Oxidationszahlen und ihre Bestimmung

Oxidationszahlen sind ein wichtiges Hilfsmittel in der Redoxchemie. Sie basieren auf der Modellvorstellung, dass Elemente in Verbindungen als Ionen vorliegen.

Definition: Die Oxidationszahl gibt an, wie viele Elektronen ein Atom in einer Verbindung im Vergleich zum neutralen Atom abgegeben oder aufgenommen hat.

Es gibt mehrere Oxidationszahlen Regeln zur Bestimmung:

1. Atome in elementaren Stoffen haben die Oxidationszahl 0.
2. Bei einfachen Ionen entspricht die Oxidationszahl der Ionenladung.
3. Fluor hat in Verbindungen immer die Oxidationszahl -1.
4. Wasserstoff hat in Verbindungen meist die Oxidationszahl +1 (Ausnahmen: Hydride).
5. Sauerstoff hat in Verbindungen meist die Oxidationszahl -2 (Ausnahmen: Peroxide und Sauerstofffluoride).
6. Bei organischen Verbindungen müssen die Strukturformeln betrachtet werden.
7. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome eines Teilchens entspricht der Gesamtladung.

Example: In H₂O hat Wasserstoff die Oxidationszahl +1 und Sauerstoff -2.

Diese Regeln ermöglichen es, die Oxidationszahlen in verschiedenen Verbindungen systematisch zu bestimmen.

pH-Wert-abhängige Redoxreaktionen

Der pH-Wert spielt eine wichtige Rolle bei Redoxreaktionen. Um pH-abhängige Redoxreaktionen aufzustellen, folgt man diesen Schritten:

1. Notieren der korrespondierenden Redoxpaare
2. Aufstellen der Gleichungen für Oxidation und Reduktion a) Oxidationszahlen bestimmen b) Anzahl der beteiligten Elektronen ermitteln c) Ladungsbilanz ausgleichen (H⁺ in saurer, OH⁻ in alkalischer Lösung) d) Teilchenbilanz mit Wassermolekülen ausgleichen
3. Aufschreiben der Redoxgleichung

Highlight: In sauren Lösungen wird die Ladungsbilanz mit H⁺-Ionen, in alkalischen mit OH⁻-Ionen ausgeglichen.

Ein Beispiel für pH-abhängige Redoxreaktionen sind die Reaktionen der Manganverbindungen. Je nach Oxidationsstufe und pH-Wert zeigen sie unterschiedliche Farben:

• Mn²⁺: farblos/rosa (Oxidationsstufe +2)
• Mn³⁺: rot (Oxidationsstufe +3)
• MnO₂: braun (Oxidationsstufe +4)
• MnO₄²⁻: grün (Oxidationsstufe +6)
• MnO₄⁻: violett (Oxidationsstufe +7)

Diese Farbänderungen können als Indikatoren für den Verlauf von Redoxreaktionen dienen.