In der Chemie beziehen sich die Begriffe Oxidation und Reduktion auf Reaktionen, bei denen ein Atom (oder eine Atomgruppe) nacheinander Elektronen verliert oder gewinnt. Eine Oxidationszahl ist eine einem Atom (oder einer Gruppe von Atomen) zugewiesene Zahl, die Chemikern hilft, zu verfolgen, wie viele Elektronen für die Übertragung verfügbar sind und ob ein bestimmter Reaktant in einer Reaktion oxidiert oder reduziert wird. Die Zuordnung von Oxidationszahlen zu Atomen kann sehr einfach bis sehr komplex sein, basierend auf der Ladung im Atom und der chemischen Zusammensetzung der Moleküle, aus denen das Atom besteht. Um die Sache noch komplizierter zu machen, haben einige Atome mehr als eine Oxidationszahl. Glücklicherweise erfolgt die Bestimmung der Oxidationszahl mit klaren und leicht zu befolgenden Regeln, obwohl Kenntnisse der grundlegenden Chemie und Algebra die Erklärung dieser Regeln erheblich erleichtern.
Schritt
Methode 1 von 2: Bestimmung der Oxidationszahl basierend auf chemischen Vorschriften
Schritt 1. Bestimmen Sie, ob es sich bei den fraglichen Stoffen um Elemente handelt
Atome freier Elemente haben immer die Oxidationszahl 0. Dies gilt für Atome, deren Elementarform aus einem einzelnen Atom besteht, sowie Atome, deren Elementarform zwei- oder mehratomig ist.
- Zum Beispiel sind beide Al(S) sowie Cl2 haben eine Oxidationszahl von 0, weil sie Formen von Elementen sind, die nicht an andere Elemente gebunden sind.
- Beachten Sie, dass die elementare Form Schwefel, S8, oder Octaschwefel, obwohl abnormal, hat auch eine Oxidationszahl von 0.
Schritt 2. Bestimmen Sie, ob es sich bei den fraglichen Substanzen um Ionen handelt
Ionen haben die gleiche Oxidationszahl wie ihre Ladung. Dies gilt sowohl für Ionen, die nicht an andere Elemente gebunden sind, als auch für Ionen, die Teil ionischer Verbindungen sind.
- Zum Beispiel das Cl.-Ion- hat eine Oxidationszahl von -1.
- Das Cl-Ion hat immer noch eine Oxidationszahl von -1, wenn Cl Teil der NaCl-Verbindung ist. Da das Na-Ion per Definition eine Ladung von +1 hat, wissen wir, dass das Cl-Ion eine Ladung von -1 hat, also bleibt die Oxidationszahl -1.
Schritt 3. Erkenne, dass Metallionen mehrere Oxidationsstufen aufweisen können
Viele metallische Elemente haben mehr als eine Ladung. Beispielsweise kann das Metall Eisen (Fe) ein Ion mit einer Ladung von +2 oder +3 sein. Die Ladung eines Metallions (und damit seine Oxidationszahl) kann entweder durch die Ladungen der anderen konstituierenden Atome in der Verbindung bestimmt werden oder, wenn es in Textform in römischer Zahlenschreibweise geschrieben wird (wie im Satz The Eisen(III)-Ion hat eine Ladung von + 3.).
Betrachten wir zum Beispiel eine Verbindung, die das Metallion Aluminium enthält. AlCl.-Verbindung3 hat eine Gesamtladung von 0. Da wir wissen, dass das Cl.-Ion- hat eine Ladung von -1 und es gibt 3 Cl.-Ionen- in der Verbindung muss das Al-Ion eine Ladung von +3 haben, damit die Gesamtladung aller Ionen 0 ist. Somit beträgt die Oxidationszahl von Al +3.
Schritt 4. Weisen Sie Sauerstoff (ohne Ausnahme) die Oxidationszahl -2 zu
In fast allen Fällen hat das Sauerstoffatom eine Oxidationszahl von -2. Es gibt einige Ausnahmen von dieser Regel:
- Wenn Sauerstoff in seiner elementaren Form (O2) ist die Oxidationszahl 0, da dies die Regel für alle Atome des Elements ist.
- Wenn Sauerstoff Teil eines Peroxids ist, beträgt seine Oxidationszahl -1. Peroxide sind eine Klasse von Verbindungen, die Sauerstoff-Sauerstoff-Einfachbindungen (oder das Peroxidanion O2-2). Zum Beispiel im H.-Molekül2Ö2 (Wasserstoffperoxid), Sauerstoff hat eine Oxidationszahl (und Ladung) von -1. Wenn Sauerstoff ein Teil des Superoxids ist, beträgt seine Oxidationszahl -0,5.
- Wenn Sauerstoff an Fluor gebunden ist, beträgt seine Oxidationszahl +2. Weitere Informationen finden Sie unten in den Fluorvorschriften. In (O2F2), seine Oxidationszahl ist +1.
Schritt 5. Weisen Sie Wasserstoff (ohne Ausnahme) die Oxidationszahl von +1 zu
Wie bei Sauerstoff ist die Oxidationszahl von Wasserstoff ein Sonderfall. Im Allgemeinen hat Wasserstoff eine Oxidationszahl von +1 (außer, wie oben, in seiner elementaren Form H2). Bei speziellen Verbindungen, den sogenannten Hydriden, hat Wasserstoff jedoch eine Oxidationszahl von -1.
Zum Beispiel in H2O, wir wissen, dass Wasserstoff eine Oxidationszahl von +1 hat, weil Sauerstoff eine Ladung von -2 hat und wir eine Ladung von 2+1 benötigen, um die Ladung der Verbindung null zu machen. In Natriumhydrid, NaH, hat Wasserstoff jedoch eine Oxidationszahl von -1, da die Ladung des Ions eine Ladung von +1 hat und damit die Summe der Ladungen der Verbindung null ist, die Wasserstoffladung (und damit seine Oxidationszahl) muss -1 sein.
Schritt 6. Fluor hat immer eine Oxidationszahl von -1
Wie oben erwähnt, können sich die Oxidationszahlen bestimmter Elemente aufgrund verschiedener Faktoren unterscheiden (Metallionen, Sauerstoffatome in Peroxiden usw.). Fluor hat jedoch eine Oxidationszahl von -1, die sich nie ändert. Denn Fluor ist das elektronegativste Element – also das Element, das am wenigsten seine Elektronen abgibt und am ehesten Atome anderer Elemente aufnimmt. Somit ändert sich die Gebühr nicht.
Schritt 7. Machen Sie die Oxidationszahl in der Verbindung gleich der Ladung auf der Verbindung
Die Oxidationszahlen aller Atome einer Verbindung müssen der Ladung der Verbindung entsprechen. Wenn beispielsweise eine Verbindung keine Ladung hat, muss die Oxidationszahl jedes Atoms null ergeben; wenn die Verbindung ein mehratomiges Ion mit einer Ladung von -1 ist, muss die Oxidationszahl -1 betragen usw.
Dies ist eine gute Möglichkeit, Ihre Arbeit zu überprüfen – wenn die Oxidationszahlen in Ihrer Verbindung nicht zur Ladung Ihrer Verbindung addieren, wissen Sie, dass Sie eine oder mehrere der falschen Oxidationszahlen eingestellt haben
Methode 2 von 2: Zuweisen von Zahlen zu Atomen ohne eine Oxidationszahlregel
Schritt 1. Finden Sie die Atome ohne die Oxidationszahlregel
Einige Atome haben keine spezifischen Regeln für Oxidationszahlen. Wenn Ihr Atom in den obigen Regeln nicht auftaucht und Sie sich nicht sicher sind, wie seine Ladung ist (wenn die Atome beispielsweise Teil einer größeren Verbindung sind und daher ihre jeweiligen Ladungen nicht zeigen), können Sie die Atome ermitteln Oxidationszahl durch einen Eliminationsprozess. Zuerst bestimmen Sie den Oxidationszustand aller Atome in der Verbindung, dann lösen Sie nur die unbekannten Atome anhand der Gesamtladung der Verbindung.
Zum Beispiel in der Verbindung Na2SO4, die Ladung von Schwefel (S) ist unbekannt – das Atom liegt nicht in elementarer Form vor, daher ist seine Oxidationszahl nicht 0, aber das ist alles, was wir wissen. Dies ist ein gutes Beispiel für diese algebraische Methode zur Bestimmung der Oxidationszahl.
Schritt 2. Finden Sie die bekannten Oxidationszahlen anderer Elemente in der Verbindung
Bestimmen Sie anhand der Regeln für die Zuweisung von Oxidationszahlen die Oxidationszahlen der anderen Atome in der Verbindung. Achten Sie auf Sonderfälle wie O, H usw.
In Na2SO4, wissen wir, dass nach unseren Regeln das Na-Ion eine Ladung (und damit seine Oxidationszahl) +1 und das Sauerstoffatom eine Oxidationszahl von -2 hat.
Schritt 3. Multiplizieren Sie die Anzahl der Atome mit ihrer Oxidationszahl
Da wir nun die Oxidationszahlen aller unserer Atome mit Ausnahme des Unbekannten kennen, müssen wir die Tatsache berücksichtigen, dass einige dieser Atome mehr als einmal vorkommen können. Multiplizieren Sie jede Koeffizientenzahl jedes Atoms (nach dem chemischen Symbol des Atoms in der Verbindung klein geschrieben) mit seiner Oxidationszahl.
In Na2SO4, wissen wir, dass es 2 Na-Atome und 4 O-Atome gibt Wir multiplizieren 2 × +1, die Oxidationszahl von Na, um die Antwort 2 zu erhalten, und wir multiplizieren 4 × -2, die Oxidationszahl O, um. zu erhalten die Antwort -8.
Schritt 4. Addieren Sie die Ergebnisse
Wenn Sie das Produkt Ihrer Multiplikation addieren, erhalten Sie die Oxidationszahl der Verbindung, ohne die unbekannte Oxidationszahl Ihres Atoms zu berechnen.
Im Na. Beispiel2SO4 uns, wir addieren 2 durch -8, um -6 zu erhalten.
Schritt 5. Berechnen Sie die unbekannte Oxidationszahl basierend auf der Ladung der Verbindung
Jetzt haben Sie alles, was Sie brauchen, um mit einfacher Algebra unbekannte Oxidationszahlen zu finden. Erstellen Sie eine Gleichung: Ihre Antwort im vorherigen Schritt plus die unbekannte Oxidationszahl entspricht der Gesamtladung der Verbindung. Mit anderen Worten: (Menge der bekannten Oxidationszahl) + (unbekannte Oxidationszahl, die gesucht wird) = (Ladung der Verbindung).
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Im Na. Beispiel2SO4 uns, wir lösen es wie folgt:
- (Summe der bekannten Oxidationszahl) + (unbekannte Oxidationszahl, die gesucht wird) = (Ladung der Verbindung)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
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S = 6. S hat eine Oxidationszahl
Schritt 6. in Na2SO4.
Tipps
- Atome in elementarer Form haben immer die Oxidationszahl 0. Ein einatomiges Ion hat eine Oxidationszahl gleich seiner Ladung. Metall 1A in seiner elementaren Form, wie Wasserstoff, Lithium und Natrium, hat eine Oxidationszahl von +1; 2A-Metalle in elementarer Form, wie Magnesium und Calcium, haben eine Oxidationszahl von +2. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff haben zwei verschiedene Oxidationsstufen, die von der Bindung abhängen können.
- In einer Verbindung muss die Summe aller Oxidationszahlen gleich 0 sein. Hat ein Ion beispielsweise 2 Atome, muss die Summe der Oxidationszahlen gleich der Ladung des Ions sein.
- Es ist sehr hilfreich zu wissen, wie man das Periodensystem der Elemente und die Lage von Metallen und Nichtmetallen liest.
