Was sind Oxidationszahlen und wofür werden sie benötigt?
Teil 2

Deutung:

Auch bei diesem Versuch handelt es sich um eine Redoxreaktion mit Elektronenübertragungen. Jedoch ist hier nicht mehr auf den ersten Blick ersichtlich, wo Elektronen übertragen werden. Ein zentraler Unterschied zu bisherigen Redoxreaktionen ist, dass hier keine metallischen bzw. ionischen Bindungen zwischen den Teilchen vorliegen. Die Verbindungen hier verfügen über eine kovalente Bindung (Elektronenpaarbindung).  

In diesem Fall enstehen aus der Reaktion von Ethanol und Kupfer(II)-oxid Kupfer, Wasser und Ethanal (s. Reaktionsschema). Dabei werden das Ethanol oxidiert und das Kupfer reduziert.

Die Reduktionsteilgleichung des Kupfer(II)-oxids kann nach dem bislang bekannten Schema schnell formuliert werden.

Reduktion (Elektronenaufnahme): CuO + 2 e^- + 2 H⁺ → Cu + H₂O

Im Falle des Ethanols kann dies nicht mehr mit den bisherigen Methoden formuliert werden. Hierfür benötigt man ein Hilfsmittel: Die Oxidationszahlen. 

Regeln zur Bestimmung von Oxidationszahlen

Regeln für die Ermittlung von Oxidationszahlen bei Molekülen:

1. Regel: Wem werden die Bindungselektronen zugerechnet?
Im Falle von polaren Elektronenpaarbindungen (kovalenten Bindungen) werden die jeweiligen Bindungselektronen dem elektronegativeren Atom zugeordnet. Wenn allerdings beide Atome die gleiche Elektronegativität (EN) aufweisen, werden die Bindungselektronen formal zwischen beiden Atomen aufgeteilt.

Auf der linken Seite sind für die C-O-Bindung (oben) bzw. für die C-H-Bindung (unten) die jeweiligen DIfferenzen der Elektronegativitätswerte dargestellt.
Für die C-O-Bindung ergibt sich entsprechend der Differenz (ΔEN) von 1, dass hier eine polare Bindung vorliegt. Entsprechend können Teilladungen ermittelt werden. 
Für die C-H-Bindung ergibt sich entsprechend der Differenz (ΔEN) von 0,3, dass hier eine unpolare Bindung vorliegt.

2. Regel: Bestimmung der formalen Ladung eines Atoms
Alle Bindungselektronen, die nach Regel 1 einem Atom zugeordnet werden, werden anschließend aufsummiert. Anschließend wird diese Summe mit der Anzahl an Valenzelektronen des Atoms verrechnet. Aus dieser Differenz wird die formale Ladung (Oxidationszahl) ermittelt.

Angegeben wird sie, wie im Beispiel dargestellt mittels römischer Ziffern. Im Falle einer negativen formalen Ladung, erhält die jeweilige Oxidationszahl ein negatives Vorzeichen.

Hinweis: Es ist in diesen Fällen vollkommen ausreichend, sich auf diejenigen Kohlenstoff-Atome zu fokussieren, deren Bindungsverhältnis sich im Zuge der Reaktion verändern. Die Oxidationszahl der weiteren Kohlenstoff-Atome müssen in der Regel nicht mitbestimmt werden.

Weitere Regeln für Nicht-Molekülverbindungen und Merkhilfen:

• Innerhalb von Elementen erhalten Atome stets die Oxidationszahl 0.

• Metallatomen werden positive Oxidationszahlen zugewiesen.

• Im Falle von ionischen Verbindungen ist die Summe aller Oxidationszahlen gleich der Ionenladung.

• Wasserstoff-Atome erhalten zumeist die Oxidationszahl +I.

• Sauerstoff-Atome erhalten in der Regel die Oxidationszahl -II.