Chemie · Klasse 10–12 · aktualisiert
Oxidationszahl bestimmen: Regeln und Redoxreaktionen
Lerne Oxidationszahlen mit Ladungs- und Summenregel zu bestimmen und Ausnahmen zu erkennen.
0 von 11 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Die Oxidationszahl ist eine gedachte Ladung pro Atom. Im neutralen Wassermolekül \ce{H2O} ergeben zweimal +I für Wasserstoff und einmal −II für Sauerstoff zusammen 0. Steigt die Zahl bei einer Reaktion, liegt eine Oxidation vor.
Die Oxidationszahl ist eine gedachte Ladungszahl für ein Atom. Sie zeigt, wie Elektronen in einer Verbindung nach festen Regeln zugeordnet werden. Mit wenigen Regeln kannst du unbekannte Oxidationszahlen berechnen und erkennen: Steigt eine Oxidationszahl, findet eine Oxidation statt; sinkt sie, findet eine Reduktion statt.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
3 Abschnitte
Die Oxidationszahl ist eine formale Größe. „Formal“ heißt: Die Oxidationszahl dient der Elektronenbuchhaltung und ist nicht unbedingt die wirkliche Ladung eines Atoms. Sie gilt pro Atom. Man schreibt sie häufig mit Vorzeichen und römischer Zahl, etwa +III; beim Rechnen sind +3 und −2 einfacher. In elementaren Stoffen wie \ce{Fe}, \ce{H2} und \ce{O2} hat jedes Atom 0. Bei einem einatomigen Ion stimmt die Oxidationszahl mit seiner Ladung überein: \ce{Fe^3+} hat +III, \ce{Cl-} hat −I. In neutralen Stoffen ist die Summe 0; bei mehratomigen Ionen entspricht sie der Gesamtladung.
Definition
Oxidationszahl
Die Oxidationszahl ist die formale Ladung, die ein Atom hätte, wenn gemeinsame Bindungselektronen ganz dem Partner zugeordnet würden, der sie stärker anzieht. Bei zwei gleichen Atomen werden sie gleich geteilt.
Merke: Eine Oxidationszahl gilt pro Atom. Bei der Summe musst du sie deshalb mit der Anzahl der betreffenden Atome multiplizieren.
Teste dich
Bestimme zuerst die Gesamtladung und die Zahl der Atome. In der Formel zeigt eine tiefgestellte Zahl an, wie viele Atome des Elements direkt davor im Teilchen vorkommen: In \ce{Fe2O3} stehen zwei Fe- und drei O-Atome. Ein vorangestellter Faktor würde die gesamte Formel vervielfachen. In \ce{SO4^2-} steht die 4 für vier O-Atome und 2− für die Ladung des ganzen Ions.
Für die Summenregel multiplizierst du bei jeder Atomsorte die Anzahl mit ihrer Oxidationszahl. Addiere diese Ergebnisse: Die Summe muss der Gesamtladung entsprechen. Fluor hat in Verbindungen −I, Sauerstoff meist −II und Wasserstoff meist +I. Metalle haben in den hier behandelten Verbindungen positive Werte. Setze einen unbekannten Wert x ein und kontrolliere die Summe.
Beispiel: Eisen(III)-oxid berechnen
- 1In \ce{Fe2O3} ist die Verbindung neutral. Sauerstoff hat hier den üblichen Wert −II. Für die unbekannte Oxidationszahl von Fe setzt du x ein:
- 22x + 3 \cdot (-2) = 0
- 3Die Indizes sind entscheidend: Es gibt zwei Fe-Atome und drei O-Atome.
- 42x - 6 = 0
- 52x = 6
- 6x = 3
- 7Damit gilt: Fe hat +III, O hat −II. Die Kontrolle ergibt 2 \cdot 3 + 3 \cdot (-2)=0.
Beispiel: Dichromat-Ion berechnen
- 1Beim Ion \ce{Cr2O7^2-} muss die Summe −2 ergeben. Sieben O-Atome liefern zusammen 7 \cdot (-2)=-14:
- 22x + 7 \cdot (-2) = -2
- 32x - 14 = -2
- 42x = 12
- 5x = 6
- 6Jedes Cr-Atom hat daher +VI. Die Kontrolle lautet 2 \cdot 6 + 7 \cdot (-2)=-2.
Beispiel: Gehe immer in derselben Reihenfolge vor
- 1Bestimme die Gesamtladung des Teilchens.
- 2Trage sichere oder typische Oxidationszahlen ein.
- 3Berücksichtige die Atomanzahlen aus den Indizes.
- 4Setze die unbekannte Oxidationszahl als Variable ein.
- 5Löse die Summengleichung.
- 6Prüfe, ob die Summe der Gesamtladung entspricht.
Teste dich
Die üblichen Werte haben Ausnahmen. In Peroxiden wie \ce{H2O2} hat jedes O-Atom −I. In Hyperoxiden wie \ce{KO2} beträgt der Mittelwert pro O-Atom −0,5. In Verbindungen mit Fluor kann O positiv sein. In Metallhydriden wie \ce{NaH} hat H −I.
Atome desselben Elements in einem Molekül können verschiedene Oxidationszahlen besitzen. Beim Ethanal (\ce{CH3-CHO}: links die Methylgruppe \ce{CH3}, rechts die Aldehydgruppe \ce{CHO}) hat das C-Atom in der Methylgruppe −III und das C-Atom der Aldehydgruppe +I. Sauerstoff hat −II und alle vier H-Atome +I; zusammen ergibt sich 0. Die Summenformel allein liefert bei den C-Atomen nur einen Mittelwert. Zeichne für den einzelnen Wert die Struktur, ordne die Bindungselektronen dem stärker anziehenden Partner zu, teile sie zwischen gleichen Atomen gleich und prüfe die Gesamtladung.
Vergleiche schließlich denselben Atomtyp vor und nach einer Reaktion: Ein Anstieg zeigt Oxidation, ein Abfall Reduktion. Beide sind gekoppelt.
Merke: Oxidationszahl steigt = Oxidation. Oxidationszahl sinkt = Reduktion.
Beispiel: Bildung von Wasser
- 1\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O}
- 2In den elementaren Stoffen haben H und O jeweils 0. Im Wasser hat H +I und O −II.
- 3H steigt von 0 auf +I und wird oxidiert; O sinkt von 0 auf −II und wird reduziert.
- 4Vier H-Atome geben formal zusammen vier Elektronen ab; zwei O-Atome nehmen formal zusammen vier auf.
Beispiel: Bindungen einzeln betrachten
- 1Zeichne die vollständige Strukturformel.
- 2Vergleiche, welches der beiden Atome die gemeinsamen Bindungselektronen stärker anzieht.
- 3Ordne beide Bindungselektronen diesem Atom zu.
- 4Teile sie bei gleichen Atomen gleichmäßig.
- 5Vergleiche die formal zugeordneten Elektronen jedes Atoms mit der Zahl seiner Außenelektronen im elementaren Zustand.
- 6Prüfe am Ende die Gesamtladung.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Oxidationszahl
Modell
Die Oxidationszahl ist eine formale Ladung pro Atom.
Element
Im elementaren Stoff ist sie 0.
Ion
Bei einatomigen Ionen entspricht sie der Ladung.
Summe
Atomanzahl mal Oxidationszahl ergibt die Gesamtladung.
Ausnahmen
Peroxide, Hyperoxide und Metallhydride prüfen.
Redox
Anstieg zeigt Oxidation, Abfall Reduktion.
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Oxidationszahl im Nitrat-Ion
- 1Im Nitrat-Ion \ce{NO3^-} hat Sauerstoff jeweils −II. Die Summe muss −1 ergeben.
- 2Für Stickstoff gilt x+3\cdot(-2)=-1.
- 3Daraus folgt x-6=-1.
- 4Also ist x=+5. Stickstoff hat die Oxidationszahl +V.
- 5Die Kontrolle ergibt 5+3\cdot(-2)=-1.
Fehler finden
Fehler finden: Schwefel in Schwefeldioxid In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Aus x-4=0 folgt x=+4. Die Kontrolle ergibt 4+2\cdot(-2)=0; Schwefel hat +IV.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
In einem elementaren Stoff hat jedes Atom die Oxidationszahl . In einem neutralen Stoff ergibt die Summe . Steigt die Oxidationszahl, liegt eine vor.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback