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Oxidation und Reduktion – ChemieWenn du die Oxidation und die Reduktion verstehst, dann wirst du die Welt der chemischen Reaktionen leicht erobern können! Das Konzept von Oxidation und Reduktion ist heute sehr umfassend. Das war nicht immer so. Deswegen beginnen auch wir mit einem früheren Verständnis der Oxidation. Anhand von einfachen Beispielen für Oxidation und Reduktion lernen wir dann das erweiterte und heute verwendete Konzept für Oxidation und Reduktion kennen. Oxidation und Reduktion als Aufnahme und Abgabe von SauerstoffUnter Oxidation verstand man früher einfach eine Verbrennung. Das Rosten von Eisen zählte man als stille Verbrennung dazu. Der berühmte französische Chemiker Lavoisier erklärte im 18. Jahrhundert den Begriff Oxidation als Sauerstoffaufnahme. $Magnesium + Sauerstoff \xrightarrow{Oxidation} Magnesiumoxid$ $2 ~Mg + O_2 \xrightarrow{Oxidation} 2 ~MgO$ Es geht aber auch umgekehrt, wie der folgende Fall beweist. Quecksilberoxid enthält schon Sauerstoff. Es nimmt keinen Sauerstoff mehr auf, sondern es gibt beim Erwärmen den Sauerstoff ab: $Quecksilberoxid \xrightarrow{Reduktion} Quecksilber + Sauerstoff$ $2 ~HgO \xrightarrow{Reduktion} 2 ~Hg + O_2$ Die Abgabe von Sauerstoff wird als Reduktion bezeichnet. Mit diesem Konzept konnte man bereits viele chemische Prozesse erklären. So werden Metalle meist aus ihren Erzen, den Metalloxiden, gewonnen. Man gewinnt das elementare Metall dann durch Reduktion der Metalloxide. Oxidation und Reduktion als Elektronentransfer-ReaktionDa bei Redoxreaktionen immer Elektronen von einem zum anderen Stoff übertragen werden, brauchen wir die Redoxreaktionen nicht mehr auf die Aufnahme und die Abgabe von Sauerstoff zu beschränken. Wir können die Redoxreaktionen auf die Aufnahme und die Abgabe von Elektronen erweitern. Der Stoff, der oxidiert wird und Elektronen abgibt, ist der Elektronendonator. Der Stoff, der reduziert wird und Elektronen aufnimmt, ist der Elektronenakzeptor. 1. Beispiel: Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff $2~Mg + O_2 \xrightarrow{Redoxreaktion} 2 ~MgO$ Eine Teilreaktion ist die Oxidation, bei der jedes Magnesiumatom als Elektronendonator zwei Elektronen ($e^-$) abgibt: $\underbrace{2~~Mg}_{Elektronendonator} \xrightarrow{Oxidation} ~~~2 ~Mg^{2+} ~~+ ~~4 ~e^-$ Die andere Teilreaktion ist die Reduktion, bei der jedes Sauerstoffatom als Elektronenakzeptor zwei Elektronen aufnimmt: $\underbrace{O_2}_{Elektronenakzeptor} + ~~4 ~~~e^{-} \xrightarrow{Reduktion} ~~~2~~O^{~2-}$ Die vier ausgetauschten Elektronen – rechts $4~e^{-}$ bei der Oxidation und links $4~e^{-}$ bei der Reduktion – kürzt man heraus und die Ionen werden als Salzverbindung $MgO$ zusammengefasst. Dann nimmt die Redoxreaktion die bekannte Form an: $2 ~Mg + O_2 \longrightarrow 2 ~MgO$ Wir halten als Definition für Oxidation und Reduktion fest: 2. Beispiel: Reaktion von Natrium mit Chlor $Natrium + Chlor \longrightarrow Natriumchlorid$ $2 ~Na + Cl_2 \xrightarrow{Redoxreaktion} 2 ~NaCl$ Oxidation des Natriums: $\underbrace{2 ~~Na}_{Elektronendonator} \xrightarrow{Oxidation} ~~~2 ~Na^{+} ~~+ ~~2 ~e^-$ Reduktion des Chlors: $\underbrace{Cl_2}_{Elektronenakzeptor} + ~~2 ~~~e^{-} \xrightarrow{Reduktion} ~~~2~~Cl^{~-}$ Die zwei ausgetauschten Elektronen – rechts $2~e^{-}$ bei der Oxidation und links $2~e^{-}$ bei der Reduktion – kürzt man heraus und die Ionen werden als Salz NaCl zusammengefasst. Dann nimmt die Redoxreaktion die bekannte Form an: $2 ~Na + Cl_2 \longrightarrow 2 ~NaCl$ Wegen der Übertragung von Elektronen ist eine Redoxreaktion immer eine Elektronentransfer-Reaktion. Dabei gilt immer die Bedingung der Elektronengleichheit. Das heißt, die Summe der bei der Oxidation abgegebenen Elektronen ist gleich der Summe der bei der Reduktion aufgenommenen Elektronen. Oxidationsmittel und ReduktionsmittelSchauen wir auf das letzte Beispiel, die Bildung von Kochsalz: $2 ~Na + Cl_2 \xrightarrow{Redoxreaktion} 2 ~NaCl$ Das Natrium, das selbst oxidiert wird und dabei ein Elektron abgibt, ist hier das Mittel, um Chlor zu reduzieren. Natrium ist somit ein Reduktionsmittel.
Korrespondierende RedoxpaareWir schauen noch einmal auf die Bildung von Kochsalz: $2 ~Na + Cl_2 \longrightarrow 2 ~NaCl$ Jetzt betrachten wir die Teilreaktion von Natrium mit einem Reaktionspfeil für die Hin- und Rückreaktion: $\color{red}\text{Oxidation}$ $~~~2 ~Na \rightleftharpoons 2 ~Na^{+} ~+ ~2 ~e^-$ $~~\color{blue}\text{Reduktion}$ Der Pfeil nach rechts zeigt die Oxidation des Natriums und der Pfeil nach links zeigt die Reduktion des Natriumions. Man spricht von dem korrespondierenden Redoxpaar $Na/Na^+$. Zusammenfassung zur Oxidation und Reduktion
Hinweise zum VideoIn diesem Video geht es um Redoxreaktionen. Du lernst den Unterschied zwischen Oxidation und Reduktion kennen. Die Redoxreaktionen werden ausgehend vom Konzept der Aufnahme und Abgabe von Sauerstoff auf das Konzept der Elektronentransfer-Reaktion erweitert. Schließlich lernst du auch die Begriffe Oxidationsmittel, Reduktionsmittel und korrespondierendes Redoxpaar kennen. Übungen und Arbeitsblätter Transkript Oxidation und Reduktion – DefinitionGuten Tag und herzlich willkommen! In diesem Film geht es um Definitionen. Es geht um die Oxidation und Reduktion aus dem gleichnamigen Abschnitt. Als Vorkenntnisse solltet ihr die Begriffe Atom, Ion und Molekül gut verstehen. Euch sind Säuren, Basen und Salze bekannt. Ihr wisst Bescheid über Elektronen und die Elektronenhülle. Mein Ziel ist es, euch zu einer grundlegenden Klärung der Begriffe im klassischen und modernen Sinne zu verhelfen. Ich möchte, dass ihr den Begriff der Redoxreduktion versteht. Gliederung: 1. Das ursprüngliche Verständnis. 2. Elektronenfluss. 3. Erweiterung des Redoxbegriffes und 4. Reaktionspartner. 1. Das ursprüngliche Verständnis: Unter Oxidation versteht man gewöhnlich eine Verbrennung. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten der Oxidation, wie zum Beispiel die Rostbildung. Somit kann man die Oxidation in Verbrennung und stille Oxidation unterteilen. Ein großer wissenschaftlicher Fortschritt war die Erkenntnis, dass es sich bei Oxidation um Sauerstoff-AUFNAHME handelt. Ein Beispiel für eine typische Oxidation: Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid (2Mg+O2→2MgO). Im Ergebnis der Reaktion wird Energie frei. Es geht aber auch umgekehrt, wie der folgende Fall beweist. Quecksilberoxid enthält schon Sauerstoff. Es nimmt keinen Sauerstoff mehr auf. Beim Erwärmen hingegen bildet sich aus Quecksilberoxid Quecksilber. Der Sauerstoff des Quecksilberoxids wird freigesetzt. In Formelschreibweise erhalten wir: 2HgO→2Hg+O2. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Reduktion. Eine Reduktion bedeutet immer Sauerstoff-ABGABE. Wir haben also zu unterscheiden zwischen der Oxidation eines Metalls wie der Oxidation von Magnesium zu Magnesiumoxid und der Reduktion eines Metalls wie der Abspaltung des Sauerstoffs vom Quecksilberoxid und dann Bildung von Quecksilber. Wir resümieren: Oxidation und Reduktion stehen zueinander wie Reaktion und Umkehrreaktion. Eine Reaktion, die man von beiden Seiten lesen kann, als Oxidation und als Reduktion, bezeichnet man als Redoxreaktion. Diese Reaktionen sind mit Sauerstoff-AUFNAHME und/oder Sauerstoff-ABGABE verbunden. 2. Elektronenfluss: Betrachten wir eine allgemeine Redoxreduktion, die vom Stoff I zum Stoff II führt. Es lässt sich zeigen, dass bei Redoxreduktionen immer Elektronen von einem zum anderen Stoff übertragen werden. Der Stoff, welcher Elektronen abgibt, wird als Elektronendonator bezeichnet. Entsprechend nennt man den Stoff, der Elektronen aufnimmt - Elektronenakzeptor. Diese Überlegungen gestatten 3. die Erweiterung des Redoxbegriffes: 2 Atome Magnesium → 2 Magnesiumionen. Dabei verlieren sie 4 Elektronen. Das ist eine Oxidation. Eine Oxidation ist eine chemische Reaktion, die unter Elektronenabgabe abläuft. 1 Sauerstoffmolekül → 4 Elektronen zu 2 2-fach negativ geladenen Sauerstoffionen. Eine solche Reaktion bezeichnet man als Reduktion. Sie wird von einer Elektronenaufnahme begleitet. Bilanziert man Oxidation und Reduktion, so ergibt sich die Gesamtreaktion - die Redoxreaktion. Diese ist uns bereits bekannt: 2Mg+2O2→2MgO. Magnesium + Sauerstoff --> Magnesiumoxid. Wir stellen fest, dass Redoxreaktionen immer mit Elektronen-ABGABE und Elektronen-AUFNAHME verbunden sind. Betrachten wir ein weiteres Beispiel, zunächst die Oxidation: 2 Natriumatome → 2 Natriumionen, wobei sie 2 Außenelektronen verlieren. Es kommt zur Elektronen-ABGABE, zur Oxidation. Und nun die Reduktion: 1 Chlormolekül nimmt 2 Elektronen auf und es entstehen 2 Chloridionen. Die Reduktion ist gekennzeichnet durch die Elektronen-AUFNAHME. Bilanzierung von Oxidation und Reduktion ergibt die Redoxreaktion. Auch diese Reaktion ist eine alte Bekannte: 2Na+Cl2→2NaCl. Wir können verallgemeinern: Oxidation bedeutet Elektronen-ABGABE. Reduktion ist Elektronen-AUFNAHME. Wir haben bereits gelernt, dass Oxidation und Reduktion, wenn sie gleichzeitig ablaufen, als Redoxreaktion bezeichnet werden. Wegen der Übertragung von Elektronen nennt man die Redoxreaktion auch Elektronentransfer-Reaktion. Eine Redoxreaktion besteht somit immer aus Oxidation und Reduktion. Dabei gilt immer die Bedingung der Elektronengleichheit. Das heißt, die Summe der abgegebenen Elektronen ist gleich der Summe der aufgenommenen Elektronen. 4. Reaktionspartner: Kehren wir noch einmal zurück zur Reaktion von Natrium mit Chlor: 2Na+Cl2→2NaCl. Wir haben bereits gelernt, dass Natriumatome, Natriumione unter Verlust von Elektronen bilden. 2Na→2Na^++2 Elektronen. Es kommt zur Elektronenabgabe, das heißt, es findet eine Oxidation statt. Natrium stellt Elektronen für die Redoxreaktion zur Verfügung, das heißt es handelt sich um ein sogenanntes Reduktionsmittel. Betrachten wir die 2. Teilreaktion: Cl2 nimmt 2 Elektronen auf. Es entstehen 2 Chloridionen. Elektronen-AUFNAHME bedeutet Reduktion. Da das Chlormolekül dem Reaktionspartner Elektronen entreißt, ist es ein Oxidationsmittel. Zwischen Reduktionsmittel und Oxidationsmittel kann man bei jeder Redoxreaktion unterscheiden. Oxidationsmittel oxidieren - sie werden reduziert. Typische Oxidationsmittel sind Sauerstoff und die Halogene. Reduktionsmittel reduzieren - sie werden oxidiert. Typische Reduktionsmittel sind Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. Aus den letztgenannten Überlegungen ergibt sich noch ein interessanter Aspekt. Betrachten wir noch einmal die Abgabe eines Elektrons vom Natriumatom unter der Bildung eines Natriumions. Dieser Prozess läuft unter Elektronenabgabe ab - es ist eine Oxidation. Betrachtet man die Reaktion von rechts nach links, so wird ein Elektron aufgenommen - wir haben es mit einer Reduktion zu tun. Natrium liefert Elektronen - es ist ein Reduktionsmittel. Das Natriumion nimmt ein Elektron auf - es ist ein Oxidationsmittel. Mir kommt es hier nur auf das Prinzip an. Die Erfahrenen unter euch werden schon festgestellt haben "Na, ganz stimmt das nicht". Das Reduktionsmittel ist hier nämlich sehr stark, während das Oxidationsmittel eigentlich nur auf dem Papier vorhanden ist, es ist schwach. Solche Stoffe, die bei Redoxreaktion sich nur um 1 oder mehrere Elektronen voneinander unterscheiden, bezeichnet man als korrespondierende Redoxpaare. Im konkreten Fall sind dass das Natriumatom und das entsprechende Natriumion. Und damit möchte ich das nicht ganz einfache Thema für heute abschließen. Ich wünsche euch alles Gute - auf Wiedersehen! WEITERLESEN34 Kommentare34 Kommentare
Mehr Kommentare Oxidation und Reduktion – Definition ÜbungDu möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Oxidation und Reduktion – Definition kannst du es wiederholen und üben.
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