Chemie redoxreaktion?b hilfe sos?

Das hier ist die Aufgabe  - (Schule, Mathe, Chemie)

3 Antworten

Hallo noizyfan

ich vermute, die erste Schwierigkeit besteht im Bestimmen der Oxidationszahlen. Wenn das geschafft ist, ist der Rest ein Kinderspiel.

Leider kann ich es hier nicht zeichnen und ich kenne auch keine Seite im Netz, die das anschaulich darstellt, deshalb muss ich es mit Worten versuchen.

Bei den beiden Reaktionen ändern sich die Oxidationszahlen (OZ) von Cu und die des C-Atoms, das die OH-Funktion trägt.

Bei der OZ-Bestimmung in organischen Verbindungen nutzt man die Elektronegativitäten (EN) und malt das Molekül in der Lewis-Schreibweise auf.

Nun werden alle Elektronen einer Bindung dem elektronegativeren Partner zugeschlagen: Für Methanol gilt dann:

C - H -Bindung: beide Elektronen zum C

C - O -Bindung: beide Elektronen zum O

Am besten charakterisiert man das durch Halbkreise. Nun zählt man die Elektronen, die dem C-Atom noch verbleiben. Dies sind 6 Elektronen, nämlich die der 3 C-H-Bindungen. Ein C-Atom hat ungeladen 4 Valenzelektronen. Von dieser Zahl zieht man die verbleibenden Elektronen ab. Also 4 - 6 = -2. Dies ist die OZ des C-Atoms in Methanol.

Jetzt zum Methanal:

C - H -Bindung: beide Elektronen zum C

C = O -Bindung: alle vier Elektronen zum O

Dem C-Atom verbleiben die 4 Elektronen der beiden C-H-Bindungen. Dann gilt wie oben: 4 - 4 = 0. Dies ist die OZ des C-Atoms in Methanal.

Da die OZ sich von -2 auf 0 ändert, werden 2 Elektronen abgegeben.

Oxidation:

CH3OH ---> CH2O + 2 e^- + 2 H^+

Die Reduktion ist vergleichsweise einfach:

CuO + 2 e^- + 2H^+ ---> Cu + H2O

Die Gleichungen zusammenfassen, wobei die e^- und die H^+ entfallen:

CH3OH + CuO ---> CH2O + Cu + H2O

Die Reaktion des Ethanol zum Ethanal ist ähnlich:

CH3CH2OH + CuO ---> CH3CHO + Cu + H2O

Aber es besteht ein Unterschied, und der besteht in den OZ des entscheidenden C-Atoms.

Zusätzlich zu den C-H - und C-O -Bindungen gibt es jetzt eine C - C -Bindung. Hier ist die Regel, das die Atome geteilt werden, wenn gleiche Atome miteinander verbunden sind, und jedes C-Atom ein Elektron enthält.

Also:

C - H -Bindung: beide Elektronen zum C

C - O -Bindung: beide Elektronen zum O

C - C -Bindung: nur 1 Elektron zum C

So ergibt sich hier die OZ -1 und im Ethanal von +1.

Versuch mal, ob du das nachvollziehen kannst.

Wie beim Methanol werden also auch hier 2 Elektronen verschoben.

LG

Moin,

na, na, nicht verzweifeln...

Okay, du hast es mit einer Redoxreaktion zu tun, so viel weißt du ja schon. Bei diesem Reaktionstyp geht es im Grunde darum, dass ein Reaktionsteilnehmer Elektronen abgibt (er wird oxidiert), während ein anderer Reaktionsteilnehmer diese Elektronen aufnimmt (er wird reduziert). Dementsprechend kannst du solche Reaktionen in zwei Teilgleichungen teilen, eine Oxidation und eine Reduktion.

Um erkennen zu können, wer oxidiert und wer reduziert wird, ist es hilfreich, sich die Oxidationszahlen anzuschauen. Um das hier nicht ausufern zu lassen, beschränke ich mich mal auf die wesentlichen Teilnehmer...

Methanol:

Oxidation: H3C(–II)–OH + O^2– -----> H2C(0)=O + 2 e^– + H2O

Der Kohlenstoff (C) im Methanol hat die Oxidationsstufe –II. Wieso? Nun, in Verbindungen mit Atombindungen kann man so tun, als würden auch sie aus Ionen aufgebaut sein. Dazu schaut man sich die Elektronegativitätswerte jedes Bindungspartners an und teilt die bindenden Elektronenpaare stets dem elektronegativeren Partner vollständig zu. Tun wir das: Der Kohlenstoff hat drei Bindungen zu Wasserstoffatomen und eine zu dem Sauerstoff einer Hydroxygruppe (–OH). Wasserstoff hat eine EN von 2,2. Kohlenstoff hat eine EN von 2,5. Sauerstoff hat eine EN von 3,5. Darum werden alle drei Bindungen zu den jeweiligen Wasserstoffatomen vollständig dem Kohlenstoffatom zugesprochen. Die Bindung zum Sauerstoff wird dagegen vollständig dem Sauerstoff zugesprochen.

Nach dieser Zuteilung der Bindungselektronen hat der Kohlenstoff insgesamt sechs Elektronen, weil ihm drei bindende Elektronenpaare (also 3 x 2 Elektronen) zugesprochen wurden. Vergleicht man diese sechs Elektronen mit der Anzahl, die ein ungebundenes Kohlenstoffatom hat, dann stellt man fest, dass dieses Kohlenstoffatom nach der Zuteilung zwei Elektronen mehr hat, denn im ungebundenen (elementaren) Zustand hat Kohlenstoff vier Valenzelektronen. Zwei Elektronen mehr bedeutet auch zwei negative Ladungsträger mehr. Darum hat dieses Kohlenstoffatom die theoretische Ladung –2. Und weil die Ladung (auch eine theoretische Ladung) der Oxidationsstufe des Teilchens entspricht, hat der Kohlenstoff die Oxidationszahl –II.

Okay, im Methanal (Formaldehyd) hat der Kohlenstoff nur noch die Oxidationsstufe 0 (Null). Wie dies? Nun, auch hier teilen wir die bindenden Elektronenpaare zu. Die Bindungen zu den beiden Wasserstoffen werden wieder vollständig dem Kohlenstoff zugesprochen. Die beiden bindenden Elektronenpaare zum Sauerstoffatom werden dagegen vollständig dem Sauerstoff zugesprochen. Nach der Zuteilung hat der Kohlenstoff vier Elektronen. Das ist genau die gleiche Menge wie die eines elementaren Kohlenstoffatoms. Kein Elektron mehr, kein Elektron weniger, also insgesamt die Oxidationsstufe 0 (Null).

Wenn du dir diese Veränderung der Oxidationsstufen anschaust, erhöht sich die Oxidationszahl von –II auf 0. Das kann nur dadurch erklärt werden, dass hier zwei Elektronen abgegeben wurden. Eine Elektronenabgabe bezeichnet man als Oxidation.

Gleichzeitig musst du dafür sorgen, dass aus dem Methanol zwei Wasserstoffteilchen weniger vorhanden sind als im Methanal. Die muss also jemand übernommen haben. Und kommt das Oxid-Anion aus dem Kupfer-II-oxid gerade recht. Dieses Oxid-Anion vereinigt sich mit zwei Wasserstoff-Ionen zu Wasser. So kommst du also insgesamt auf die Oxidationsteilgleichung

Oxidation: H3C–OH + O^2– ---> H2C=O + H2O + 2 e^–

Wenn eine Oxidation stattfindet, muss gleichzeitig damit auch eine Reduktion einhergehen (Keine Oxidation ohne einhergehende Reduktion und umgekehrt). Wer nimmt also die beiden abgegebenen Elektronen auf? - Richtig: wir haben in der Suppe ja auch noch Kupfer-Kationen:

Reduktion: Cu^2+(+II) + 2e^– ---> Cu(0)

Hier werden also die zweifach positiven Kupfer-Kationen zu elementarem Kupfer reduziert. Die Oxidationszahl eines (einfachen) Kations entspricht seiner Ladung. Hier ist das Kation zweifach positiv geladen, also ist seine Oxidationszahl +II. Die Oxidationsstufe von Elementen ist 0 (Null). Das entspricht daher einer Verringerung (Reduktion!) der Oxidationszahl von +II auf 0.

Das Redoxsystem sieht vollständig so aus:

Oxidation: H3C–OH + O^2– ---> H2C=O + H2O + 2e^–
Reduktion: Cu^2+ + 2e^– ---> Cu
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Redoxreaktion: H3C–OH + Cu^2+ + O^2– ---> H2C=O + Cu + H2O

Alles klar?

Okay, kommen wir zum Ethanol...

Oxidation: H3C–C(–I)H2–OH + O^2– -----> H3C–C(+I)H=O + H2O + 2e^–

Hier gilt im Prinzip das Gleiche wie oben bereits geschrieben wurde. Der entscheidende Kohlenstoff hat im Ethanol die Oxidationsstufe –I. Aber wieso? Nun, die beiden Bindungen zu den Wasserstoffatomen werden ihm vollständig zugesprochen. Die Bindung zum Hydroxy-Sauerstoff werden dagegen vollständig dem Sauerstoff zugesprochen. Von der letzten Bindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen bekommt jeder Kohlenstoff ein Elektron zugesprochen, weil die EN der beiden gleichen Bindungspartner genau gleich groß ist. Das macht insgesamt fünf zugesprochene Elektronen und somit ein Elektron mehr als Kohlenstoff im elementaren Zustand hat. Daher die theoretische Ladung –1 und die daraus resultierende Oxidationszahl –I.

Entsprechendes gilt dann für die Oxidationsstufe des entscheidenden Kohlenstoffs im Ethanal (Acetaldehyd). Ein bindendes Elektronenpaar aus der Bindung zum Wasserstoff, ein weiteres Elektron aus dem bindenden Paar zum anderen Kohlenstoff und kein Elektron aus den Bindungen zum Sauerstoff. Macht zusammen drei Elektronen und damit ein Elektron weniger als im ungebundenen Zustand. Ein Elektron weniger heißt eine theoretische Ladung von +1 und somit einer Oxidationszahl von +I.

Beim Kupfer verändert sich nichts. Daher erhältst du folgendes Redoxsystem:

Oxidation: CH3–CH2–OH + O^2– ---> CH3–CH=O + H2O + 2e^–
Reduktion: Cu^2+ + 2e^– ---> Cu
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Redoxreaktion: CH3–CH2–OH + Cu^2+ + O^2– ----> CH3–CH=O + Cu + H2O

Alles klar?

LG von der Waterkant

Du warst schneller :))

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@Zwergbiber50

Macht doch nichts; vielleicht ist meins zu lang oder deins besser verständlich oder unsere Texte ergänzen sich gut... Hauptsache wir konnten helfen, gelle?! ;o)

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