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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