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Das Konzept der Oxidationsstufe (Oxidationszahl)

1938
  • Wendell Mitchell Latimer
Chemiker, der in einem Labor Redox-Gleichungen ausgleicht, um die Oxidationsstufen in der anorganischen Chemie zu veranschaulichen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die Oxidationszahl ist eine hypothetische Ladung, die ein Atom hätte, wenn alle seine Bindungen zu anderen Atomen zu 100 % ionisch wären. Sie ermöglicht es, die Oxidationsstufe zu verfolgen. Elektronentransfer Bei Redoxreaktionen bedeutet eine Erhöhung der Oxidationszahl Oxidation, eine Verringerung Reduktion. Diese Formalisierung vereinfacht die Analyse komplexer chemischer Reaktionen.

Die Oxidationszahl ist ein formales Hilfsmittel und gibt nicht die tatsächliche Ladung eines Atoms wieder, insbesondere nicht in kovalenten Verbindungen, in denen Elektronen geteilt und nicht vollständig übertragen werden. Oxidationszahlen werden anhand bestimmter Regeln bestimmt. Beispielsweise beträgt die Oxidationszahl eines Atoms in seiner elementaren Form 0. Bei einem einatomigen Ion entspricht sie dessen Ladung. In Verbindungen hat Fluor immer die Oxidationszahl -1 und Sauerstoff üblicherweise -2 (außer in Peroxiden). Die Summe der Oxidationszahlen in einer neutralen Verbindung ist null, während sie bei einem mehratomigen Ion dessen Ladung entspricht.

Betrachten wir Kaliumpermanganat, [latex]KMnO_4[/latex]. Wir wissen, dass K die Oxidationszahl +1 und jedes O die Oxidationszahl -2 hat. Damit die Verbindung neutral ist, muss die Summe der Oxidationszahlen null ergeben. Sei die Oxidationszahl von Mn x. Dann gilt: [latex](+1) + x + 4(-2) = 0[/latex]. Die Lösung dieser Gleichung ist [latex]x = +7[/latex]. Die Oxidationszahl von Mangan im Permanganat beträgt also +7. Nimmt dieses Ion an einer Reaktion teil, bei der es zu [latex]Mn^{2+}[/latex] reduziert wird, sinkt die Oxidationszahl von Mangan von +7 auf +2, was einer Reduktion entspricht. Diese Methode ist unerlässlich, um zu identifizieren, welche Spezies oxidiert und reduziert werden, und um die komplexen Reaktionsgleichungen auszugleichen.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Anorganische Chemie

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Konzept der Valenz
  • Lewis-Strukturen und Elektronenpunktdiagramme
  • Elektronegativitätskonzept von Linus Pauling

Anwendungen

  • Ausgleichen von Redoxgleichungen
  • Benennung anorganischer Verbindungen (z. B. Eisen(III)-oxid)
  • Vorhersage von Reaktionsprodukten
  • Elektrochemische Analyse

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • KI-gesteuerte Vorhersage neuer Reaktionswege basierend auf der Analyse des Oxidationszustands
  • design of new Katalysatoren that stabilize unusual oxidation states for unique reactivity
  • fortschrittliche Materialien mit schaltbaren Eigenschaften basierend auf der Änderung des Oxidationszustands eines Metallzentrums
  • Software zur automatisierten Benennung komplexer anorganischer und metallorganischer Verbindungen
  • Umweltsensoren, die Schadstoffe durch Änderungen ihres Oxidationszustands erkennen
  • forensische Werkzeuge zur Analyse von Spurenbeweisen basierend auf elementaren Oxidationszuständen
  • hochdichte Datenspeicherung unter Verwendung von Materialien mit mehreren stabilen Oxidationsstufen
  • Therapeutika, die auf bestimmte Oxidationszustände von Metallen in biologischen Systemen abzielen
Bezogen auf: Oxidationszustand, Oxidationszahl, Elektronenzählung, formale Ladung, Redoxbilanzierung, anorganische Nomenklatur, kovalente Bindungen, ionische Bindungen.

Historischer Kontext

Das Konzept der Oxidationsstufe (Oxidationszahl)

1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
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1931
1932
1933
1937
1940
1947
1950
1950

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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