atom hätte, wenn alle Bindungselektronen beim elektronegativeren Partner lägen. Steigt sie, wurde das Atom oxidiert, sinkt sie, wurde es reduziert.
In HCl oder CO₂ gibt es keine echten Ionen, trotzdem werden Elektronen verschoben. Die OZ ist die Buchführung dafür: Das elektronegativere Atom bekommt die Bindungselektronen ganz zugerechnet, bei gleichen Atomen (O₂, Cl₂) werden sie geteilt. → Ausführlich zur Elektronegativität in: Periodensystem
Du schreibst die OZ mit Vorzeichen, römisch oder arabisch: +II, −I, 0.
| Fall | OZ | Ausnahme |
|---|---|---|
| Element (Fe, O₂, S₈) | 0 | – |
| Einatomiges Ion | = Ladung (Ca²⁺: +II) | – |
| Fluor |
| −I |
| – |
| Alkali / Erdalkali | +I / +II | – |
| Wasserstoff | +I | Metallhydride (LiH): −I |
| Sauerstoff | −II | Peroxide (H₂O₂): −I; OF₂: +II |
| Cl, Br, I | −I | mit O oder F positiv (HClO₄: +VII) |
Gelten für ein Atom mehrere Regeln, entscheidet die weiter oben stehende.
Die Summe aller OZ ist die Gesamtladung des Teilchens: 0 im neutralen Molekül, −2 im SO₄²⁻.
Beispiel Schwefelsäure (H₂SO₄): 2 · (+1) + x + 4 · (−2) = 0, also x = +VI. Im Sulfat SO₄²⁻ gilt x + 4 · (−2) = −2, ebenfalls x = +VI. Im Permanganat MnO₄⁻ ist x − 8 = −1, Mangan hat +VII. Im Ammonium NH₄⁺ ist x + 4 = +1, Stickstoff hat −III.
Ein Element hat je nach Partner viele OZ: Schwefel hat −II in H₂S, 0 in S₈, +IV in H₂SO₃ und +VI in H₂SO₄. In Fe₃O₄ stecken ein Fe²⁺ und zwei Fe³⁺.
Bei Hauptgruppenelementen liegt die höchste meist bei der Hauptgruppennummer (S: +VI, Cl: +VII) und die niedrigste bei Hauptgruppennummer − 8 (S: −II, N: −III). Ausnahmen: Fluor ist nie positiv, Sauerstoff höchstens +II, Nebengruppen weichen oft ab.
In CH₄ hat Kohlenstoff −IV, weil Wasserstoff weniger elektronegativ ist. In CCl₄ und CO₂ hat er +IV, weil Chlor und Sauerstoff stärker ziehen.
In organischen Molekülen zählst du Bindung für Bindung: Eine Bindung zu H gibt −1, zu O +1 (Doppelbindung +2), zu C 0. Das C der Alkoholgruppe im Ethanol hat −1, im Ethanal (CHO) +1, in der Essigsäure (COOH) +3, ein Keton-C +2. → Ausführlich in: Funktionelle Gruppen
Vergleiche die OZ jedes Elements vor und nach der Reaktion. Steigt sie, wurde das Atom oxidiert, sein Stoff ist das Reduktionsmittel. Sinkt sie, wurde es reduziert, sein Stoff ist das Oxidationsmittel.
| Reaktion | Oxidiert | Reduziert |
|---|---|---|
| Fe + S → FeS | Fe: 0 → +II | S: 0 → −II |
| CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O | C: −IV → +IV | O: 0 → −II |
| CuO + H₂ → Cu + H₂O | H: 0 → +I | Cu: +II → 0 |
Ändert sich keine OZ, ist es keine Redox-Reaktion (HCl + NaOH → NaCl + H₂O). Wird dasselbe Element in beide Richtungen verändert, heißt das Disproportionierung: In Cl₂ + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H₂O geht Chlor von 0 auf −I und auf +I.
Lithium ist ein Alkalimetall (+I) und weniger elektronegativ als Wasserstoff. Der Wasserstoff bekommt das Bindungselektron zugerechnet und wird negativ.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeDecke die Oxidationszahlen im Prüfungsmodus ab und bestimme sie selbst: erst Sauerstoff und Wasserstoff, dann Schwefel über die Summenregel. Übertrage den Rechenweg auf das Sulfat-Ion SO₄²⁻.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
