111Redoxreaktionen – Elektrochemie B2 Donator-Akzeptor-Konzept mit Kalottenmodellen und Valenzstrichformeln. A: Benennen Sie die dargestellten Teilchen und ihre Funktionen. B3 Gilbert Newton Lewis definierte im Jahr 1923 Säuren als Elektronenpaar-Akzeptoren und Basen als Elektronenpaar-Donatoren. A: Zeichnen Sie für die ersten zwei Beispiele Valenzstrichformeln, und geben sie durch gebogene Pfeile die übertragenen Elektronenpaare an. Säure, Base, Oxidation und Reduktion gehören zu den wichtigsten Fachbegriffen in dem System der chemischen Fachsprache. Ihre Bedeutung hat sich aber im Laufe der Zeit immer wieder geändert: Die Definitionen dieser Begriffe wurden den neuen Erkenntnissen in der Chemie angepasst (vgl. S. 22, 23 und S. 61). Die früheren Definitionen basierten oft auf der Art der an bestimmten Reaktionen beteiligten Stoffe und Teilchen. Bei den neueren Definitionen nach dem Donator-Akzeptor-Konzept stehen die Funktionen der Teilchen bei Reaktionen im Vordergrund: Welche Teilchen an einer Reaktion beteiligt sind, ist nicht mehr von aussschlaggebender Bedeutung. Wichtig ist nun, ob die betrachteten Teilchen dabei „etwas“ abgeben oder aufnehmen. Wenn Protonen abgegeben oder aufgenommen werden, handelt es sich um Protolysen (Säure-Base-Reaktionen). Bezieht man sich auf Elektronen, die abgegeben oder aufgenommen werden, finden Redoxreaktionen statt. Mit dem Donator-Akzeptor-Konzept werden alle Protolysen und alle Redoxreaktionen erfasst. Das Donator-Akzeptor-Konzept erweist sich als gewinnbringend für das Ordnungssystem in der Chemie, wenn man weitere grundlegende Begriffe im Zusammenhang mit den Säure-Base-Reaktionen nach Brönsted und den Redoxreaktionen wie in INFO gegenübergestellt. Man erkennt eine sinnvolle, leicht einprägsame Übereinstimmung dieser Begriffe und der damit verbundenen Modelle und Anwendungen. Sogar mathematische Gleichungen, die quantitative Zusammenhänge beschreiben, sind verblüffend ähnlich: Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung für Puffersysteme ist wie die Nernst-Gleichung für Redoxpaare eine lineare Gleichung mit einem logarithmischen Term als Variable, unter dem Logarithmus steht jeweils das Verhältnis der Konzentrationen eines DonatorAkzeptor-Paares. In Erweiterung des Donator-Akzeptor-Konzepts kann man auch Reaktionen betrachten, bei denen zwischen den reagierenden Teilchen nicht einzelne Elektronen, sondern Elektronenpaare übertragen werden. Solche Teilchen bezeichet man als Lewis-Säuren bzw. Lewis-Basen (B3). Beispiele für LewisSäuren sind Aluminiumchlorid AlCl3 und Eisen(III)-chlorid FeCl3, die bei Substitutionsreaktionen an Aromaten als Katalysatoren wirken (vgl. S. 190, 191). Aufgaben A1 Zeigen Sie an selbst gewählten Beispielen, dass die Definitionen von Säuren und von Oxidationsmitteln nach dem Donator-Akzeptor-Konzept die Arrhenius-Definiton von Säuren bzw. Sauerstoff als Oxidationsmittel nach Lavoisier mit einschließen. A2 Begründen Sie, inwiefern man die Umsetzung von Eisen mit einer Kupfersulfat-Lösung den Basiskonzepten – Donator-Akzeptor-Prinzip, Energie, Chemisches Gleichgewicht, Stoff-Teilchen-Konzept – zuordnen kann. Das Donator-Akzeptor-Konzept Fachbegriffe Donator-Akzeptor-Konzept, Protonen, Protolysen (Säure-Base-Reaktionen nach Brönsted), Elektronen, Redoxreaktionen, Elektronenpaare, Lewis-Säuren und -Basen O H H N H H H N H H H O H H – + H + LewisLewisSäuren Basen BF3 + (CH3)3N (CH3)3N-BF3 AlCl3 + Br2 [AlCl3Br] – + Br+ Ag+ + 2 NH3 [Ag(NH3)2]+ Ni + 4 CO Ni(CO)4 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:27 Seite 111 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt um d C .C . B uc hn er er la gs