Redoxreaktionen

Oxidation-Reduktion

Der Begriff Oxidation wurde ursprünglich für die Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff und der Begriff Reduktion, als Umkehrung der Oxidation, für die Entfernung von gebundenem Sauerstoff aus einer Verbindung verwendet.

Beispiel:

(Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid. )

• Die Ionenverbindung entsteht durch die Abgabe der beiden Außenelektronen des Magnesiums und die Aufnahme dieser beiden Elektronen durch den Sauerstoff. Beide Elemente erlangen somit die stabile Achterschale.

Die Reaktion kann folglich in zwei Teilschritten untergliedert werden:

Elektronenabgabe: 2 Mg -> 2 Mg2+ + 4 e –
Elektronenaufnahme: 4 e – + O2 – -> 2 O2–
Gesamtreaktion : 2 Mg + O2 -> 2 MgO

Auch andere Stoffe als Sauerstoff bilden mit Metallen Salze;

deshalb liegt der Schluss nahe, dass der gleiche Reaktionsmechanismus wie bei der obigen Oxidation vorliegt.
-Auch Chlor gelingt es, dem Magnesium nach folgender Gleichung seine beiden Elektronen unter Bildung von Magnesiumchlorid zu entreißen.

Elektronenabgabe: Mg -> Mg2+ + 2e-
Elektronenaufnahme: Cl2 + 2e- -> 2Cl-

Gesamtreaktion: Mg+ Cl2 -> MgCl2

Beide Reaktionen haben gemeinsam, dass Elektronen vom Metall zum Nichtmetall übergehen. Dies ist auch bei vielen anderen Reaktionen der Fall.

Definition:

Die heutige Definition der Oxidation ist deshalb allgemeiner formuliert: Bei der Oxidation werden einem Atom Elektronen entzogen
und bei der Reduktion einem Atom Elektronen zugeführt.

Bei einer Oxidation werden Elektronen abgegeben, bei einer Reduktion aufgenommen.

Ablauf

Beide Reaktionen können nicht getrennt voneinander ablaufen. Die Elektronen, die einem Atom entzogen werden, werden einem anderen Atom zugeführt.
Solche Reaktionen, bei denen Reduktion und Oxidation gleichzeitig ablaufen, nennt man Redoxreaktion.

Oxidation und Reduktion laufen immer gekoppelt ab. Solche Reaktionen nennt man Redoxreaktionen.

Substanzen, die einem anderen Stoff Elektronen entziehen und dabei selbst reduziert werden, nennt man Oxidationsmittel. Solche, die die Elektronen abgeben und dabei oxidiert werden, nennt man Reduktionsmittel.

Was sind Oxidationsmittel?

• Oxidationsmittel sind Substanzen, die Elektronen aufnehmen und dabei selbst reduziert werden.
• Reduktionsmittel sind Substanzen, die Elektronen abgeben und dabei selbst oxidiert werden.

Redoxpaare

• Elektronenabgabe und Elektronenaufnahme sind umkehrbare Vorgänge.

• Ein Reduktionsmittel wird durch Elektronenabgabe zum Oxidationsmittel und umgekehrt.

• Jedem Reduktionsmittel ist somit ein bestimmtes Oxidationsmittel zugeordnet und umgekehrt. Beide bilden korrespondierende Redoxpaare.

Ox1 + n e- -> Red1korrespondierendes Redoxpaar 1

Red2 -> Ox2 + n e – korrespondierendes Redoxpaar 2

An jeder Redoxreaktion sind also zwei korrespondierende Redoxpaare beteiligt; das allgemeine Schema für eine Redoxreaktion lautet dann:

Ox1 + Red2 -> Red1 + Ox2

Oxidationszahl

• Durch die neue Definition von Oxidation und Reduktion als Elektronenübergänge können viele Reaktionen zum Beispiel auch die Reaktionen von Nichtmetallen mit Sauerstoff zu Oxiden, als Redoxreaktionen aufgefasst werden.

Diese Definition ist eng mit dem Begriff Oxidationszahl verknüpft.

-Die Anzahl der Ionenladungen entspricht der Anzahl aufgenommener beziehungsweise abgegebener Elektronen.

-Bei Ionenerbindungen kann die Ionenwertigkeit oder Ladungszahl demBegriff Oxidationszahl gleichgesetzt werden.

Um die Ladungszahl eines Ions von der oxidationszahl zu unterscheiden, werden die Oxidationszahlen in römischen Zahlen mit positivem (+) oder negativem (-) Vorzeichen über das entsprechende Elementsymbol geschrieben.

Beispiele: +I-I +II-II +III-II
NaCl MgO Fe2O3

Atome können in Verbindung auch unterschiedliche Oxidationszahlen haben.

Deshalb ist es zweckmäßig, auch bei der Benennung von Verbindungen, die Oxidationszahlen anzugeben.
Man schreibt:

+I-II +II-II

Kupfer (I)-oxid für Cu2O und Kupfer(II)- oxid für CuO.

Die Oxidationszahl ist auch auf Molekülverbindungen anwendbar. Bei polaren Atombindungen werden die Bindungselektronen vollständig dem elektronegativen Element zugeordnet. Die Ladung, die diese fiktiven Ionen dann hätten. Ist ihre Oxidationszahl.

Molekülverbindungen

Bei Molekülverbindungen ist die Oxidationszahl die Ladung, die die Atome hätten, wenn das Molekül aus Ionen aufgebaut wäre.

In Molekülen und Atomverbänden, die aus einer Atomsorte bestehen, gibt es keine polaren Bindungen. Die Bindungselektronen werden hier den Bindungspartnern jeweils hälftig zugeteilt.

Daraus resultiert für jedes Atom eine Elektronenzahl, die der des ungebundenen Atoms entspricht, es besitzt also die Oxidationszahl 0.

Zur Ermittlung von Oxidationszahlen gelten folgende Regeln, wobei die Reihenfolge die Prioritäten festlegt:

Zur Ermittlung von Oxidationszahlen gelten folgende Regeln, wobei die Reihenfolge die Prioritäten festlegt:

• In Verbindungen, die nur aus einer Atomsorte aufgebaut sind, wie Elementmoleküle oder die Atomverbände der Metalle, besitzen die Atome die Oxidationszahl 0 (null);

• Bei Ionen ist die Oxidationszahl gleich der Ladungszahl;

1. Fluor hat immer die Oxidationszahl –I;

2. Metalle besitzen immer positive Oxidationszahlen;

3. Wasserstoff hat in fast allen Verbindungen die Oxidationszahl +I

4. Sauerstoff hat in fast allen Verbindungen die Oxidationszahl –II
   
   Bei einer Oxidation wird die Oxidationszahl eines Atoms erhöht; bei einer Reduktion wird die Oxidationszahl erniedrigt.