Oxidations-Reduktionsmittel und Oxidationszahlen

Was sind Oxidationsmittel, was Reduktionsmittel?

Ob ein Stoff als Reduktions- oder als Oxidationsmittel wirkt, hängt im Wesentlichen von zwei Dingen ab:

1. welche Oxidationsstufe hat der Stoff und in welcher fühlt er sich besonders wohl?
   
2. was ist der Reaktionspartner?

Es geht also darum zu erkennen, welcher Reaktionspartner in einer Redoxreaktion Elektronen aufnimmt und welcher sie abgibt.

OXIDATIONSMITTEL

Oxidationsmittel sind Mittel zur Oxidation eines Reaktionspartners. Das bedeutet, dass durch die Anwesenheit eines Oxidationsmittels der Reaktionspartner oxidiert wird und das Oxidationsmittel selbst reduziert wird, d.h. es nimmt Elektronen auf (=Reduktion). Dadurch erreicht es eine stabile Oxidationszahl oder sogar die Edelgaskonfiguration. Oxidationsmittel können viele Verbindungen sein z.B. Ionen mit hohen Oxidationszahlen. Hohe (=positive) Oxidationszahlen deuten auf ein Fehlen von Elektronen hin. z.B.

Permanganate $MnO_4^{2-}$, z.B.:

$KMnO_4$(= Kaliumpermanganat)

Dichromate $CrO_4^{2-}$, z.B.:

$K_2CrO_4$(= Kaliumdichromat)

Iodate $IO_3^-$, z.B.:

$Ca(IO_3)_2$(= Calciumiodat)

Nitrate $NO_3^-$, z.B.:

$KNO_3$(= Kaliumnitrat); $HNO_3$(= Salpetersäure)

Oxide $O^{2-}$, z.B.:

Blei(IV)oxid : $PbO_2$

Salpetersäure - Kaliumnitrat

Edle Metalle, die als Ionen vorkommen (z.B. $Cu^{2+}, Ag^+$), sind ebenfalls gute Oxidationsmittel. Gold und Platin sind so edel, dass es nur unter drastischen Bedingungen möglich ist, sie überhaupt in Lösung zu bringen. Da sie außerdem sehr teuer sind, spielen sie als Oxidationsmittel keine Rolle.

Sauerstoff ($O_2$), Wasserstoffperoxid ($H_2O_2$) und Ozon ($O_3$) sind ebenfalls gute Oxidationsmittel.

REDUKTIONSMITTEL

Reduktionsmittel sind Mittel zur Reduktion eines Reaktionspartners. Das bedeutet, dass durch die Anwesenheit eines Reduktionsmittels der Reaktionspartner reduziert wird und das Reduktionsmittel selbst oxidiert wird, d.h. es gibt Elektronen ab (=Oxidation). Dadurch erreicht es eine stabile Oxidationszahl oder sogar die Edelgaskonfiguration. Reduktionsmittel geben sehr leicht ihre Elektronen ab. Beispiele hierfür sind unedle Metalle.

Stoffe, die sehr niedrige (=negative) Oxidationszahlen haben, sind ebenfalls Reduktionsmittel z. B.:

Hydride $H^-$, z.B.:

$LiAlH_4$ (Lithium-Aluminiumhydrid), $NaH$ (= Natriumhydrid)

Sulfide $S^{2-}$, z.B.:

$H_2S$ (= Hydrogensulfid), $Na_2S$ (= Natriumsulfid)

Sulfite $SO_3^{2-}$, z.B.:

Na₂SO₃ (= Natriumsulfit), H₂SO₃ (= Schweflige Säure)

Schwefeldioxid: SO₂

Thiosulfat: S₂O₃^2-...

Summen- und Strukturformel von Schwefelwasserstoff

Oxidationszahlen (Abkürzung: OXZ)

Bei jeder Redoxreaktion ändern sich die Oxidationszahlen der beteiligten Stoffe. Es ist daher wichtig die Oxidationsstufe (=OXZ) eines Atoms/Ions bzw. jedes Bestandteils einer Verbindung zu kennen, da sie Auskunft darüber gibt, ob es/sie als Oxidations- oder Reduktionsmittel reagiert. Außerdem sind die Oxidationszahlen essenziell für Bestimmung der stöchiometrischen Koeffizienten einer Redoxreaktion und somit zur Lösung der Redoxgleichung. Die OXZ werden oft in Form von römischen Zahlen, z.B. +I, -II etc., angegeben. Daher wurde diese Form auch hier gewählt. Dabei ist die klare Zuordnung der römischen Zahl, z.B. zu einem Bestandteil einer Verbindung, sehr wichtig, damit man nicht durcheinander kommt.

Regeln zur Bestimmung der OXZ

Es ist wichtig zu wissen, dass es sich bei den OXZ um fiktive Ladungen handelt, die als Hilfsmittel beim Umgang mit Redoxgleichungen dienen. Grundlage zur Bestimmung von OXZ ist die Elektronegativität eines Elements. Dem elektronegativeren Atom in einer Verbindung werden die Elektronen formal zugesprochen.

Daraus lassen sich einige Regeln ableiten:

• Als Element haben alle Atome die Oxidationszahl Null.

$\overset{{\color{Red} 0}}{K}, \overset{{\color{Red} 0}}{Na}, \overset{{\color{Red} 0}}{Cu}, \overset{{\color{Red} 0}}{P_4}, \overset{{\color{Red} 0}}{S_8},\overset{{\color{Red} 0}}{H_2}, \overset{{\color{Red} 0}}{F_2}...$

• Bei einatomigen Ionen ist die elektrische Ladung gleich der Oxidationszahl.

$\overset{{\color{Red} +I}}{K^{{\color{Green} +}}}$

^{$\overset{{\color{Red} +II}}{Ba^{{\color{Green} 2+}}}$}

^{$\overset{{\color{Red} +III}}{Cr^{{\color{Green} 3+}}}$}

^{$\overset{{\color{Red} -I}}{Cl^{{\color{Green} -}}}$}

^{$\overset{{\color{Red} -II}}{S^{{\color{Green} 2-}}}$}

• Fluor hat in seinen Verbindungen immer die Oxidationszahl -I.

HF, CaF₂, C₂F₄, OF₂, SF₆

• Sauerstoff hat in seinen Verbindungen die Oxidationszahl -II

CO, Fe₃O₄,

• Sauerstoff hat in Peroxiden -I.

Na₂O₂, H₂O₂, TATP (= Triacetontriperoxid, Sprengstoff)

• Metalle sowie Bor und Silicium haben positive Oxidationszahlen.

• Wasserstoff hat die Oxidationszahl +I:

H₃PO₄, H₂O, C₂H₆,

• Wasserstoff hat in Hydriden -I:

NaH, LiAlH₄

+V -II 5 - 2 ▪ 3 = -1 -I -VII -II -1 + (-7) -2 ▪ 4 = 0 +VI -II 6 - 2 ▪ 4 = -2

ClO₃^- KMnO₄ SO₄^2-

Zusammenfassung: Die Oxidationszahlen stellen Ladungen oder fiktive Ladungen dar; diese werden den Atomen einer Verbindung nach bestimmten Regeln zugewiesen. Diese Regeln lauten wie folgt: