Elemente und Moleküle, Schulbuch

64 4 ANoRGANISCHe ReAKtIoNStYPeN 4.3 REDOX-REAKtIONEN Reduktion • Oxidation • Reduktionsmittel • Oxidationsmittel • Redox-Reaktio- nen • Elektronenübertragungsreaktionen Der Begriff „Redox-Reaktion“ ist eine Abkürzung für die Begriffe Reduktion und Oxidation . Ähnlich wie die Begriffe Säure und Base haben auch die Begriffe Reduk- tion und Oxidation im Laufe der Geschichte einen Bedeutungswandel durchge- macht. Ursprünglich verstand man unter Oxidation ausschließlich die Reaktion mit elementarem Sauerstoff. Die Verbrennung ist eine rasche Oxidation, das Rosten ein Beispiel für eine langsame Oxidation. Manche Stoffe besitzen allerdings eine so starke Tendenz, Sauerstoff zu binden, dass sie auch mit sauerstoffhältigen Stoffen reagieren können. Den Sauerstoffentzug nennt man Reduktion. Jede Reduktion ist mit einer Oxidation gekoppelt. Daher nennt man diesen Reaktionstyp Redox-Reaktionen. Oxidation be- deutet Sauerstoffaufnahme, Reduktion Sauerstoffabgabe und Redox-Reaktionen sind Sauerstoffübertragungsreaktionen. Redox-Reaktionen zwischen einem Metall und einem Metalloxid führten allerdings zu einer erneuten Begriffserweiterung: Die Reaktionen zwischen Cu 2+ -Ionen und Fe führen unabhängig vom Anion immer zu einem analogen Reaktionsergebnis – nämlich zur Bildung von metallischem Kup- fer und der entsprechenden Eisenverbindung. (Siehe Versuch 64.4 und Versuch 64.5) Die eigentliche Reaktion ist die Übertragung von Elektronen von Eisen auf Kupfer, der Anionenaustausch ist nur eine Folge davon. Reduktion – Oxidation, Elektronenübertragung Mit dieser erweiterten Definition versteht man unter Reduktion die Aufnahme von Elektronen und unter Oxidation die Abgabe von Elektronen. Redox-Reaktionen sind Elektronenübertragungsreaktionen. Der Reaktionspartner, der Elektronen aufnimmt, heißt Oxidationsmittel ; der Reaktionspartner, der Elektronen abgibt, wird als Re- duktionsmittel bezeichnet. Durch Elektronenaufnahme wird aus dem Oxidationsmittel ein Reduktionsmittel gebildet (dh. ein Stoff, der Elektronen abgeben kann). Auch bei Redox-Reaktionen gibt es konjugierte Paare – Redox-Paare. Na + + e – Na ⇒ Na + /Na Allgemein lässt sich jede Redox-Reaktion folgendermaßen formulieren: RED-Mittel 1 + OX-Mittel 2 OX-Mittel 1 + RED-Mittel 2 Zum Unterschied zur Säure-Base-Reaktion, bei der sich Säure und konjugierte Base durch ein Proton unterscheiden, ist der Unterschied in der Elektronenzahl bei kon- jugierten Redox-Paaren von Paar zu Paar verschieden. Man muss allerdings beach- ten, dass bei einer Reaktion die Elektronen nur vollständig übertragen werden kön- nen, dh., man muss durch stöchiometrisches Abgleichen die Anzahl der Partner so wählen, dass die Elektronen komplett vom Reduktionsmittel auf das Oxidationsmit- tel übertragen werden. Red.: Ag + + 1 e – → Ag / • 2 Ox.: Zn → Zn 2+ + 2 e – Redox: 2 Ag + + Zn → 2 Ag + Zn 2+ ■ 64.1: Schreib die Teilreaktionen für Reduktion und Oxidation an und er- gänze zur vollständigen Redox-Gleichung: Verbrennung von Calcium Verbrennung von Aluminium Reaktion zwischen Natrium und Chlor Reaktion zwischen Silber(I)-sulfat und Kupfer ÜBUNGeN ■ 64.4: Reduktion von Kupfer(II)-oxid Vermisch je einen Spatellöffel voll CuO und voll Fe-Pulver und füll damit eine Probe- röhre! Erhitz die Proberöhre über dem Brenner bis zum Start der Reaktion. ■ 64.5: Reaktion von Kupfer(II)-Salz - lösungen mit Eisen Tauch einen Eisenstab jeweils in ein Be- cherglas mit Kupfer(II)-sulfat-Lösung bzw. Kupfer(II)-chlorid-Lösung! Entsorgung: Keine. Die Lösungen werden in die Vorratsgefäße zurückgegeben. SCHÜLeRVeRSUCHe ■ 64.1: Verbrennung von Magnesium I Ein ca. 5 cm langer Streifen Magnesiumband wird entzündet. ■ 64.2: Verbrennung von Magnesium II Ein Häufchen Magnesiumpulver – zur Hälfte befeuchtet – wird auf einer feuerfesten Un- terlage an der trockenen Seite entzündet. ■ 64.3: Verbrennung von Magnesium III (Schutzbrille verwenden!) Ein Standzylinder wird mit CO 2 gefüllt. Man entzündet einen ca. 5 cm langen Streifen Mg- Band an der Luft hält ihn in den Standzylinder. LeHReRVeRSUCHe Oxidation = Elektronenabgabe Reduktion = Elektronenaufnahme Oxidationsmittel = Elektronen-Akzeptor nimmt bei Reaktion Elektronen auf Reduktionsmittel = Elektronen-Donator gibt bei Reaktion Elektronen ab Reduktion Oxidation CuO + Fe Cu + FeO Sauerstoffabgabe Sauerstoffaufnahme Reduktion Oxidation Cu 2+ + Fe Cu + Fe 2+ Elektronenaufnahme Elektronenabgabe Abb. 64.1: Redox-Reaktion als Sauerstoff- und als Elektronenübertragung Abb. 64.2: Oxidations- und Reduktionsmittel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv