Die Oxidationszahl ist die theoretische Ladung eines Atoms in einer Verbindung, unter der Annahme, dass alle Bindungen zwischen den Atomen ionisch sind. Sie gibt an, wie viele Elektronen ein Atom abgegeben oder aufgenommen hat. Auf dieser Seite findest du eine verständliche Definition, alle Regeln zur Bestimmung, eine Tabelle der festen Werte, einen Schritt-für-Schritt-Algorithmus und einen interaktiven Trainer, um das Thema direkt zu festigen.
Was ist eine Oxidationszahl
Die Oxidationszahl (OZ) ist die theoretische Ladung eines Atoms in einem Molekül, die es hätte, wenn alle Elektronen der gemeinsamen Bindungspaarungen vollständig zum elektronegativeren Atom übergehen würden. Einfach gesagt ist es ein „Elektronenzähler“: Ein Atom, das Elektronen abgibt, erhält eine positive Oxidationszahl, und eines, das sie anzieht, eine negative.
Die Oxidationszahl wird immer mit dem Vorzeichen vor der Zahl geschrieben und über das Elementsymbol gesetzt: Zum Beispiel hat Wasserstoff in Wasser H₂O den Wert +1, Sauerstoff −2. Das unterscheidet sie von der Ionenladung (S²⁻, Fe³⁺), bei der das Vorzeichen nach der Zahl steht.
Die Oxidationszahl kann positiv, negativ oder null sein, und bei vielen Elementen ist sie variabel – sie ändert sich von Verbindung zu Verbindung. Deshalb ist es wichtig, sie bestimmen zu können, anstatt sie nur auswendig zu lernen.
Regeln für Oxidationszahlen: Tabelle der festen Werte
Um die Oxidationszahl zu bestimmen, muss man einige feste Regeln kennen. Einige Elemente haben in allen Verbindungen eine feste Oxidationszahl – ihre Werte sind in der folgenden Übersichtstabelle zusammengefasst. Mit diesen beginnt man bei der Bestimmung.
Neben den festen Werten gelten drei Grundregeln:
- In einem Element (einfacher Stoff) ist die Oxidationszahl jedes Atoms gleich 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome in einem Molekül ist 0 – das Molekül ist elektrisch neutral;
- In einem Ion ist die Summe der Oxidationszahlen gleich der Ionenladung (z. B. in SO₄²⁻ ist die Summe −2).
| Element | Oxidationszahl | Ausnahmen |
|---|---|---|
| Element O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | keine Ausnahmen |
| Fluor F | −1 | immer −1, keine anderen Werte |
| Metalle I. Gruppe Na, K, Li, Ag | +1 | fest |
| Metalle II. Gruppe Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | fest |
| Aluminium Al | +3 | fest |
| Wasserstoff H | +1 | −1 in Metallhydriden: NaH, CaH₂ |
| Sauerstoff O | −2 | −1 in Peroxiden (H₂O₂); +2 in OF₂ |
Wie bestimmt man die Oxidationszahl in einer Verbindung
Wenn eine Formel ein Element mit variabler Oxidationszahl enthält (Schwefel, Stickstoff, Chlor, Mangan, Phosphor), findet man diese über eine Gleichung. Der Algorithmus ist universell: Zuerst setzen wir alles ein, was wir sicher wissen, dann bezeichnen wir das Unbekannte als x und lösen die Summengleichung. Fünf Schritte – siehe unten.
0, kein weiteres Rechnen nötig+1, Sauerstoff −2, Fluor −1 — gemäß Tabelle oben0 für ein Molekül oder = Ladung für ein Ion+ oder − Vorzeichen nichtMaximale und minimale Oxidationszahl
Ein Element hat eine maximale und eine minimale Oxidationszahl – die Grenzwerte, zwischen denen alle anderen liegen.
- Die maximale Oxidationszahl entspricht normalerweise der Gruppennummer im Periodensystem (für Elemente der Hauptgruppen). Zum Beispiel Schwefel in der VI. Gruppe → maximale OZ +6 (H₂SO₄), Stickstoff in der V. Gruppe → +5 (HNO₃), Chlor in der VII. Gruppe → +7 (HClO₄). Sie tritt in Verbindungen mit elektronegativeren Elementen auf – meistens mit Sauerstoff.
- Die minimale Oxidationszahl für Nichtmetalle entspricht der Gruppennummer minus 8. Für Schwefel ist das 6 − 8 = −2 (H₂S), für Stickstoff 5 − 8 = −3 (NH₃). Sie tritt in Verbindungen mit Wasserstoff und Metallen auf.
Es gibt Ausnahmen: Fluor hat beispielsweise keine positive maximale OZ – es ist am elektronegativsten und immer −1; bei Sauerstoff kommt die maximale OZ +2 nur in OF₂ vor.
Beispiele zur Bestimmung der Oxidationszahl
Beispiel 1. Schwefel in H₂SO₄
Aufgabe: Bestimme die Oxidationszahl von Schwefel in Schwefelsäure H₂SO₄.
Schritt 1. Es ist kein Element – die Formel enthält drei Elemente.
Schritt 2. Wir setzen die festen OZs ein: Wasserstoff +1 (2 Atome), Sauerstoff −2 (4 Atome).
Schritt 3. Die Oxidationszahl von Schwefel ist unbekannt – wir bezeichnen sie als x.
Schritt 4. Wir stellen die Gleichung auf (Summe aller OZs im Molekül = 0):
Schritt 5. Wir lösen: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Antwort: Die Oxidationszahl von Schwefel in H₂SO₄ ist +6.
Beispiel 2. Mangan in KMnO₄
Aufgabe: Bestimme die Oxidationszahl von Mangan in Kaliumpermanganat KMnO₄.
Schritt 1–2. Feste OZs: Kalium (Metall der I. Gruppe) +1, Sauerstoff −2 (4 Atome).
Schritt 3. Mangan ist ein Element mit variabler OZ, wir bezeichnen es als x.
Schritt 4. Summengleichung:
Schritt 5. Wir lösen: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Antwort: Die Oxidationszahl von Mangan ist +7 – das ist seine maximale Oxidationszahl (Mn in der VII. Gruppe).
Beispiel 3. Bestimmung anhand der Oxidformel Fe₂O₃
Aufgabe: Bestimme die Oxidationszahl von Eisen im Oxid Fe₂O₃.
Schritt 1–2. Sauerstoff ist immer −2, es gibt 3 Sauerstoffatome, also ist der Gesamtbeitrag von Sauerstoff: \(3 \cdot (-2) = -6\).
Schritt 3. Die Oxidationszahl von Eisen bezeichnen wir als x, es gibt 2 Eisenatome.
Schritt 4. Gleichung: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Schritt 5. Wir lösen: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Antwort: Die Oxidationszahl von Eisen ist +3. Überprüfung: zwei Atome mit +3 ergeben +6, drei Sauerstoffatome ergeben −6, Summe 0 – korrekt.
Häufige Fehler bei der Bestimmung der Oxidationszahl
-
Oxidationszahl mit Wertigkeit verwechseln.
Die Wertigkeit ist die Anzahl der chemischen Bindungen eines Atoms, sie hat kein Vorzeichen (immer eine positive Zahl: I, II, III). Die Oxidationszahl ist eine theoretische Ladung mit Vorzeichen (+ oder −) und kann null sein. Zum Beispiel ist in N₂ die Wertigkeit von Stickstoff III, aber die Oxidationszahl 0.
-
Das Vorzeichen falsch setzen: Zahl schreiben und dann plus oder minus (2+ statt +2).
Bei der Oxidationszahl steht das Vorzeichen VOR der Zahl und über dem Elementsymbol: +2, −3, +6. Die Schreibweise mit dem Vorzeichen nach der Zahl (S²⁻) bezieht sich auf die Ionenladung, nicht auf die Oxidationszahl.
-
Glauben, dass Sauerstoff immer −2 und Wasserstoff immer +1 ist.
Das funktioniert fast immer, aber es gibt Ausnahmen. Sauerstoff in Peroxiden (H₂O₂) hat die OZ −1, in OF₂ sogar +2. Wasserstoff in Metallhydriden (NaH, CaH₂) hat die OZ −1, weil das Metall noch elektropositiver ist.
-
Vergessen, dass die Summe der Oxidationszahlen im Molekül null ist.
Ein Molekül ist elektrisch neutral, daher ist die Summe (OZ × Anzahl der Atome) über alle Elemente immer = 0. Für ein Ion ist diese Summe gleich der Ionenladung. Dies ist die Hauptgleichung, aus der man die unbekannte Oxidationszahl findet.
-
Die Oxidationszahl nicht mit der Anzahl der Atome multiplizieren.
In der Summengleichung muss jede OZ mit dem Index (Anzahl der Atome) multipliziert werden. In H₂SO₄ ergibt Wasserstoff nicht +1, sondern 2·(+1) = +2, Sauerstoff nicht −2, sondern 4·(−2) = −8. Das Auslassen des Index ist der häufigste Rechenfehler.
Fragen und Antworten
Was ist der Unterschied zwischen Oxidationszahl und Wertigkeit?
Die Wertigkeit gibt die Anzahl der chemischen Bindungen eines Atoms an und hat kein Vorzeichen (sie wird mit römischen Ziffern bezeichnet: I, II, III). Die Oxidationszahl ist eine theoretische Ladung eines Atoms, sie hat ein Vorzeichen (+ oder −) und kann null oder ein Bruch sein. Bei vielen Elementen stimmen diese Werte dem Betrag nach überein, aber nicht immer: Im N₂-Molekül ist die Wertigkeit von Stickstoff III, aber die Oxidationszahl 0.
Wie bestimmt man die maximale Oxidationszahl eines Elements?
Die maximale (höchste positive) Oxidationszahl eines Elements der Hauptgruppe entspricht seiner Gruppennummer im Periodensystem. Zum Beispiel hat Schwefel in der VI. Gruppe die maximale OZ +6, Stickstoff in der V. Gruppe +5, Chlor in der VII. Gruppe +7. Sie tritt in Verbindungen mit Sauerstoff auf. Ausnahmen: Sauerstoff und Fluor haben keine positive maximale OZ, die der Gruppennummer entspricht.
Wie bestimmt man die minimale Oxidationszahl?
Für Nichtmetalle entspricht die minimale (niedrigste) Oxidationszahl der Gruppennummer minus 8. Für Schwefel ist das 6 − 8 = −2 (in H₂S), für Stickstoff 5 − 8 = −3 (in NH₃), für Chlor 7 − 8 = −1 (in HCl). Die minimale OZ tritt in Verbindungen mit Wasserstoff und Metallen auf. Bei Metallen ist die minimale Oxidationszahl 0 (im Element).
Welche Oxidationszahl hat ein Element?
Bei jedem Atom in einem Element ist die Oxidationszahl gleich 0. Das gilt sowohl für Metalle (Fe, Cu, Na) als auch für Nichtmetalle (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Der Grund ist einfach: Atome desselben Elements ziehen gemeinsame Elektronen gleich stark an, daher ist die theoretische Ladung null.
Hat Sauerstoff immer die Oxidationszahl −2?
Fast immer, aber es gibt zwei Ausnahmen. In Peroxiden (H₂O₂, Na₂O₂) ist die Oxidationszahl von Sauerstoff −1, weil die Sauerstoffatome miteinander verbunden sind. In der Verbindung mit Fluor OF₂ hat Sauerstoff eine positive OZ von +2, da Fluor noch elektronegativer ist.
Kann eine Oxidationszahl ein Bruch sein?
Ja, aber das ist ein durchschnittlicher (formaler) Wert. Zum Beispiel ist in Fe₃O₄ die durchschnittliche Oxidationszahl von Eisen +8/3, weil in der Formel Atome mit OZ +2 und +3 gemischt sind. Im Schulunterricht werden solche Fälle selten behandelt – normalerweise ist die Oxidationszahl ganzzahlig.
