Oxidationszahl

Die Oxidationszahl (auch Oxidationsstufe, Oxidationswert, elektrochemische Wertigkeit, kurz OZ) ist ein formales Hilfsmittel zur Beschreibung von Redoxreaktionen. Sie gibt an, wieviele Elektronen ein Atom formal aufgenommen oder abgegeben hat und entspricht somit einer formalen Ionenladung. Sie wird hochgestellte in arabischen oder römischen Ziffern über das Elementsymbol geschrieben. Um sie von der tatsächlichen Ionenladung zu unterscheiden, wird das positive oder negative Vorzeichen dem Zahlenwert vorangestellt. Die bekannten Oxidationsstufen reichen von -4 bis +9.

Nur bei einatomigen Ionen ist die Oxidationszahl gleich der tatsächlichen Ionenladung. Atome im elementaren Zustand haben definitionsgemäß die Oxidationszahl 0. Bei kovalenten Verbindungen wird das bindende Elektronenpaar vollständig dem elektronegativeren Atom zugeordnet; handelt es sich um zwei gleiche Atome, wird jedem ein Elektron zugewiesen. Bei der formalen Verteilung der Elektronen ist stets darauf zu achten, dass die Gesamtzahl der Ladungen konstant ist.

Beispiele

• Eisen (Fe) hat im elementaren Zustand die Oxidationszahl 0, formal angeschrieben als: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{0}}$
• In Eisen(II)oxid (FeO) hat Eisen die Oxidationszahl +2 und Sauerstoff die Oxidationszahl -2: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{+}\mathrm{2}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}$ oder mit römischen Ziffern $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{+}\mathrm{I}\mathrm{I}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{-}\mathrm{I}\mathrm{I}}$
• In Eisen(III)oxid (Fe₂O₃) hat Eisen hingegen die Oxidationszahl +3, die des Sauerstoff bleibt unverändert: $\mathrm{F}{e}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{+}\mathrm{3}}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}$
• Natriumchlorid (Na⁺Cl^-) ist eine aus einatomigen Ionen bestehende ionische Verbindung, weshalb die Oxidationszahl der tatsächlichen Ionenladung entspricht: $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{\mathrm{+}\mathrm{1}}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}$ oder $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{\mathrm{+}\mathrm{I}}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{-}\mathrm{I}}$
• Im Sulfatanion ([SO₄]^2-) hat Schwefel die formale Oxidationsstufe +6: $\mathrm{[}{\mathrm{S}}^{\mathrm{+}\mathrm{V}\mathrm{I}}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{-}\mathrm{I}\mathrm{I}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$
• Im Sulfitanion ([SO₃]^2-) hat Schwefel hingegen nur die formale Oxidationsstufe +4: $\mathrm{[}{\mathrm{S}}^{\mathrm{+}\mathrm{I}\mathrm{V}}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{-}\mathrm{I}\mathrm{I}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$
• Auch gebrochene Werte der Oxidationszahlen sind möglich, z.B. im Kaliumhyperoxid (KO₂); Sauerstoff hat hier die formale Oxidationsstufe -1/2: ${\mathrm{K}}^{\mathrm{+}\mathrm{1}}{O}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{-}\frac{1}{2}}$
• Im Kaliumperoxid (K₂O₂) hat Sauerstoff hingegen die Oxidationszahl -1: Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \mathrm {K_2^{+1}O_2^{-1}}}}
• Die tiefste bekannte Oxidationsstufe -4 tritt bei Verbindungen mit Elementen der Kohlenstoffgruppe auf, z.B. im Methan (CH₄): ${\mathrm{C}}^{\mathrm{-}\mathrm{4}}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}\mathrm{1}}$
• Die für Iridium vorhergesagte, höchste bekannte Oxidationsstufe +9 konnte durch das 2014 synthetisierte Ion $\mathrm{[}\mathrm{I}{\mathrm{r}}^{\mathrm{+}\mathrm{I}\mathrm{X}}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{-}\mathrm{I}\mathrm{I}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{+}}$ erstmals empirisch bestätigt werden.

$\stackrel{+1}{K}\stackrel{+7}{Mn}\stackrel{-2}{O_4}$

$\stackrel{+4}{Mn}\stackrel{-2}{O_2}$

$\stackrel{+6}{S}\stackrel{-2}{O_4^{2-}}$

$\stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O_3^{2-}}$

$\stackrel{-3}{N}\stackrel{+1}{H_3}$

$\stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{S}$

$\stackrel{0}{O}=\stackrel{0}{O}$

$\stackrel{+2}{F{e}^{2+}}$

$\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}-\stackrel{-1}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}$

$\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}-\stackrel{+1}{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

$\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}-\stackrel{+3}{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

$\stackrel{-4}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}$

$\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}-\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

$\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}-\stackrel{-2}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}-\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

$\stackrel{-3}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}-\stackrel{-1}{C}\mathrm{H}=\stackrel{-2}{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

Kaliumper- manganat

Mangan- dioxid

Sulfat-Ion

Sulfit-Ion

Ammoniak

Schwefel- wasserstoff

Sauerstoff

Eisen(II)-Ion

Ethanol

Acetaldehyd

Essigsäure

Methan

Ethan

Propan

Propen

Siehe auch

• Oxidationszahl - Artikel in der deutschen Wikipedia