Was ist in der Chemie die Oxidationszahl?
Atome verbinden sich, indem sie negativ geladene Elektronen abgeben und annehmen, eine Ionenbindung bilden oder Elektronen teilen und eine kovalente Bindung bilden. Typischerweise bilden sich ionische Bindungen zwischen Metallen und Nichtmetallen, während sich kovalente Bindungen nur zwischen Nichtmetallen bilden. Die Oxidationszahl eines Atoms repräsentiert die Anzahl der Elektronen, die es anderen Atomen gegeben, von ihnen angenommen oder mit ihnen geteilt hat, und ist positiv, wenn es Elektronen verloren oder geteilt hat, und negativ, wenn es Elektronen eines anderen Atoms gewonnen oder geteilt hat.
Ursprünglich bedeutete Oxidation, sich mit Sauerstoff zu verbinden. Der umgekehrte Vorgang, die Entfernung von Sauerstoff, wurde als Reduktion bezeichnet. Wenn sich beispielsweise Kalzium mit Sauerstoff verbindet, entzieht der Sauerstoff dem Kalzium zwei Elektronen, wobei er eine Ladung von -2 aufnimmt und das Kalzium mit einer Ladung von +2 belässt. Es hat sich eine Ionenbindung gebildet; Calcium wurde oxidiert und Sauerstoff reduziert, was Oxidationszahlen von +2 bzw. -2 ergibt. Die kovalente Bindung beinhaltet auch Oxidation und Reduktion: Um Wasser zu bilden, verbinden sich zwei Wasserstoffatome mit einem Sauerstoffatom, mit dem sich jedes ein Elektron teilt. Die Oxidationszahlen der beiden Wasserstoffatome betragen jeweils +1 und des Sauerstoffatoms -2.
Die Oxidation muss keinen Sauerstoff beinhalten; Heute bedeutet Oxidation einfach Elektronenverlust und Reduktion, Elektronengewinn. In der Regel neigen die Elemente in der unteren linken Ecke des Periodensystems am stärksten zum Elektronenverlust, während die Elemente in der oberen rechten Ecke am stärksten zum Elektronengewinn neigen. Sauerstoff hat eine starke Tendenz, Elektronen von anderen Elementen zu entfernen und ist daher ein Oxidationsmittel; es können jedoch auch andere Elemente oxidieren. Fluor ist beispielsweise ein noch stärkeres Oxidationsmittel.
Die Sauerstoffoxidationszahl ist normalerweise -2, aber viele Elemente können mehr als eine mögliche Oxidationszahl haben. Für Eisen kann es +2 oder +3 sein, während es für Wasserstoff +1 ist, wenn es mit Nichtmetallen kombiniert wird, wie in Wasser (H 2 O), aber -1, wenn es mit Metallen kombiniert wird, wie in Natriumhydrid (Na + H) - ), wo es ein Elektron annimmt. Die Stickoxidationszahl kann von -3 bis +5 variieren. Die Oxidationszahlen der Ionen in einer ionischen Verbindung entsprechen den Ladungen der Ionen, während sich die der Atome in einer Verbindung immer zu Null addieren.
Elemente können sich zu Ionen verbinden, die eine Gesamtoxidationszahl haben. Beispielsweise kann ein Schwefelatom mit vier Sauerstoffatomen eine Sulfatgruppe (SO 4 2- ) mit einer Oxidationszahl von -2 bilden. Ammoniak, eine Verbindung von Stickstoff und Wasserstoff mit der Formel NH 3 , kann sich mit einem zusätzlichen Wasserstoffatom unter Bildung der Ammoniumgruppe NH 4 + mit einer Oxidationszahl von +1 verbinden. Dieses verhält sich wie ein Metall und bildet ionische Verbindungen wie Ammoniumsulfat ((NH 4 + ) 2 SO 4 2- ), wobei sich zwei Ammoniumgruppen mit einer Sulfatgruppe verbinden.