Oxidationszahl & Redoxgleichungen: Bestimmen, lösen & Beispiele

5.2 Oxidationszahl, Redoxgleichungen

Betrachten wir mal eine etwas kompliziertere Reaktion:

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Kupfer reagiert mit Salpetersäure zu Kupfernitrat, Stickstoffdioxid und Wasser. Dabei wird offensichtlich Kupfer oxidiert (0 > +II) und Stickstoff reduziert (+V> +IV).

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Schwarzes Eisenoxid (=Magnetit= Magneteisenstein) wird durch Kohlenmonoxid zu Eisen reduziert und CO dabei zu CO2 oxidiert.

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Auch die Knallgasreaktion ist als Verbrennung natürlich eine Redoxreaktion. Dabei werden dem elektronegativeren Partner in der Atombindung, dem O die Elektronen zugewiesen. Damit wird Wasserstoff oxidiert und Sauerstoff reduziert.

Auch bei Strukturformeln kann man prima die Oxidationsstufe mit Hilfe der Oxidationszahl ermitteln:

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Essigsäure kann aus Ethanal durch Oxidation mit Kupferoxid hergestellt werden. Dabei wird Kupferoxid reduziert und das 1. Kohlenstoffatom des Ethanal oxidiert. Die Aldehydgruppe (-CHO) wird zur Carboxylgruppe (-COOH) oxidiert.

Oxidation: Ethanal + O2- —> 2 e + Ethansäure
Reduktion: Cu2+ +2e —> Cu

Hier noch zwei weitere Redoxreaktionen:

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Blei wird gleichzeitig reduziert und oxidiert. Diesen Vorgang nennt man Komproportionierung. Dabei entsteht aus Verbindungen eines Elementes mit verschiedenen Oxidationszahlen eine Verbindung dieses Elementes mit einer dritten Oxidationszahl. (= umgekehrte Disproportionierung ).

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Redoxreaktionen in Technik und Natur

Die Galvanische Zelle wird nicht nur für Batterien sondern in abgewandelter Form auch zur Synthese von Stoffen verwendet , z.B. bei der Elektrolyse. Dabei wird eine Spannungsquelle an die Elektroden angeschlossen. Auf diese Weise kann man z.B. Wasser elektrolytisch spalten und Wasserstoff und Sauerstoff herstellen. (siehe Abb. 5.2.6)
Eine weitere Form der galvanischen Zelle wird als Brennstoffzelle verwendet (siehe hier)

Die Korrosion soll hier nochmals erwähnt werden, deren Vermeidung in der Technik eine sehr große Rolle spielt. Zum Beispiel beim Eiffelturm in Paris werden Tonnen an Farbe benötigt, um dem Rost vorzubeugen. Auch bei Flugzeugen, Automobilen, Pipelines usw. ist die Korrosion ein Problem.

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Die wichtigsten Stoffwechselreaktionen in Organismen, dieZellatmung und die Photosynthese sind Redoxreaktionen.

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Bei der Zellatmung wird Glucose in die Zelle aufgenommen und in vielen Einzelschritten enzymatisch zu CO2, H+ und Elektronen abgebaut. Die Elektronen und H+-Ionen werden in spezielle Speicherstoffe wie NAD+ eingespeichert. Diese wandern in die innere Mitochondrienmembran, woraus dort mit dem eingeatmeten Sauerstoff Wasser gebildet wird. Der Vorgang entspricht der Knallgasreaktion.
Die dabei in Stufen freiwerdende Energie wird entweder als Wärme frei (= Körperwärme) oder in den Energiespeicherstoff ATP abgespeichert. Dies ist der Unterschied zur chemischen Knallgasreaktion, bei der die Energie epxlosionsartig frei wird.

Die Gesamtgleichung für die Zellatmung lautet:

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Mit Hilfe der Oxidationszahlen erkennt man, daß die C-Atome der Glucose (-I/0/+I) vollständig zu CO2 ( +IV) oxidiert werden und Sauerstoff (0 —> -II) reduziert wird. Die Zellatmung ist eine Oxidation.

Bei der Photosynthese findet ebenfalls eine in vielen enzymatisch katalysierten Einzelschritten ablaufende biochemische Reaktion statt. Dabei werden auch Elektronen in einer Transportkette in den Chloroplasten der Pflanzenzellen weitergegeben schrittweise abgegeben. Der gesamte Vorgang läuft allerdings genau umgekehrt wie die Zellatmung als Reduktion ab. Dies erfordert Energie, was durch das Sonnenlicht beigesteuert wird, weshalb man auch von einem photochemischen Vorgang spricht. Die aus dem CO2 und Wasser hergestellte Glucose wir in Stärke umgewandelt und in der Vakuole gespeichert.

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Photosynthetische Grundgleichung:

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Abb. 5.2.1
Magneteisenstein
Fe3O4
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Abb.5.2.2
Kaliumdichromat
K2(Cr2O7)

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Abb. 5.2.3
Kupfernitrat
Cu(NO3)2

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Abb.5.2.4
Bleikristall
 

Zugabe von 24-36% PbO2 zu Glas verleiht dem Glas Dichte und Brillianz und ermöglicht die Gravur von Mustern.

Abb.5.2.5
Chromchlorid-Kristalle
CrCl3

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Abb.5.2.6
Elektrolyse von Wasser

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Abb.5.2.7
Korrosion

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Pipelines
Abb. 5.2.8
Eiffelturm Paris

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Abb.5.2.10
Zellatmung

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb.5.2.11
Photosynthese

 

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