(Oxidationsstufe): Die Ladung eines Atoms in einer Verbindung unter der Annahme, dass alle an der Verbindung beteiligten Elemente als Ionen vorliegen. Man spricht dabei auch von Formalladung. Das Konzept der Oxidationszahl erweist sich als vorteilhaft für das Aufstellen von Redoxgleichungen (Reduktion und Oxidation). Bei der Ermittlung der Oxidationszahl werden die Elektronenpaare der Atombindungen jeweils dem elektronegativeren Atom (Elektronegativität) vollständig zugeordnet.
Im Wassermolekül z. B. befinden sich die Bindungselektronenpaare stark im Anziehungsbereich des Sauerstoffatoms. Spricht man diese ganz dem Sauerstoffatom zu, so besäße dieses 8 Elektronen, wäre also zweifach negativ geladen. Auf der anderen Seite wäre jedes der Wasserstoffatome einfach positiv geladen. Die so entstehenden Formalladungen (Sauerstoffatom -2, Wasserstoffatome je +1) stellen die Oxidationszahl dar. Sie werden mit kleinen römischen oder arabischen Ziffern direkt über das jeweilige Element geschrieben. Die Summe der Oxidationszahl ergibt bei ungeladenen Molekülen null. Für das Wassermolekül gilt demnach: 2(+1) + (-2) = 0.
In Molekül-Ionen ist die Summe der Oxidationszahlen gleich der Ionenladung. Im Sulfat-Ion, werden die Bindungselektronen stärker von den elektronegativeren Sauerstoffatomen angezogen, bei vollständiger Zuordnung würde jedes Sauerstoffatom zu einem Oxid-Ion. Der Sauerstoff bekommt daher die Oxidationszahl -2. Die Oxidationszahl des Schwefels ergibt sich zu +6, denn seine Formalladung kompensiert die Summe der Oxidationszahlen der Sauerstoffatome (-8) bis auf die zweifach negative Ionenladung.
Bei der Ermittlung der Oxidationszahl gelten folgende Regeln:
- Fluor erhält stets die Oxidationszahl -1.
- Sauerstoff erhält die Oxidationszahl -2. Ausnahmen: -1 bei Peroxiden (z. B. H2O2), +2 bei Sauerstoffdifluorid, OF2.
- Wasserstoff erhält die Oxidationszahl +1. Ausnahme: –1 in Metallhydriden sowie in Verbindungen mit Silicium oder Bor.
- Bor, Silicium und alle Metalle erhalten stets positive Oxidationszahlen.
- Die Oxidationszahlen von Atomen in molekularen Elementen ist immer null.
Diese Überlegungen lassen sich auch auf organische Verbindungen anwenden, in denen v. a. die Kohlenstoffatome in verschiedenen Oxidationszahlen auftreten können.