OXIDATIONSZAHL: KONZEPT, WIE MAN ES HERAUSHOLT UND BEISPIELE - CHEMIE

Die Oxidationszahl , auch Oxidationsstufe genannt, beschreibt den Gewinn oder Verlust von Elektronen in einem Atom, vorausgesetzt, die Verbindung, zu der sie gehört, hat einen rein ionischen Charakter. Wenn von Oxidationszahl gesprochen wird, wird daher angenommen, dass alle Atome als Ionen gefunden werden, die elektrostatisch interagieren.

Obwohl das reale Bild komplizierter ist als überall Ionen zu haben, ist die Oxidationszahl wirklich nützlich für die Interpretation von Oxidreduktionsreaktionen (Redoxreaktionen). Das Ändern dieser Zahlen zeigt, welche Spezies oxidiert wurden oder Elektronen verloren haben oder ob Elektronen reduziert oder gewonnen wurden.

Die Oxidschicht, die Eisenornamente und Statuen bedeckt, besteht zum Teil aus O2-Anionen, bei denen Sauerstoff eine Oxidationszahl von -2 aufweist. Quelle: Dracénois

Die Ionenladung eines einatomigen Ions entspricht seiner Oxidationszahl. Zum Beispiel hat das Oxidanion O ^2- , eines der am häufigsten vorkommenden in unzähligen Mineralien, eine Oxidationszahl von -2. Dies wird wie folgt interpretiert: Es hat zwei zusätzliche Elektronen im Vergleich zum Sauerstoffatom im Grundzustand O.

Oxidationszahlen lassen sich leicht aus einer Summenformel berechnen und sind häufig nützlicher und relevanter, wenn es um ionengepackte anorganische Verbindungen geht. In der organischen Chemie hat es nicht die gleiche Bedeutung, da fast alle seine Bindungen im Wesentlichen kovalent sind.

Wie erhalte ich die Oxidationszahl?

Elektroneutralität

Die Summe der Ionenladungen in einer Verbindung muss gleich Null sein, damit sie neutral ist. Nur Ionen können positive oder negative Ladungen haben.

Es ist daher davon auszugehen, dass die Summe der Oxidationszahlen ebenfalls gleich Null sein muss. Vor diesem Hintergrund und bei einigen arithmetischen Berechnungen können wir die Oxidationszahl eines Atoms in einer beliebigen Verbindung extrahieren oder bestimmen.

Valencias

Valenzen sind bei der Bestimmung der Oxidationszahl eines Atoms nicht zuverlässig, obwohl es mehrere Ausnahmen gibt. Beispielsweise haben alle Elemente der Gruppe 1, die Alkalimetalle, eine Wertigkeit von 1 und daher eine unveränderliche Oxidationszahl von +1. Gleiches gilt für Erdalkalimetalle der Gruppe 2 mit einer Oxidationszahl von +2.

Beachten Sie, dass vor positiven Oxidationszahlen immer das Symbol '+' steht: +1, +2, +3 usw. Und auf die gleiche Weise die Negative: -1, -2, -3 usw.

Allgemeine Regeln

Es gibt einige allgemeine Regeln, die bei der Bestimmung der Oxidationszahl berücksichtigt werden müssen:

-Die Oxidationszahl für Sauerstoff und Schwefel beträgt -2: O ^2- und S ^2-

- Reine Elemente haben eine Oxidationszahl von 0: Fe ⁰ , P ₄⁰ , S ₈⁰

-Das Wasserstoffatom hat je nachdem, an wen es gebunden ist, eine Oxidationszahl von +1 (H ⁺ ) oder -1 (H ^- )

-Halogene haben, solange sie nicht an Sauerstoff oder Fluor gebunden sind, eine Oxidationszahl von -1: F ^- , Cl ^- , Br ^- und I ^-

-Für ein mehratomiges Ion wie OH ^- sollte die Summe der Oxidationszahlen nicht gleich Null sein, sondern der Ladung des Ions, die für OH ^- (O ^{2 -} H ⁺ ) -1 wäre ^-

-Metalle haben unter normalen Bedingungen positive Oxidationszahlen

Rechenoperationen

Angenommen, wir haben die Verbindung PbCO ₃ . Wenn wir das Carbonatanion CO ₃^2- identifizieren , ist die Berechnung aller Oxidationszahlen einfach. Wir beginnen mit demselben Carbonat und wissen, dass die Oxidationszahl von Sauerstoff -2 beträgt:

(C ^x O ₃^2- ) ^2-

Die Summe der Oxidationszahlen muss gleich -2 sein:

x + 3 (-2) = -2

x -6 = -2

x = +4

Daher beträgt die Oxidationszahl von Kohlenstoff +4:

(C ⁴⁺ O ₃^2- ) ^2-

PbCO ₃ würde nun so aussehen:

Pb ^z C ⁴⁺ O ₃^2-

Wieder addieren wir die Oxidationszahlen so, dass sie gleich Null sind:

z + 4 - 6 = 0

z = +2

Daher hat Blei eine Oxidationszahl von +2, so dass angenommen wird, dass es als Pb ²⁺ -Kation vorliegt . Tatsächlich war es nicht einmal notwendig, diese Berechnung durchzuführen, da in dem Wissen, dass Carbonat eine Ladung von -2, Blei hat, sein Gegenion notwendigerweise eine Ladung von +2 haben muss, damit es Elektroneutralität gibt.

Beispiele

Einige Beispiele für Oxidationszahlen für verschiedene Elemente in verschiedenen Verbindungen werden nachstehend erwähnt.

Sauerstoff

Alle Metalloxide haben Sauerstoff als O ^{2 -} : CaO, FeO, Cr ₂ O ₃ , BeO, Al ₂ O ₃ , PbO ₂ usw. In dem Peroxidanion O ₂^2- hat jedoch jedes Sauerstoffatom eine Oxidationszahl von -1. Ebenso hat im Superoxidanion O ₂^- jedes Sauerstoffatom eine Oxidationszahl von -1/2.

Wenn andererseits Sauerstoff an Fluor bindet, erhält er positive Oxidationszahlen. Beispielsweise hat Sauerstoff in Sauerstoffdifluorid OF ₂ eine positive Oxidationszahl. Welche? Wenn wir wissen, dass Fluor -1 ist, haben wir:

O ^x F ₂^-1

x + 2 (-1) = 0

x -2 = 0

x = +2

Somit hat Sauerstoff eine Oxidationszahl von +2 (O ²⁺ ) in OF ₂ (O ²⁺ F ₂^- ).

Stickstoff

Die Hauptoxidationszahlen von Stickstoff sind -3 (N ³ -H ₃⁺¹ ), +3 (N ³⁺ F ₃^- ) und +5 (N ₂⁵⁺ O ₅^2- ).

Chlor

Eine der Hauptoxidationszahlen für Chlor ist -1. Aber alles ändert sich, wenn es mit Sauerstoff, Stickstoff oder Fluor kombiniert wird, elektronegativere Elemente. Wenn dies geschieht, übernimmt es positive Oxidationszahl, wie beispielsweise: +1 (N ^3- Cl ₃⁺ , Cl ⁺ F ^- , Cl ₂⁺ O ^2- ), +2, +3 (ClO ₂^- ), +4, +5 (ClO ₂⁺ ), +6 und +7 (Cl ₂⁷⁺ O ₇^2- ).

Kalium

Kalium hat in all seinen Verbindungen eine Oxidationszahl von +1 (K ⁺ ); Es sei denn, es handelt sich um eine ganz besondere Bedingung, bei der eine Oxidationszahl von -1 (K ^- ) erreicht werden kann.

Schwefel

Der Fall von Schwefel ähnelt dem von Chlor: Er hat eine Oxidationszahl von -2, solange er sich nicht mit Sauerstoff, Fluor, Stickstoff oder demselben Chlor verbindet. Zum Beispiel sind Ihre anderen Oxidationszahlen: -1, +1 (S ₂⁺¹ Cl ₂^- ), +2 (S ²⁺ Cl ₂^- ), +3 (S ₂ O ₄^2- ), +4 ( S ⁴⁺ O ₂^2- ), +5 und +6 (S ⁶⁺ O ₃^2- ).

Kohlenstoff

Die Hauptoxidationsstufen von Kohlenstoff sind -4 (C ^4- H ₄⁺ ) und +4 (C ⁴⁺ O ₂^2- ). Hier sehen wir das Scheitern dieses Konzepts. Weder in Methan CH ₄ noch in Kohlendioxid CO ₂ haben wir Kohlenstoff als C ^4- oder C ⁴⁺ -Ionen , sondern bilden kovalente Bindungen.

Andere Oxidationszahlen für Kohlenstoff wie -3, -2, -1 und 0 finden sich in den Molekülformeln einiger organischer Verbindungen. Es ist jedoch wiederum nicht sehr gültig, Ionenladungen am Kohlenstoffatom anzunehmen.

Spiel

Und schließlich sind die Hauptoxidationszahlen von Phosphor -3 (Ca ₃²⁺ P ₂^3- ), +3 (H ₃⁺ P ³⁺ O ₃^2- ) und +5 (P ₂⁵⁺ O ₅₎^2- ).

Verweise

Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie . (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8. Aufl.). CENGAGE Lernen.
Clark J. (2018). Oxidationszustände (Oxidationszahlen). Wiederhergestellt von: chemguide.co.uk
Wikipedia. (2020). Oxidationszustand. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
Dr. Kristy M. Bailey. (sf). Oxidationszahlen zuweisen. Wiederhergestellt von: occc.edu

OXIDATIONSZAHL: KONZEPT, WIE MAN ES HERAUSHOLT UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025