Oxidationszahlen sind eines der zentralen Konzepte der Chemie. Sie dienen zur Vorhersage von Reaktivitäten sowie zum Aufstellen von Redoxreaktionsgleichungen. Ihre Bestimmung folgt einigen einfachen Regeln, wie am Beispiel Methanol gezeigt wird.
Was sind Oxidationszahlen?

Oxidationszahlen beschreiben die Elektronensituation an einem Atom im Molekül, also ob das Atom in diesem Molekül mehr oder weniger Elektronen trägt als in seinem elementaren Grundzustand.
Oxidationszahlen sind keine echten Ladungen. Sie sind vielmehr ein Formalismus, der bei vielen Konzepten hilfreich ist.
Kennt man die Oxidationszahl, oder Oxidationsstufe, eines Atoms, kann man beispielsweise vorhersagen, wie es reagieren wird. Weiterhin sind Oxidationszahlen sehr wichtig zum korrekten Aufstellen von Redoxreaktionen.
Die Bestimmung der Oxidationszahlen in einem Molekül gehört zum Grundhandwerkszeug für jeden Chemiker. Sie folgt einigen wenigen Regeln, die mit ein bisschen Übung leicht von der Hand gehen.
Bei der Bestimmung der Oxidationszahl werden die Bindungen im Molekül formal ionisch gespalten - das bindende Elektronenpaar gehört dann also zu dem Atom mit der höheren Elektronegativität. Dann werden jeweils die Elektronen an den Atomen gezählt. Die Abweichung von der Anzahl der Elektronen im elementaren Grundzustand entspricht der Oxidationszahl: Liegen mehr Elektronen als im Grundzustand vor, ist die Oxidationszahl negativ, sind es weniger, ist sie positiv.
Regeln der Oxidationszahlbestimmung

Oxidationszahlen werden immer als römische Ziffern angegeben.
Atome im elementaren Zustand, z. B. H2, Cu oder S8 haben die Oxidationszahl 0.
Bei einatomigen Ionen entspricht die Oxidationszahl der Ladung, beispielsweise ist die Oxidationsstufe von Fe2+ +II oder von Cl- -I.
Die Summe aller Oxidationszahlen in einem Molekül muss der Ladung des Moleküls entsprechen.
Fluor hat als Element mit der höchsten Elektronegativität immer die Oxidationszahl -I.
Sauerstoff hat in der Regel immer die Oxidationszahl -II. Ausnahmen sind in Peroxiden, dann hat es -I, und wenn es an Fluor gebunden ist.
Alkalimetalle haben immer die Oxidationszahl +I und Erdalkalimetalle immer +II.
Die Oxidationszahl eines Elements kann nie höher sein als die Nummer seiner Gruppe im PSE.

Oxidationszahlen des Methanol

Methanol ist die Verbindung H3COH. An das Kohlenstoffatom sind drei Wasserstoffatome gebunden sowie ein Sauerstoffatom, an das wiederum ein Wasserstoffatom gebunden ist.
Das Sauerstoffatom hat eine höhere Elektronegativität sowohl als Kohlenstoff als auch als Wasserstoff und zieht damit die Elektronen beider Bindungen zu sich. Damit hat es dann acht Elektronen, zwei mehr als im Grundzustand und damit die Oxidationszahl -II. Das Wasserstoffatom hat nun kein Elektron mehr, also die Oxidationszahl +I.
Kohlenstoff hat eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff, es zieht also die Elektronen der drei C-H-Bindungen zu sich hin. Damit haben auch diese drei H-Atome die Oxidationsstufe +I. Der Kohlenstoff hat drei Elektronen zusätzlich von den Wasserstoffen erhalten und eines an den Sauerstoff abgegeben. Damit bleiben ihm sechs Elektronen und die Oxidationszahl -II.
Also sind die Oxidationszahlen im Methanol H+I3C-IIO-IIH+I. Die Summe der Oxidationszahlen ergibt 0, wie es für das neutrale Methanolmolekül sein soll.