Chemie RedOX-Gleichung?

1 Antwort

DedeM
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Chemieunterricht, Formel, Chemie
23.11.2024, 17:52

Moin,

eine Redoxgleichung ist die Zusammenfassung der Oxidations- und der Reduktionsteilgleichung in einem Redoxsystem, NACHDEM du die Elektronenneutralität beachtet hast.

Das hast du so natürlich nicht verstanden, nicht wahr?

Deshalb machen wir das alles mal von Anfang an, Schritt für Schritt. Aber das führt dazu, dass es nun einen längeren Text gibt, sorry!

In der Chemie gibt es verschiedene Reaktionstypen. Es gibt zum Beispiel Redoxreaktionen, Säure-Base-Reaktionen oder Ionenaustauschreaktionen.

Redoxreaktionen zeichnen sich nun dadurch aus, dass Elektronen von einem Reaktionsteilnehmer auf einen anderen Reaktionsteilnehmer übertragen werden.

Das bedeutet, dass ein Reaktionsteilnehmer mindestens ein Elektron abgeben muss, das von einem anderen Reaktionsteilnehmer aufgenommen wird.

Der Teilnehmer, der Elektronen abgibt, wird oxidiert (Oxidation = Elektronenabgabe). Die Oxidationsstufe dieses Reaktionsteilnehmers erhöht sich, was man an der Erhöhung der Oxidationszahl erkennen kann.
Der Teilnehmer, der die Elektronen aufnimmt, wird reduziert (Reduktion = Elektronenaufnahme). Die Oxidationsstufe dieses Teilnehmers verringert sich (wird reduziert), was man daran erkennt, dass sich seine Oxidationszahl verkleinert.

Eine Oxidation kann nur erfolgen, wenn es auch gleichzeitig eine Reduktion gibt und umgekehrt. Oxidation und Reduktion treten also immer gemeinsam auf; das eine geht nicht ohne das andere.

Betrachten wir ein einfaches Beispiel:

Magnesium und Sauerstoff reagieren zu Magnesiumoxid.

Das Reaktionsschema dazu sieht folgendermaßen aus:

2 Mg + O2 → 2 MgO

Aber woher weiß ich jetzt, ob das eine Redoxreaktion ist?

Das kann man am leichtesten dadurch prüfen, dass man von jedem Reaktionsteilnehmer die Oxidationsstufe bestimmt und eine entsprechende Oxidationszahl über das jeweilige Symbol schreibt.

Dazu muss man ein paar Regeln kennen und beachten.

  1. Regel: Elemente haben IMMER die Oxidationsstufe 0 (Null).
  2. Regel: Fluor hat in Verbindungen mit anderen Elementen IMMER die Oxidationsstufe –I.
  3. Regel: Die Summe aller Oxidationsstufen eines zusammengesetzten Teilchens bzw. die Oxidationszahl eines einfachen Teilchens muss mit der Ladung des Teilchens übereinstimmen.
  4. Regel: In Atombindungen werden die Bindungselektronen stets dem Bindungspartner vollständig zugesprochen, der die größere Elektronegativität hat (ganz egal, wie groß oder klein die EN-Differenz ist).
  5. Regel: Ist die EN von zwei Bindungspartnern exakt gleich groß (und nur dann!) werden die Bindungselektronen zwischen den Bindungspartnern gleichmäßig aufgeteilt.

Außer diesen fünf Regeln gibt es noch drei Hilfsregeln, die fast immer (aber eben nur fast immer) zutreffen. Dazu zählen:

  1. Hilfsregel: Metalle haben in Verbindungen eine positive Oxidationszahl (die wenigen Ausnahmen, die es gibt, sind so exotisch, dass sie uns hier nicht weiter interessieren).
  2. Hilfsregel: Wasserstoff (H) hat in Verbindungen fast immer die Oxidationsstufe +I. Ausnahmen sind Metallhydride (siehe 1. Hilfsregel).
  3. Hilfsregel: Sauerstoff (O) hat in Verbindungen fast immer die Oxidationsstufe und damit die Oxidationszahl –II. Ausnahmen: Peroxide oder Sauerstoff-Fluor-Verbindungen (siehe 2. Regel).

Mit diesen fünf Regeln und drei Hilfsregeln bestimmen wir nun die Oxidationszahlen sämtlicher Teilnehmer der oben genannten Reaktion.

Magnesium (Mg) hat als Element links die Oxidationszahl 0 (siehe 1. Regel).

Sauerstoff (O2) hat als Element links die Oxidationszahl 0 (siehe 1. Regel).

Magnesium in der Ionenverbindung Magnesiumoxid (MgO) hat die Oxidationszahl +II (siehe 1. und 3. Hilfsregel). Du kannst das auch anders begründen. Magnesiumatome werden in dieser Reaktion zu zweifach positiv geladenen Magnesiumkationen (Mg2+) und weil die Oxidationszahl mit der Ladung eines Teilchens übereinstimmen muss (siehe 3. Regel), muss das Magnesiumkation die Oxidationszahl +II haben (da die Ladung ja 2+ ist).

Der Sauerstoff im Magnesiumoxid (MgO) hat die Oxidationsstufe –II (siehe 3. Hilfsregel). Auch hier kannst du das noch anders begründen, nämlich so, dass bei dieser Reaktion aus einem ungeladenen Sauerstoffatom ein zweifach negativ geladenes Oxidanion (O2–) wird. Und weil die Oxidationszahl mit der Ladung eines Teilchens übereinstimmen muss, kann die Oxidationszahl nur –II lauten (siehe 3. Regel).

Damit kennen wir nun alle Oxidationszahlen:

  • Mg0 (links)
  • O20 (links)
  • Mg+II (rechts)
  • O–II (rechts)

Und wie du leicht sehen kannst, erhöht sich die Oxidationszahl bei einem Reaktionsteilnehmer (nämlich bei Mg von 0 auf +II), während sie sich bei einem anderen Teilnehmer verringert (nämlich bei O von 0 auf –II).

Immer wenn sich bei einem Teilnehmer die Oxidationszahl erhöht UND GLEICHZEITIG bei einem anderen Reaktuionsteilnehmer verringert, hast du es mit einer Redoxreaktion zu tun.

Bei einer Redoxreaktion kann man ein sogenanntes Redoxsystem aufstellen. Ein Redoxsystem betrachtet genau die Teilnehmer einer Reaktion, die oxidiert bzw. reduziert werden.

Dazu stellst du zunächst die beiden Teilgleichungen auf:

Redoxsystem:

Oxidationsteilgleichung: Mg → Mg2+ + 2 e–
Reduktionsteilgleichung: O2 + 4 e– → 2 O2–

Ein Magnesiumatom gibt zwei Elektronen ab und wird dadurch zu einem zweifach positiv geladenen Magnesiumkation. Aus einem Magnesiumatom wird also ein Magnesiumkation und zwei abgegebene Elektronen.
Weil aber die Abgabe von Elektronen als Oxidation definiert ist, ist das logischerweise die Oxidationsteilgleichung.

Ein einzelnes Sauerstoffatom nimmt gerne zwei Elektronen auf, damit es eine Edelgaskonfiguration erreicht. Da aber ein Sauerstoff-Minimolekül aus zwei Sauerstoffatomen besteht, braucht man für jedes Sauerstoffatom im Minimolekül zwei Elektronen, also vier! Werden diese vier Elektronen dem Sauerstoff-Minimolekül zur Verfügung gestellt, dann trennen sich die Atome voneinander und werden zu zwei einzelnen Oxidanionen. Die Aufnahme von Elektronen ist aber gleichbedeutend mit einer Reduktion. Deshalb ist das die Reduktionsteilgleichung.

Doch nun musst du noch die sogenannte Elektronenneutralität beachten. Das heißt, dass du darauf achten musst, dass die Menge an abgegebenen Elektronen in der Oxidationsteilgleichung und die Anzahl der aufgenommenen Elektronen in der Reduktionsteilgleichung gleich groß sein müssen.

Das sind sie hier nicht, weil ein Magnesiumatom nur zwei Elektronen liefert, während du für die Trennung eines Sauerstoff-Minimoleküls vier Elektronen benötigst. Darum musst du die Oxidationsteilgleichung mit dem Faktor 2 multiplizieren:

Oxidationsteilgleichung: Mg → Mg2+ + 2 e–       I • 2

Oxidationsteilgleichung: 2 Mg → 2 Mg2+ + 4 e–

Nun kannst du das Redoxsystem vervollständigen:

Oxidationsteilgleichung: 2 Mg → 2 Mg2+ + 4 e–
Reduktionsteilgleichung: O2 + 4 e– → 2 O2–
----------------------------------------------------------------------------
Redoxgleichung: 2 Mg + O2 → 2 Mg2+ + 2 O2–

Du könntest nun noch den rechten Teil der Redoxgleichung zusammenfassen:

2 Mg2+ + 2 O2– = 2 MgO,

aber das ist nicht zwingend.

So! Wenn du jetzt noch einmal den ersten Satz dieser Erklärung liest, wirst du es diesmal vielleicht verstehen.

Die Redoxgleichung ist die Zusammenfassung der Oxidations- und Reduktionsteilgleichung in einem Redoxsystem, nachdem du die Elektronenneutralität beachtet hast...

Alles klar?

LG von der Waterkant