CH3R –III C OH R H H –I prim. Alkohol Ox Red CR O H I Aldehyd Ox Red CR O OH III Carbonsäure Ox Red 61Redoxreaktionen – ElektrochemieDas Donator-Akzeptor-Konzept bei Redoxreaktionen Wenn ein Stück Magnesiumband oder Eisenpulver in die Brennerflamme gelangt, kommt es zu einer heftigen Reaktion des Metalls mit Sauerstoff (V1, LV2). Ganz ähnlich schnell und exotherm verläuft die Verbrennung eines Metalls mit Chlor (B1). Die Reaktionsgleichungen für die Bildung eines Metalloxids und eines Metallchlorids aus Elementen lauten: 2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s); exotherm 2 Na(s) + Cl2(g) 2 NaCl(s); exotherm Die in B4 angegebenen Elektronenübergänge zwischen den an diesen Reaktionen beteiligten Teilchen lassen Gemeinsamkeiten erkennen, auf denen folgende Definitionen basieren: Eine Redoxreaktion ist eine Reaktion, bei der eine Elektronenübertragung stattfindet. Die Oxidation ist eine Elektronenabgabe, die Reduktion eine Elektronenaufnahme. Diesen Definitionen liegt das Donator-Akzeptor-Konzept zugrunde. Mit diesem lassen sich die Redoxreaktionen und die Protolysen „unter einen Hut“ bringen (B5). Ähnlich wie die Säure-Teilchen in einer Protolyse als Protonen-Donatoren wirksam werden, fungieren die Teilchen des Reduktionsmittels in einer Redoxreaktion als Elektronen-Donatoren, sie werden dabei oxidiert. So wirken beispielsweise Metall-Atome als Reduktionsmittel, die unterschiedlich leicht oxidiert werden (V1, LV2). Metall-Atome können demnach gute oder schlechte Elektronen-Donatoren sein, ähnlich wie es auch bei Säuren starke und schwache Protonen-Donatoren gibt. Aufgaben A1 Entwickeln Sie nach den Mustern aus B4 Gleichungen für die Teilreaktionen und die Gesamtreaktionen bei a) der Bildung von Eisen(III)-oxid und b) der Bildung von Eisen(III)-chlorid. A2 Erläutern und begründen Sie, warum dem Begriff Säure der Begriff Reduktionsmittel entspricht, aber nicht der Begriff Oxidation. A3 Erklären Sie an dem folgenden Beispiel, wie Reaktionen organischer Verbindungen mithilfe der Oxidationszahl als Redoxreaktionen gedeutet werden können (Hinweis: vgl. Chemie 2000+ Einführungsphase, S. 69): A4 Die Begriffe Oxidation und Reduktion wurden ursprünglich auf der Stoffebene definiert und bezogen sich auf die Beteiligung des Sauerstoffs an einer Reaktion. Mit der Festlegung der neuen Definitionen auf Teilchenebene sind diese Reaktionen ebenfalls erfasst, die Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff ist danach aber keine Oxidation, sondern eine Redoxreaktion (B4). Begründen Sie diese Behauptung. B4 Vergleich der Redoxreaktion von Magnesium mit Sauerstoff und der von Natrium mit Chlor mit den Teilreaktionen für die Oxidationen und Reduktionen. A: Formulieren Sie die Bildung von Magnesiumchlorid in Teilreaktionen. B5 Das Donator-Akzeptor-Konzept (vgl. auch S. 110, 111) Fachbegriffe Elektronen-Donator, Elektronen Akzeptor, Elektronenübergang, Redoxreaktion, Donator-AkzeptorKonzept, Reduktionsmittel Bei der Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid werden Magnesium-Ionen Mg2+ und SauerstoffIonen O2– gebildet. Jedes Magnesium-Atom gibt 2 Elektronen ab. Oxidation: (1a) Mg Mg2+ + 2 e– Jedes Sauerstoff-Atom nimmt 2 Elektronen auf. Reduktion: (1b) O2 + 4 e– 2 O2– Die Zusammenfassung von (1a) und (1b) ergibt die Redoxreaktion: (1c) 2 Mg + O2 2 Mg2+ + 2 O2– 2 x 2e– Bei der Reaktion von Natrium mit Chlor zu Natriumchlorid werden NatriumIonen Na+ und Chlorid-Ionen Cl– gebildet. Jedes Natrium-Atom gibt 1 Elektron ab. Oxidation: (2a) Na Na+ + e– Jedes Chlor-Atom nimmt 1 Elektron auf. Reduktion: (2b)Cl2 + 2 e– 2 Cl– Die Zusammenfassung von (2a) und (2b) ergibt die Redoxreaktion: (2c) 2 Na + Cl2 2 Na+ + 2 Cl– 2 x 1e– Säure Base Protolyse ProtonenProtonenProtonenDonator Akzeptor übergang ReduktionsOxidationsRedoxmittel mittel reaktion ElektronenElektronenElektronenDonator Akzeptor übergang 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:26 Seite 61 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs