Oxidation und Reduktion

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Definition Oxidation und Reduktion
• Oxidationszahlen
• Redoxreaktionen im Alltag
• Lösen von Redoxgleichungen

Definition Oxidation und Reduktion

Oxidation und Reduktion sind Reaktionstypen in der Chemie. Sie laufen stets gekoppelt als Redoxreaktion ab.

Oxidationen sind häufig mit einer Sauerstoffaufnahme verbunden. Wird ein Stoff also oxidiert, dann nimmt er Sauerstoff auf und es bildet sich sein Oxid. Bei Reduktionen wird häufig Sauerstoff abgegeben. Wird ein Stoff reduziert, dann gibt er Sauerstoff ab.

Später wirst du lernen, dass es auch Redoxreaktionen gibt, an denen Sauerstoff nicht beteiligt ist. Erkennungsmerkmal für Redoxreaktionen ist der Elektronenübergang. Bei der Oxidation werden Elektronen abgegeben und bei der Reduktion werden Elektronen aufgenommen.

Nun verstehst du auch, warum die beiden Reaktionen immer gekoppelt ablaufen müssen. Da Elektronen nicht frei existieren können, muss die Oxidation, bei der Elektronen abgegeben werden, immer an eine Reduktion gekoppelt sein, bei der die Elektronen wieder aufgenommen werden.

Oxidationszahlen

Um zu erkennen, ob eine Redoxreaktion statt gefunden hat, müssen die Oxidationszahlen der Atome in einer Verbindung betrachtet werden. Bei einer Oxidation werden die Oxidationszahlen größer, bei einer Reduktion werden die Oxidationszahlen kleiner. Aber was sind Oxidationszahlen eigentlich? Oxidationszahlen sind ein erdachtes Hilfsmittel. Dabei stellt man sich Moleküle als ionische Verbindungen vor und spricht die Bindungselektronen dem elektronegativeren Partner zu. Die Ladung, die das Atom dann formal besäße, ist die Oxidationszahl. Diese wird auch als Oxidationsstufe bezeichnet.

Schauen wir uns ein Beispiel an. Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Die Elektronegativität des Sauerstoffes beträgt 3,5 und die des Wasserstoffes 2,1. Sauerstoff ist also der elektronegativere Partner.

Die Elektronen aus den Bindungen zum Wasserstoff werden also zum Sauerstoff gerechnet. Da der Sauerstoff zwei Bindungen eingeht, bekommt er zusätzlich zwei Elektronen und damit eine Oxidationszahl von -2. Der Wasserstoff geht je eine Bindung zum Sauerstoff ein, ihm wird also ein Elektron weggenommen und er erhält die Oxidationszahl +1. Üblicherweise werden Oxidationszahlen als römische Zahlen über das Atom in der Formel geschrieben.

$\overset{\text{+I~~-II~}}{\ce{H2O}}$

Redoxreaktionen im Alltag

Redoxreaktionen begegnen dir häufig im Alltag. Jede Verbrennung ist eine Redoxgleichung. So reagiert bei der Verbrennung von Holz Kohlenstoff aus dem Holz mit dem Sauerstoff aus der Luft zu Kohlendioxid.

Auch beim Rosten von Eisen läuft eine Redoxreaktion ab, bei der aus Eisen Eisenoxid wird. Hast du dich schon einmal gefragt, warum dein Kleingeld anläuft? Auch hier läuft eine Redoxreaktion ab. Dein Kleingeld besteht unter anderem aus Kupfer. Mit der Zeit reagiert das Kupfer mit dem Sauerstoff der Umgebung und es bildet sich erst rotbraunes Kupfer(I)-Oxid und später schwarzes Kupfer(II)-Oxid.

Lösen von Redoxgleichungen

Redoxgleichungen wirken auf den ersten Blick sehr kompliziert. Wenn du sie dir allerdings Schritt für Schritt vornimmst, lassen sie sich fast wie von selbst lösen und auch aufstellen.

Gegeben ist dir für die Redoxgleichung immer die Wortgleichung. Beispiel: Aluminium reagiert mit Sauerstoff zu Aluminiumoxid.

Als nächstes stellst du die Formeln auf und bestimmst die Oxidationszahlen.

$\overset{\text{0}}{\ce{Al}}+\overset{\text{0}}{\ce{O2}} \longrightarrow \overset{\text{+III~-II~~}}{\ce{Al2O3}}$

Nun kannst du die Gleichung der Oxidation und die Gleichung der Reduktion rausschreiben. Da die Anzahl der abgegebenen Elektronen gleich der Anzahl der aufgenommenen Elektronen sein muss, wird nun multipliziert.

$\begin{array}{llclcl}\text{Ox.:} & \ce{Al} & \longrightarrow & \ce{Al^3+} + 3\, \ce{e-} & & | \cdot 4 \\ \text{Red.:} & \ce{O2} + 4\, \ce{e-} & \longrightarrow & 2\, \ce{O^2-} & & | \cdot 3 \end{array}$

Dann werden beide Teilreaktionen zusammengefasst und die Elektronen auf beiden Seiten der Redoxgleichung rausgestrichen.

$\ce{4 Al + 3 O2 -> 2 Al2O3}$

Bei komplexeren Beispielen erfolgt im Abschluss noch ein Stoff-und Ladungsausgleich, der meist über Wasser und Protonen bzw. Hydroxidionen erfolgt.