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3 Redoxreaktionen mit Molekülen

Bei der Verbrennung von Stoffen bilden sich Oxide, ohne dass es zur Bildung von Ionen kommt. Beispiele dafür sind die Verbrennung von Wasserstoff, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor.

Um diese Reaktion als Redoxreaktion erfassen zu können, hat man als Hilfsgröße die Oxidationszahl eingeführt.

3.1 Oxidationszahl

Def.: Die Oxidationszahl gibt an, welche Ladung ein Atom in einem Molekül oder in einem anderen Teilchen hätte, wenn alle am Aufbau des Teilchens beteiligten Atome in Form von Ionen vorlägen.

Die sich für die Atome in der Verbindung ergebenden formalen Ladungszahlen nennt man Oxidationszahlen. Zur Unterscheidung von Ionenladungen werden sie als römische Zahlen an die Elementsymbole geschrieben.

Vorgehensweise: Vgl. dazu die zwei Beispiele 3.2 und 3.3 um die Schritte nachvollziehen zu können. 

1. Schritt: Strukturformel erstellen.
2. Schritt: Ermittlung der Elektronegativität aller Elemente (siehe PSE) : 
3. Schritt: Bindungselektronen werden formal dem elektronegativeren Bindungspartner zugeteilt. Besitzen die Bindungspartner die gleiche Elektronegativität erhalten sie je die Hälfte der Bindungselektronen.

Faustregel: (Hinweis: Wann immer eindeutige Strukturformeln möglich sind, würde ich keine Faustregeln nutzen)

  • Fluor immer: –I
  • Wasserstoff: +I
  • Sauerstoff: -II
  • Halogene: -I (sofern nicht mit Sauerstoff oder einem elektronegativeren Halogen verbunden sind)

4. Schritt: Man bestimmt die Hauptgruppennummer des Elements und  zählt dann die Elektronen, welche das Element jetzt "formal" hätte (vgl. 3. Schritt). Dann berechnet man entsprechend folgender Formel:

Oxidationszahl = Hauptgruppennummer des Elements – Elektronenanzahl im Molekül

Bsp. Sauerstoff im Wassermolekül: Oxidationszahl(O) = steht in der 6. Hauptgruppe = VI - 8  = -2 (bzw. - II)
Bsp. Wasserstoff im Wassermolekül: Oxidationszahl(H) = I - 0 = +1


5. Schritt: Kontrolle: Summe der Oxidationszahlen muss 0 sein (bei elektr. Neutralen Molekülen).

 


Mit Hilfe der Oxidationszahl lassen sich die Begriffe Oxidation und Reduktion neu fassen:

Oxidation: Elektronenabgabe) bedeutet eine Erhöhung der Oxidationszahl.
Reduktion: (Elektronenaufnahme) bedeutet eine Erniedrigung der Oxidationszahl.
Redoxreaktionen: sind Vorgänge bei denen sich die Oxidationszahlen der beteiligten Atomarten ändern.

3.2 Vollständige Verbrennung von Kohlenstoff

03-01-00_ta_oxidationszahl_bei_co2.jpg - 9.49 kb

Kohlenstoff            Sauerstoff                      Kohlenstoff(IV)-oxid
Atom                     Molekül                          Molekül
03-02-00-ta-reaktionsgleichung---kohlenstoff-von-sauerstoff.jpg - 6.98 kb  
→ Kohlenstoff wird oxidiert, Sauerstoff wird reduziert.

3.3 Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff

03-03_ta_oxidationszahl_bei_synthese_von_h2o.jpg - 12.48 kb

Wasserstoff             Sauerstoff                            Wasser

03-03-00-ta-reaktionsgleichung---wasserstoff-mit-sauerstoff.jpg - 7.22 kb

Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wird oxidiert
Oxidationszahlen von Sauerstoff wird negativer → Sauerstoff wird reduziert

3.5 Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak (Ammoniaksynthese)

 03-03-00_ta_oxidationszahl_bei_synthese_von_nh3.png - 5.53 kb

03-03-00-ta-synthese-von-ammoniak-aus-den-elementen.jpg - 11.52 kb

Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wurde oxidiert
Oxidationszahlen von Stickestoff wurde negativer → Stickstoff wurde reduziert 

 

3.6 Reaktion von Schwefel mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid

Man muss nicht immer die Lewis-Formeln (Strukturformeln) zeichnen. Manchmal genügt es, nach den  Faustregeln zu arbeiten

 

03-03-00-ta-bildung-von-schwefeldioxid.jpg - 14.83 kb

Oxidationszahlen von Schwefel wird positiver → Schwefel wurde oxidiert
Oxidationszahlen von Sauerstoff wurde negativer → Sauerstoff wurde reduziert

 3.7 Synthese von Chlorwasserstoff aus den Elementen

  03-03-00-ta-synthese-von-chlorwasserstoff-aus-den-elementen.jpg - 6.71 kb

Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wurde oxidiert
Oxidationszahlen von Chor wurde negativer → Chlor wurde reduziert

 

 3.8 Synthese von Schwefelwasserstoff aus den Elementen

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 Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wurde oxidiert
Oxidationszahlen von Schwefel wurde negativer → Schwefel wurde reduziert