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Wie du Oxidationszahlen anhand der Strukturformel bestimmen kannst


Aufgabe

Bestimme anhand der Strukturformel von \(\ce{H3PO4}\) die Oxidationszahlen der einzelnen gebundenen Atome.

Schritt 1: Stelle die Strukturformel auf

Um die Oxidationszahlen aus der Strukturformel eines Moleküls bestimmen zu können, benötigst du natürlich erst einmal die Strukturformel. Schreibe also im ersten Schritt die Strukturformel für \(\ce{H3PO4}\) auf. Falls du nicht genau weißt wie das geht, beschäftige dich am besten noch mal mit dem Thema Struktur- bzw. Elektronenformel.

Du erhältst:

Schritt 2: Notiere die jeweiligen Werte der Elektronegativität

Um jetzt von der Strukturformel zu den einzelnen Oxidationszahlen der Atome zu gelangen, musst du die Bindungselektronen den jeweils elektronegativeren Bindungspartnern zuordnen. Daher solltest du zunächst die Werte für die Elektronegativität der einzelnen Stoffe an den entsprechenden Elementsymbolen notieren. Die Werte kannst du einfach dem Periodensystem entnehmen.

 

Schritt 3: Ordne die Bindungselektronen den elektronegativeren Bindungspartnern zu

Im nächsten Schritt solltest du die Bindungselektronen den elektronegativeren Bindungspartnern zuordnen. Auffällig dabei ist, dass Sauerstoff von den Atomen in der Verbindung mit Abstand die höchste Elektronegativität hat. Er zieht also sämtliche Bindungselektronen, die er sich mit Phosphor oder Wasserstoff teilt, zu sich.
Diese Zuordnung kann man mit Klammern oder Strichen verdeutlichen.

 

 

 

 

Nun kannst du die verbleibenden Elektronen der einzelnen Atome zählen. Hierbei zählt man sowohl Bindungselektronen, als auch eventuelle nicht bindende freie Elektronen, wie es zum Beispiel bei Sauerstoff der Fall ist. In diesem Fall bleiben bei den Wasserstoffatomen sowie beim Phosphoratom keine Außenelektronen mehr übrig. Die Sauerstoffatome haben sämtliche Bindungselektronen aufgenommen und besitzen nun jeweils 8 Außenelektronen.

 

Schritt 4: Vergleiche die Anzahl der Außenelektronen mit dem Elementarzustand

Im vierten Schritt bildest du die Differenz zwischen der Anzahl der Elektronen im gebunden und im elementaren Zustand. Denn genau diesen Unterschied drückt die Oxidationszahl ja aus.

 

Anzahl der Außenelektronen

(gebunden)

Anzahl der Außenelektronen

(elementar)

Differenz

(= Oxidationszahl)

Wasserstoff

0 1 + I
Phosphor 0 5 + V
Sauerstoff 8 6 - II

 

Schritt 5: Kontrolliere die Oxidationszahlen

Zum Schluss solltest du deine ermittelten Oxidationsstufen noch kontrollieren und dazu gibt es einen einfachen Weg. Die Summe aller Oxidationszahlen eines ungeladenen Moleküls muss ja stets null ergeben. Rechnen wir das mal durch:

\(\ce{H3PO4}\)

\((3*+1) + (1*+5) + (4*(-2)) = 0 \)

Somit sind die ermittelten Oxidationszahlen korrekt.

Die Lösung der Aufgabe lautet also:

In der Verbindung \(\ce{H3PO4}\) hat Wasserstoff die Oxidationszahl +1, Phosphor +5 und Sauerstoff -2

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