Redoxreaktion
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Grundlagen zum Thema Redoxreaktion
Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff reduziert wird und ein anderer oxidiert. Häufig beteiligt an Redoxreaktionen sind Metalle und Sauerstoff. Sie können zu Metalloxiden reagieren und wieder zurück. Dabei ist Sauerstoff das Oxidationsmittel. Verschiedene Metalle können in der Redoxreihe nach ihrem Reaktionsvermögen mit Sauerstoff geordnet werden. Dabei gilt: Je edler das Metall, desto mehr Energie wird benötigt, damit es mit Sauerstoff reagiert.
Metalle sind unterschiedlich reaktionsfreudig bzw. reaktionsträge. Um eine Klassifizierung diesbezüglich zu generieren, wurde die sogenannte Reaktionsreihe bzw. Reaktivitätsreihe entwickelt. Hier werden die Metalle von reaktionsträge (unten bzw. rechts) nach reaktionsfreudig (oben bzw. links) eingeteilt. Dies ist wichtig, um einschätzen zu können, wie leicht oder schwer ein Metall gewonnen und dann auch weiterverwendet werden kann.
| Vereinfachte Reaktivitätsreihe der Metalle |
|---|
| $\ce{Li}$ | $\ce{Ca}$ | $\ce{Na}$ | $\ce{Mg}$ | $\ce{Al}$ | $\ce{Zn}$ | $\ce{Fe}$ | $\ce{Pb}$ | $\ce{Cu}$ | $\ce{Ag}$ | $\ce{Hg}$ | $\ce{Au}$ |
Beginnen wir von unten: Gold und Silber kommen als Reinstoffe auf der Erde vor, da sie sehr reaktionsträge sind. Daher waren sie unter den ersten Metallen die schon in prähistorischen Zeiten gefunden und genutzt wurden. Etwas reaktionsfreudiger ist Kupfer, es kommt in der Natur meist als Kupfererz vor. Aus diesem Gestein kann durch Zugabe von Kohlenstoff und Erhitzung sehr leicht reines Kupfer gewonnen werden. Geschichtlich gesehen markiert die Entdeckung von Kupfer den Übergang von der Steinzeit zur Kupferzeit.
Es gibt noch weitere relativ reaktionsträge Metalle, die in der Reaktionsreihe nur knapp darüber zu finden sind, zum Beispiel Zinn. Die Mischung von Zinn und Kupfer führte dann zur Bronzezeit – so wie die Entdeckung von Eisenerz den Beginn der Eisenzeit einläutete.
Erst viel später konnten die Metalle am oberen Ende der Reaktivitätsreihe gewonnen und genutzt werden, denn alle Metalle ab Aluminium können nicht durch Erhitzung mit Kohlenstoff gewonnen werden, sondern müssen per Elektrolyse von ihrem Erz getrennt werden.
So beschreibt die Reaktivitätsreihe schlussendlich auch die Entwicklung der Menschheitsgeschichte vom prähistorischen Gold bis zum modernen Aluminium und anderen heute häufig genutzten Metallen.
Transkript Redoxreaktion
Thema dieses Films sind Redoxreaktionen. Das sind Reaktionen, bei denen eine Oxidation und eine Reduktion gleichzeitig ablaufen. Vor allem die Gewinnung von Metallen wie Eisen und Kupfer ist ohne Redoxreaktionen nicht möglich. In der Natur kommen viele Metalle nicht in ihrer Reinform, sondern als Verbindung mit anderen Elementen vor. Solche Verbindungen können Metalloxide sein, die durch die Oxidation entstanden sind. Bei dieser exothermen chemischen Reaktion verbinden sich Stoffe mit Sauerstoff zu Oxiden. In den Metalloxiden ist kein elementares Metall vorhanden. Um das Metall zu gewinnen, muss dem Metalloxid der Sauerstoff wieder entzogen werden. Eine Reaktion, bei der einem Oxid der Sauerstoff wieder entzogen wird, nennt man Reduktion. Diese läuft endotherm ab, also unter Zufuhr von Energie. Eine Reduktion ist die Umkehrung der Oxidation. Wenn man zum Beispiel Quecksilberoxid stark erhitzt, so wird diese Verbindung aufgespalten. Wir erhalten elementares Quecksilber und Sauerstoff. Allerdings kann den meisten Metalloxiden, wie zum Beispiel dem Kupferoxid, der Sauerstoff nicht durch bloßes Erhitzen wieder entzogen werden. Um diese Verbindung zu lösen wird ein weiterer Stoff benötigt. Man kann Kupferoxid reduzieren, indem man es zum Beispiel mit Kohlenstoff reagieren lässt. Werden die beiden Stoffe miteinander erhitzt, so entstehen als Endprodukte Kupfer und ein Gas. Es handelt sich dabei um das Kohlenstoffdioxid, dass durch eine Fällungsreaktion im Kalkwasser nachgewiesen werden kann. Es sind also zwei Reaktionen gleichzeitig abgelaufen. Während das Kupferoxid zu Kupfer reduziert wurde, ist der Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Wir haben es hier mit einer Redoxreaktion zu tun. Da in einer Redoxreaktion, bei der Teilreaktion Oxidation sehr viel Energie freigesetzt wird, ist die Gesamtreaktion exotherm. In einer Redoxreaktion im engeren Sinn wird der Sauerstoff des Oxids an den anderen beteiligten Stoff abgegeben. Ein Stoff, der Sauerstoff an andere Stoffe abgibt, wie in unserem Fall das Kupferoxid, wird dann als Oxidationsmittel bezeichnet. Der sauerstoffaufnehmende Stoff, wie hier der Kohlenstoff, heißt Reduktionsmittel. Der Sauerstoff wandert also vom Oxidationsmittel auf das Reduktionsmittel über. Metalloxide können mit Hilfe von verschiedenen Stoffen reduziert werden, so auch von anderen Metallen. Doch nicht jedes Metall kann als Reduktionsmittel für andere Metalloxide dienen. So kann zum Beispiel das Kupferoxid in einer Redoxreaktion mit Eisen zu Kupfer reduziert werden. Aus Eisen entsteht dann Eisenoxid. Andersherum funktioniert die Reaktion nicht, Eisenoxid kann nicht durch Kupfer reduziert werden. Allerdings kann man Eisenoxid in einer Redoxreaktion mit Aluminium reduzieren. Wie wir im Versuch sehen, wird bei dieser Reaktion eine sehr große Menge an Energie freigesetzt. Diese ist so hoch, dass das entstehende Eisen sogar schmilzt. Die verschiedenen Metalle sind also unterschiedlich starke Reduktionsmittel. Ein Metalloxid kann nur von einem anderen Metall reduziert werden, wenn dieses ein höheres Reduktionsvermögen hat. Dabei ergibt sich eine Rangfolge. Man spricht von der Redoxreihe der Metalle. In der Reihe links befinden sich die Metalle mit einem starken Reduktionsvermögen. Das sind Metalle, die bereitwillig mit Sauerstoff reagieren. Sie oxidieren leicht, wobei viel Energie freigesetzt wird. Man bezeichnet diese Metalle als unedle Metalle. Je weiter man sich nach rechts in der Redoxreihe bewegt, desto mehr nimmt ihr Reduktionsvermögen ab. Ganz rechts stehen Metalle, die fast gar keinen Sauerstoff aufnehmen. Man nennt sie Edelmetalle. Sie können nicht ohne Weiteres oxidieren. Schon seit dem Altertum gelten daher zum Beispiel Gold und Silber als wertvoll. In der Natur kommen Edelmetalle häufig in ihrer Elementarform vor. Dagegen haben unsere häufigsten Gebrauchsmetalle wie Eisen und Kupfer ein höheres Reduktionsvermögen und treten daher selten aus Element in der Natur auf. Erst durch Redoxreaktionen und bei hohen Temperaturen können diese Metalle gewonnen werden.
Redoxreaktion Übung
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Vervollständige den Text über die Grundlagen von einfachen Redoxreaktionen.
TippsMetall, welches nicht in Form einer chemischen Verbindung vorliegt, wird auch als elementares Metall bezeichnet.
Bei der Oxidation von Kohlenstoff mit Sauerstoff entsteht ein sehr berühmtes Treibhausgas.
In dem Namen Redoxreaktion sind bereits die Namen der beiden Teilreaktionen versteckt.
LösungMetalle kommen in der Natur meist als chemische Verbindungen wie zum Beispiel als Oxide vor. Um die Metalle nutzen zu können, wird diesen zuerst der Sauerstoff in einer Redoxreaktion entzogen. Bei Redoxreaktionen finden gleichzeitig eine Reduktion und eine Oxidation statt.
So kann beispielsweise Kupferoxid mit Hilfe von Kohlenstoff in elementares Kupfer umgewandelt werden, dabei entsteht zudem Kohlenstoffdioxid. Die Reduktion ist hierbei die Reaktion, bei welcher das Kupferoxid seinen Sauerstoff abgibt. Bei der Oxidation hingegen verbindet sich der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff und es entsteht Kohlenstoffdioxid.
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Gib an, welche Reaktionen zu elementarem Metall führen können.
TippsDrei der Auswahlmöglichkeiten sind richtig.
Ein Stoff, der stark reduzierend ist, geht leicht eine Bindung mit Sauerstoff ein.
LösungDamit aus Metallverbindungen, wie zum Beispiel Kupferoxid, elementares Kupfer entsteht, muss die Verbindung ihren Sauerstoff loswerden. Das funktioniert besonders gut mit Kohlenstoff. Erhitzt man die beiden Stoffe miteinander, so wird der Sauerstoff des Kupfers einfach an den Kohlenstoff weitergegeben. Eine weitere Möglichkeit von einer Verbindung zum elementaren Metall zu gelangen, ist eine Reaktion mit einem stärker reduzierenden Metall. Ein stärker reduzierendes Metall, wie zum Beispiel Eisen, nimmt dem Kupferoxid ebenfalls seinen Sauerstoff ab und wird dabei oxidiert, während das Kupferoxid zu Kupfer reduziert wird. Oftmals verwendet man lieber Kohlenstoff als andere Metalle, da Kohlenstoff sehr viel preiswerter ist.
Bei manchen chemischen Verbindungen benötigen wir weder Kohlenstoff noch irgendein anderes Metall. Bei Quecksilberoxid ist bereits das Erhitzen ausreichend, um dem Quecksilber den Sauerstoff zu entziehen. Dies ist aber eher die Ausnahme.
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Benenne die markierten Stellen der Reaktionsgleichung.
TippsEin Oxidationsmittel oxidiert den anderen Reaktionspartner.
Bei einer Oxidation wird eine Bindung mit Sauerstoff eingegangen.
Ein Reduktionsmittel wird während einer Reaktion oxidiert.
LösungBei einer Redoxreaktion finden immer gleichzeitig eine Oxidation und eine Reduktion statt.
Bei einer Oxidation verbindet sich einer der Reaktionspartner mit Sauerstoff, wohingegen bei einer Reduktion Sauerstoff abgegeben wird.
Der sich mit Sauerstoff verbindende Reaktionspartner wird hierbei Reduktionsmittel genannt, da dieses Mittel dafür sorgt, dass der Sauerstoff abgegeben werden kann (Reduktion).
Der Sauerstoff abgebende Partner ist dann das Oxidationsmittel, da dieses den anderen Reaktionspartner oxidieren kann. -
Ordne die Metalle nach ihrem Reduktionsvermögen.
TippsEdle Metalle haben ein geringes Reduktionsvermögen.
Manche Metalle weisen so ein hohes Reduktionsvermögen auf, dass sie in einer speziellen Flüssigkeit gelagert werden müssen, da sie sonst bereits an der Luft reagieren würden.
Mit der Hilfe von Eisen kann aus Kupferoxid elementares Kupfer gewonnen werden.
LösungDas stärkste Reduktionsvermögen haben Metalle, welche besonders leicht mit Sauerstoff reagieren. So reagiert Natrium bereits an der Luft mit Wasserdampf und Sauerstoff. Eisen hat bereits ein geringeres Reduktionsvermögen, jedoch ist dieses immer noch höher als das von Kupfer.
Neben dem Wort Reduktionsvermögen wird auch oft der Begriff „edel“ genannt. Je edler ein Metall, desto weniger reagiert es mit Sauerstoff. So ist zum Beispiel Kupfer sehr viel edler als Eisen oder Aluminium. Gold ist ein besonders edles Metall und reagiert nur unter sehr extremen Bedingungen mit Sauerstoff.
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Bestimme Oxidationsmittel, Reduktionsmittel und die Produkte der beschriebenen Reaktion.
TippsEin Reduktionsmittel nimmt während der Reaktion Sauerstoff auf.
Ein Oxidationsmittel gibt während der Reaktion seinen Sauerstoff ab.
LösungBei einer Redoxreaktion reduziert das Reduktionsmittel seinen Reaktionspartner und nimmt dabei Sauerstoff auf. Das Oxidationsmittel hingegen oxidiert seinen Reaktionspartner und gibt dabei seinen Sauerstoff ab. Diese beiden Schritte laufen gleichzeitig ab. Reagiert beispielsweise ein Metalloxid wie Kupferoxid mit Kohlenstoff, so gibt das Kupferoxid seinen Sauerstoff an Kohlenstoff weiter.
Das Kupferoxid ist in diesem Fall das Oxidationsmittel. Der Kohlenstoff nimmt den Sauerstoff des Kupferoxids auf und ist somit das Reduktionsmittel dieser Reaktion. -
Bestimme, ob ein Oxidationsmittel oder ein Reduktionsmittel beschrieben wird.
TippsMir einem Staubtuch werden zwar Möbelstücke entstaubt, das Staubtuch selbst ist danach aber nicht mehr sauber.
LösungDie Namen der Reaktionspartner geben uns Aufschluss darüber, welche Aufgabe sie während der Reaktion übernehmen. So reduziert ein Reduktionsmittel seinen Reaktionspartner, während ein Oxidationsmittel seinen Reaktionspartner oxidiert.
Das Reduktionsmittel wird dabei selbst oxidiert, während das Oxidationsmittel selbst reduziert wird.
Oxidation und Reduktion – Einführung
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danken Sofatutor:):):):)):)):
Super
Moin
Super erklärt
@Schlegel Dmt Du hast irgendwie recht :D
Gut erklärt
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