Redoxchemie von Silberbesteck
Erfahre, wie eine Redoxreaktion die Verfärbung von Silberbesteck verursacht. Lerne die Begriffe Oxidation und Reduktion kennen, entdecke die Reaktionsabläufe bei der Silberpflege und erhalte Schritt-für-Schritt-Anleitungen zur Reinigung. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text.
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Grundlagen zum Thema Redoxchemie von Silberbesteck
Redoxchemie von Silberbesteck
Wenn man ein Ei mit einem Silberlöffel isst, passieren zwei Dinge: Der Löffel verfärbt sich dunkel und es fängt an, nach Schwefel zu stinken. Was ist hier passiert? Und wieso? Genau diesen Fragen gehen wir im folgenden Text auf den Grund, indem wir uns ansehen, welche Chemie dahinter steckt.
Was sind Redoxreaktionen? – Definition
Die Verfärbung des Löffels und der Gestank sind auf eine Redoxreaktion zurückzuführen. Aus diesem Grund schauen wir uns nun nochmals kurz an, was eine Redoxreaktion eigentlich ist.
Hinter dem Wortteil Redox verbergen sich zwei Begriffe: Reduktion und Oxidation. Bei Redoxreaktionen kommt es gleichzeitig zur Oxidation des einen Stoffs und zur Reduktion des anderen Stoffs. Die Änderungen der Oxidationszustände werden durch den formalen Austausch von Elektronen verursacht – es werden dabei also immer Elektronen von einem zum anderen Stoff übertragen.
Da man nicht immer auf den ersten Blick erkennt, ob es sich um eine Redoxreaktion handelt, können in den Reaktionsgleichungen die Oxidationszustände der an der Redoxreaktion beteiligten Atome durch hochgestellte Angaben ihrer jeweiligen Oxidationszahlen gekennzeichnet werden. Wie diese genau bestimmt werden, kannst du dir hier ansehen: Oxidationszahlen bestimmen.
Der schematische Reaktionsablauf einer Redoxreaktion sieht wie folgt aus:
Oxidation: $\ce{A \rightarrow A^+ + e^-}$
Reduktion: $\ce{ B + e^- \rightarrow B^-}$
Redoxreaktion (Gesamtreaktion): $\ce{ A + B \rightarrow A^+ + B^-}$
Die folgende Tabelle fasst noch einmal kurz zusammen, wann es sich um eine Oxidation und wann es sich um eine Reduktion handelt.
| Oxidation | Reduktion |
|---|---|
| Sauerstoffaufnahme | Sauerstoffabgabe |
| Elektronenabgabe | Elektronenaufnahme |
| Erhöhung der Oxidationszahl | Erniedrigung der Oxidationszahl |
Schauen wir uns nun an, wie die Redoxreaktion beim Silberlöffel genau ablief.
Redoxreaktionen am Silberbesteck
Das Element Silber (Chemie) $\left( \ce{Ag} \right)$ ist ein edles Metall, das eine äußerst hohe Affinität zu Schwefel $\left( \ce{S} \right)$ aufweist. Den Schwefel finden wir im Hühnerei. Dieses beinhaltet nämlich die schwefelhaltigen Aminosäuren Cystein und Methionin. Dadurch entsteht der übel riechende, brennbare und stark giftige Schwefelwasserstoff $\left( \ce{H2S} \right)$, der unter Beteiligung von Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ mit dem Silber $\left( \ce{Ag} \right)$ reagiert. Es entsteht schwarzes Silbersulfid $\left( \ce{Ag2S} \right)$.
Das notieren wir nun als Reaktionsgleichung:
Bei der Oxidation reagieren also vier Silberatome $\left( \ce{Ag} \right)$ unter Abgabe von vier Elektronen zu vier Silberionen $\left( \ce{Ag^+} \right)$. Bei der Reduktion reagiert ein Sauerstoffmolekül $\left( \ce{O2} \right)$ unter Aufnahme von vier Elektronen zu zwei Oxidionen $\left( \ce{O^{2-}} \right)$. Fasst man nun beide Teilreaktionen, also die Oxidation und die Reduktion, zusammen, so erhält man die Gesamtreaktion: die Redoxreaktion.
Wie funktioniert Silberpflege? – Methoden
Möchte man einen angelaufenen Silberlöffel wieder reinigen, kann man ihn in ein mit Wasser gefülltes Gefäß legen und ein paar Stücke Aluminiumfolie sowie Kochsalz $\left( \ce{NaCl} \right)$ dazugeben. Nach einiger Zeit entwickelt sich dabei der üble Geruch von Schwefelwasserstoff $\left( \ce{H2S} \right)$. Nach etwa $18$ Stunden kann man den Löffel, der jetzt wieder glänzt, aus dem Gefäß nehmen. Aber was ist hier genau passiert?
Die Reaktionsgleichung mit den Oxidationszahlen dazu sieht wie folgt aus:
$3\stackrel{\text{+I~~~~~~}}{\ce{Ag2S}} + ~2\stackrel{\text{0}}{\ce{Al}}~ \longrightarrow ~6 \stackrel{\text{0}}{\ce{Ag}} + \stackrel{\text{+III~~~~~~~~}}{\ce{Al2S3}}$
Das edle Metall Silber $\left( \ce{Ag} \right)$ hat also den gebundenen Schwefel $\left( \ce{S} \right)$ an das unedle Metall Aluminium $\left( \ce{Al} \right)$ abgegeben. Bei der Oxidation geben zwei Aluminiumatome insgesamt sechs Elektronen ab und bei der Reduktion nehmen sechs Silberionen sechs Elektronen auf. Die Gesamtreaktion ist auch hier wieder die Redoxreaktion. Diese Reaktion wird beschleunigt, wenn man das Aluminiumsulfid $\left( \ce{Al2S3} \right)$ durch Hydrolyse, also durch die Spaltung der chemischen Verbindung durch Wasser, weiter reagieren lässt. Da die Hydrolyse keine Redoxreaktion ist, bleiben hier die Oxidationszahlen konstant. Die Reaktionsgleichung sieht dabei so aus:
$\ce{Al_{2}S_{3} + 6H_{2}O \rightarrow 2Al(OH)_{3} + 3 H_{2}S}$
Nun kann man die beiden Reaktionen, also die Redoxreaktion und die Hydrolyse, miteinander addieren.
| Reaktion | Reaktionsgleichung |
|---|---|
| Redoxreaktion | $\ce{3Ag{_2}S + 2Al \rightarrow 6Ag + Al_2S_3}$ |
| Hydrolyse | $\ce{Al_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 + 3 H_2S}$ |
| Gesamtreaktion | $\ce{3Ag_2S + 2Al + 6H_2O \rightarrow 6Ag + 2Al(OH)_3 + 3H_2S} $ |
Silbersulfid $\left( \ce{Ag2S} \right)$, Aluminium $\left( \ce{Al} \right)$ und Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$ reagieren folglich zu elementarem Silber $\left( \ce{Ag} \right)$, Aluminiumhydroxid $\left( \ce{Al(OH)3} \right)$ und Schwefelwasserstoff $\left( \ce{H2S} \right)$.
Nun wissen wir genau, wieso sich der Silberlöffel dunkel verfärbte und wie er wieder gereinigt werden kann.
Zusammenfassung – Redoxchemie von Silberbesteck
Wir haben uns überlegt, warum man Eier nicht mit Silberlöffeln essen sollte und was chemisch abläuft, wenn Silberbesteck dunkel wird. Außerdem haben wir herausgefunden, wie man den Schaden wieder beheben kann.
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Thema Redoxreaktionen am Silberbesteck, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Redoxchemie von Silberbesteck
Hallo und ganz herzlich willkommen. Oh, was hab’ ich nur für einen Hunger! Schnell ein paar Eier in die Schüssel geschlagen, ein paar Zutaten, gerührt, abgeschmeckt und in die Pfanne. Das Rührei schmeckt wirklich köstlich. Was ist nur mit meinem Silberlöffel passiert? Er ist dunkel angelaufen. Erklärung: Silber ist ein edles Metall, es hat jedoch eine hohe Affinität zu Schwefel. Wo haben wir es hier mit Schwefel zu tun? Hühnereier bestehen anteilig aus den schwefelhaltigen Aminosäuren Cystein und Methionin. Diese liefern den übelriechenden, brennbaren und stark giftigen Schwefelwasserstoff. Unter Beteiligung von Sauerstoff reagiert dieser mit dem Silber, es entsteht schwarzes Silbersulfid. Wir entwickeln die entsprechende Reaktionsgleichung: 4Ag+2H2S+O2 reagieren zu 2Ag2S+2H2O. Wir notieren die relevanten Oxidationszahlen. Unter Abgabe von vier Elektronen erfolgt die Oxidation, unter Aufnahme von vier Elektronen erfolgt die Reduktion. Bei der Oxidation reagieren vier Silberatome unter Abgabe von vier Elektronen zu vier Silberionen. Bei der Reduktion reagiert ein Sauerstoffmolekül unter Aufnahme von vier Elektronen zu zwei Oxidionen. Fasst man beide Teilreaktionen, die Oxidation und die Reduktion, zusammen, so erhält man die Gesamtreaktion, ihr wisst, wie sie heißt, Redoxreaktion. Mein Silberlöffel aber ist dunkel. Wie ist der Schaden zu beheben? In ein Gefäß legen wir einige Stücke Aluminiumfolie, wir schütten reichlich Kochsalz darauf und befüllen die Dose mit Wasser. Der Löffel wird in die Kochsalzlösung gelegt. Nach 18 Stunden schauen wir uns das Ergebnis an. Man nimmt den üblen Geruch von Schwefelwasserstoff wahr und das Wichtigste: der Löffel glänzt wieder silbern. Was ist passiert? Das edle Metall Silber gibt den gebundenen Schwefel an das unedle Metall Aluminium ab. Bei der Reaktion entstehen Aluminiumsulfid und Silber. Wir erstellen die Reaktionsgleichung. Nun werden die relevanten Oxidationszahlen notiert. Oxidation bedeutet Elektronenabgabe, Reduktion bedeutet Elektronenaufnahme. Bei der Oxidation geben zwei Aluminiumatome sechs Elektronen ab, bei der Reduktion nehmen sechs Silberionen sechs Elektronen auf. Die Gesamtreaktion ist die Redoxreaktion. Die Reaktion wird beschleunigt, wenn man das Aluminiumsulfid durch Hydrolyse weiter reagieren lässt. Wir erstellen die Reaktionsgleichung. Die Oxidationszahlen ändern sich bei dieser Reaktion nicht, damit ist die Hydrolyse keine Redoxreaktion. Wir addieren nun Redoxreaktion und Hydrolyse. Silbersulfid und Aluminium reagieren zu Silber und Aluminiumsulfid. Und Aluminiumsulfid reagiert mit Wasser zu Aluminiumhydroxid und Schwefelwasserstoff. Wir bilanzieren: Aluminiumsulfid hebt sich auf, Silbersulfid, Aluminium und Wasser reagieren zu elementarem Silber, zu Aluminiumhydroxid und zu Schwefelwasserstoff. So, nun wisst ihr, warum angelaufenes Silber mit Aluminiumfolie und Wasser gereinigt werden kann. Das war ein weiterer Film von André Otto. Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit und alles Gute, tschüss!
Redoxchemie von Silberbesteck Übung
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Nenne eine Ursache, warum Silberbesteck anläuft.
TippsWomit kommt Besteck oft in Berührung?
Es läuft eine Redoxreaktion ab.
LösungBesteck kommt oft in Berührung mit Lebensmitteln. In einigen Lebensmitteln sind schwefelhaltige Bestandteile enthalten. Das Silber reagiert dann mit dem Schwefel und es bildet sich Silbersulfid. Silbersulfid sieht schwarz aus und somit sieht dann auch das Silberbesteck schwarz aus. Diese Reaktion ist eine Redoxreaktion, da das elementare Silber mit der Oxidationszahl 0 zu Silberionen mit der Oxidationszahl +1 oxidiert wird.
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Formuliere die Redoxgleichung, die beim Anlaufen des Silbers abläuft.
TippsBestimme die Oxidationszahlen vom eingesetzten elementaren Silber und Silber in seiner Verbindung Silbersulfid.
Wird das Silber bei dieser Reaktion oxidiert oder reduziert?
Der Sauerstoff wird in dieser Reaktion reduziert.
LösungDer erste Schritt beim Lösen einer Redoxgleichung ist immer die Bestimmung der Oxidationszahlen. Du hast zu Beginn elementares Silber und nach der Reaktion Silbersulfid. Die Oxidationszahl von elementarem Silber ist 0 und im Silbersulfid hat es die Oxidationszahl +1. Die Oxidationszahl vergrößert sich also und daran erkennst du, dass Silber oxidiert wird. Bei der Oxidation werden außerdem Elektronen frei. Diese Elektronen müssen nun auch wieder aufgenommen werden. Die Elektronenaufnahme ist die Reduktion. In diesem Beispiel wird der elementare Sauerstoff reduziert. Seine Oxidationszahl verringert sich von 0 in der elementaren Form zu -2 im Wasser. Die beiden Teilreaktionen können nun zusammengefasst werden und die Elektronen tauchen in der Gesamtgleichung nicht mehr auf.
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Bestimme die Oxidationszahlen in folgenden Verbindungen.
TippsDie Bindungselektronen werden bei der Bestimmung der Oxidationszahlen immer dem elektronegativeren Element zugeordnet.
Sauerstoff hat in diesen Beispielen immer die Oxidationszahl -2.
Innerhalb der Verbindung müssen die Oxidationszahlen ausgeglichen sein.
LösungBei der Bestimmung der Oxidationszahlen werden die Bindungselektronen immer dem elektronegativeren Partner angerechnet. Das ist bei diesen Beispielen immer der Sauerstoff. Dieser möchte nun zwei Elektronen aufnehmen, um eine volle Achterschale zu erhalten. Wenn ihm diese angerechnet werden, besitzt er also immer die Oxidationszahl -2. Daraus ergibt sich dann die Oxidationszahl der Metalle, da die Zahlen in den Verbindungen ausgeglichen sein müssen. Wenn im Silberoxid zweimal Silber pro Sauerstoff vorkommt, erhält ein Silberatom die Oxidationszahl +1. Beim Kupferoxid haben wir ein Kupferatom pro Sauerstoff, also erhält Kupfer die Oxidationsstufe +2. Im Manganoxid haben wir gleich zweimal Sauerstoff pro Mangan. Mangan erhält also die Oxidationsstufe +4.
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Entscheide, welches die oxidierte und welches die reduzierte Form des Metalls ist.
TippsDie Verbindung, in der das Metall die höhere Oxidationszahl hat, ist die oxidierte Form.
LösungZuerst suchst du die Metalle in den Gleichungen. Bei Kupfer ist das nicht schwer. Natrium und Magnesium sind auch Metalle, das verrät dir schon der Name ihrer Hauptgruppe. Natrium gehört zu den Alkalimetallen und Magnesium zu den Erdalkalimetallen. Als Nächstes werden die Oxidationszahlen der Metalle bestimmt. Bei der Oxidation werden Elektronen abgegeben und die Oxidationszahl wird größer, bei der Reduktion werden Elektronen aufgenommen und die Oxidationszahl wird kleiner. Die Form mit der höheren Oxidationszahl ist also die oxidierte Form und die Form mit der kleineren Oxidationszahl ist die reduzierte Form. Das Kupfer(II)-Ion hat die Oxidationszahl +2 und ist damit die oxidierte Form. Bei Magnesium hast du einmal die elementare Form mit der Oxidationszahl 0 und das Magnesium in der Verbindung Magnesiumchlorid. In dieser Verbindung hat es die Oxidationszahl +2. Diese ist größer als 0 und damit ist Magnesiumchlorid die oxidierte Form. Auch Natrium liegt einmal elementar vor, also in der Oxidationszahl 0 und einmal als Natriumhydroxid. Hier hat Natrium die Oxidationszahl +1 und ist somit auch die oxidierte Form.
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Bestimme die Komponenten, mit denen ein angelaufener Silberlöffel wieder glänzend wird.
TippsEs läuft eine Redoxreaktion ab. Womit lässt sich Silbersulfid zu Silber reduzieren?
LösungBei der Reinigung des Silberlöffels läuft ein Redoxprozess ab. Vielleicht weißt du ja schon, dass bei Redoxreaktionen immer das edlere Metall reduziert und das unedlere Metall oxidiert wird. Da Silber im Silbersulfid oxidiert vorliegt und reduziert werden muss, benötigen wir also ein unedleres Metall. Gold wäre damit ungeeignet, die Alufolie dagegen ist geeignet. Zusätzlich brauchen wir noch eine Elektrolytlösung, also eine leitende Flüssigkeit. In diesem Fall wird eine Kochsalzlösung verwendet. Das ist Salz in Wasser.
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Bestimme, welche Reaktionsart bei folgenden Beispielen vorliegt.
TippsBei chemischen Reaktionen muss eine Stoffumwandlung stattfinden.
Überlege dir, was bei den einzelnen Reaktionen die Edukte und was die Produkte sind und ob sich die Oxidationszahlen ändern.
LösungZunächst kannst du ein Beispiel klar als physikalischen Prozess erkennen. Wenn sich Salz in Wasser löst, handelt es sich nicht um eine chemische Reaktion, weil keine Stoffumwandlung stattfindet. Nun wird es schon schwieriger. Um nun zu erkennen, ob eine Redoxreaktion abgelaufen ist, müssen die Oxidationszahlen der Edukte und Produkte bestimmt werden. Das Centstück besteht zu einem Teil aus elementarem Kupfer. Dieses wird mit der Zeit schwarz, weil es mit dem Luftsauerstoff reagiert und sich schwarzes Kupfer(II)oxid bildet. In diesem Fall wurde also das Kupfer oxidiert. Wenn man Eisen eine Weile im Freien liegen lässt, bildet sich Rost. Rost besteht aus Eisenoxiden von zwei- und dreiwertigem Eisen. Auch hier wird das elementare Eisen oxidiert und so findet auch hier wieder eine Redoxreaktion statt. Anders sieht es bei Säure-Base-Reaktionen aus. Bei der Entstehung von Wasser und Salz durch eine Reaktion von Base und Säure verbleiben alle Elemente in ihren Oxidationsstufen und es findet keine Redoxreaktion statt. Beispiele dafür sind das Lösen von basischem Kalk mit saurem Zitrusreiniger oder das Sprudeln von Brausepulver. Dabei reagieren Hydrogencarbonat und Zitronensäure miteinander unter Bildung von Kohlenstoffdioxid.
Oxidation und Reduktion – Einführung
Definition der Redoxreaktion als Elektronenübertragung
Wie stellt man eine Redoxgleichung auf?
Wie bestimmt man Oxidationszahlen?
Übungen zur Redoxreaktion – Aufstellen einer Redoxgleichung
Redoxreaktion
Die Thermitreaktion als Beispiel einer Redoxreaktion
Redoxchemie von Silberbesteck
Desinfektion
Oxidation und Reduktion am Beispiel Rost
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Die Reaktion der Reinigung des Silbers ist eine Redoxreaktion. Das bedeutet Elektronenübergang. Die Elektronen werden in Lösung schneller übertragen als zwischen zwei Feststoffen. Noch schneller geht es, wenn in der Lösung Ionen sind. Daher werden Wasser UND Salz zugegeben.
Alles Gute
Welche Rolle spielt denn das Kochsalz bei der Reinigung des angelaufenen Silbers?