Redoxreaktionen II
Hallo! Die Grundlagen zu Redoxreaktionen hast du dir schon in unserem ersten Beitrag dazu angeeignet? Super! Hier schauen wir uns so eine Redoxreaktion nochmal ganz genau an!
Inhaltsübersicht
Redoxreaktionen inklusive Ladungs- und Stoffausgleich
Du weißt bestimmt noch, dass eine Redoxreaktion immer in zwei Teilgleichungen aufgeteilt werden kann. Außerdem haben wir dir gezeigt wie der Ladungsausgleich mit den Elektronen funktioniert. Damit eine Redoxreaktion aber vollständig ist, musst du noch einen Stoffausgleich machen. Wie das funktioniert und wie dann die ganze Redoxgleichung aussieht, zeigen wir dir an einem Beispiel.
Oxidationszahlen und Elektronenausgleich
Die Aufgabe lautet: Kupferoxid reagiert mit Kohlenstoff zu elementarem Kupfer und Kohlenstoffdioxid. Die Reaktionsgleichung sieht so aus:
Du sollst nun die vollständigen Redoxgleichungen aufstellen. Der erste Schritt dafür ist wie immer die Bestimmung der Oxidationszahlen, um herauszufinden was unsere Oxidation bzw. Reduktion ist. Kohlenstoff ist elementar und hat somit die Oxidationszahl null, Sauerstoff wie immer die minus zwei und Kupfer folglich die plus zwei. Auf der rechten Seite ist Kupfer jetzt elementar und hat die Oxidationszahl null, Sauerstoff weiterhin die minus zwei und weil wir zwei Sauerstoffatome haben, muss der Kohlenstoff jetzt die Oxidationszahl plus vier haben. Der Kohlenstoff wird also oxidiert und das Kupfer reduziert.
Schritt zwei ist wieder das Aufstellen der beiden Teilgleichungen. Für die Oxidation gilt: Kohlenstoff geht über zu Kohlenstoffdioxid plus vier Elektronen. Vier Elektronen deshalb, weil sich die Oxidationszahl von Kohlenstoff um vier geändert hat. Aber wieso kommen die Elektronen auf die rechte Seite und nicht auf die linke? Ganz einfach. Das liegt daran, dass bei der Oxidation die Elektronen aufgenommen und bei der Reduktion die Elektronen abgegeben werden. Die Reduktion lautet dann: Kupferoxid plus zwei Elektronen geht über zu Kupfer.
H3 Ladungsausgleich
Soweit kennen wir das schon aus dem vorherigen Video. Aber jetzt wird’s spannend! Nun erfolgt der Ladungsausgleich. Dafür musst du zuerst wissen, ob die Reaktion im Neutralen, im Basischen oder im Sauren abläuft. Für den Neutralen und Sauren Bereich muss mit H3O+ Ionen ausgeglichen werden, im Basischen mit OH-Ionen. Wenn keine Angabe in der Aufgabe steht, gehen wir vom Neutralen aus.
Wir verwenden also Hydronium-Ionen für den Ausgleich. Dafür schauen wir uns bei beiden Teilgleichungen die Ladungen auf der linken und auf der rechten Seite an. In unserem Fall haben wir bei der Oxidation links eine Ladung von Null und rechts eine von plus vier, wegen der vier Elektronen. Das heißt wir schreiben auf die negativere Seite vier Hydronium-Ionen, um die Ladung zu kompensieren. Bei der Reduktion geht das genauso. Links haben wir eine Ladung von minus zwei und rechts eine von null. Also müssen wir links mit H3O+ -Ionen ausgleichen.
H3 Stoffausgleich
Der nächste Schritt ist jetzt der Stoffausgleich. Dieser erfolgt immer mit Wasser. Wir schauen uns für jede der beiden Teilgleichungen an, wie Wasserstoff und Sauerstoff auf der linken bzw. rechten Seite verteilt sind.
Bei der Oxidation haben wir rechts vier mal drei – also 12 – Wasserstoffatome und sechs Sauerstoffatome. Links befinden sich gar keine Wasserstoff- oder Sauerstoffatome. Wir müssen also mit so vielen H2O Molekülen auffüllen, damit die beiden Seiten identisch sind. In unserem Fall brauchen wir sechs Wassermoleküle. Damit haben wir auf beiden Seiten die gleiche Menge von Atomen.
Bei der Reduktion funktioniert das genauso. Links haben wir sechs Wasserstoff- und drei Sauerstoffatome. Rechts müssen wir drei H2O hinzufügen, damit unsere Gleichung stimmt.
Puh, jetzt haben wir es fast geschafft. Wir müssen noch dafür sorgen, dass unsere beiden Teilgleichungen dieselbe Anzahl an Elektronen aufweisen. Das kriegen wir ganz einfach hin, indem wir die Reduktionsgleichung mit zwei multiplizieren. Unsere beiden Gleichungen sehen nun so aus:
Als letztes müssen wir nur noch aus diesen Teilgleichungen eine einzige machen. Das wichtigste dabei ist, dass du weißt was auf welche Seite kommt. Edukte zu Edukten und Produkte zu Produkten. Also alles was mal auf der linken Seite einer Teilgleichung stand, muss auch auf der linken Seite der Gesamtgleichung stehen. Das sieht dann so aus:
Das wirkt jetzt noch kompliziert aus, aber wie auch in der Mathematik kann man hier einiges kürzen. Alles, das auf beiden Seiten gleich ist, kannst du rauskürzen. Die finale Reaktionsgleichung ist dann:
Mit diesem Rezept kannst du jetzt jede Redoxaufgabe lösen und wirst die Chemieklausur rocken. Viel Spaß und mach’s gut!