3.1 Redoxreaktionen 49 Redoxreaktionen auf der Teilchenebene Bei der Bildung von Kupferoxid aus Kupfer und Sauerstoff reagieren Kupfer-Atome mit Sauerstoff-Molekülen. Bei dieser Reaktion kann es sich weder um eine Protolyse (vgl. Kap. 2) noch um eine Fällungsreaktion handeln. Welcher Reaktionstyp liegt hier vor? Zur Klärung vergleichen wir die uns als Verbrennung bekannte Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff (LV1) mit der Reaktion von Magnesium mit Chlor (LV3a, B3). Magnesium Mg(s) bildet mit Sauerstoff O2(g) das Salz Magnesiumoxid MgO(s), mit Chlor Cl2(g) das Salz Magnesiumchlorid MgCl2(s): 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) (1) Mg(s) + Cl2(g) MgCl2(s) (2) Auf der Teilchenebene laufen diese Salzbildungen wie folgt ab: Das Magnesiumgitter wird in beiden Fällen zu Magnesium-Atomen ab gebaut. (1) (2) Magnesium-Atome geben unter Magnesium-Atome geben unter Bildung von Magnesium-Ionen Bildung von Magnesium-Ionen je zwei Elektronen ab je zwei Elektronen ab (Edelgasregel): (Edelgasregel): 2Mg 2Mg2+ + 4e– Mg Mg2+ + 2e– Sauerstoff-Moleküle nehmen Chlor-Moleküle nehmen unter unter Bildung von Oxid-Ionen je Bildung von Chlorid-Ionen je zwei vier Elektronen auf (Edelgasregel): Elektronen auf (Edelgasregel): O2 + 4e – 2O2– Cl2 + 2e – 2Cl– Summe der Teilgleichungen: Summe der Teilgleichungen: 2Mg + O2 2Mg 2+ + 2O2– Mg + Cl2 Mg 2+ + 2Cl– Magnesiumund Oxid-Ionen Magnesiumund Chlorid-Ionen bilden ein Ionengitter: bilden ein Ionengitter: N(Mg2+) : N(O2–) = 1 : 1 N(Mg2+) : N(Cl–) = 1 : 2 Verhältnisformel: MgO Verhältnisformel: MgCl2 Bei beiden Reaktionen geben Magnesium-Atome Elektronen ab, sie werden oxidiert1. Definitionen von Oxidation, Reduktion und Redoxreaktion Die Oxidation ist eine Elektronenabgabe. In (1) nehmen Sauerstoff-Moleküle, in (2) Chlor-Moleküle die Elektronen auf: Sauerstoffbzw. Chlor-Moleküle werden reduziert2. Die Reduktion ist eine Elektronenaufnahme. Bei jeder Oxidation findet gleichzeitig eine Reduktion statt. Insgesamt läuft also eine Reduktions-Oxidations-Reaktion, eine Redoxreaktion, ab. Redoxreaktionen sind Reaktionen mit Elektronenübergängen. Ein Reduktionsmittel ist ein Elektronendonator, ein Oxidationsmittel ist ein Elektronenakzeptor. Die Definitionen zeigen ein Grundprinzip der Reaktionstypen: Redoxreaktionen sind wie Protolysen Donator-Akzeptor-Reaktionen (B4). Schlüsselbegriffe Oxidation, Reduktion, Redoxreaktion, Reduktionsmittel, Oxidationsmittel, Donator-AkzeptorReaktion B3 Magnesium und Eisen reagieren mit Chlor. B4 Das Donator-Akzeptor-Prinzip (vgl. S. 33) Säure Base Protolyse ProtonenProtonenProtonendonator akzeptor übergang ReduktionsOxidationsRedoxmittel mittel reaktion ElektronenElektronenElektronendonator akzeptor übergang 1 von oxygenium (griech.) = Säureerzeuger. Lavoisier nannte Sauerstoff oxygenium, weil er irrtümlich annahm, dass alle Säuren SauerstoffAtome enthalten (vgl. S. 42); 2 von reducere (lat. ) = zurückführen N u r zu P rü fz w e c k e n E ig e n tu m d e s C .C . B u c h n e r V e rl a g s