Reaktionsgleichung von Eisen mit Schwefel?
Hi, ich soll die Redoxreaktion von Eisen und Schwefel aufschreiben. Wir hatten aber bisher nur Redoxreaktionen in den Hauptgruppen. Jetzt habe ich keine ahnung ob Eisen Oxidation oder Reduktion ist und wie das überhaupt aufgebaut ist.
Kann mir jemand Helfen ? Und vielleicht auch erklären ?
Bedanke mich im vorrauss
2 Antworten
Moin,
puh, das wird für dich jetzt ein bisschen etwas zu lesen geben, denn ich bemühe mich jetzt mal, dir das Schritt für Schritt zu erklären... Du schriebst in einem Kommentar, dass du erst in der 8. Klasse bist. Dafür ist das aber ein ziemlich anspruchsvolles Thema. Trotzdem bemühe ich mich, das auf dein Niveau zu bringen, damit du es verstehen kannst.
Beim Aufstellen eines Redoxschemas gehst du folgendermaßen vor:
1. Aufstellen des Reaktionsschemas
a) Aufstellen der Wortgleichung
So weißt du, wer mit wem zu welchen Stoffen reagiert. Hier wäre das
Eisen und Schwefel reagieren zu Eisen-II-sulfid.
Das Problem bei Nebengruppenelementen ist, dass sie nicht selten in mehreren Ionenformen (Oxidationsstufen) auftreten. So ist das auch beim Eisen. Es gibt verschiedene Oxidationsstufen, aber hauptsächlich tritt Eisen als zweifach positiv geladen auf (Fe^2+) oder dreifach positiv geladen (Fe^3+). Warum das so ist, hat etwas mit dem Feinbau der Elektronenhülle von Atomen zu tun. Das ist aber für dein Niveau noch etwas zu schwierig, deshalb rate ich dir, von den in der Schule am häufigsten verwendeten Nebengruppenelementen die Ionen einfach auswendig zu lernen. So viele sind das nämlich gar nicht (siehe Liste unten)...
Wenn du dir das selbst beibringen musst, wirst du beim Eingeben des Suchbegriffs „Eisensulfid” feststellen, dass es zwei davon gibt, nämlich Eisen-II-sulfid (FeS) und Eisen-III-sulfid (Fe2S3). Aber wenn du diese beiden Möglichkeiten weiter ergoogelst, dann stellst du über Eisen-III-sulfid fest, dass es instabil ist und bereits bei Raumtemperatur in Eisen-II-Sulfid und Schwefel zerfällt. Darum kannst du sicher sein, dass bei dieser Reaktion Eisen-II-sulfid entsteht.
Später, wenn du dich etwas länger mit Chemie auseinandergesetzt haben wirst, weißt du solche Dinge dann auswendig, weil sie dir dann schon öfter untergekommen sein werden.
b) Aufstellen einer vorläufigen Formelgleichung
Hier besteht deine Aufgabe ausschließlich darin, die Wortgleichung (siehe a) in die chemische Formelsprache zu übersetzen. Dabei geht es noch nicht darum, die fertige (ausgeglichene) Reaktionsgleichung zu erstellen, sondern nur darum, von allen Reaktionsteilnehmern die korrekte Formel zu finden. In deinem Fall wäre das:
Fe + S ---> FeS
Eisen (siehe Wortgleichung) hat das Symbol Fe. Eisen gehört nicht zu den sieben Ausnahmen, bei denen die kleinsten Teilchen des Elements nicht einzelne Atome, sondern zweiatomige Minimoleküle sind. Nur der Vollständigkeit halber: Diese Ausnahmen wären Wasserstoff (H2), Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) sowie die vier Halogene Fluor (F2), Chlor (Cl2), Brom (Br2) und Iod (I2).
Wie gesagt, Eisen gehört nicht zu diesen Ausnahmen. Deshalb entspricht beim Element Eisen das Symbol auch gleichzeitig der Formel in einer Reaktionsgleichung.
Das gleiche gilt im Prinzip auch für Schwefel. Allerdings gibt es hier Lehrkräfte, die es bevorzugen, dass ihre Schülerinnen und Schüler anstelle einzelner Atome Schwefel von Ringen ausgehen, in denen acht Schwefelatome miteinander verknüpft sind. Wenn deine Lehrkraft dazu gehört, musst du anstelle des „S” ein „S8” verwenden. Die Folgen davon zeige ich weiter unten. Für den Moment gehe ich davon aus, dass Schwefel in einzelnen Atomen vorliegen soll. Dann entspricht auch hier das Symbol der Formel in einer Reaktionsgleichung.
Eisen-II-sulfid ist nun eine Verbindung. Man findet es nicht im Periodensystem der Elemente (PSE), sondern muss sich erschließen, wie die Formel aussieht (oder in Büchern oder im Internet nachsehen). Wir erschließen uns die Formel nun selbst...
Eisen-II-sulfid ist eine Verbindung aus Eisen und Schwefel, wie der Name verrät. Die römische Zahl II im Namen zeigt uns an, in welcher Oxidationsstufe das Eisenkation vorliegt, nämlich hier als zweifach positiv geladen.
Schwefel ist ein Hauptgruppenelement. Bei diesen Elementen ist es insofern einfach, als die Hauptgruppennummer auch gleich die Anzahl der Valenzelektronen (Außenelektronen) in der äußeren Schale der entsprechenden Atome des betrachteten Elements entspricht. Da Schwefel in der 6. Hauptgruppe (HG) steht, haben seine Atome also sechs Valenzelektronen.
Um eine stabile Edelgaskonfiguration in der Atomhülle erreichen zu können, fehlen Schwefelatomen nur zwei weitere Elektronen. Deshalb sind sie in chemischen Reaktionen daran interessiert, diese fehlenden zwei Elektronen von einem Reaktionspartner zu erhalten. Wenn sie die fehlenden zwei Elektronen aber bekommen und aufnehmen, dann werden sie zu zweifach negativ geladenen Sulfidanionen (S^2–). Immerhin nehmen sie mit den Elektronen ja zwei negative Ladungsträger auf.
Umgekehrt ist das beim Eisen nicht ganz so einfach vorherzusagen, gerade weil Eisenatome (bevorzugt) zwei oder drei Elektronen abgeben können und somit zu zweifach oder dreifach positiv geladenen Ionen werden.
Doch wir wissen ja schon aufgrund der Recherche (bzw. weil ich es dir bereits verraten habe), dass Eisen-III-sulfid instabil ist. Daher wissen wir auch, dass wir es im Eisensulfid mit den zweifach positiv geladenen Eisenkationen zu tun haben. Das bedeutet auch, dass die ungeladenen Eisenatome in dieser Reaktion zwei Elektronen an ihren Reaktionspartner abgeben, um dadurch zu zweifach positiv geladenen Eisenkationen zu werden.
Na, und dann ist der Rest einfach. Wir fragen uns nämlich, wie viele zweifach positiv geladene Eisenkationen man braucht, um mit zweifach negativ geladenen Sulfidanionen eine Formel zu erhalten, in der keine Ionenladung unausgeglichen übrig bleibt. Einmal 2+, einmal 2– ergibt zusammen keine wirksame Ladung mehr. Deshalb lautet die Formel von Eisen-II-sulfid FeS.
c) Erstellen der ausgeglichenen Reaktionsgleichung
Hier nun musst du dafür sorgen, dass von jedem einzelnen Elementsymbol auf beiden Seiten des Reaktionspfeils jeweils die gleiche Anzahl ist. Wenn das nicht der Fall sein sollte, musst du Faktoren vor die Formeln setzen, denn die Formeln selbst darfst du nicht verändern, wenn du sie einmal als korrekt erkannt hast (siehe Schritt b).
Du musst die vorläufige Reaktionsgleichung anpassen, weil es da so ein chemisches Grundgesetz zur Erhaltung der Masse gibt. Dieses besagt, dass in einer chemischen Reaktion keine Masse hinzu kommt und (im Prinzip) auch keine Masse verloren geht. Oder anders ausgedrückt: Die Summe der Massen aller Ausgangsstoffe (Edukte) ist gleich der Summe der Massen aller Endstoffe (Produkte).
Fe + S ---> FeS
Du hast links 1 x Fe, rechts auch. Du hast links 1 x S, rechts auch. Das ist alles. In diesem Fall musst du nichts weiter tun, weil bereits in der vorläufigen Formelgleichung alles ausgeglichen war. Das ist nicht immer so.
Kommen wir auf das Problem zurück, dass manche Chemiker*innen meinen, man solle in Reaktionsgleichungen für elementaren Schwefel besser die Formel S8 verwenden (weil Schwefel bevorzugt in diesen S8-Ringen vorliegt). Dann hätte deine vorläufige Formelgleichung folgendermaßen ausgesehen:
Fe + S8 ---> FeS
An Fe und FeS ändert sich nichts (Erklärung siehe oben). Aber anstelle des einfachen S steht nun S8. Was bedeutet das für das Aufstellen der ausgeglichenen Reaktionsgleichung? - Nun, du hast zunächst immer noch links 1 x Fe und rechts auch. ABER: Jetzt hast du links 8 x S, rechts aber nur 1 x S (im FeS). Das musst du mit einem Faktor ausgleichen. Du darfst jetzt nicht einfach aus FeS kurzerhand FeS8 machen, weil du damit die korrekte Formel veränderst und somit zu einer falschen machen würdest. Das Vervielfachen eines Elementsymbols geht nur, indem du Faktoren verwendest. Dazu benötigst du das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV). In diesem Fall suchst du das kgV von 8 (Anzahl von S links) und 1 (Anzahl von S rechts). Das kgV von 8 und 1 ist 8. Darum musst du rechts vor die Formel mit dem S eine 8 als Faktor schreiben:
Fe + S8 ---> 8 FeS
Nun hast du links und rechts jeweils 8 x S, weil ein Faktor vor einer Formel für alle Bestandteile der Formel gilt.
Tja, aber leider hast du mit der Verachtfachung der Menge an S im 8 FeS auch die Menge an Fe verachtfacht. Somit stimmt dessen Bilanz nun nicht mehr, denn links hast du nach wie vor nur 1 x Fe, rechts jetzt allerdings 8 x Fe.
Das lässt sich aber einfach lösen, indem du auch vor die Formel von Fe die 8 als Faktor setzt (kgV von 1 und 8). Dann erhältst du
8 Fe + S8 ---> 8 FeS
Und wieder ist alles ausgeglichen. Die Reaktionsgleichung ist soweit fertig.
d) Vervollständigte Reaktionsgleichung
Manchmal ist es wichtig oder interessant noch weitere Besonderheiten einer chemischen Reaktion in der Formelsprache festzuhalten. Dazu zählen zum Beispiel die Zustände, in denen reagierende Stoffe vorliegen. Das können Aggregatzustände sein (fest, flüssig, gasförmig) oder eine Information dazu, ob der Stoff in Wasser gelöst vorliegt. Es gibt noch mehr von solchen nützlichen Hinweisen, aber ich will dich nicht unnötig überfordern, falls ihr so etwas noch nicht hattet (wovon ich ausgehe). Deshalb belasse ich es an dieser Stelle bei der ausgeglichenen Reaktionsgleichung.
2. Aufstellen des Redoxschemas
Hierzu unterteilst du die oben dargestellte Reaktionsgleichung in zwei Teilgleichungen, nämlich die der Oxidation und die der Reduktion. Zunächst ist wichtig festzuhalten, dass es nur eine Oxidation (Reduktion) geben kann, wenn gleichzeitig auch eine Reduktion (Oxidation) stattfindet. Das eine gibt es nicht ohne das andere.
Dann ist es wichtig zu wissen, dass eine Oxidation dann vorliegt, wenn ein Teilchen Elektronen abgibt (Elektronenabgabe = Oxidation). Folgerichtigerweise liegt dann eine Reduktion in dem Moment vor, wo ein Teilchen Elektronen aufnimmt (Elektronenaufnahme = Reduktion).
Erinnere dich: Oben wurde beschrieben, dass und warum Schwefelatome zwei Elektronen aufnehmen. Es wurde auch erläutert, dass Eisenatome zwei Elektronen abgeben. Also wird Eisen hier oxidiert, der Schwefel dagegen reduziert. Deshalb:
Oxidationsteilgleichung: Fe ---> Fe^2+ + 2 e^–
Reduktionsteilgleichung: S + 2 e^– ---> S^2–
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Redoxgleichung: Fe + S ---> Fe^2+ + S^2–
Wenn du willst, dannst du nun noch die beiden Ionen Fe^2+ und S^2– zusammenfassen:
Fe + S ---> FeS
womit du wieder bei der Reaktionsgleichung von oben landest. Solltet ihr aber noch gar kein Redoxschema gehabt haben (wovon ich eigentlich ausgehe), dann beachte den Punkt 2 nicht weiter...
Alles klar?
LG von der Waterkant
Es entsteht FeS (Eisen +II)
aber warum gibt Eisen 2 ab es steht doch in der 8. Gruppe. Damit ist es doch im oktett zustand...
ok ich guck mal im Internet was d-elektronen sind
bin in der 8. Klasse deswegen hatten wir das noch nicht und wegen Home-Office muss ich mir das selbst beibringen
ja aber wie ? also die Redoxreaktion