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Redoxgleichungen
Anorganische Chemie I – SeminarDozenten: Dr. Lothar Fink und
Dr. Christian Buchsbaum
- Sandra J. Mack –18. Juni 2014
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Redoxgleichungen
Wie erkennt man Redoxgleichungen?
Wie stellt man Redoxgleichungen auf?
Was ist bei pH-abhängigen und heterogenen Reaktionen zu beachten?
Fragestellungen
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GliederungRedoxgleichungen
• Redoxreaktionen
• Aufstellen von Redoxgleichungen
• pH-abhängige Redoxreaktionen
• Redoxreaktionen heterogener Systeme
• Disproportionierung und Komproportionierung
• Redoxsysteme in der Natur
• Zusammenfassung
• Literatur und Quellenangaben
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• Redox-Reaktion Abkürzung für Reduktions-Oxidations-Reaktion
• Was passiert? Elektronenübertragungen
• Oxidationen und Reduktionen nie isoliert → immer gemeinsam
• Veränderung der Oxidationszahlen bei einer Redoxreaktion → Oxidation: Oxidationszahl erhöht sich → Reduktion: Oxidationszahl verringert sich
x x+z
Teilgleichung Oxidation: A Az+ + z e- (oxidierte Form) y y-z
Teilgleichung Reduktion: B + z e- Bz- (reduzierte Form)
x y x-z y-z
Redoxreaktion: B + A Bz- + Az+
RedoxreaktionenRedoxgleichungen
korrespondierendes Redoxpaar
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Beispiel einer RedoxgleichungRedoxgleichungen
Beispiel „Knallgasreaktion“:
Oxidation: H2 2 H+ + 2 e-
Reduktion: O2 + 4 e- 2 O2-
Redoxreaktion: 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l)
±0 -II
±0 +I
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Aufstellen von RedoxgleichungenRedoxgleichungen
1. Oxidationszahlen bestimmen
2. Was wird oxidiert? Was wird reduziert?
3. Oxidations-/Reduktionsteilgleichungen
4. (von Reduktionsmittel abgegebene e-) = (von Oxidationsmittel aufgenommenen e-)
5. Gesamtgleichung (Redoxreaktion) aufstellen
6. Falls nötig: Stoff- und Ladungsausgleich über H+/H2O in sauren Lösungen und OH-/H2O in alkalischen Lösungen
Zur Überprüfung:
7. Ionenladungenlinks = Ionenladungenrechts (Ladungsausgleich)
8. Anzahl der Atomelinks = Anzahl der Atomerechts (Stoffausgleich)
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Ist die Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 eine Redoxreaktion?
CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (aq) Ca(HCO3)2 (aq)
Wenn die Rektion ein korrespondierendes Redoxpaar enthält, müssten sich die Oxidationszahlen ändern.
+II +IV -II +I –II +IV–II +II +I +IV -II
CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
Die Oxidationszahlen ändern sich nicht!
Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 ist keine Redoxreaktion!
Redoxgleichungen
Buchsbaum C., Allgemeine und Anorganische Chemie für Naturwissenschaftler, Skript zur Vorlesung WS 2013/2014
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pH-abhängige RedoxreaktionenRedoxgleichungen
Bei Redoxreaktionen in sauren bzw. alkalischen Lösungen ist darauf zu achten, dass ein
Stoff- und Ladungsausgleich über H2O und die entsprechenden Ionen durchgeführt wird.
Reaktion in saurer Lösung:
3 I2 + 5 ClO3-(aq) 6 IO3
-(aq) + 5 Cl-
(aq)
Ladungs- /Stoffausgleich! 3 I2 + 5 ClO3-(aq) + 3 H2O 6 IO3
-(aq) + 5 Cl-
(aq) + 6 H+
±0 +V +V -I
Reduktion
Oxidation
Reaktion in alkalischer Lösung:
2 MnO4- + 3 N2H4 2 MnO2 + 3 N2
Ladungs- /Stoffausgleich! 4 MnO4- + 3 N2H4 4 MnO2 + 3 N2 + 4 OH- + 4 H2O
Reduktion
Oxidation
+VII -II +IV ±0
Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage
Unausgeglichen!
Unausgeglichen!
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Oxidation: Zn Zn2+ + 2 e-
Reduktion: 2 H+ + 2 e-
H2
Redoxreaktion: Zn(s) + 2 HCl(aq) H2(g) + ZnCl2
Redoxreaktionen heterogener SystemeRedoxgleichungen
Heterogenes System: Reaktanden liegen in anderer Phase als die Produkte der Reaktion vor.
+I ±0
±0 +II
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DisproportionierungRedoxgleichungen
±0 +I –II +I -I -II +I
Cl2 (g) + H2O(l) 2H+(aq)
+ Cl- (aq)
+ OCl- (aq)
Redoxreaktion, bei der eine Substanz gleichzeitig zum Teil oxidiert und zum Teil reduziert wird1.
Beispiel „Schwimmbadgleichung“:
Elementares Chlor wird hier zu Chlorid (Cl-) und Hypochlorit (OCl-) umgesetzt.
Disproportionierung
1Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage
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KomproportionierungRedoxgleichungen
1Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage
Reaktion bei der zwei Verbindungen, in denen das gleiche Element mit unterschiedlichen Oxidationszahlen vorliegt, zu einer Verbindung mit einer dazwischenliegenden Oxidationszahl reagieren1.
Beispiel Komproportionierung von Permanganat- und Mangan-Ionen zu Mangandioxid:
+VII -II +II -II +I +IV –II +I -II
2 MnO4- + 3 Mn2+ + 4 OH- 5 MnO2 + 2 H2O
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Redoxsysteme in der NaturRedoxgleichungen
Wo spielen Redoxsysteme in der Natur eine Rolle?
• aerobe Atmung in den Mitochondrien:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
Sauerstoff: Oxidationsmittel, Kohlenstoff : Reduktionsmittel → an die Redoxsysteme ist die Energiegewinnung gekoppelt (ADP + P ATP)
• Elektronentransfer bei der Photosynthese:
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2
→ Kohlenhydrataufbau durch Umsetzung von CO2 aus der Luft und H2O
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
±0 +I –II ±0 +IV –II +I -II
Reduktion
Oxidation
Atmung, Fäulnis […]
Photosynthese
Mortimer C. E. und Müller U., Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 10. Auflage, 2010Heldt H.-W. und Piechulla B., Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag ,4. Auflage, 2008
Bruttogleichung
Bruttogleichung
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ZusammenfassungRedoxgleichungen
Wie erkennt man Redoxgleichungen?
Verändern sich die Oxidationszahlen? Werden Elektronen übertragen?
Wie stellt man Redoxgleichungen auf?
Oxidationszahlen bestimmen Oxidations-/ Reduktionsteilgleichungen(abgegebene e-) = (aufgenommene e-) Redoxreaktionsgesamtgleichung Stoff- und Ladungsausgleich (wenn nötig über H2O und entsprechende Ionen)
Was ist bei pH-abhängigen und heterogenen Reaktionen zu beachten?
Stoff- und Ladungsausgleich über H2O und die entsprechenden Ionen (OH- bzw. H+)
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Literatur und QuellenangabenRedoxgleichungen
Literaturverzeichnis:
Auner N., Allgemeine und Anorganische Chemie, Skript zur Vorlesung WS 2012/2013
Buchsbaum C., Allgemeine und Anorganische Chemie für Naturwissenschaftler, Skript zur Vorlesung WS
2013/2014
Heldt H.-W. und Piechulla B., Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag ,4. Auflage, 2008
Housecroft C. E. und Sharpe A. G., Anorganische Chemie, Pearson Verlag, 2. Auflage, 2006
Mortimer C. E. und Müller U., Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 10. Auflage, 2010
Riedel E. und Janiak C., Anorganische Chemie, de Gruyter Verlag, 8. Auflage, 2011
Watson et al., Molekularbiologie, Pearson Verlag, 6. Auflage, 2010
Internetquellen:
http://www.youtube.com/watch?v=qRw-5_5CIdU
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.
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