65Redoxreaktionen – Elektrochemie Professionelle Fotografen und Künstler nutzen auch heute noch herkömmliche Filme, die Silberbromid enthalten. Bei der Entwicklung dieser Filme fallen Lösungen an, die Silber-Ionen enthalten. Gibt man in eine solche Lösung mit Silber-Ionen etwas Eisenwolle, so scheidet sich auf ihr elementares Silber ab, das man auf diese Weise wiedergewinnt (B4). Manche Metalle sind also in der Lage, gelöste Silber-Ionen wieder zu metallischem Silber zu reduzieren. Metalle reagieren mit Metall-Ionen ganz bestimmter Metallsalz-Lösungen nach einer grundlegenden Gesetzmäßigkeit (V1 bis V5). Beispielsweise überzieht sich ein Zinkstück in einer Kupfersalz-Lösung mit einem rötlichen Belag aus Kupfer und in der Lösung sind anschließend Zink-Ionen nachweisbar, während sich an einem Kupferblech in einer Zink-Lösung keine Reaktion zeigt. Demnach werden Kupfer-Ionen zu Kupfer-Atomen reduziert und Zink-Atome zu Zink-Ionen oxidiert: Reduktion: Cu2+(aq) + 2 e– Cu(s) Oxidation: Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e– Redoxreaktion: Cu2+(aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+(aq) Diese Reaktion verläuft spontan und ist exotherm (V4). Die umgekehrte Reaktion von Zink-Ionen mit Kupfer-Atomen findet nicht spontan statt. Kupfer-Atome werden aber in Gegenwart von Silber-Ionen oxidiert. Reduktion: 2 Ag+(aq) + 2 e– 2 Ag(s) Oxidation: Cu(s) Cu2+(aq) + 2 e– Redoxreaktion: 2 Ag+(aq) + Cu(s) 2 Ag(s) + Cu2+(aq) Je nach Reaktionspartner wirken Kupfer-Atome als Reduktionsmittel und werden oxidiert oder Kupfer-Ionen wirken als Oxidationsmittel und werden selbst zu Kupfer-Atomen reduziert: Das Paar Cu/Cu2+ bezeichnet man als konjugiertes1 Redox paar. Ordnet man nun die in V1 bis V5 untersuchten Redoxpaare aus Metall-Atom und konjugiertem Metall-Ion nach dem Reduktionsvermögen der Metalle bzw. dem Oxidationsvermögen der Metall-Ionen, so erhält man die Redoxreihe der Metalle (B5). Am oberen Ende dieser Redoxreihe stehen die Redoxpaare, deren Atome leicht oxidierbar, d.h. gute Elektronen-Donatoren sind. Edelmetalle wie Silber und Gold stehen am unteren Ende, da ihre Atome nur schwer Elektronen abgeben, ihre Ionen aber gute Elektronen-Akzeptoren darstellen. Die Redoxreihe der Metalle Aufgaben A1 Für einen Versuch benötigt man hoch reines Kupfer(II)-chlorid. Begründen Sie, ob man dieses mit einem Silberoder einem Nickel löffel aus der Vorratsflasche entnehmen sollte. A2 Geben Sie begründet an, bei welchen Kombinationen eine Reaktion zu erwarten ist: a) Sn(s) mit Ni2+(aq), b) Pb(s) mit Sn2+(aq), c) Ni(s) mit Pb2+(aq) und d) Cu(s) mit Hg2+(aq). Fachbegriffe Redoxreihe, Oxidationsmittel, Reduktionsmittel, konjugiertes Redoxpaar B5 Redoxreihe einiger Metalle 1 coniungere (lat.) = verbinden. Konjugierte Redoxpaare werden auch korrespondierende Redoxpaare genannt (von correspondere (lat.) = übereinstimmen, sich entsprechen). Cu(s) Reduktionsmittel (Elektronen-Donator) Cu2+(aq) + 2 e– Oxidationsmittel + z e– (Elektronen-Akzeptor) Elektronen-Donator Elektronen-Akzeptor+e– St är ke de s E lek tro ne nDo na to rs un d Re du kt ion sv er m ög en ne hm en ab . St är ke de s E lek tro ne nAk ze pt or s u nd Ox ida tio ns ve rm ög en ne hm en ab . Na+(aq) Mg2+(aq) Zn2+(aq) Fe2+(aq) Ni2+(aq) Sn2+(aq) Pb2+(aq) Cu2+(aq) Ag+(aq) Hg2+(aq) Au3+(aq) Na (s) Mg (s) Zn (s) Fe (s) Ni (s) Sn (s) Pb (s) Cu (s) Ag (s) Hg (l) Au (s) + e– + 2e– + 2e– + 2e– + 2e– + 2e– + 2e– + 2e– + e– + 2e– + 3e– Ist ein Metall-Atom ein starker Elektronen-Donator (z.B. Zn), dann ist das konjugierte Ion ein schwacher ElektronenAkzeptor (z.B. Zn2+). Ist ein Metall-Atom ein schwacher Elektronen-Donator (z.B. Ag), dann ist das konjugierte Ion ein starker ElektronenAkzeptor (z.B. Ag+). Ein Metall-Atom kann ein Metall-Ion, das in der Redoxreihe unterhalb seines konjugierten Ions steht, reduzieren (grüner Pfeil). Eine Reaktion in der umgekehrten Richtung läuft nicht spontan ab (roter Pfeil). 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:26 Seite 65 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei g nt um d e C .C . B uc hn er V er la g