Chemie-Grundlagen

Chemie-Grundlagen
Sitzung 6
Wintersemester 2009/10
Dr. Alexander Kohly
Oxidationszahlen
Lernziele
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Bedeutung von Oxidationszahlen erkennen
Angaben zur Wertigkeit verstehen
Wie können Bindungen eingegangen werden – die Bindigkeit von Stoffen verstehen
Nachtrag zu den Redoxreaktionen
Die Redoxreihe der Metalle
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Metalle werden in edle und unedle Metalle unterschieden.
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Edle Metalle wie Gold, Silber, Quecksilber oder Platin geben ungern ihre
Valenzelektronen ab. Sie sind schwer zu oxidieren. Ihre Ionen sind aber gute
Oxidationsmittel, die gern Elektronen aufnehmen.
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Unedle Metalle wie Alu, Zink oder Eisen geben gern Valenzelektronen ab. Dabei
werden sie oxidiert und reduzieren zugleich ihren Reaktionspartner.
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Unedle Metalle geben ihre Elektronen an edle Metalle ab. Dadurch wird ein
Elektronenfluss erzeugt.
Trennt man die Oxidation und die Reduktion voneinander und verbindet die
Reaktionen nur durch eine Elektronenbrücke, erhält man eine Batterie.
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Der Begriff „Wertigkeit“
CH4
Kohlenstoff ist in der Verbindung Methan vierwertig
Immer einwertig:
Wasserstoff H
Alkalimetalle: Li; Na; K; Rb; Cs; Fr ( 1. Hauptgruppe)
Halogene: F; Cl; Br; I; At ( 7. Hauptgruppe)
Silber Ag
Gold Au
Immer zweiwertig:
Erdalkalimetalle: Be; Mg; Ca; Sr; Ba; Ra ( 2. Hauptgruppe)
Sauerstoff O
Zink Zn
Quecksilber Hg
Immer dreiwertig:
Aluminium Al
Bor B
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Fe
Eisen
•
Wie bekommen wir nun heraus, wo hier die Reduktion und wo die Oxidation
stattfindet?
Dazu brauchen wir die Oxidationszahlen…
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+
+
2HCl
Salzsäure
->
->
FeCl2
+
H2
Eisenchlorid + Wasserstoff
Der Begriff „Oxidationszahl“
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Atome im elementaren Zustand haben die Oxidationszahl Null. Dies gilt auch für
die Elemente, die als Moleküle vorliegen.
Oxidationszahlen können positive oder negative Vorzeichen tragen
Bei Ionenverbindungen ist die Oxidationszahl eines Elementes identisch mit
seiner Ionenladung.
Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome einer mehratomigen Verbindung ist
gleich Null.
Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome eines mehratomigen Ions ist gleich
der Gesamtladung dieses Ions.
Merke:
Einige wichtige Elemente weisen in den meisten Verbindungen die gleichen
Oxidationszahlen auf:
Sauerstoff: fast immer -2 (außer in H2O2, dort -1)
Wasserstoff: fast immer +1 (außer in Hydriden, NaH, dort -1)
Alkalimetalle (Na+, K+, ...): +1
Erdalkalimetalle (Ca2+, Ba2+, ...): +2
Halogene (F-, Cl-, ...): -1
Wertigkeit und Oxidationszahl
Im Kohlenstoffdioxid (CO2) erhalten
die zwei Sauerstoff-Atome jeweils
die Oxidationszahl -2. Damit die
Summe aller drei Atome null ist,
muss das Kohlenstoff-Atom im
Kohlenstoffdioxid die Oxidationszahl
+4 erhalten. Das Kohlenstoff-Atom
im Kohlenstoffdioxid ist vierwertig.
Im Kohlenstoffmonooxid (CO) erhält
das Sauerstoff-Atom die
Oxidationszahl -2, das KohlenstoffAtom erhält +2. Das KohlenstoffAtom im Kohlenstoffmonooxid ist nur
zweiwertig. Auch hier beträgt die
Summe aller Oxidationszahlen null.
Das heißt aber nicht, dass Kohlenstoff immer diese Oxidationszahl hat. Wird ein bestimmtes
Atom oxidiert so steigt seine Oxidationszahl und wenn es reduziert wird so sinkt seine
Oxidationszahl. Somit ist jede Oxidation und jede Reduktion eindeutig zu kennzeichnen.
Welche Oxidationszahl hat Kohlenstoff in der Verbindung Methan?
Welche im Ethan oder im Dichlormethan?
Methan
Ethan
Die Oxidationszahl von
Kohlenstoff im Methan
beträgt ?
Die Oxidationszahl von
Kohlenstoff im Ethan
beträgt ?
Kohlenstoff kann die Oxidationszahlen -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 und +4
besitzen!
Oxidation: Oxidationszahl der C-Atome steigt
Reduktion: Oxidationszahl der C-Atome sinkt
Die Oxidationszahl
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Die Oxidationszahl gibt die formale Ladung eines Atoms an.
Aus der Differenz der Oxidationszahlen vor und nach der Reaktion ist ersichtlich, wie
viele Elektronen ein Atom (bzw. Ion) abgegeben oder aufgenommen hat.
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2Fe0
+
O0 2
•
Fe0
+
2H+1Cl-1 -> Fe+2Cl-12
-> 2Fe+2O-2
+
H20
Beispiel aus der Wiederholung
Die Oxidation des einen Stoffes geht immer einher mit der Reduktion des anderen
Stoffes. Wichtig dabei ist die Übertragung von Elektronen.
Aufgaben:
Mg + O
K +O
Bestimme die Oxidationszahlen
-> MgO
-> KO
Ca + Cl -> CaCl
Al + Fe2O3 -> Fe + Al2O3