EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-6: Übertragung – Umgang mit Materie 135 135 Oxidationszahlen Oxidationszahl Bei Redoxreaktionen arbeitet man üblicherweise mit Oxidationszahlen. Diese geben den Oxidationszustand eines Atoms innerhalb eines Teilchenverbands an. Dadurch läßt sich das Redoxschema auch auf Stoffe anwenden, bei denen die Ladung nicht sofort ersichtlich ist (zB Moleküle). Wird im Zuge einer Reaktion die Oxidationszahl eines Atoms erhöht, so ist das die Oxidation. Wird die Oxidationszahl vermindert, spricht man von Reduktion. Bestimmung der Oxidationszahl Die Oxidationszahl gibt man üblicherweise mit römischen Zahlen an, um sie von Ionenladungen zu unterscheiden. Aus der Strukturformel (Abb. 135–1): > 1 Anschreiben der Strukturformel. > 2 Zuordnung des bindenden Elektronenpaares zum elektronegativeren Part- ner (bei gleichartigen Atomen wird das Bindungselektronenpaar geteilt). > 3 Die Oxidationszahl ist die Zahl der „gewonnenen“ oder „verlorenen“ Elek- tronen. Bindungspartner mit einer geringen Elektronegativität „verlieren“ Elektronen und bekommen eine positive Oxidationszahl, Bindungspartner mit einer hohen Elektronegativität „gewinnen“ Elektronen und erhalten eine negative Oxidationszahl. Aus der Summenformel Bei den meisten anorganischen Verbindungen lässt sich die Oxidationszahl aus der Summenformel ermitteln, wenn man einige Grundregeln beachtet: > 1 Die Summe der Oxidationszahlen ergibt bei neutralen Verbindungen null, bei geladenen Atomgruppen die entsprechende Ladung. > 2 Die Oxidationszahl von Stoffen im elementaren Zustand ist immer null (kein Elektronegativitätsunterschied bei den Bindungspartnern). > 3 Oxidationszahlen in Verbindungen > a F : immer –I (Atom mit der höchsten Elektronegativität) > b H : gegenüber Nichtmetallen immer +I (gegenüber Metallen –I) > c O : meistens –II; in Peroxiden –I (erkennt man, wenn sonst eine der oben stehenden Regeln verletzt wird, zB H 2 O 2 ) > d Metallionen : immer positiv; 1. Gruppe: immer +I, 2. Gruppe: immer +II > e Oxidationszahlen der Nichtmetallatome Für die nichtmetallischen p-Block-Elemente gilt: In vielen Fällen sind positive und negative Oxidationszahlen möglich. Die maximale posi- tive Oxidationszahl ergibt sich aus der Zahl der Außenelektronen. Die negativste Oxidationszahl ergibt sich aus der Zahl der Elektronen, die zur Auffüllung aufs Oktett notwendig sind. So kann zB Kohlenstoff Oxidationszahlen zwischen –IV (in CH 4 ) und +IV (in CO 2 ) annehmen. Beispiele #1 Bestimmung der Oxidationszahl aller Atome in H 2 SO 4 Man schreibt zuerst die Oxidationszahl der Atome H und O an, deren Oxida- tionszahl üblicherweise +I bzw –II ist. Beachte: Man gibt immer die Oxidati- onszahl für ein Atom an: +I –II H 2 SO 4 Die Oxidationszahl von S berechnet man, indem man die OZ von H und O in der angegebenen Menge addiert. Da das Molekül ungeladen ist ergibt sich die Oxidationszahl durch Ergänzen auf 0: 2 . (+1) + 4 . (–2) + OZ S = 0 +VI +I +VI –II H 2 SO 4 H 2 SO 4 #2 Bestimmung der Oxidationszahl aller Atome in SO 3 2– Die Oxidationszahl von O beträgt auch hier –II. Da es sich hier um ein Ion handelt, ergibt sich die Oxidationszahl von S durch Ergänzen auf –2: 3 . (–2) + OZ S = –2 +IV –II SO 3 2– Abb. 135–1: Bestimmung der Oxidationszahl Man erkennt, dass bei Summenformeln mit mehr als einem gleichartigen Atom (außer bei H-Atomen) die Zuordnung der Oxidationszahl zu einem bestimm- ten Atom nicht immer möglich ist! B Al Ga In Tl +III -IV C Si Ge Sn Pb +IV -III N P As Sb Bi +V -II O S Se Te Po +VI -I F Cl Br I At +VII Maximum positiv Maximum negativ nur negativ nur positiv Abb. 135–2: Oxidationszahlen der p-Elemente Schüler-Spiel 6.1 Das Elektronenspiel Üb Übungen 135.1 Bestimme die Oxidationszahlen der Atome folgender Teilchen: a) CH 4 b) NH 3 c) HNO 3 d) CaCO 3 e) N 2 f) SO 4 2– g) NH 4 + h) K 2 Cr 2 O 7 C 3 H 7 NO 2 ? +I –III –II C N H O O C C H H H H H H C N H O O C C H H H H H H 1 2 3 H-Atome: 1 +I O-Atome: 2 –II C-Atom 1: 3 –III C-Atom 2: 1 1 0 C-Atom 3: 3 +III verlorene Elektronen gewonnene Elektronen Oxidationszahl k 1 k 2 k 3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv