Was sind eigentlich Oxidationszahlen ?

In einem Molekül sind die Elektronen der einzelnen Atome nicht gleichmäßig verteilt.
Sie befinden sich auch nicht unbedingt in der Nähe der Atome, zu denen sie eigentlich gehören. Schuld daran ist die Elektronegativität EN.
Oxidationszahlen sind Zahlen, die einen so entstandenen fiktiven Elektronenmangel oder Überschuß an einzelnen Atomen im Molekül bewerten.
Moleküle werden also theoretisch in einzelne "Atom-Ionen" zerlegt und bewertet. Diese Werte im Molekül müssen nicht als Ladungen nach außen treten, sie zeigen oft nur, wie die Elektronen im Molekül verteilt sind.

Mit ihnen lässt sich aber auch feststellen, ob ein Molekül, Atom oder Ion bei einer Reaktion Elektronen an den Reaktionspartner verliert (also oxidiert wird) oder Elektronen vom Reaktionspartner aufnimmt (vom Partner reduziert wird).

Zur Ermittlung dieser Oxidationszahlen (immer in römischen Zahlen) gibt es ganz einfache Regeln:

1. Einzelne Atome oder Atome in Atomverbänden wie Metallen erhalten die OZ=0.

2. Die nach außen wirksame Ladung von Atom-Ionen ist gleich ihrer OZ.

3. In Molekülen werden den einzelnen Atomen folgende OZ zugeordnet:

  1. Metall-Atome besitzten immer positive OZ

  2. Fluor-Atome besitzen immer die OZ= -I

  3. Wasserstoff-Atome besitzen immer die OZ= +I

  4. Sauerstoff-Atome besitzen,bis auf eine Ausnahme, immer die OZ= -II

  5. Den Atomen Chlor, Brom und Jod werden die OZ= -I zugeordnet

4. Die Oxidationszahlen werden gegeneinander verrechnet. Bei Molekül-Ionen muß dieses Ergebnis der Ladung des Moleküls entsprechen, bei ungeladenen Molekülen ist das Ergebnis Null.

Übung 3a:
Welche Aussage kannst du über die Elektronegativität des Wasserstoff-Atoms machen, wenn du weißt, dass dieser immer die OZ=I besitzt?
Zur Lösung

Übung 3b:
Schreibe die Formeln der vorliegenden Teilchen ab, und ordne den einzelnen Atomen jeweils die Oxidationszahlen zu!

Ermittle die Oxidationszahlen :
HCl Zur Lösung H2O Zur Lösung
NH3 Zur Lösung HNO3 Zur Lösung
H2SO4 Zur Lösung Mg Zur Lösung
Al3+ Zur Lösung MnO4- Zur Lösung
MnO2 Zur Lösung Cr2O3 Zur Lösung





Wie erstellt man denn jetzt so eine Gleichung ?



Wie du siehst, können wir Atomen wie dem Mangan, je nach Verbindung, unterschiedliche Oxidationszahlen zuordnen.

Betrachtet man nun Atome in Verbindungen, die vor und nach einer Reaktion vorliegen, können wir mit Hilfe der Oxidationszahlen aussagen, wieviele Elektronen ab bzw. aufgenommen wurden :

Beispiel :
"Das Permanganat-Ion reagiert zu Mangan-Ionen"

MnO4- Mn2+

Diese Teilgleichung ist natürlich unvollständig.
Wenn du die Oxidationszahlen für das Mangan-Atom, bzw. -Ion bestimmst, wirst du feststellen, dass sich diese von +VII auf +II erniedrigt hat.
Das bedeutet, dass das Mangan-Atom fünf negative Ladungen, also Elektronen aufgenommen hat, denn fünf der ursprünglich sieben "positiven Werte" wurden ausgeglichen.

Es handelt sich hier also um eine Elektronenaufnahme, eine "Reduktion"!

Permanganat-Ionen haben übrigens eine intensiv violette Farbe, Mangan-Ionen sind farblos. Dies bedeutet, dass obige Reaktion wegen dieser Entfärbung sehr gut sichtbar ist:

MnO4- Mn2+
violett farblos

Man kann die Teilgleichung also schon etwas genauer darstellen, indem man diese fünf Elektronen berücksichtigt:

Red : MnO4- + 5 e- Mn2+

Die Gleichung ist allerdings immer noch nicht vollständig.
Wo sind zum Beispiel die Sauerstoff-Atome des Permanganat-Ions hingekommen?

Es ist nun so, dass in unserer Lösung nicht nur Wassermoleküle, sondern auch noch andere Stoffe vorliegen.
In einer sogenannten "sauren Lösung" sind dies beispielsweise "Oxonium-Ionen" (H3O+), und diese können an der Reaktion teilnehmen:

Red : MnO4- + 5 e- + 8 H3O+ Mn2+

Weshalb benötigt man gerade acht Oxonium-Ionen, und diese auf der linken Seite ?

Nun, wir müssen sie in der Teilgleichung so anordnen, dass sie die Ladungen links und rechts des Reaktionspfeils auf den gleichen Zahlenwert bringen.
Bei unserem Beispiel erfolgt dieser "Ladungsausgleich" auf den Wert "+2".

Auch in einer Teilgleichung müssen links und rechts des Reaktionspfeiles gleiche Anzahlen der jeweiligen Atome vorliegen. In unserem Beispiel ist das immer noch nicht der Fall.
Da wir aber in wässriger Lösung arbeiten, können wir jetzt, als nächsten Schritt, den "Stoffausgleich" mit Wasser durchführen:

Red : MnO4- + 5 e- + 8 H3O+ Mn2+ + 12 H2O

Jetzt musst du nur überprüfen, ob die Gleichung stimmt.
Hierzu testest du als Erstes, ob die Summe aller Ladungen rechts und links des Reaktionspfeiles gleich ist.
Ist das der Fall, musst du noch überprüfen, ob die Anzahl der jeweils betrachteten Atome links und rechts des Reaktionspfeiles übereinstimmt.

Ist auch das richtig, dann stimmt deine Gleichung.
Ist es nicht der Fall, dann hast du einen Fehler gemacht und musst die Gleichung Schritt für Schritt überprüfen.

Wenn du immer nach diesem Schema vorgehst, kannst du eigentlich keinen Fehler machen!
Du musst dir nur die Reihenfolge des Vorgehens merken:



    1. Bestimme die jeweiligen Oxidationszahlen

    2. Ermittle die Anzahl der geflossenen Elektronen

    3. Gleiche die Ladungen aus (im Sauren mit H3O+)

    4. Vollziehe den Stoffausgleich mit Wasser

    5. Kontrolliere Ladungen und Atomzahlen