Oxidationszustand: Ein Überblick
Was ist der Oxidationszustand?
Definition
Die Oxidationsstufe, auch als Oxidationszahl bezeichnet, gibt den Oxidationsgrad eines Atoms in einer chemischen Verbindung an. Sie gibt die Anzahl der Elektronen an, die ein Atom bei der Bildung von Bindungen gewonnen oder verloren hat.
Bedeutung in der Chemie
Oxidationsstufen sind von grundlegender Bedeutung für das Gleichgewicht chemischer Gleichungen, das Verständnis von Redoxreaktionen und die Vorhersage des Verhaltens von Elementen in verschiedenen chemischen Prozessen.
Bestimmung von Oxidationszahlen
Regeln für die Zuweisung von Oxidationszahlen
- Reine Elemente: Die Oxidationsstufe ist Null.
- Einatomige Ionen: Entspricht der Ladung des Ions.
- Sauerstoff: Normalerweise -2, außer in Peroxiden.
- Wasserstoff: Normalerweise +1, wenn er an Nichtmetalle gebunden ist.
- Fluor: In Verbindungen immer -1.
- Summe in neutralen Verbindungen: Die Summe der Oxidationsstufen ist gleich Null.
- Summe in mehratomigen Ionen: Die Summe ist gleich der Ladung des Ions.
Beispiele
- In H₂O hat Wasserstoff die Oxidationsstufe +1, und Sauerstoff ist -2.
- In NaCl hat Natrium die Oxidationsstufe +1 und Chlor die Oxidationsstufe -1.
Faktoren, die die Oxidationsstufen beeinflussen
Elektronegativität
Elemente mit höherer Elektronegativitäthaben in der Regel negative Oxidationsstufen, während Elemente mit geringerer Elektronegativität positive Oxidationsstufen haben.
Elektronen in der Valenzschale
Die Anzahl der verfügbaren Elektronen für Bindungen beeinflusst die möglichen Oxidationsstufen eines Elements.
Anwendungen von Oxidationsstufen
Redox-Reaktionen
Anhand der Oxidationsstufen lässt sich feststellen, welche Spezies in chemischen Reaktionen oxidiert und reduziert werden.
Koordinationschemie
In Komplexen bestimmen die Oxidationsstufen die Ladungsverteilung und Stabilität der Verbindung.
Liste der Oxidationsstufen der Elemente
Häufige Oxidationszustände
|
Element |
Häufige Oxidationsstufen |
|
Wasserstoff |
+1, -1 |
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Kohlenstoff |
-4, +4 |
|
Stickstoff |
-3, +3, +5 |
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Sauerstoff |
-2 |
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Natrium |
+1 |
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Chlor |
-1, +1, +5, +7 |
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Eisen |
+2, +3 |
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Schwefel |
-2, +4, +6 |
Übergangsmetalle
Übergangsmetalle weisen aufgrund der Beteiligung von d-Orbitalen an der Bindung häufig mehrere Oxidationsstufen auf.
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Übergangsmetall |
Häufige Oxidationsstufen |
|
Eisen |
+2, +3 |
|
Kupfer |
+1, +2 |
|
+2, +3, +6 |
|
|
Mangan |
+2, +4, +7 |
Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen der Oxidationsstufe und der Oxidationszahl?
Es handelt sich um zwei Begriffe für dasselbe Konzept, nämlich die Angabe des Oxidationsgrads eines Atoms in einer Verbindung.
Können Elemente gebrochene Oxidationsstufen haben?
Ja, in bestimmten Verbindungen wie Metalloxiden mit gemischten Oxidationsstufen können Elemente gebrochene Oxidationszahlen aufweisen.
Warum hat Sauerstoff in der Regel eine Oxidationsstufe von -2?
Sauerstoff ist sehr elektronegativ und neigt dazu, Elektronen zu gewinnen, weshalb die Oxidationsstufe -2 die häufigste ist.
Wie helfen Oxidationsstufen beim Ausgleich chemischer Gleichungen?
Sie verfolgen den Elektronentransfer und stellen sicher, dass die Anzahl der verlorenen Elektronen der Anzahl der gewonnenen entspricht, was für das Gleichgewicht von Redoxreaktionen unerlässlich ist.
Gibt es Ausnahmen von den allgemeinen Regeln für die Oxidationsstufen?
Ja, einige Elemente können je nach chemischer Umgebung und Bindung ungewöhnliche Oxidationsstufen aufweisen.
