Az oxidáció eredetileg egy elem, vagy vegyület oxigénnel történő addíciós reakcióját jelentette, míg redukció alatt oxigén eltávolítását értették vegyületeiből. Később, ahogy a folyamatot egyre inkább megértették, e kifejezések jelentése is általánosabb lett. Ma oxidációs-redukciós reakció alatt olyan kémiai változásokat értünk, melyek során elektron vándorol egyik atomról a másikra. Elektron elvesztését oxidációnak, míg az elektronszám növekedését redukciónak nevezzük. E definícióból értelemszerűen következik, hogy a két folyamat csak együtt, egyszerre következhet be: az elektron átadás mindig egy elektron donort (redukáló komponens) és egy elektron akceptort (oxidáló komponens) feltételez.

Vegyületekben ill. kémiai reakciókban az elektroneltolódások kényelmes osztályozása céljából vezették be az oxidációfok fogalmát. Az oxidációfok megadja, hogy a kérdéses atom egy adott vegyületben hány elektront veszített (+ előjel, oxidáció), vagy hány elektront vett fel (- előjel, redukció). Ezért az oxidációfoknak negatív vagy pozitív előjele lehet. Noha az oxidációfok általában a molekula valódi elektroneloszlását tükrözi (mindig a nagyobb elektronegativitású atomnak lesz negatív az oxidációfoka), a skála önkényes választása folytán nem a molekula atomjainak reális töltéseit adja meg. Először is a reális töltéseloszlás térbeli, tehát nemcsak az atomon, hanem az atomok közötti térben is van töltés. Másodszor egy molekula atomjain rendszerint csak egy kis töltéshányad, nem pedig egy (vagy több) egész töltés van. Ugyanakkor az oxidációfok számítása során mindig teljes elektronátadást feltételezünk egyik atomról a másikra.

• Alkálifémek oxidációfoka vegyületeikben +1. Kivételek az egymással alkotott ötvözetek,melyekben a kevésbé pozitívé -1.

• Az oxigén vegyületeiben általában -2 oxidációfokkal szerepel. Kivételek a peroxidok (ld. fent), valamint a fluorral alkotott kötések, melyekben az oxigént tekintjük elektron donornak. Pl. az OF₂-ben az oxigén oxidációfoka +2.

• Alkáliföldfémek oxidációfoka +2. Kivételek: egymással ill. alkáli fémekkel alkotott ötvözeteik.

• A hidrogén oxidációfoka általában +1, fémhidridekben -1.

• Egy vegyületben szereplő atomok oxidációfokainak összege meg kell, hogy egyezzen a vegyület töltésével. Tehát semleges molekulákban az oxidációfokok összege zérus, ionokéban egyenlő az ion töltésével. Ha tehát a Cl₂O-ban az O atom oxidációfoka -2, a Cl atomoké szükségszerűen +1.

• Előfordul az is, hogy egy molekulán belül egyfajta atom különböző oxidációfokkal szerepel. Így a N₂O-ban az egyik nitrogén oxidációfoka nulla, a másiké -2. (Ez csak a szerkezeti képletből állapítható meg.) Ilyen esetekben néha a sztöchiometriai számítások egyszerűbbé tehetők, ha az illető atomok oxidációfok átlagát, az oxidáció számot használjuk.Néhány fontosabb elem oxidációfokait a Függelék 9. táblázatában gyűjtöttük össze.

A reaktánsok és reakciótermékek ismeretében egy kémiai reakció egyenlete általában könnyen felírható. Néha azonban — általában redox reakciókban — az egyenletben szereplő mennyiségek együtthatói nem adhatók meg egyszerűen. Az ilyen esetekben segít az alábbi, oxidációfokon alapuló szisztematikus módszer.

Egészítsük ki a
KMnO₄ + NaNO₂ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + MnSO₄ + NaNO₃ + H₂O
reakcióegyenletet!

1. lépés:

Megkeressük a redox reakció leglényegesebb komponenseit, az oxidáló, ill. redukáló ágenseket. Ügyeljünk arra, hogy az oxidáló ill. redukáló ágensek nem az egyes vegyületek, hanem a vegyületekben szereplő atomok – noha amikor redukáló ill. oxidáló anyagokról beszélünk, mindig vegyületekre gondolunk. Így például a fenti reakcióban nem a KMnO₄ hanem a KMnO₄-ben levő Mn az oxidálószer, mivel oxidációfoka a keletkező MnSO₄-ben +7-ről lecsökken +2-re. Ennek megfelelően az Mn redukálószerként viselkedik az MnSO₄-ben, mivel oxidációfoka +2-rol +7-re nő. Hasonló módon redukáló ágens a nitrogén az NaNO₂-ben, és oxidálószer az NaNO₃-ban. Egy kémiai reakcióban mindig legalább két redukáló és két oxidáló anyagot kell találnunk. Ezek szerint a kérdéses komponensek oxidációfokait már tudjuk és össze tudjuk hasonlítani:

+7	+3			+2	+5
KMnO4 +	NaNO2 +	H2SO4 =	K2SO4 +	MnSO4 +	NaNO3 +	H2O

2. lépés:

Nézzük a reakció alapfolyamatait:

+7		+2
KMnO4	—————>	MnSO4	redukció

+3		+5
NaNO2	—————>	NaNO3	oxidáció

avagy

	+5 e
Mn7+	—————>	Mn2+	redukció

	-2 e
N3+	————— >	N5+	oxidáció

Az együtthatók kiszámításához pusztán azt használjuk ki, hogy a redukáló ágens által leadott elektronok száma meg kell, hogy egyezzen az oxidáló ágens által felvettel, azaz a nitrogén ugyanannyi elektront ad le, mint amennyit a mangán felvesz, azaz kikeressük az 5 és 2 legkisebb közös többszörösét:

	2·5 e = 10 e
2Mn7+	————— >	2Mn2+

 

	5· (-2 e) = -10 e
5 N3+	—————>	5 N5+

Ugyanezt feltüntethetjük az egyenletben is, tehát:

3. lépés:

Összekötjük az együvé tartozó oxidált-redukált alakokat és beírjuk a már kiszámolt együtthatókat:

| —–—	—–——–—	2· 5 = 10	—–——–—	—–|
+7	+3			+2	+5
2 KMnO4 +	5 NaNO2 +	H2SO4 =	K2SO4 +	2 MnSO4 +	5 NaNO3 +	H2O
	|———	—–——–—	5 · (-2) = -10	—–——–—	–—— |

4. lépés:

Kiegészítjük az egyenletet a hiányzó együtthatókkal. A példánkban a két MnSO₄ és egy K₂SO₄ molekulához három H₂SO₄ molekula szükséges, a kénsav hidrogénjei pedig három vízmolekulát képeznek.

2 KMnO₄ + 5 NaNO₂ + 3 H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + 5 NaNO₃ + 3 H₂O

5. lépés:

Az együtthatók helyességét legegyszerűbben az egyenlet mindkét oldalán szereplő oxigénatomok számának egyenlősége bizonyítja:

2 KMnO4 + 5 NaNO2 + 3 H2SO4	=	K2SO4 + 2 MnSO4 + 5 NaNO3 + 3 H2O
8 + 10 + 12	=	4 + 8 + 15 + 3
30	=	30