Redoxgleichungen Sandra J. Mack – Anorganische Chemie I – Seminar Dozenten: Dr. Lothar Fink und Dr. Christian Buchsbaum Sandra J. Mack – 18. Juni 2014

Fragestellungen Wie erkennt man Redoxgleichungen? Wie stellt man Redoxgleichungen auf? Was ist bei pH-abhängigen und heterogenen Reaktionen zu beachten?

Gliederung Redoxreaktionen Aufstellen von Redoxgleichungen pH-abhängige Redoxreaktionen Redoxreaktionen heterogener Systeme Disproportionierung und Komproportionierung Redoxsysteme in der Natur Zusammenfassung Literatur und Quellenangaben

korrespondierendes Redoxpaar Redoxgleichungen Redoxreaktionen Redox-Reaktion  Abkürzung für Reduktions-Oxidations-Reaktion Was passiert? Elektronenübertragungen Oxidationen und Reduktionen nie isoliert → immer gemeinsam Veränderung der Oxidationszahlen bei einer Redoxreaktion → Oxidation: Oxidationszahl erhöht sich → Reduktion: Oxidationszahl verringert sich x x+z Teilgleichung Oxidation: A → Az+ + z e- (oxidierte Form) y y-z Teilgleichung Reduktion: B + z e- → Bz- (reduzierte Form) x y x-z y-z Redoxreaktion: B + A ⇌ Bz- + Az+ korrespondierendes Redoxpaar

Beispiel einer Redoxgleichung Redoxgleichungen Beispiel einer Redoxgleichung Beispiel „Knallgasreaktion“: ±0 +I Oxidation: H2 → 2 H+ + 2 e- Reduktion: O2 + 4 e- → 2 O2- Redoxreaktion: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) ±0 -II

Aufstellen von Redoxgleichungen Oxidationszahlen bestimmen Was wird oxidiert? Was wird reduziert? Oxidations-/Reduktionsteilgleichungen Σ (von Reduktionsmittel abgegebene e-) = Σ (von Oxidationsmittel aufgenommenen e-) Gesamtgleichung (Redoxreaktion) aufstellen Falls nötig: Stoff- und Ladungsausgleich über H+/H2O in sauren Lösungen und OH-/H2O in alkalischen Lösungen Zur Überprüfung: 7. Σ Ionenladungenlinks = Σ Ionenladungenrechts (Ladungsausgleich) 8. Anzahl der Atomelinks = Anzahl der Atomerechts (Stoffausgleich)

Ist die Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 eine Redoxreaktion? Redoxgleichungen Ist die Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 eine Redoxreaktion? CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (aq) ⇌ Ca(HCO3)2 (aq) Wenn die Rektion ein korrespondierendes Redoxpaar enthält, müssten sich die Oxidationszahlen ändern. +II +IV -II +I –II +IV–II +II +I +IV -II CaCO3 + H2O + CO2 ⇌ Ca(HCO3)2 Die Oxidationszahlen ändern sich nicht! Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 ist keine Redoxreaktion! Buchsbaum C., Allgemeine und Anorganische Chemie für Naturwissenschaftler, Skript zur Vorlesung WS 2013/2014

pH-abhängige Redoxreaktionen Redoxgleichungen pH-abhängige Redoxreaktionen Bei Redoxreaktionen in sauren bzw. alkalischen Lösungen ist darauf zu achten, dass ein Stoff- und Ladungsausgleich über H2O und die entsprechenden Ionen durchgeführt wird. Reaktion in saurer Lösung: 3 I2 + 5 ClO3-(aq) → 6 IO3-(aq) + 5 Cl-(aq) Ladungs- /Stoffausgleich! 3 I2 + 5 ClO3-(aq) + 3 H2O → 6 IO3-(aq) + 5 Cl-(aq) + 6 H+ Reduktion ±0 +V +V -I Unausgeglichen! Oxidation Reaktion in alkalischer Lösung: 2 MnO4- + 3 N2H4 → 2 MnO2 + 3 N2 Ladungs- /Stoffausgleich! 4 MnO4- + 3 N2H4 → 4 MnO2 + 3 N2 + 4 OH- + 4 H2O Reduktion +VII -II +IV ±0 Unausgeglichen! Oxidation Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage

Redoxreaktionen heterogener Systeme Redoxgleichungen Redoxreaktionen heterogener Systeme Heterogenes System: Reaktanden liegen in anderer Phase als die Produkte der Reaktion vor. ±0 +II Oxidation: Zn → Zn2+ + 2 e- Reduktion: 2 H+ + 2 e- → H2 Redoxreaktion: Zn(s) + 2 HCl(aq) → H2↑(g) + ZnCl2 +I ±0

Cl2 (g) + H2O(l) ⇌ 2H+(aq) + Cl- (aq) + OCl- (aq) Redoxgleichungen Disproportionierung Redoxreaktion, bei der eine Substanz gleichzeitig zum Teil oxidiert und zum Teil reduziert wird1. Beispiel „Schwimmbadgleichung“: Disproportionierung ±0 +I –II +I -I -II +I Cl2 (g) + H2O(l) ⇌ 2H+(aq) + Cl- (aq) + OCl- (aq) Elementares Chlor wird hier zu Chlorid (Cl-) und Hypochlorit (OCl-) umgesetzt. 1Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage

Komproportionierung Redoxgleichungen Reaktion bei der zwei Verbindungen, in denen das gleiche Element mit unterschiedlichen Oxidationszahlen vorliegt, zu einer Verbindung mit einer dazwischenliegenden Oxidationszahl reagieren1. Beispiel Komproportionierung von Permanganat- und Mangan-Ionen zu Mangandioxid: +VII -II +II -II +I +IV –II +I -II 2 MnO4- + 3 Mn2+ + 4 OH- ⇌ 5 MnO2 + 2 H2O 1Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage

Redoxsysteme in der Natur Redoxgleichungen Redoxsysteme in der Natur Wo spielen Redoxsysteme in der Natur eine Rolle? aerobe Atmung in den Mitochondrien: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O Sauerstoff: Oxidationsmittel, Kohlenstoff : Reduktionsmittel → an die Redoxsysteme ist die Energiegewinnung gekoppelt (ADP + P → ATP) Elektronentransfer bei der Photosynthese: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 → Kohlenhydrataufbau durch Umsetzung von CO2 aus der Luft und H2O C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O Reduktion ±0 +I –II ±0 +IV –II +I -II Bruttogleichung Oxidation Bruttogleichung Atmung, Fäulnis […] Photosynthese Mortimer C. E. und Müller U., Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 10. Auflage, 2010 Heldt H.-W. und Piechulla B., Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag ,4. Auflage, 2008

Zusammenfassung → Verändern sich die Oxidationszahlen? Redoxgleichungen Zusammenfassung Wie erkennt man Redoxgleichungen? → Verändern sich die Oxidationszahlen? → Werden Elektronen übertragen? Wie stellt man Redoxgleichungen auf? → Oxidationszahlen bestimmen → Oxidations-/ Reduktionsteilgleichungen → Σ (abgegebene e-) = Σ (aufgenommene e-) → Redoxreaktionsgesamtgleichung → Stoff- und Ladungsausgleich (wenn nötig über H2O und entsprechende Ionen) Was ist bei pH-abhängigen und heterogenen Reaktionen zu beachten? → Stoff- und Ladungsausgleich über H2O und die entsprechenden Ionen (OH- bzw. H+)

Literatur und Quellenangaben Redoxgleichungen Literatur und Quellenangaben Literaturverzeichnis: Auner N., Allgemeine und Anorganische Chemie, Skript zur Vorlesung WS 2012/2013 Buchsbaum C., Allgemeine und Anorganische Chemie für Naturwissenschaftler, Skript zur Vorlesung WS 2013/2014 Heldt H.-W. und Piechulla B., Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag ,4. Auflage, 2008 Housecroft C. E. und Sharpe A. G., Anorganische Chemie, Pearson Verlag, 2. Auflage, 2006 Mortimer C. E. und Müller U., Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 10. Auflage, 2010 Riedel E. und Janiak C., Anorganische Chemie, de Gruyter Verlag, 8. Auflage, 2011 Watson et al., Molekularbiologie, Pearson Verlag, 6. Auflage, 2010 Internetquellen: http://www.youtube.com/watch?v=qRw-5_5CIdU

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