[Chemie] Redox-Reaktionen?

Question

Guten Abend,
ich benötige noch Hilfe dabei, die Redox-Reaktionen zu verstehen, vor allem den unteren Teil dieses Aufschriebes. 
Den obigen Teil habe ich verstanden mit „Oxidation“ und „Reduktion“. 
Aber wozu dient überhaupt diese obige Reaktionsgleichung? Was bringt einem diese Reaktion? 
Den unteren Teil verstehe ich leider überhaupt nicht, wie man auf die Reaktionsgleichungen kommt.

Wofür steht immer die hochgestellte Zahl wie „Al^(3+)“ oder auch „3e^(-)“?
 Wie kommt man auf die Formel für die Oxidation und wie kommt man auf die Formel für die Reduktion?
 Was bedeutet ganz unten das „RedOx“? Und wie kommt man auf diese Reaktionsgleichung?

Ich freue mich über eine ausführliche und leicht verständliche Erklärung über diesen Aufschrieb zu den Redox-Reaktionen. (Videos habe ich mir bereits angeschaut aber dort ging es eher um die Oxidation und die Reduktion an sich.)

DieChemikerin · Accepted Answer

Hi,erstmal zu deinen Fragen:Aber wozu dient überhaupt diese obige Reaktionsgleichung? Was bringt einem diese Reaktion?Diese Reaktion als Gesamtes ist aus zwei Gründen wichtig: Einerseits erfährst du, in welchen Verhältnissen die Edukte reagieren und die Produkte entstehen. Der zweite Aspekt, der relevant ist, ist der, dass du siehst, in welchen Oxidationsstufen die Elemente miteinander reagieren. Die Oxidationsstufen musst du zwar im Laufe des Prozesses erst noch bestimmen, aber da du die Gesamtgleichung hast, hast du auch gleichzeitig die Verbindungen, in denen die beteiligten Elemente enthalten sind.Wofür steht immer die hochgestellte Zahl wie „Al^(3+)“ oder auch „3e^(-)“?Diese hochgestellten Zahlen geben die Ladung der beteiligten Teilchen (Atome, Moleküle oder auch Elektronen) an. So hat Al^(3+) eine Ladung von 3+. Das bedeutet, dass dem Ion drei Elektronen "fehlen". In der Reaktionsgleichung siehst du, dass Al2O3 entsteht. Da du weißt, dass Aluminium in der dritten Hauptgruppe steht, weißt du auch, dass es drei Valenzelektronen auf der äußersten Schale hat. Auch weißt du sicherlich noch, dass ein Hauptgruppenelement, wenn es reagiert, ein sogenanntes "Elektronenoktett" anstrebt. Das heißt: Die Elemente der Hauptgruppen 1-3 geben die Valenzelektronen ab, die Elemente der Hauptgruppen 6 und 7 nehmen Valenzelektronen auf, um dieses Oktett zu erreichen (bei HG 4 kommt es auf den Reaktionspartner an). In der Verbindung Aluminiumoxid hast du Aluminium und Sauerstoff. Sauerstoff steht in der sechsten Hauptgruppe, Aluminium in der dritten. Das heißt: Aluminium gibt drei Elektronen ab, Sauerstoff nimmt zwei Elektronen auf. Aluminium kommt also als Al^(3+) in dieser Verbindung vor (ihm fehlen ja jetzt drei Elektronen). Diese Zahl mit dem + oder - steht also dafür, dass du weißt, wie viele Elektronen das Teilchen zu viel oder zu wenig hat (zu viel: Minus, zu wenig: Plus). Die Elektronen haben logischerweise eine Ladung von -1, denn es ist eben ein Elektron :-)Wie kommt man auf die Formel für die Oxidation und wie kommt man auf die Formel für die Reduktion?Dazu müssen wir uns erstmal angucken, wie man solche Redoxgleichungen überhaupt aufstellt. Nehmen wir an, du weißt über die Reaktion nur: "Aluminium reagiert mit Eisen(III)-oxid zu Eisen und Aluminiumoxid. Dann hast du erstmal nur die Wortgleichung: Eisen(III)-oxid + Aluminium --> Aluminiumoxid + Eisen.Warum die III in "Eisen(III)-oxid" so wichtig ist? Eisen ist ein Nebengruppenelement. Es kann also je nach Reaktion in verschiedenen Oxidationsstufen vorkommen (also mal mehr, mal weniger Elektronen abgeben). Eisen(III) sagt uns: Eisen kommt in der Oxidationsstufe +3 im Eisenoxid vor (hat also die Ladung 3+). Das siehst du in der dritten Zeile deiner Gleichung: Dort hast du notiert: [Fe(3+)]2 [O(2-)]3. Das heißt: Dieses Oxid braucht zwei Mal Fe(3+) und drei Mal O(2-), damit die Ladung nach außen hin Null ist (2 * (+3) + 3 * (-2) = 0). Dasselbe gilt eben für Aluminiumoxid. Allerdings ist Aluminium ein Hauptgruppenelement, da weißt du direkt, dass es drei Elektronen abgibt und dann Al(3+) entsteht. Die Verhältnisformel (also die Elemente mit den tiefstehenden Zahlen in der Verbindung) ist dieselbe wie bei Eisen(III)-oxid. Wir erhalten als unausgeglichene Reaktionsgleichung: Fe2O3 + Al --> Al2O3 + Fe.Um das Ausgleichen kümmern wir uns noch. Als nächsten Schritt schaust du: In welchen Verbindungen kommt beides Mal was mit Eisen und was mit Aluminium vor? Für Eisen hast du links Fe2O3, rechts Fe (also das reine Element). Wir wissen, dass Eisen hier die Ladung 3+ hat. Rechts hat Eisen die Ladung 0, denn Elementatome haben keine Ladung. Den Sauerstoff können wir vernachlässigen, da er sowohl links als auch rechts 2- als Ladung hat und mit dem somit nicht sonderlich viel passiert. Beim Aluminium hast du links das neutrale Aliminium und rechts in der Ladung 3+ (im Aluminiumoxid). Wir wissen also erstmal nur:Fe(3+) --> FeAl --> Al(3+).Ich hatte dir bereits weiter oben erklärt, dass Aluminium, um auf Al(3+) zu kommen, seine drei Valenzelektronen abgeben muss. Wir können also 3e(-) schreiben, denn das sind genau diese drei Elektronen. Wenn Elektronen abgegeben werden, kommen sie auf die rechte Seite. Werden Elektronen aufgenommen, kommen sie auf die linke Seite. Wir wissen für die Teilgleichung mit dem Aluminium also:Al --> Al(3+) + 3e(-).Die Gleichung für die Oxidation ist also fertig. Oxidation bedeutet, dass Elektronen abgegeben werden. Für Eisen muss es nun umgekehrt sein: Wenn Aluminium die Elektronen abgibt, muss Eisen diese aufnehmen. Wir können ja nicht einfach unreagierte Elektronen im Reaktionsgemisch haben. Redoxreaktion bedeutet: Ein Element gibt Elektronen ab, ein anderes nimmt Elektronen auf. Das, was nun die Elektronen aufnimmt, ist das Eisen. Du siehst in der Teilgleichung für Eisen, dass die Zahl von 3+ auf 0 sinkt. Es braucht also auch genau diese drei Elektronen, die das Aluminium abgibt:Fe(3+) + 3e(-) --> Fe.Hier haben wir das Glück, dass wir nicht ausgleichen müssen. Wir haben sowohl in der Reduktion als auch in der Oxidation schon drei Elektronen. Es gibt Reaktionen, wo z. B. zwei Elektronen abgegeben werden aber drei Elektronen aufgenommen. Da musst du dann schauen, dass du die Gleichungen so multiplizierst, dass die Anzahl der abgegebenen Elektronen der Anzahl der aufgenommenen Elektronen entspricht.Diese Gleichungen kannst du jetzt zu einer "RedOx-Gleichung" zusammenführen (siehe nächster Punkt).Was bedeutet ganz unten das „RedOx“? Und wie kommt man auf diese Reaktionsgleichung?Das bedeutet, dass du eine Redoxgleichung hast. Die Oxidation und die Reduktion sind ja nur Teilgleichungen der Gesamtgleichung. Diese führen wir zusammen, indem wir alle Edukte addieren und alle Produkte ebenfalls:Fe(3+) + 3e(-) + Al --> Fe + Al(3+) + 3e(-).Auf beiden Seiten stehen noch Elektronen. Die können wir streichen, da wir auf beiden Seiten jeweils drei Elektronen haben:Fe(3+) + Al --> Fe + Al(3+).Das ist auch der Grund, warum du das manchmal noch durch Multiplikation anpassen musst, wenn die Anzahl der abgegebenen und aufgenommenen Elektronen sich unterscheiden: Wir wollen am Ende links und rechts dieselbe Anzahl an Elektronen haben, damit wir die rausstreichen können.In der Gesamtgleichung mit Sauerstoff stehen ja noch lauter Zweien. Das liegt daran, dass wir jetzt nur die Redoxgleichungen für die Metallionen aufgestellt haben. In der Gesamtgleichung vom Anfang haben wir aber Fe2O3 und Al2O3. Da in Fe2O3 zwei Eisenionen stecken, kommen rechts natürlich zwei Eisenatome raus. Für Aliminium ist es genau umgekehrt. Das ändert nichts an unserer aufgestellten Redoxgleichung.LG

Knallfrosch24 · Answer

Aber wozu dient überhaupt diese obige Reaktionsgleichung? Was bringt einem diese Reaktion?

Diese Reaktionsgleichung?

Das ist die "Gesamtgleichung" der Reaktion. Sie ist im vorliegenden Fall schon ausgeglichen; das ist gut, denn so kann man aus ihr ablesen, in welchem Verhältnis die Edukte (Eisenoxid, Aluminium) miteinander reagieren - hier reagiert ein Teilchen Eisenoxid mit zwei Teilchen Aluminium. Diese Erkenntnis ist in der Praxis wichtig, um zu wissen, in welchem Verhältnis man Reagenzien mischen muss bzw. welches Verhältnis am "sinnvollsten" ist.

Wofür steht immer die hochgestellte Zahl wie „Al^(3+)“ oder auch „3e^(-)“?

Die hochgestellten Zahlen, zusammen mit den Plus- oder Minuszeichen, zeigen die Ladung eines Atoms oder Moleküls an. Ein hochgestelltes "3+" bedeutet: Das Teilchen (hier das Aluminiumion) hat drei Elektronen weniger als es Protonen hat. Es hat im Vergleich zum ladungsneutralen Zustand (dem elementaren Aluminium) drei Elektronen verloren. Das Plus zeigt also einen Überschuss positiver bzw. einen Mangel negativer Ladungen an.

Elektronen sind der "kleinste Teiler" negativer Ladungen; ein Elektron ist immer einfach negativ geladen, daher das hochgestellte Minus; die Eins als Zahl wird weggelassen.

Wie kommt man auf die Formel für die Oxidation und wie kommt man auf die Formel für die Reduktion?

Tja, die uralte Frage. Sie hat schon viele Erstsemester im Chemiestudium zur Verzweiflung getrieben, denn die bittere Antwort darauf ist: Erfahrung und Übung.

Es ist wie folgt: Jedes Element kann prinzipiell in mehreren Oxidationsstufen vorliegen. Die Oxidationsstufe gibt an, wie viele Elektronen im Vergleich zum elementaren (d.h. ladungsneutralen) Zustand aufgenommen bzw. abgegeben wurden. Aluminium beispielsweise liegt oft in Oxidationsstufe +3 vor (Al³⁺-Ion), Eisen ebenso (Fe³⁺); beide Elemente haben dann drei Elektronen abgegeben.

Um die Reaktionsgleichungen für Reduktion und Oxidation aufzustellen muss man zunächst bestimmen, in welchen Oxidationsstufen die Edukte und Produkte vorliegen. Guck dazu zum Beispiel mal hier. Hat man die Oxidationszahlen bestimmt, kann man daraus ablesen, wer oxidiert wird und wer reduziert wird. Schau dir dazu mal diesen Artikel an.

Was bedeutet ganz unten das „RedOx“?

Redox oder RedOx ist die prägnante Zusammenfassung von Reduktion und Oxidation; beide Prozesse passieren zusammen, daher nennt man diese Form von Reaktionsgleichung auch Redoxgleichung.

[Chemie] Redox-Reaktionen?

2 Antworten