Redox-Reaktion (Reduktion und Oxidation) einfach erklärt + Beispiele

Inhaltsverzeichnis:

  1. Reduktions-Oxidations-Reaktion
  2. Redoxreaktionen in saurem Milieu
  3. Redoxreaktionen in alkalischem Milieu
  4. Zusammenfassung

Reduktions-Oxidations-Reaktion

Sehr viele chemische Reaktionen lassen sich als sogenannte Reduktions-Oxidations-Reaktionen (oder kurz: „Redox-Reaktion“) klassifizieren. Diese werden so genannt, weil man sie in 2 Halbreaktionen, eine Reduktion und eine Oxidation zerlegen kann.

Es liegt immer dann eine solche Redox-Reaktion vor, wenn Elektronen von einem Reaktionspartner auf den anderen übergehen. Eine Oxidation ist dadurch gekennzeichnet, dass Elektronen abgegeben werden, und die Oxidationszahl steigt. Wir müssen beachten, dass bei diesen Reaktionen die Elektronen auf der rechten Seite des Reaktionspfeils, d.h. bei den Produkten der Reaktion stehen, da diese ja abgegeben werden. Bei der Reduktion ist es genau umgekehrt: Es werden Elektronen aufgenommen, und die Oxidationszahl sinkt. Die Elektronen stehen folglich bei den Edukten auf der linken Seite des Reaktionspfeils.

Bei einer solchen Reaktion bezeichnet man den Stoff, der den anderen oxidiert, als Oxidationsmittel. Umgekehrt bezeichnet man den Stoff, der den anderen reduziert, als Reduktionsmittel. Sehen wir uns zur Verdeutlichung ein kleines Beispiel an.

Wir betrachten dazu die Reaktion von elementarem Magnesium mit Chlorgas.

Latex formula

Wie finden wir nun heraus, ob es sich bei dieser Reaktion um eine Redox-Reaktion handelt und wie unterteilen wir diese in Reduktion und Oxidation? Dazu müssen wir die Oxidationszahlen aller beteiligten Stoffe bestimmen, die an der Reaktion teilnehmen. So kann man herausfinden, ob sich die Oxidationszahlen der Elemente verändern. Wenn dies der Fall ist, dann handelt es sich um eine Redox-Reaktion, da eine Änderung der Oxidationszahl ein Indiz dafür ist, dass Elektronen von einem Reaktionspartner auf einen anderen übergehen. Dann können wir diese Reaktion in die 2 Halbreaktionen unterteilen.

Die Oxidationszahl von Magnesium ändert sich von [0] auf [+2], d.h. die Oxidationszahl erhöht sich.
Also wissen wir, dass es sich hier um die Oxidation handelt.

Latex formula

Hier ist die Halbreaktion jedoch noch nicht ausgeglichen, da auf den beiden Seiten unterschiedliche Ladungen auftreten. Auf der linken Seite haben wir eine Ladung von [0], auf der rechten Seite ist es derzeit [+2]. Das ist so, weil wir die Ladung der Elektronen noch nicht beachtet haben. Wir wissen jedoch, dass bei der Oxidation die Elektronen auf der rechten Seite, also bei den Produkten stehen, da die Elektronen ja abgegeben werden.
Da das Magnesium-Ion 2-fach positiv geladen ist, benötigen wir 2 Elektronen, um die Ladung auszugleichen. Damit erhalten wir dann:

Latex formula

Im Umkehrschluss können wir feststellen, dass die Reduktion lautet:

Latex formula

Wenn wir auch diese wieder mit Elektronen ausgleichen, lautet die korrekte Halbreaktion der Reduktion somit:

Latex formula

Wir überprüfen, ob es sich hierbei tatsächlich um die Reduktion handelt, indem wir nachsehen, ob die Oxidationszahl sinkt. Das ist auch der Fall, da die Oxidationszahl von Chlor von [0] auf [ -1] sinkt. Die Elektronen müssen bei der Reduktion auf der linken Seite, also auf der Seite vor dem Pfeil stehen, da die Elektronen ja aufgenommen werden.

Da die Anzahl der Elektronen, die in der Oxidation abgegeben werden der Anzahl der in der Reduktion aufgenommenen Elektronen entspricht und die Ladung der linken und rechten Seite sowohl bei der Oxidation als auch bei der Reduktion identisch ist, sind wir fertig.

Würde die Anzahl der abgegebenen Elektronen nicht der Anzahl der aufgenommenen Elektronen entsprechen, müssten wir eine Halbreaktion mit einer ganzen Zahl multiplizieren, um dies zu erreichen.

Zusammenfassend erhalten wir also:

Latex formula

Bei der Gesamtgleichung werden die Elektronen nicht aufgezählt, da deren Anzahl auf der rechten Seite ja genau deren Anzahl auf der linken Seite entspricht. Somit könnte man diese gewissermaßen wegkürzen.

Redoxreaktionen in saurem Milieu

Verläuft eine Reaktion in saurer Lösung bzw. mit Säure, so muss man etwas anders vorgehen.
Hierzu wollen wir ein Beispiel betrachten. Es reagiert Kupfer mit Salpetersäure unter Bildung von Stickstoffdioxid und Kupfernitrat. Zuerst sehen wir uns an, welche Stoffe reagieren und notieren uns dies.

Latex formula

Wie gewohnt können wir die Halbreaktionen formulieren:

Latex formula

Bei der Oxidation kann Latex formula weggelassen werden, da es sich hierbei lediglich um einen Säurerest handelt, dessen Oxidationszahl während der Reaktion unverändert bleibt. Nun beginnen wir die Halbreaktionen wieder auszugleichen. Dazu betrachten wir als erstes die Oxidation und sehen, dass dem Ion noch 2 Elektronen fehlen, da diese ja vom Atom abgegeben werden.

Somit erhalten wir also für die Oxidation:

Latex formula

Parallel hierzu benötigt die Salpetersäure 1 weiteres Elektron, damit die Oxidationszahlen links und rechts vom Reaktionspfeil übereinstimmen. Nun sehen wir, dass durch die Ionen und Elektronen auf beiden Seiten ein Ladungsunterschied auftritt. Dieser wird im sauren Milieu mit Latex formula ausgeglichen. Dieses müssen wir auf die linke Seite des Reaktionspfeils schreiben, um das Elektron auszugleichen:

Latex formula

Jetzt haben wir allerdings das Problem, dass auf der linken und rechten Seite nicht die gleiche Anzahl von Atomen derselben Art vorhanden ist. Wir gleichen die Differenz durch das Hinzufügen von Wasser aus und erhalten:

Latex formula

Nun können wir wieder wie gewohnt vorgehen. Unser nächster Schritt wäre jetzt zu prüfen, ob die Anzahl der abgegebenen Elektronen gleich der Anzahl der aufgenommenen entspricht. Dies ist nicht der Fall, da in der Oxidation 2 Elektronen abgegeben werden, in der Reduktion jedoch nur 1 aufgenommen wird. Um diesen Unterschied auszugleichen, multiplizieren wir die Reduktion mit dem Faktor 2 und erhalten:

Latex formula

Die Oxidation bleibt unverändert und lautet:

Latex formula

Nun können wir wieder die Redox-Gleichung schreiben und lassen die Elektronen weg. (Diese würden sich ja „herauskürzen“)

Latex formula

Redoxreaktionen in alkalischem Milieu

Bei Redox-Reaktionen in alkalischer Lösung kann man genauso vorgehen wie bei Reaktionen in saurem Milieu, muss jedoch anstatt mit Latex formula mit Latex formula ausgleichen.

Zusammenfassung

  1. Oxidationszahlen bestimmen und prüfen, welche Atome Elektronen aufnehmen und welche diese abgeben
  2. Formulierung als Halbreaktionen; Oxidation und Reduktion
  3. Jede Halbreaktion für sich ausgleichen, notwendige Elektronen hinzufügen, Ladungsausgleich:
    1. In saurem Milieu mit Latex formula
    2. In alkalischem Milieu mit Latex formula ausgleichen
  4. Mit Wasser ausgleichen
  5. Prüfen, ob die Anzahl der abgegebenen Elektronen der Anzahl der aufgenommenen entspricht. Wenn notwendig, Halbreaktion mit einer ganzen Zahl multiplizieren, sodass die Anzahl gleich ist.
  6. Auf beiden Seiten vorkommende Teilchen, wie etwa Elektronen, lassen sich „kürzen“
  7. Formulierung als Gesamtgleichung
  8. Prüfen, ob Atomanzahl auf beiden Seiten der Gleichung identisch ist und ob Gesamtladung auf beiden Seiten übereinstimmt
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