Redoxreaktionen

Redoxreaktionen sind sehr vereinfacht ausgedrückt Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Atom zu einem anderen übertragen werden. Eine Oxidation ist der Vorgang der Elektronenabgabe. Die Reduktion ist der Vorgang der Elektronenaufnahme. Reduktionen (Elektronenaufnahmen) und Oxidationen (Elektronenabgaben) laufen nie getrennt voneinander ab. Die bei einer Reduktion benötigten Elektronen werden von anderen Elementen geliefert, die dabei Elektronen abgeben (oxidiert werden). Im Umkehrschluss müssen bei einem Oxidationsvorgang abgegebene Elektronen von einem anderen Element oder Ion aufgenommen werden, dass dadurch reduziert wird. Bei diesen parallel zueinander laufenden Reduktionen und Oxidationen spricht man von einem Redox-System oder auch einer Redox-Reaktion.

Bei einer Redoxreaktion müssen die bei der Oxidation abgegeben Elektronen gleich der Anzahl der bei der Reduktion aufgenommenen Elektronen sein!

Demnach muss ebenso die Summe der Oxidationszahlen aller beteiligten Atome vor und nach der Reaktion gleich sein. Oxidationszahlen werden in einem anderen Lexikonartikel genauer erklärt. Bei der formalen Betrachtung einer Redoxreaktion formuliert man beide Halbreaktionen (Oxidation, Reduktion) zuerst einzeln und formuliert daraus die Gesamtreaktion.

Beispiel: Magnesium reagiert mit Sauerstoff

Oxidation: Mg -> Mg2+ + 2e-

Reduktion:O2 + 4e- -> 2 O2-

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Magnesium gibt in der Reaktion mit Sauerstoff Elektronen ab, Sauerstoff nimmt diese Elektronen auf. Da nach der obigen Regel die Anzahl der abgegebenen Elektronen gleich der Anzahl der aufgenommenen Elektronen sein muss, multipliziert man die obere Gleichung mit 2

Oxidation: 2 Mg -> 2 Mg2+ + 4e-

Reduktion: O2 + 4e--> 2 O2-

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Redox: 2 Mg + O2 -> 2 Mg2+ + 2 O2-

-> 2 MgO

2 Magnesiumatome reagieren mit einem Sauerstoffmolekül zu 2 Magnesiumoxidmolekülen. Wichtig zu merken ist: Bei manchen Reaktionen ist es nötig die Reaktionspartner mit geeigneten Faktoren zu multiplizieren, um auf die gleiche Elektronenanzahl in beiden Halbreaktionen zu gelangen! Ein weiteres Beispiel verdeutlicht das noch klarer.

Beispiel: Eisen reagiert mit Sauerstoff

Oxidation: Fe -> Fe3+ + 3e- x4

Reduktion: O2 + 4e- -> 2 O2- x3

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Oxidation: 4 Fe -> 4 Fe3+ + 12e-

Reduktion: 3O2 + 12e- -> 6 O2-

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Redox: 4Fe + 3O2 -> 4 Fe3+ + 6 O2-

-> 2 Fe2O3

Oxidationsmittel und Reduktionsmittel

Ein Stoff, der eine große Tendenz zur Abgabe von Elektronen hat (also oxidiert wird) und somit die für eine Reduktion benötigten Elektronen liefert wird Reduktionsmittel genannt. Reduktionsmittel geben Elektronen an die Reaktionspartner ab; dadurch werden diese reduziert.

Starke Reduktionsmittel sind Wasserstoff, unedle Metalle, Kohlenstoff, leicht brennbare organische Stoffe, Hydride und Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff, Natriumsulfid, Natriumsulfit, Natriumdithionit oder Natriumthiosulfat.

Ein Stoff, der eine große Tendenz zur Aufnahme von Elektronen hat (also reduziert wird) und somit die bei einer Oxidation gelieferten Elektronen aufnimmt wird Oxidationsmittel genannt. Oxidationsmittel nehmen Elektronen von den Reaktionspartnern auf; dadurch werden diese oxidiert.

Starke Oxidationsmittel sind neben Sauerstoff auch die Halogene, sauerstoffhaltige Verbindungen mit Atomen hoher Oxidationszahlen (Kaliumpermanganat mit Mn= +VII, Kaliumdichromat mit Cr = + VI) und Edelmetallkationen

Korrespondierende Redoxpaare

Die eben beschriebenen Halbreaktionen eines Redoxsystems (Oxidation und Reduktion) bestehen aus jeweils einem korrespondierenden Redoxpaar. Das bedeutet nicht mehr, als das z.B. die Oxidation des Eisens zu Eisen(III)ionen nicht nur in eine Richtung abläuft, sondern auch in die andere Richtung ablaufen kann. Eisen(III)ionen können durch Zugabe von Elektronen wieder zum ursprünglichen Eisen reduziert werden. Wesentlich dafür ist der Reaktionspartner. Trifft Eisen auf ein starkes Oxidationsmittel wird es oxidiert. Treffen Eisenionen auf ein starkes Reduktionsmittel werden sie wieder zu Eisen reduziert. Aussagen darüber mit welchen Partnern ein Redoxpaar oxidiert oder reduziert wird kann man mit Hilfe der Spannungsreihe treffen. Ein entsprechender Artikel im Lexikon behandelt das Thema genauer.

Fe <-> Fe3+ + 3e

O2 + 4e- <-> 2 O2-

2 Mg <-> 2 Mg2+ + 4e-

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