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Oxidations-Reduktionsmittel und Oxidationszahlen

Donator-Akzeptor
Redox-Reaktionen-Konzept

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 : $PbO_2$

image
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: S2O32-...

image
Summen -& 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.

Video: Oxidations-Reduktionsmittel und Oxidationszahlen

Definition von Oxidation dun Reduktion in einer Redoxreaktion ist unerlässlich für die genaue Betrachtung und Beurteilung.

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.

Oxidationszahl Metall

+I

+IV

+III

+IV

+II

Verbindung

Na2O2

MnO2

B2O3

SiO2

PbS

  • Wasserstoff hat die Oxidationszahl +I:

H3PO4, H2O, C2H6,

  • Wasserstoff hat in Hydriden -I:

NaH, LiAlH4

Merke

Die Summe aller Oxidationszahlen muss der Ladung des Moleküls entsprechen!

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

ClO3- KMnO4 SO42-

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

Merke

  1. Ein einzelnes Atom oder ein Element hat die Oxidationszahl: 0
  2. Bei einem einatomigen Ion entspricht die OXZ seiner Ladung.
  3. Die Summe der OXZ aller Atome eines Moleküls (vielatomiges Ion) ist Null.
  4. Fluor hat in allen Verbindungen die OXZ -I.
  5. Sauerstoff hat in allen Verbindungen die OXZ -II, Ausnahme bei O-O-Verbindungen, dann -I, wie bei Wasserstoffperoxid.
  6. Wasserstoff hat in allen Nichtmetall-Verbindungen die Oxidationszahl +I, in Metallhydriden jedoch -I.
  7. Bei Nichtmetall-Verbindungen ist die OXZ des elektronegativeren Atoms negativ, des anderen positiv.
  8. Abnahme der OXZ entspricht einer Reduktion = Organik: Hydrierung: Aufnahme von Protonen
  9. Zunahme der OXZ entspricht der Oxidation in der Reaktion = Organik: Dehydrierung, Abgabe von Protonen
Lückentext
Bitte die Lücken im Text sinnvoll ausfüllen.
Reduktionsmittel geben sehr leicht ihre ab. Beispiele hierfür sind unedle Metalle. Das unedlere Metall ist das bessere . Stoffe, die sehr niedrige Oxidationszahlen haben, sind ebenfalls Reduktionsmittel.
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Hinweis:

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Anorganische Chemie

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    • Gemische und Reinstoffe
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    • Periodensystem der Elemente (Aufbau)
      • Einleitung zu Periodensystem der Elemente (Aufbau)
      • Metalle und Nichtmetalle
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    • Chemisches Gleichgewicht und Kinetik
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