Der Oxidationszustand von Elementen steht in direktem Zusammenhang mit der chemischen Stabilität einer Verbindung . Wenn sich zwei oder mehr Elemente zu einer neuen Verbindung verbinden, kommt es zu einer Reaktion, bei der Eigenschaften in bestimmten Mengen kombiniert werden, beispielsweise das Proton, das von einem Element auf ein anderes übertragen werden kann.
Die Oxidationszahl hängt mit diesem Konzept zusammen, daher ist es wichtig, mehr zu wissen, wenn wir die chemische Untersuchung von Verbindungen (mehr als ein chemisches Element zusammen) vorantreiben wollen. Im Folgenden definieren wir die Oxidationsstufen der Elemente, ihren Nutzen und wie sie berechnet werden können.
Was ist die Oxidationsstufe?
Der Oxidationszustand ist als Indikator definiert, der den Oxidationsgrad eines Atoms als Teil einer Verbindung darstellt . Sie kann auch als die (hypothetische) elektrische Ladung definiert werden, die das Atom hat, wenn seine Bindungen zu 100 % ionisch sind.
Eine andere Möglichkeit, sich auf dieses Konzept zu beziehen, besteht darin, dass der Oxidationszustand die Summe der positiven und negativen Ladungen ist, aus denen ein Atom besteht. Indirekt bedeutet es die Anzahl der Elektronen, die das Atom während eines chemischen Prozesses abgegeben oder aufgenommen hat, um seine chemische Stabilität zu erreichen.
Welche Oxidationsstufen haben die Elemente?
Oxidationsstufen sind positive oder negative Zahlen, in manchen Fällen Null . Die niedrigste bisher bekannte Oxidationszahl ist -4, die einige zur Kohlenstoffgruppe gehörende Elemente besitzen. Der größte liegt bei plus +8 und kommt unter anderem in Rutheniumtetroxiden vor.
Theoretisch ist die Oxidationsstufe eines chemischen Elements diejenige, die seiner Gruppennummer entspricht.
Was ist die Oxidationszahl?
Die Oxidationszahl ist die ganze Zahl, die die Anzahl der an der Bildung einer Verbindung beteiligten Elektronen angibt .
Oxidationsindex im Periodensystem
Im Periodensystem können Sie die möglichen Oxidationszahlen eines Elements sehen, da diese je nach dem Element, mit dem es reagiert, variieren . Beispiele sind die folgenden chemischen Elemente:
- H: +1
- Gold: +2
- Sie: +2, +3, +4
- V +2, +3, +4, +5
- He: 0 (dasselbe passiert mit Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Uuo)
Alle chemischen Elemente im Periodensystem haben eine Oxidationszahl.
Wie berechnet man die Oxidationszahl?
Ob die Oxidationszahl positiv oder negativ ist, hängt davon ab, ob sie Elektronen aufnimmt oder verliert. Im Falle eines Sieges oder Teilens mit einem Element, das dazu neigt, nachzugeben, ist das negativ; aber wenn es ein Element verliert oder mit ihm teilt, das es einzufangen neigt, ist es positiv.
Die Oxidationszahl eines Elements kann je nach Element, mit dem es interagiert, variieren, weshalb wir sehen können, dass es Elemente mit unterschiedlichen Zahlen gibt. Um den Oxidationszustand eines chemischen Elements zu berechnen, ist es wichtig, einige Regeln zu beachten .
Regeln für die Oxidationszahl eines Elements
Um die Oxidationszahl zu ermitteln, müssen folgende Regeln beachtet werden:
- In einem Zustand, der frei von jeglichem chemischen Element ist, ist die Oxidationszahl Null . Einige Beispiele: N2, CI2, Na, Cu, H2, Mg, O2.
- Wasserstoff hat eine Oxidationszahl von +1 , außer in Kombination mit einem Metall, wo es -1 ist: NaH oder CaH2.
- Obwohl die Oxidationszahl von Sauerstoff -2 beträgt , beträgt die von Peroxiden -1. Im Fall von OF2 beträgt er +2.
- Seltsamerweise hat es in der Oxidationszahl von Metallen die gleiche Wertigkeit, ist aber positiv. Beispiel: Mg2: +2.
- Einatomige Ionen haben eine Ordnungszahl, die der Ladung des Ions entspricht . Beispiel: Cl ist -1.
- Wenn die Oxidationszahlen der Elemente in einer bestimmten Verbindung algebraisch addiert werden, ist das Ergebnis Null.
- Wenn die Oxidationszahlen der Elemente, aus denen ein mehratomiges Ion besteht, algebraisch addiert werden, entspricht das Ergebnis der Ladung des Ions.
Es ist auch wichtig zu berücksichtigen, dass in kovalenten Verbindungen die negative Oxidationszahl dem elektronegativen Atom zugeordnet wird.
Schritte zur Berechnung der Oxidationszahl
Die Berechnung der Oxidationsstufe, wenn die Zahl in einem der Elemente unbekannt ist, lässt sich wie folgt zusammenfassen:
- Identifizieren Sie das Symbol für die in der Verbindung vorhandenen Elemente . Finden Sie ihre Valenzzahlen oder Oxidationszahlen. Für MgSO4 haben wir beispielsweise 3 Elemente Mg + S + O.
- Schreiben Sie die Formel der erhöhten Verbindung mit ihrer Oxidationszahl. Wenn es mehr als eine Zahl gibt, wissen wir es nicht genau (wie z. B. Schwefel), und das ist die Zahl, die wir berechnen werden. Beispiel: Mg (+2) S (X) O (-2)4.
- Multiplizieren Sie die Oxidationszahl jedes Elements mit der Menge jedes Elements. Wenn es sich beispielsweise um O4 handelt, würden Sie die Oxidationszahl von Sauerstoff mit 4 multiplizieren. Das Ergebnis wäre: 2+X-8
- Addieren Sie nun das resultierende Produkt und gleichen Sie es auf Null aus. Wenn wir mit dem Beispiel fortfahren, würde dies Folgendes ergeben: -6+X = 0; Wenn wir es lösen, ergibt sich die Oxidationszahl von Schwefel, die X=6 ist.
Wofür werden Oxidationszahlen verwendet?
Die Oxidationszahl hilft nicht nur bei der Lösung zahlreicher chemischer Formeln, sondern wird auch häufig zur Bestimmung der Anzahl der Elektronen in einem Atom verwendet. Wie in dem von uns geteilten Beispiel half uns dies dabei, die Oxidationszahl anderer Elemente in der Verbindung zu bestimmen.
Wenn die Kombination verschiedener Elemente untersucht wird, werden Oxidationszahlen als wichtiges Element zur Beurteilung der Beziehung zwischen diesen Elementen und damit zur Erzielung chemischer Stabilität angesehen.