Redox-Reaktionen

Ein beliebtes Thema bei den Lehrern die Redoxreaktion – aber viele Schüler tun sich dabei schwer. Doch was ist dieses Redox?

Eine Redoxreaktion ist eine Reaktion wo eine Oxidation und eine Reduktion gleichzeitig ablaufen…. ok… was?

Also ganz von vorne! Ersteinmal schauen wir uns an was eine Oxidation und eine Reduktion ist.

Eine Oxidation ist ganz einfach eine Elektronenabgabe! Das bedeutet ein Atom gibt Elektronen ab, die Oxidationszahl wird positiver. Elektronen sind negativ geladene Teilchen. (mehr dazu wird es unter: Was sind Elementarteilchen geben)

Eine Reduktion ist eine Elektronenaufnahme – das heißt ein Atom nimmt Elektronen auf. Die Oxidationszahl wird negativer.

Was ist eine Oxidationszahl?
Die Oxidationszahl gibt die Ionenladung eines Atoms an.

Für die Ermittlung der Oxidationszahl gibt es ein paar Regeln… die ihr leider auswendig lernen müsst…

1) Elemente besitzen immer die Oxidationszahl null (zb.: O2, N2, Na, Mg ….)

2) Flour ein Halogen, besitzt immer in Verbindungen die Oxidationszahl -| (römische Zahl für 1) Außernahme: als Element F2 – Regel 1.

3)Sauerstoff erhält in allen Verbindungen die Oxidationszahl -|| Ausnahmen: Als Element O2, in Peroxiden H2O2 (Oxidationszahl -|) und in Verbindung mit Flour erhält der Sauerstoff die Oxidationszahl +II

4)Metalle haben positive Oxidationszahlen – meist stimmen sie mit der Hauptgruppennummer überein. Metalle findet ihr in der ersten und zweiten Hauptgruppe. (Und den Nebengruppen)

5) Wasserstoff erhält in Verbindungen meist die Oxidationszahl +I. Ausnahmen: Als Element H2 oder in Metallhydriden bps. NaH, da hat das Natrium die postive Oxidationszahl +I – was in Regel Nummer 4 steht – und der Wasserstoff dann eine von -I .

Und noch ein wichtiger Grundsatz bevor ich euch alles an Beispielen zeige: Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome einer Verbindung, entspricht dessen Gesamtladung. Was bedeutet das?

-> Bei ungeladenen Verbindung z.B.: MgCl2, muss die Summe der Oxidationsladung null ergeben. Also Mg hat +II und Cl -I, ist aber zwei mal vorhanden also ist es insgesamt ungeladen (Cl2) .

->Bei einatomigen Ionen ist die Oxidationszahl genau der Ladung bsp.: Na1+ hat die Oxidationszahl +I

-> Mehratomige Ionen haben die Ladung entsprechend ihrer Summe an Oxidationszahlen Bsp.: CrO42-, hat die Oxidationszahl zusammen -II, Chrom hat + VI (also 6) und Sauerstoff -II (also2) 6-2=4. daher ist die Ladung auch -2 und die Oxidationszahl auch minus 2.

Oxidation & Reduktion

Und nun geht es ans Aufstellen der Reaktionsgleichung ?

Elementares Magnesium und Chlorgas reagieren zu Magensiumchlorid:

Mg + Cl2 ____> 2 MgCl2

Schauen wir uns die Eduktseite an (links vom Reaktionspfeil)!
Magnesium und Chlor stehen hier als Elemente da, dass heißt sie besitzen die Oxidationszahl von Null (siehe Regel 1). Ihr findet Magnesium in der zweiten Hauptgruppe und Chlor in der 7 Hauptgruppe – Chlor kommt als Element immer zweifach in einer Verbindung vor, so geht es allen in der 7 Hauptgruppe, wenn sie als Element vorliegen, genauso wie Sauerstoff und Stickstoff….

Mg 0 + Cl2 0 ____> 2 MgCl2

Schauen wir uns die Produkte an (rechts vom Reaktionspfeil) dort steht Magnesiumchlorid, Magnesium hat eine Oxidationszahl nun von +II und Chlor von -I

Mg + Cl2 ____> 2 Mg +II Cl2-I

Ok… wie komme ich nun darauf? Magnesium ist ein Metall und steht in der 2 Hauptgruppe, die Regel 4 besagt, das diese Atome immer postiv geladen sind und meist ihrer Hauptgruppe entsprechen. Und wie mache ich das bei Chlor? Jetzt wird es spannend – Chlor nimmt die Elektronen auf die Magnesium abgibt – Magnesium gibt 2 Elektronen ab – daher wird die Oxidationszahl um 2 postiver. Chlor nimmt also 2 Elektronen auf und geht von O auf -II – aber halt warum steht da nur -I? Das liegt daran, das Chlor zwei mal vorkommt und somit jeder ein Elektron aufnimmt.

Einmal zur Veranschaulichung:

Mg 0 ____> Mg +II + 2e- , also Elektronenabgabe. Oxidation

Cl2 0 + 2e- _____> Cl2 -I, also Elektronenaufgabe. Reduktion

Und bevor wir mit schwierigen Aufgaben beginnen, klären wir nochmal was die Wörter: Oxidationsmittel und Reduktionsmittel bedeuten.

Oxidationsmittel: Ein Oxidationsmittel ist ein Teilchen, das Elektronen aufnimmt. Das heißt im unserem Beispiel wäre es Chlor.

Reduktionsmittel: Ein Reduktionsmittel ist ein Teilchen, das Elektronen abgibt. Also in unserem Beispiel wäre es Magnesium.

Jetzt wird es spannend:

So und nun nehmen wir Aufgaben wo wir mit H3o+ oder OH und H20 ausgleichen müssen. Keine Angst Step by Step bekommen wir das hin.

Das ist unsere Gleichung: ClO3 + SO2→ SO42- + Cl (sauer) Das heißt wir gleichen es mit H30+ Ionen und Wasser aus, wenn da alkalisch stehen würde , würden wir mit OH ausgleichen)

Also zunächst suchen wir und die Oxidationszahlen raus und überlegen uns was Oxidiert und was Reduziert.

Oxidation: S +IV ____> S +VI + 2e-

Ok – Schauen wir uns die Produktseite an: Sauerstoff hat die Oxidationszahl von -II (siehe Regel 3) und kommt 2 mal vor – das seht ihr an der tiefgestellten 2. Das bedeutet insgesamt ist die Oxidationszahl von Sauerstoff -IV . Schwefel hat demnach eine Oxidationszahl von + IV , da das Molekül ungeladen ist.

Und jetzt die Eduktseite, dort ist Sauerstoff 4 mal vorhanden also eine Oxidationszahl von insgesamt -VII und Schwefel dann von +VI – warum nicht +VII? Da diese Verbindung zweifach negativ geladen ist, das erkennt ihr an der hochgestellten 2- . Erinnern wir uns: Mehratomige Ionen haben die Ladung entsprechend ihrer Summe an Oxidationszahlen, von Sauerstoff wissen wir aufgrund der Regeln wie die Oxidationszahl ist, von dem Schwefel nicht – daher rechnen wir diese aus und da die Verbindung zweifach negativ geladen ist, ist die Oxidationszahl nur + VI.

Reduktion: Cl+V+ 6 e- ____> Cl-I

Gleiche Prinzip wie oben schon erklärt. Also ClO3, Sauerstoff hat insgesamt die Oxidationszahl -VI, Chlor +V, da die Verbindung einmal negativ geladen ist. Cl ist einfach negativ geladen.

So nun kommt das Ausgleichen ins Spiel, denn wir ihr seht haben wir einmal 2 Elektronen die abgegeben werden aber 6 elektronen die aufgenommen werden – und das können wir so nicht stehen lassen, wo sollen denn die fehlenden 4 Elektronen herkommen und was ist mit dem Atomausgleich?

Atomausgleich (mit H30+ und Wasser):

Oxidation: 6 H20 + SO2 ___> So42+ 2 e- + 4 H30+ – Die Reaktion muss ausgeglichen sein, also auf jeder Seite des Reaktionspfeiles müssen genauso viele Sauerstoffatome sein und Wasserstoff sowie Schwefelatome stehen. Und die gesamt Ladung auf jeder Seite null betragen, deshalb wird auf der Seite wo die abgegeben Elektronen stehen das H30+ hinzugefügt.

Reduktion: ClO3-+ 6 e- + 6 H3O+ ___> Cl +9 H2O

Jetzt haben wir das mit den Elektronen noch nicht geklärt – darum nun der Elektronenausgleich:

Wir nehmen die Oxidation x3 und die Reduktion x 1 – warum? Uns fehlen bei der Oxidation noch 4 Elektronen um 6 Elektronen zu erhalten und 2 x 3 = 6 🙂

Oxidation: 6 H20 + SO2 ___> So42 + 2 e- + 4 H30+ I x3

18H20 + 3SO2 ___> 3So42- + 6 e- + 12H30+

Reduktion: ClO3-+ 6 e- + 6 H3O+ ___> Cl +9 H2O I x1 bleibt so 🙂

Ok und nun schreiben wir die gesammte Gleichung auf und erhalten:

18H2O + 3 SO2+ ClO3 + 6e-+ 6H3O +→ 3 SO42- + 6e– + 12H3O+ + Cl + 9H2O

Ganz schön unübersichtlich oder? Nun kommt der Spaß – wir dürfen kürzen!!! Dazu schaut man sich die Eduktseite und die Produktseite an – und auch nur so darf man kürzen!

Und dann schaut unsere Reaktionsgleichung so aus (Ich habe makiert, was ich gekürzt habe)

9 H2O + 3 SO2+ ClO3→ 3 SO42- + 6 H3O+ + Cl

Schwups und nun sind wir fertig! Also die Aufgabe… 🙂

Also ihr lieben, ich hoffe ich konnte euch ein wenig die Welt der Redoxreaktion erklären!

Bei Fragen gerne melden 🙂

Eure Phytohexe

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