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Grundlagen Redox

2012-01-22T14:28:57Z

Stefanie volkart g3a 2012:

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einer Redoxreaktion sowohl um eine Reduktion wie auch um eine Oxidation. Dabei verliert ein Atom ein Elektron (Oxidation) welches von einem anderen Atom angezogen wird (Reduktion).

__TOC__

== Einführung Teilgeleichungen Oxidation, Reduktion ==

=== Exp. Brom mit Aluminium ===

[[image:Brom&Aluminium.jpg|thumb|right|Brom in der Reaktion mit Aluminium; für eine detailliertere Sicht siehe [http://www.google.ch/imgres?q=Brom+%26+aluminium&hl=de&sa=X&biw=1280&bih=917&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=ujvSi8zxtjITcM:&imgrefurl=http://www.seilnacht.com/versuche/exphalog.html&docid=xuP4yqp4f0rqGM&imgurl=http://www.seilnacht.com/versuche/tnbromre.JPG&w=354&h=261&ei=VM8bT-n-OIjs-gan76WgDA&zoom=1&iact=hc&vpx=380&vpy=153&dur=30&hovh=193&hovw=262&tx=211&ty=135&sig=100353730604487365873&page=1&tbnh=144&tbnw=206&start=0&ndsp=30&ved=1t:429,r:1,s:0]]]
Ein Reagenzglas wird zur Hälfte mit Brom gefüllt, danach wird Alufolie hinzugegeben. Das Experiment sollte unter einer Abzugshaube durchgeführt werden, um die unangenehmen Dämpfe abzusaugen. Die Reaktion braucht anfangs etwas Zeit bis sie ins Laufen kommt, danach ist sie jedoch heftig.

=== Darstellung ===

Reaktionsgleichung: 2Al + 3Br2 → 2Al3+Br-3

Nun kann die die ganze Reaktionsgleichung in zwei Teilgleichungen unterteilt werden.

Oxidation: Al → Al3+ + 3e-

Reduktion: Br2+ 2e- → 2Br-

Die Elektronen werden jeweils auf der Seite hinzugeschrieben auf der sie positiv dargestellt werden können. Da Aluminium beim Produkt Elektronen fehlen werden sie auf der Produktseite einfach wieder hinzugeschrieben. Aluminium hat im Periodensystem die Oxidationszahl III daher werden 3 Elektronen dazugeschrieben. Brom hat die Oxidationszahl -I und da es zwei Bromatome sind werden hier 2 Elektronen hinzugefügt. Nun müssen die beiden Teilgeleichungen so ausgeglichen werden, dass Aluminium so viele Elektronen abgibt wie Brom aufnimmt. Das kleinste gemeinsame Vielfache von 2 und 3 ist 6. Also wird die Oxidation mit 2, und die Reduktion mit 3 multipliziert.

Oxidation: 2Al → 2Al3+ + 6e-

Reduktion: 3Br2 + 6e- → 6Br-

Aus diesen angepassten Teilgeleichungen kann nun wieder auf die ganze Reaktionsgleichung vom Anfang geschlossen werden.

== Oxidationszahlen bei Molekülen ==

Am Beispiel: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Ein ganzes Molekül kann in dem Sinn nicht oxidieren, nur die jeweiligen einzelnen Atome. Daher muss von jedem Atom einzeln die Oxidationszahl ermittelt werden. Mit Hilfe der Elektronegativität kann bestimmt werden, welche Atome Elektronen verlieren (also oxidieren) und welche Atome Elektronen aufnehmen.

CH4 zum Beispiel: C hat, wie im Periodensystem nachgesehen werden kann, eine Elektronegativität von 2,5. H dagegen eine von 2,1. Da C elektronegativer ist klaut es die Elektronen und zwar nach Oxidationszahl IV. H dagegen hat die Oxidationszahl -I, da es vier sind werden diese vier vom C-Atom aufgenommen. Wird dies nun mit allen einzelnen Atomen gemacht, kommt man auf folgende Reaktionsgleichung:

C-IVH4+IV + 2O20 → C+IVO2-IV + 2H2+IIO-II

Oxidation: Alle Atome die einen Verlust von Elektronen haben, die Oxidationszahl vom Edukt zum Produkt also positiver wird. Das C-Atom gehört zur Oxidation weil es beim Edukt die Oxidationszahl -IV hat beim Produkt jedoch +IV

C-IV → C+IV + 8e-

Reduktion: Alle Atome die Elektronen stehlen, die Oxidationszahl vom Edukt zum Produkt also negativer wird. Dies ist hier der Fall beim Sauerstoffatom.

O20 + 4e- → 2O-II

Nun wird die Gleichung wiederum angepasst. Das kleinste gemeinsame Vielfache von vier und acht ist acht. Also muss die Reduktionsgleichung mit zwei multipliziert werden.

Oxidation: C-IV → C+IV + 8e-

Reduktion: 2O20 + 8e- → 4O-II

Hat die gesamte Reaktionsgleichung keine Änderungen der Oxidationszahlen von Edukt zum Produkt der einzelnen Atome, handelt es sich um KEINE Redoxreaktion.

== Komplexe Moleküle ==

[[image:Glucose.jpg|thumb|right|Glucose; für eine detailliertere Sicht siehe [http://www.google.ch/imgres?q=c6h12o6+strukturformel&hl=de&biw=1280&bih=917&tbm=isch&tbnid=xiIDC-kWADQtCM:&imgrefurl=http://www.guidobauersachs.de/oc/zucker.html&docid=XMpYYUqPtyb4AM&imgurl=http://www.guidobauersachs.de/oc/glucose.gif&w=141&h=353&ei=-O0bT9i9HoLtOYbmqakL&zoom=1&iact=hc&vpx=352&vpy=106&dur=170&hovh=282&hovw=112&tx=113&ty=163&sig=100353730604487365873&page=2&tbnh=173&tbnw=69&start=31&ndsp=25&ved=1t:429,r:6,s:31]]]

Am Beispiel der Photosynthese: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Versieht man nun wiederum alle einzelnen Atome mit der Elektronegativität und fügt die Oxidationszahlen hinzu wird es etwas komplizierter. Beim komplexen Molekül C6H12O6 wäre die Oxidationszahl für ein C-Atom laut PS +IV, was insgesamt dann 24 wären. Da ein Molekül aber immer auf die gesamt Oxidationszahl 0 kommen muss und H und O zusammen bereits 0 ergeben kann dies nicht sein. Betrachtet man das Molekül genauer, sieht man warum. Die mittleren C-Atome haben eine Oxidationszahl von null (Bild C-Atome 2-4), die beiden an der Seite jedoch haben die Oxidationszahl I bzw. -I. Somit kommen wir auf einen Durchschnitt der Oxidationszahl von 0, was aufgeht. Ist ein Molekül also komplexer und enthält mehrere C-Atome müssen diese einzeln betrachtet werden.

6C+IVO2-IV + 6H2+IIO-II → C60H12+XIIO6-XII + 6O20

Oxidation: 12O-II → 6O20 + 24e-

Reduktion: Einzelne C-Atome aufschreiben und Elektronen zusammenzählen gibt auch wieder 24 Elektronen.

C+IV + 5e- → C-I

4C+IV + 16e- → 4C0

C+IV + 3e- → C+I

== Regeln und Hilfsregeln ==

=== Regeln ===
1. Die Oxidationszahlen (OxZ) werden mit römischen Ziffern bezeichnet und können meist im PS nachgesehen werden.

2. Bei einatomigen Ionen ist die OxZ gleich der Ionenladung: Na+IO-II

3. In Molekülen werden die Bindungselektronen dem Bindungspartner mit der höheren Elektronegativität zugeordnet. Die sich so ergebenden "Ladungen" entsprechen den Oxidationszahlen.

4. Die Oxidationszahlen der Elemente sind definitionsgemäss gleich Null.

=== Hilfsregeln ===

1. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome in einem Molekül ist gleich Null

2. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome in einem mehratomigen Ion ist gleich der Ladung des Ions.

3. Die OxZ von Sauerstoff in Verbindungen ist meist -II aufgrund der hohen Elektronegativität. Ausnahmen: Wasserstoffperoxide (H2O2) und Bindungen mit Fluor (F2O)

4. Die OxZ von Wasserstoff in Verbindungen ist meist +I aufgrund der tiefen Elektronegativität. Ausnahme: Metallhydride.

5. Bei komplexeren Molekülen in denen mehrere C-Atome enthalten sind, müssen diese einzeln betrachtet werden. Bsp: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

Die Elektrolyse

2012-01-22T14:04:25Z

Stefanie volkart g3a 2012: Die Seite wurde neu angelegt: __TOC__ == Elektrochemische Vorgänge == === Silberreinigung === Silberreinigung; Material: Alufolie, Salz, Wasser (warm) und ...

__TOC__

== Elektrochemische Vorgänge ==

=== Silberreinigung ===
[[image:22012012319.jpg|thumb|right|Silberreinigung;]]

Material: Alufolie, Salz, Wasser (warm) und ein Glas.

Das etwas erhitze Wasser ins Glas einfüllen und das Salz hinzugeben. Den Silbergegenstand (z.B. Gabel) in Alufolie einwickeln und ebenfalls ins Glas geben, bereits nach einigen Minuten ist der Gegenstand gereinigt. Das Aluminium verliert hierbei seine Elektronen an das Silber ab. Dieses hatte seine Elektronen zuvor an den Schmutz verloren. Aluminium hat eine deutlich geringere Elektronegativität wie Silber und ist daher hier der Verlierer.

Oxidation: Al → Al3+ + 3e-

Reduktion: 3Ag+ + 3e- → 3Ag

Gesamtreaktion: Al + 3Ag+Cr → 3Ag + Al+Cl-3

Doch wie stark ist die Tendenz für eine Elektronenaufnahme bzw. Abgabe eines Stoffes?

=== Das Redoxpotential ===

Das Redoxpotential ist ein Mass für die Tendenz ob ein Atom seine Elektronen verliert oder jene eines anderen Atoms aufnimmt. Das Oxidationsmittel ist dabei der Stoff, welcher reduziert wird, also eine Oxidation verursacht. Das Reduktionsmittel dagegen ist jener Stoff der oxidiert wird, also die Reduktion verursacht.

==== Messvorgang ====

Um diese Tendenz einzuschätzen wurde ein Nullpunkt definiert. Diese wird als Wasserstoff-Standard-Elektrode bezeichnet und hat die Zahl Null. Wasserstoff wird sowohl in der oxidierten (H3O+ wie auch in der reduzierten (H2) Form in ein Gefäss gegeben. Dazu kommt eine Platinelektrode, an diese werden Elektronen abgegeben bzw. von ihr aufgenommen. Dies sind sogenannte Referenz Halbzellen. Nach einer Weile kommt es zu einem chemischen Gleichgewicht (GW) zwischen der Elektrodenabgabe und der Elektronenaufnahme. An der Elektrode entsteht ein elektrisches Potential, also eine Spannung diese liegt bei Wasserstoff nun bei null.

Nun können beliebige Metalle ebenso gemessen werden. Dabei nimmt man das jeweilige Metall, welches man messen will und ein Gegen-Ion welches frei wählbar ist. Ihr soll als Beispiel das Eisen-Ion betrachtet werden.
Die Konzentration ist jeweils [Fe2+Cl-2]= 1Mol/L.

GW: Fe2+ + 2e- ⇌ Fe0
[[image:Redoxtabelle.jpg|thumb|right|Elektrochemische Spannungsreihe;]]
Und wird die Spannung zwischen dem jeweiligen Metall mit der der Referenz-Halbzelle verglichen. Dabei gilt je negativer das Potential ist desto grösser ist die Tendenz Elektronen zu verlieren. Je unedler also ein Metall ist desto negativer ist die Elektrode geladen. Dabei entstehen Zahlen die in ein Tabelle aufgeführt werden.

==== Tabelle Elektrochemische Spannungsreihe ====

Je weiter oben sich ein Metall in der Tabelle befindet, desto eher verliert es seine Elektronen. Diejenigen die also oben in der Tabelle stehen sind die Reduktionsmittel, das GW liegt hier rechts.

Je weiter unten ein Metall ist, desto eher nimmt es Elektronen auf. Die unten sind also Oxidationsmittel, das GW liegt links.

Je grösser der Unterschied zwischen zwei Elementen ist, also je weiter sie auf der Tabelle voneinander getrennt sind, desto schneller läuft die Reaktion ab.

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

Datei:22012012319.jpg

2012-01-22T13:16:38Z

Stefanie volkart g3a 2012:

Datei:Redoxtabelle.jpg

2012-01-22T13:09:24Z

Stefanie volkart g3a 2012:

Grundlagen Redox

2012-01-22T11:56:27Z

Stefanie volkart g3a 2012: Die Seite wurde neu angelegt: Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einer Redoxreaktion sowohl um eine Reduktion wie auch um eine Oxidation. Dabei verliert ein Atom ein Elektron (Oxidation) w...

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einer Redoxreaktion sowohl um eine Reduktion wie auch um eine Oxidation. Dabei verliert ein Atom ein Elektron (Oxidation) welches von einem anderen Atom angezogen wird (Reduktion).

__TOC__

== Einführung Teilgeleichungen Oxidation, Reduktion ==

=== Exp. Brom mit Aluminium ===

[[image:Brom&Aluminium.jpg|thumb|right|Brom in der Reaktion mit Aluminium; für eine detailliertere Sicht siehe [http://www.google.ch/imgres?q=Brom+%26+aluminium&hl=de&sa=X&biw=1280&bih=917&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=ujvSi8zxtjITcM:&imgrefurl=http://www.seilnacht.com/versuche/exphalog.html&docid=xuP4yqp4f0rqGM&imgurl=http://www.seilnacht.com/versuche/tnbromre.JPG&w=354&h=261&ei=VM8bT-n-OIjs-gan76WgDA&zoom=1&iact=hc&vpx=380&vpy=153&dur=30&hovh=193&hovw=262&tx=211&ty=135&sig=100353730604487365873&page=1&tbnh=144&tbnw=206&start=0&ndsp=30&ved=1t:429,r:1,s:0]]]
Ein Reagenzglas wird zur Hälfte mit Brom gefüllt, danach wird Alufolie hinzugegeben. Das Experiment sollte unter einer Abzugshaube durchgeführt werden, um die unangenehmen Dämpfe abzusaugen. Die Reaktion braucht anfangs etwas Zeit bis sie ins Laufen kommt, danach ist sie jedoch heftig.

=== Darstellung ===

Reaktionsgleichung: 2Al + 3Br2 → 2Al3+

Nun kann die die ganze Reaktionsgleichung in zwei Teilgleichungen unterteilt werden.

Oxidation: Al → Al3+ + 3e-

Reduktion: Br2+ 2e- → 2Br-

Die Elektronen werden jeweils auf der Seite hinzugeschrieben auf der sie positiv dargestellt werden können. Da Aluminium beim Produkt Elektronen fehlen werden sie auf der Produktseite einfach wieder hinzugeschrieben. Aluminium hat im Periodensystem die Oxidationszahl III daher werden 3 Elektronen dazugeschrieben. Brom hat die Oxidationszahl -I und da es zwei Bromatome sind werden hier 2 Elektronen hinzugefügt. Nun müssen die beiden Teilgeleichungen so ausgeglichen werden, dass Aluminium so viele Elektronen abgibt wie Brom aufnimmt. Das kleinste gemeinsame Vielfache von 2 und 3 ist 6. Also wird die Oxidation mit 2, und die Reduktion mit 3 multipliziert.

Oxidation: 2Al → 2Al3+ + 6e-

Reduktion: 3Br2 + 6e- → 6Br-

Aus diesen angepassten Teilgeleichungen kann nun wieder auf die ganze Reaktionsgleichung vom Anfang geschlossen werden.

== Oxidationszahlen bei Molekülen ==

Am Beispiel: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Ein ganzes Molekül kann in dem Sinn nicht oxidieren, nur die jeweiligen einzelnen Atome. Daher muss von jedem Atom einzeln die Oxidationszahl ermittelt werden. Mit Hilfe der Elektronegativität kann bestimmt werden, welche Atome Elektronen verlieren (also oxidieren) und welche Atome Elektronen aufnehmen.

CH4 zum Beispiel: C hat, wie im Periodensystem nachgesehen werden kann, eine Elektronegativität von 2,5. H dagegen eine von 2,1. Da C elektronegativer ist klaut es die Elektronen und zwar nach Oxidationszahl IV. H dagegen hat die Oxidationszahl -I, da es vier sind werden diese vier vom C-Atom aufgenommen. Wird dies nun mit allen einzelnen Atomen gemacht, kommt man auf folgende Reaktionsgleichung:

C-IVH4+IV + 2O20 → C+IVO2-IV + 2H2+IIO-II

Oxidation: Alle Atome die einen Verlust von Elektronen haben, die Oxidationszahl vom Edukt zum Produkt also positiver wird. Das C-Atom gehört zur Oxidation weil es beim Edukt die Oxidationszahl -IV hat beim Produkt jedoch +IV

C-IV → C+IV + 8e-

Reduktion: Alle Atome die Elektronen stehlen, die Oxidationszahl vom Edukt zum Produkt also negativer wird. Dies ist hier der Fall beim Sauerstoffatom.

O20 + 4e- → 2O-II

Nun wird die Gleichung wiederum angepasst. Das kleinste gemeinsame Vielfache von vier und acht ist acht. Also muss die Reduktionsgleichung mit zwei multipliziert werden.

Oxidation: C-IV → C+IV + 8e-

Reduktion: 2O20 + 8e- → 4O-II

Hat die gesamte Reaktionsgleichung keine Änderungen der Oxidationszahlen von Edukt zum Produkt der einzelnen Atome, handelt es sich um KEINE Redoxreaktion.

== Komplexe Moleküle ==

[[image:Glucose.jpg|thumb|right|Glucose; für eine detailliertere Sicht siehe [http://www.google.ch/imgres?q=c6h12o6+strukturformel&hl=de&biw=1280&bih=917&tbm=isch&tbnid=xiIDC-kWADQtCM:&imgrefurl=http://www.guidobauersachs.de/oc/zucker.html&docid=XMpYYUqPtyb4AM&imgurl=http://www.guidobauersachs.de/oc/glucose.gif&w=141&h=353&ei=-O0bT9i9HoLtOYbmqakL&zoom=1&iact=hc&vpx=352&vpy=106&dur=170&hovh=282&hovw=112&tx=113&ty=163&sig=100353730604487365873&page=2&tbnh=173&tbnw=69&start=31&ndsp=25&ved=1t:429,r:6,s:31]]]

Am Beispiel der Photosynthese: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Versieht man nun wiederum alle einzelnen Atome mit der Elektronegativität und fügt die Oxidationszahlen hinzu wird es etwas komplizierter. Beim komplexen Molekül C6H12O6 wäre die Oxidationszahl für ein C-Atom laut PS +IV, was insgesamt dann 24 wären. Da ein Molekül aber immer auf die gesamt Oxidationszahl 0 kommen muss und H und O zusammen bereits 0 ergeben kann dies nicht sein. Betrachtet man das Molekül genauer, sieht man warum. Die mittleren C-Atome haben eine Oxidationszahl von null (Bild C-Atome 2-4), die beiden an der Seite jedoch haben die Oxidationszahl I bzw. -I. Somit kommen wir auf einen Durchschnitt der Oxidationszahl von 0, was aufgeht. Ist ein Molekül also komplexer und enthält mehrere C-Atome müssen diese einzeln betrachtet werden.

6C+IVO2-IV + 6H2+IIO-II → C60H12+XIIO6-XII + 6O20

Oxidation: 12O-II → 6O20 + 24e-

Reduktion: Einzelne C-Atome aufschreiben und Elektronen zusammenzählen gibt auch wieder 24 Elektronen.

C+IV + 5e- → C-I

4C+IV + 16e- → 4C0

C+IV + 3e- → C+I

== Regeln und Hilfsregeln ==

=== Regeln ===
1. Die Oxidationszahlen (OxZ) werden mit römischen Ziffern bezeichnet und können meist im PS nachgesehen werden.

2. Bei einatomigen Ionen ist die OxZ gleich der Ionenladung: Na+IO-II

3. In Molekülen werden die Bindungselektronen dem Bindungspartner mit der höheren Elektronegativität zugeordnet. Die sich so ergebenden "Ladungen" entsprechen den Oxidationszahlen.

4. Die Oxidationszahlen der Elemente sind definitionsgemäss gleich Null.

=== Hilfsregeln ===

1. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome in einem Molekül ist gleich Null

2. Die Summe der Oxidationszahlen aller Atome in einem mehratomigen Ion ist gleich der Ladung des Ions.

3. Die OxZ von Sauerstoff in Verbindungen ist meist -II aufgrund der hohen Elektronegativität. Ausnahmen: Wasserstoffperoxide (H2O2) und Bindungen mit Fluor (F2O)

4. Die OxZ von Wasserstoff in Verbindungen ist meist +I aufgrund der tiefen Elektronegativität. Ausnahme: Metallhydride.

5. Bei komplexeren Molekülen in denen mehrere C-Atome enthalten sind, müssen diese einzeln betrachtet werden. Bsp: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

Datei:Glucose.jpg

2012-01-22T11:13:47Z

Stefanie volkart g3a 2012: http://www.google.ch/imgres?q=c6h12o6+strukturformel&hl=de&biw=1280&bih=917&tbm=isch&tbnid=xiIDC-kWADQtCM:&imgrefurl=http://www.guidobauersachs.de/oc/zucker.html&docid=XMpYYUqPtyb4AM&imgurl=http://www.guidobauersachs.de/oc/glucose.gif&w=141&h=353&ei=-O0bT

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Datei:Brom&Aluminium.jpg

2012-01-22T09:14:43Z

Stefanie volkart g3a 2012: http://www.google.ch/imgres?q=Brom+%26+aluminium&hl=de&sa=X&biw=1280&bih=917&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=ujvSi8zxtjITcM:&imgrefurl=http://www.seilnacht.com/versuche/exphalog.html&docid=xuP4yqp4f0rqGM&imgurl=http://www.seilnacht.com/versuche/tnbromre.JPG&w=3

http://www.google.ch/imgres?q=Brom+%26+aluminium&hl=de&sa=X&biw=1280&bih=917&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=ujvSi8zxtjITcM:&imgrefurl=http://www.seilnacht.com/versuche/exphalog.html&docid=xuP4yqp4f0rqGM&imgurl=http://www.seilnacht.com/versuche/tnbromre.JPG&w=354&h=261&ei=VM8bT-n-OIjs-gan76WgDA&zoom=1&iact=hc&vpx=380&vpy=153&dur=30&hovh=193&hovw=262&tx=211&ty=135&sig=100353730604487365873&page=1&tbnh=144&tbnw=206&start=0&ndsp=30&ved=1t:429,r:1,s:0