Regeln zur Bestimmung der Oxidationsstufe



Regeln zur Bestimmung von Oxidationszahlen

  • Regeln mit deren Hilfe man die Oxidationszahlen bestimmen kann sind streng hierachisch  in der richtigen Reihenfolgeanzuwenden. Erst zur nächsten Regel geht wenn die davor keine eindeutige Entscheidung liefert.

Hauptregeln

  1. Atome im elementaren Zustand haben immer die Oxidationszahl 0.   
  2. Bei einatomigen Ionen entspricht die Oxidationszahl der Ionenladung
  3. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome einer mehratomigen neutralen, also ungeladenen Verbindung ist gleich 0.
  4. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome eines mehratomigen Ions ist gleich der Gesamtladung dieses Ions.
  5. Bei kovalent formulierten Verbindungen wird die Verbindung formal in Ionen aufgeteilt. Dabei wird angenommen, dass die an einer Bindung beteiligten Elektronen vom elektronegativeren Atom vollständig übernommen werden.
  6. Die meisten Elemente können in mehreren Oxidationsstufen auftreten.

Hilfsregeln

In der Praxis hat es sich als hilfreich erwiesen, für die Bestimmung der Oxidationszahlen einige Regeln zu formulieren:

  1. Das Fluoratom (F) als Element mit höchster Elektronegativität bekommt in Verbindungen immer die Oxidationszahl −1.
  2. Sauerstoffatome bekommen die Oxidationszahl −2. Mit 3 Ausnahmen: In Peroxiden (dann: −1) und in Hyperoxiden (dann −0,5) und in Verbindung mit Fluor (dann: +2 oder +1 ).
  3. Weitere Halogenatome (wie Chlor, Brom, Iod) haben im Allgemeinen die Oxidationszahl (−1), außer in Verbindung mit Sauerstoff oder einem Halogen, das im Periodensystem höher steht.
  4. Metallatome bekommen in Verbindungen als Ionen immer eine positive Oxidationszahl.
  5. Alkalimetalle haben stets +1 und Erdalkalimetalle stets +2 als Oxidationszahl.
  6. Wasserstoffatome bekommen die Oxidationszahl +1, außer wenn Wasserstoff mit „elektropositiveren“ Atomen wie    Metallen (Hydride) oder sich selbst direkt verbunden ist.
  7. In ionischen Verbindungen (Salzen) ist die Summe der Oxidationszahlen identisch mit der Ionenladung.
  8. In kovalenten Verbindungen (Molekülen) werden die Bindungselektronen dem elektronegativeren Bindungspartner zugeteilt. Gleiche Bindungspartner erhalten je die Hälfte der Bindungselektronen. Die Oxidationszahl entspricht somit den zugeteilten Bindungselektronen im Vergleich zu der Anzahl der normalerweise vorhandenen Außenelektronen.
  9. Die höchstmögliche Oxidationszahl eines Elementes entspricht der Haupt- bzw. Nebengruppenzahl im Periodensystem (PSE).

Bestimmung der Oxidationszahlen in Lewis-Formeln anhand der Elektronegativität 

Die Oxidationszahlen lassen sich, wenn eine Lewis-Formel des Moleküls vorliegt, leicht anhand der Elektronegativität der jeweiligen Elemente bestimmen. Man spaltet dazu gedanklich jede Bindung und berechnet, welches Atom die Bindungselektronen dann bekommen würde. Dies ist abhängig von der Elektronegativität; das Atom mit der größeren Elektronegativität erhält die Bindungselektronen. Dadurch ändert sich die Ladung des Atoms, die Ladung entspricht dann der Oxidationszahl. Das Spalten der Bindungen ist dabei nur ein Gedankenspiel, die Bindungen werden nicht tatsächlich gespalten.  



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Stickstoff hat eine Elektronegativität von 3,04. Da diese größer ist als die des Kohlenstoffs, bekäme der Stickstoff im Falle einer imaginären Spaltung der Bindung beide Bindungselektronen.

Wasserstoff hat eine Elektronegativität von 2,2. Da diese kleiner ist als die des Kohlenstoffs, bekäme der Kohlenstoff im Falle einer imaginären Spaltung der Bindung beide Bindungselektronen.

Das obere Kohlenstoffatom hat natürlich ebenfalls eine Elektronegativität von 2,55. Daher teilen sich die beiden Kohlenstoffatome im Falle einer imaginären Spaltung der Bindung die Bindungselektronen. Da es sich um eine Doppelbindung handelt bekämen beide zwei.

Addiert bekommt das Kohlenstoffatom also vier Bindungselektronen. Elementarer Kohlenstoff besitzt ebenfalls vier Bindungselektronen, seine Ladung hat sich also durch die imaginäre Spaltung nicht geändert. Seine Oxidationszahl ist 0.
Im Vergleich dazu bekommt das unterste Stickstoffatom sechs Bindungselektronen im Falle einer imaginären Spaltung (je zwei von den beiden Kohlenstoffatomen und zwei von dem Wasserstoffatom). Elementarer Stickstoff besitzt nur drei Bindungselektronen. Da Elektronen negativ geladen sind, besäße das Stickstoffatom daher nach der imaginären Spaltung die Ladung −3. Dies ist daher auch seine Oxidationszahl.
Zur Überprüfung können alle ermittelten Oxidationszahlen addiert werden. Ihre Summe muss insgesamt null ergeben, wenn das Gesamtmolekül ungeladen ist.


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