Was bedeutet Redoxreaktion?

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Von einer Redoxreaktion spricht man, weil bei einer Oxidation parallel eine Reduktion stattfindet. Nehmen wir als Beispiel Sauerstoff und Schwefel.

Der Sauerstoff ist das Oxidationsmittel. Er oxidiert Schwefel, nimmt Elektronen auf und wird dadurch selber reduziert. Der Schwefel ist das Reduktionsmittel. Er reduziert Sauerstoff, gibt Elektronen ab und wird dadurch selber oxidiert.

Elektronenaufnahme bedeutet Reduktion, Elektronenabgabe Oxidation.

Um dies zu erklären, muss ich etwas weiter ausholen - man muss erst einmal verstehen, was eine Oxidationszahl überhaupt ist. Aber erst mal die Kurzform der Antwort:

Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der sich Oxidationszahlen ändern.

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Jetzt der längere Weg dorthin:

Verschiedene Atome ziehen Elektronen verschieden stark an. Extrembeispiele sind Salze - hier gehen die Elektronen fast vollständig von einem Atom auf das andere über, dadurch bilden sich Ionen. Aber auch bei "gewöhnlichen" Bindungen ("Atombindungen", "Elektronenpaarbindungen", "kovalente Bindungen") zwischen verschiedenen Atomen halten sich die Elektronen vorzugsweise bei demjenigen Atom auf, das Elektronen stärker anzieht.

Bekanntestes Beispiel ist Wasser: Wasserstoff und Sauerstoff sind durch Elektronenpaare aneinander gebunden, aber Sauerstoff zieht die Elektronen sehr viel stärker an als Wasserstoff, sodass sich die Elektronen "lieber" in der Nähe des Sauerstoffs aufhalten. Damit hat man beim Sauerstoff eine negative "Partialladung" (eine schwach negative Ladung von deutlich weniger als einer Elementarladung) und beim Wasserstoff eine positive Partialladung. Das merkt man auch nach außen, weil das Wassermolekül gewinkelt ist und damit die "Ladungsschwerpunkte" nicht zusammenfallen.

Dieses Bestreben eines Atoms, Elektronen anzuziehen, nennt man "Elektronegativität". (Diese Größe ist bei den meisten Ausgaben des Periodensystems mit angegeben.)

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Der nächste Schritt sind "Formalladungen": man tut so, als wären alle Bindungen ionisch - als würden sich alle Elektronen bei Bindungen verschiedener Atome beim "elektronegativeren" Partner befinden. Dadurch hat z. B. beim Wassermolekül jedes der Wasserstoffatome die Formalladung +1 und das Sauerstoff die Formalladung -2. (Die Summe aller Ladungen muss natürlich 0 ergeben, weil das Wassermolekül als Ganzes elektrisch neutral ist.)

Bei Verbindungen zwischen gleichen Atomen verteilt man die Elektronen gleichmäßig, sodass in Verbindungen wie O2, N2, ... oder auch massiven Metallblöcken die Formalladung der einzelnen Atome 0 ist.

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Zum Begriff "Oxidation": Sauerstoff hat eine sehr große Elektronegativität, größer als fast alle anderen Elemente. (Außerdem kommt Sauerstoff in großen Mengen in der Atmosphäre vor, Reaktionen mit Sauerstoff sind also an der Tagesordnung.)

Seit der Entdeckung des Sauerstoffs nennt man eine Reaktion, bei der ein Stoff sich mit Sauerstoff verbindet, "Oxidation". (Den Begriff "Oxidation" gab es schon vorher, man hatte aber ganz andere Vorstellungen davon, was dabei passierte.)

Bei so einer Oxidation (im Sinne von "Sich-Verbinden mit Sauerstoff") sinkt in fast allen Fällen die Formalladung des Sauerstoffs und es steigt die Formalladung des anderen Reaktionspartners.

Diesen Begriff "Oxidation" hat man auf andere Reaktionen übertragen, bei denen sich Formalladungen ändern: Die Formalladung (zunächt abgesehen vom Vorzeichen) im Ergebnis (Produkt) nennt man "Oxidationszahl".

Weil beim Oxidieren die Formalladung des anderen, oxidiert werdenden, Reaktionspartners steigt, nimmt man für Oxidationszahl und Formalladung dasselbe Vorzeichen.

Im Wasser hat also jedes Wasserstoffatom die Oxidationszahl +1 und das Sauerstoffatom die Oxidationszahl -2.

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Bei sehr vielen Reaktionen ändern sich die Oxidationszahlen. Bei der "Knallgasreaktion" haben wir H2 und O2 als Ausgangsstoffe - hier sind die Oxidationszahlen allesamt 0, weil jedes Atom mit einem gleichartigen Atom verbunden ist.

Aber bei der Reaktion

2 H2 + O2 --> 2 H2O

erhält jedes Atom eine andere Oxidationszahl, damit haben wir hier eine Redoxreaktion.

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Aber es gibt auch Reaktionen, die keine Redoxreaktionen sind. Besonders wichtige Nicht-Redox-Reaktionen sind "Neutralisationsreaktionen", bei denen Säure und Base aufeinandertreffen und Salz und Wasser bilden.

Beispiel: Natronlauge NaOH und Salzsäure HCl.

In NaOH hat Na die Oxidationszahl +1, ebenso wie Wasserstoff, und Sauerstoff die Oxidationszahl -2. In HCl hat H die Oxidationszahl +1 und Cl die Oxidationszahl -1.

Beim Auflösen in Wasser zerfallen die Stoffe in Ionen:

NaOH --> Na^(+) (aq) + OH^(-)

HCl + H2O --> H2O^(+) + Cl^(-) (aq)

("^" bedeutet Hochstellung, "aq" "in wässriger ("aquatischer") Lösung. "(+)" und "(-)" bedeuten die Ionenladungen - der Übersicht halber in Klammern gesetzt - bei tatsächlicher Hochstellung lässt man die Klammern weg.)

Die Summe der Formalladungen eines Ions muss natürlich gleich der Ionenladung sein - die Elektronen werden bei der Formalladung ja nur anders verteilt, aber nicht rausgenommen oder reingeschoben. Beim Auflösen in Wasser ändern sich also keine Oxidationszahlen. (Bitte selbst davon überzeugen.)

Wenn nun Natronlauge und Salzsäure aufeinander treffen, bildet sich Kochsalz (das bei zu hoher Konzentration ausfallen kann):

Na^(+) + Cl^(-) --> NaCl

und Wasser:

OH^(-) + H3O(+) --> 2 H2O

In NaCl hat Na immer noch die Formalladung und damit die Oxidationszahl +1, ebenso Cl die Oxidationszahl -1 - hier hat sich nichts geändert, diese Teilreaktion ist also keine Redoxreaktion.

In OH^(-) und H3O^(+) haben H und O ebenso wie in Wasser die Oxidationszahlen +1 und -2, sodass auch beide Male die Summe der Oxidationszahlen die Ionenladung ergibt.

Da H und O im Wasser, das sich bildet, dieselben Oxidationszahlen haben wie in den Ionen, ist auch diese Teilreaktion keine Redox-Reaktion.

Weil keine der Teilreaktionen eine Redox-Reaktion ist, ist auch die Gesamtreaktion keine Redox-Reaktion.

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