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Bestimmung der Oxidationszahlen in Schwarzpulver
Schwarzpulver setzt sich zusammen aus Kaliumnitrat (\(KNO_3\)), Schwefel (\(S\)) und Holzkohle, die hauptsächlich aus Kohlenstoff (\(C\)) besteht. Um die Oxidationszahlen in diesen Substanzen zu bestimmen, betrachten wir jedes Element einzeln.
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Kaliumnitrat (\(KNO_3\)):
- Kalium (\(K\)) hat als Alkalimetall in Verbindungen immer die Oxidationszahl \(+1\).
- Sauerstoff (\(O\)) hat in den meisten Verbindungen die Oxidationszahl \(-2\). Da es drei Sauerstoffatome gibt, ist deren gesamte Oxidationszahl \(3 \cdot (-2) = -6\).
- Um die Gesamtladung von \(KNO_3\) (die \(0\) ist, da es sich um ein neutrales Molekül handelt) zu erreichen, muss Stickstoff (\(N\)) die Oxidationszahl \(+5\) haben, da \(+1\) (von \(K\)) \(+ (+5)\) (von \(N\)) \(+ (-6)\) (von \(O_3\)) \(= 0\).
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Schwefel (\(S\)):
- In elementarer Form (als reines Element) hat Schwefel die Oxidationszahl \(0\).
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Holzkohle (\(C\)):
- Kohlenstoff in reiner Form (wie in Holzkohle) hat ebenfalls die Oxidationszahl \(0\).
Oxidation und Reduktion beim Zerfall von Schwarzpulver
Beim Entzünden von Schwarzpulver reagieren das Kaliumnitrat mit dem Schwefel und Kohlenstoff unter Reduktion des \(NO_3^-\) zu Stickstoff und anderen Produkten sowie Oxidation des \(C\) und \(S\).
Die allgemeine Zerfallsreaktion von Schwarzpulver kann vereinfacht wie folgt dargestellt werden:
\(2 KNO_3 + S + 3C \rightarrow K_2S + N_2 + 3 CO_2 \)
Für diese spezifische Reaktion:
- \(KNO_3\) gibt Sauerstoff ab (Reduktion des \(NO_3^-\) zu \(N_2\)), wobei \(N\) von \(+5\) zu \(0\) (im \(N_2\)) reduziert wird.
- \(C\) wird zu \(CO_2\) oxidiert, wobei der Kohlenstoff von \(0\) auf \(+4\) oxidiert wird.
- \(S\) wird möglicherweise auch zu \(K_2S\) oxidiert, wobei \(S\) von \(0\) auf \(-2\) (in \(K_2S\)) geht, obwohl Schwefel auch in andere Oxidationsstufen, abhängig von den exakten Produkten des Schwarzpulverzerfalls, oxidiert werden könnte.
Zusammenfassend beinhaltet der Zerfall von Schwarzpulver die Reduktion von Stickstoff in \(KNO_3\) von \(+5\) zu \(0\) und die Oxidation von \(C\) von \(0\) zu \(+4\) in \(CO_2\). Schwefel wird in dieser vereinfachten Reaktionsgleichung in \(K_2S\) eingebunden, was eine Oxidation von \(0\) zu \(-2\) impliziert.
