Reduktion, Redoxreaktion und Redoxreihe
Auf Schienen im Ruhrgebiet werden die Stöße zwischen zwei Schienenstücken oft mit einer Thermitreaktion verschweißt: Ein Pulver wird gezündet, und es entsteht flüssiges, glühendes Eisen. Wie kann aus einem Pulver Eisen werden? Und warum klappt das mit Aluminium, aber nicht mit Kupfer? Am Ende der Seite kannst du es erklären.
Oxidation und Reduktion
Du kennst die Oxidation schon: Magnesium verbrennt mit hellem Licht zu Magnesiumoxid.
$$2\,\mathrm{Mg} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\,\mathrm{MgO}$$Magnesium nimmt Sauerstoff auf. Das nennt man Oxidation. Das Gegenteil heißt Reduktion: Ein Oxid gibt Sauerstoff ab. So wird z. B. aus Kupferoxid wieder Kupfer.
Wichtig: Ein Oxid kann seinen Sauerstoff nicht „ins Nichts“ abgeben. Ein anderer Stoff muss ihn aufnehmen. Oxidation und Reduktion laufen deshalb immer gleichzeitig ab. Eine solche Reaktion heißt Redoxreaktion (Reduktion + Oxidation).
Der Stoff, der den Sauerstoff abgibt, wird reduziert. Er oxidiert den Reaktionspartner und heißt deshalb Oxidationsmittel. Der Stoff, der den Sauerstoff aufnimmt, wird oxidiert. Er reduziert den Partner und heißt Reduktionsmittel.
Ergänze: „Bei einer Oxidation $\dots$ ein Stoff Sauerstoff auf. Bei einer Reduktion $\dots$ ein Stoff Sauerstoff ab. Beide Vorgänge laufen gleichzeitig ab; man spricht…
Ergänze: „Bei einer Oxidation $\dots$ ein Stoff Sauerstoff auf. Bei einer Reduktion $\dots$ ein Stoff Sauerstoff ab. Beide Vorgänge laufen gleichzeitig ab; man spricht von einer $\dots$.“
Magnesium verbrennt mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid: $2\,\text{Mg} + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$ a) Gib an, welcher Stoff oxidiert wird. b) Nenne das Produkt.
Magnesium verbrennt mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid:
$2\,\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$
- a) Gib an, welcher Stoff oxidiert wird.
- b) Nenne das Produkt.
Kupferoxid reagiert mit Wasserstoff: $\text{CuO} + \text{H}2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}2\text{O}$ a) Gib an, welcher Stoff reduziert und welcher oxidiert wird. b)…
Kupferoxid reagiert mit Wasserstoff:
$\text{CuO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$
- a) Gib an, welcher Stoff reduziert und welcher oxidiert wird.
- b) Nenne das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel.
- c) Beschreibe die Beobachtung (Farbänderung).
Die Redoxreihe der Metalle
Magnesium brennt mit gleißendem Licht, Eisen rostet langsam, Gold bleibt jahrelang blank. Metalle halten ihren Sauerstoff unterschiedlich fest. Ordnet man sie danach, entsteht die Redoxreihe.
Je unedler ein Metall ist, desto fester ist sein Sauerstoff im Oxid gebunden und desto leichter reagiert es mit Sauerstoff. Je edler, desto leichter gibt sein Oxid den Sauerstoff wieder ab.
Zur Merkregel: Der Unedle gewinnt den Sauerstoff. Deshalb reagiert Magnesium mit Kupferoxid, aber Kupfer nicht mit Magnesiumoxid. Auch Kohlenstoff lässt sich einordnen: Er steht in der Redoxreihe zwischen Aluminium und Zink. Kohlenstoff kann also die Oxide von Zink, Eisen und Kupfer reduzieren (Zinkoxid nur bei sehr hoher Temperatur), die Oxide von Aluminium und Magnesium aber nicht. Kupfer ist edler als Kohlenstoff, deshalb gibt Kupferoxid seinen Sauerstoff leicht an Kohlenstoff ab. Magnesium ist unedler als Kohlenstoff, deshalb hält Magnesiumoxid seinen Sauerstoff fest: Kohlenstoff reduziert Kupferoxid und (bei starkem Erhitzen) Zinkoxid, Magnesiumoxid aber nicht.
Ordne die Metalle nach der Reihe vom edelsten zum unedelsten: Gold, Magnesium, Kupfer, Zink.
Ordne die Metalle nach der Reihe vom edelsten zum unedelsten: Gold, Magnesium, Kupfer, Zink.
Aluminium reagiert mit Eisenoxid (Thermitreaktion): $2\,\text{Al} + \text{Fe}2\text{O}3 \rightarrow \text{Al}2\text{O}3 + 2\,\text{Fe}$ a) Markiere Oxidation und…
Aluminium reagiert mit Eisenoxid (Thermitreaktion):
$2\,\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\,\text{Fe}$
- a) Markiere Oxidation und Reduktion.
- b) Erkläre mit der Redoxreihe, warum Aluminium Eisenoxid reduzieren kann.
- c) Erkläre, warum die Reaktion stark exotherm ist und wofür man sie nutzt (z. B. Schienenschweißen).
Zinkoxid und Kohlenstoff werden erhitzt: $2\,\text{ZnO} + \text{C} \rightarrow 2\,\text{Zn} + \text{CO}2$ a) Kennzeichne Oxidation, Reduktion, Oxidationsmittel und…
Zinkoxid und Kohlenstoff werden erhitzt:
$2\,\text{ZnO} + \text{C} \rightarrow 2\,\text{Zn} + \text{CO}_2$
- a) Kennzeichne Oxidation, Reduktion, Oxidationsmittel und Reduktionsmittel.
- b) Begründe, warum Kupferoxid leichter mit Kohlenstoff reagiert als Magnesiumoxid.
- c) Gib an, ob Magnesiumoxid mit Kupfer reagieren würde, und begründe.
Metalle und Salzlösungen
Die Redoxreihe zeigt sich auch in Lösung. Legst du einen Eisennagel in blaue Kupfersulfatlösung, überzieht er sich mit rotbraunem Kupfer. Eisen ist unedler als Kupfer: Es geht in die Lösung, und Kupfer scheidet sich ab. Die blaue Farbe wird dabei blasser.
Ein Kupferdraht in Eisensulfatlösung dagegen bleibt unverändert, denn das edlere Kupfer kann das unedlere Eisen nicht verdrängen.
Ein Eisennagel wird in eine Kupfersulfatlösung gelegt, und er überzieht sich mit rotbraunem Kupfer. a) Erkläre mit der Redoxreihe, warum das passiert. b) Sage voraus,…
Ein Eisennagel wird in eine Kupfersulfatlösung gelegt, und er überzieht sich mit rotbraunem Kupfer.
- a) Erkläre mit der Redoxreihe, warum das passiert.
- b) Sage voraus, was passiert, wenn man einen Kupferdraht in Eisensulfatlösung legt.
Ein Schüler untersucht die Reaktionen von drei Metallen (A–C) mit Salzlösungen: | | Lösung von A-Ionen | Lösung von B-Ionen | Lösung von C-Ionen | |---|---|---|---| |…
Ein Schüler untersucht die Reaktionen von drei Metallen (A–C) mit Salzlösungen:
| Lösung von A-Ionen | Lösung von B-Ionen | Lösung von C-Ionen | |
|---|---|---|---|
| Metall A | – | keine Reaktion | keine Reaktion |
| Metall B | Reaktion | – | keine Reaktion |
| Metall C | Reaktion | Reaktion | – |
- a) Ordne die Metalle A, B und C nach ihrer Unedelkeit.
- b) Begründe deine Reihenfolge.
- c) Nenne, welches Metall am ehesten als Edelmetall bezeichnet werden könnte.
Massenbilanz und Reaktionsgleichung
Bei jeder Oxidation gilt das Gesetz von der Erhaltung der Masse: $m(\text{Edukte}) = m(\text{Produkte})$. Das Metalloxid ist schwerer als das Metall, weil der Sauerstoff dazukommt. Das Metall „verbrennt“ also nicht ins Nichts, es verbindet sich mit Sauerstoff aus der Luft.
Bei der Reaktion von $24\ \text{g}$ Magnesium mit Sauerstoff entstehen $40\ \text{g}$ Magnesiumoxid. a) Berechne die Masse des reagierten Sauerstoffs. b) Stelle die…
Bei der Reaktion von $24\ \text{g}$ Magnesium mit Sauerstoff entstehen $40\ \text{g}$ Magnesiumoxid.
- a) Berechne die Masse des reagierten Sauerstoffs.
- b) Stelle die Reaktionsgleichung auf und markiere Oxidation und Reduktion.
- c) Erkläre, warum die Masse des Produkts größer ist als die des Metalls, obwohl „etwas verbrennt“.
Zurück zum Anfang: Bei der Thermitreaktion ist Aluminium unedler als Eisen. Es entreißt dem Eisenoxid den Sauerstoff, und flüssiges Eisen entsteht. Kupfer ist edler als Eisen und könnte das nicht.
Auf einen Blick
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Oxidation: Aufnahme von Sauerstoff. Reduktion: Abgabe von Sauerstoff.
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Beides läuft gleichzeitig ab: Redoxreaktion.
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Das Oxidationsmittel wird reduziert, das Reduktionsmittel wird oxidiert.
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Redoxreihe: Ein unedleres Metall reduziert das Oxid eines edleren Metalls und scheidet es aus der Salzlösung ab.
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Bei jeder Redoxreaktion bleibt die Gesamtmasse gleich.