Timm Wilke
Georg-August-Universität Göttingen
Wintersemester 2013 / 2014
K APITEL 5- R EAKTIONEN DER A NORGANISCHEN C HEMIE
Einführung
Brennendes
Magnesiumband
reagiert mit Sauerstoff und Brom
Unterschiedliche Reaktionspartner – dennoch einige
Gemeinsamkeiten
Wiederholung: Die Chemische Reaktion
Magnesium reagiert mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid:
Mg + O MgO
– Magnesium (2. Hauptgruppe) gibt 2 Elektronen („e-“) ab und Sauerstoff (6. Hauptgruppe) nimmt 2 e- auf, um
Edelgaskonfiguration zu erreichen.
Magnesium reagiert mit Brom zu Magnesiumbromid:
Mg + 2 Br- MgBr2
Teilreaktionen
(I) Mg Mg
2++ 2 e
-| * 2 (II) O
2+ 4 e
- 2 O
2-2 Mg + O
2 2 MgO
(I) Mg Mg
2++ 2 e
-(II) Br
2+ 2 e
- 2 Br
-Mg + Br
2 MgBr
2Elektronenübertragungsreaktionen
Es handelt sich bei beiden Reaktionen um Elektronenübertragungsreaktionen.
Im ersten Teilschritt entstehen aus den Atomen des Magnesium zweifach positiv geladene Magnesium-Kationen.
Magnesium gibt also Elektronen ab – dieser Vorgang wird
Oxidation genannt. Magnesium wird also bei der Reaktion zu Magnesium-Ionen (Mg2+) oxidiert.
Elektronenübertragungsreaktionen
Sauerstoff und Brom nehmen Elektronen auf. Im zweiten
Teilschritt entstehen aus den Atomen des Brom und Sauerstoff negativ geladene Brom- bzw. Sauerstoff-Anionen.
Brom und Sauerstoff nehmen also Elektronen auf – dieser
Vorgang wird Reduktion genannt. Brom und Sauerstoff werden also bei der Reaktion zu Sauerstoff- (O2-) bzw. Brom-Ionen (Br-) reduziert.
Elektronendonatoren und -akzpetoren
Stoffe, die bei einer chemischen Reaktion Elektronen abgeben, nennt man
Elektronendonatoren. Stoffe, die Elektronen
aufnehmen, nennt man Elektronenakzeptoren.
Redoxreaktionen
Elektronen können bei einer chemischen Reaktion nur abgegeben, wenn diese gleichzeitig von anderen Partnern aufgenommen werden.
Reduktion und Oxidation sind folglich immer gekoppelt. Beide laufen als Redoxreaktion stets gleichzeitig ab.
Zusammenfassung
Oxidation bezeichnet die Abgabe von Elektronen, Reduktion die Aufnahme von Elektronen. Reaktionen bei denen Elektronenübertragungen stattfinden, werden
als Reduktions-Oxidations-Reaktionen, oder kurz
Redoxreaktionen bezeichnet.
Beispiele
Metalle reagieren mit dem Luftsauerstoff zu Metalloxiden.
Reaktionen von Nichtmetallen wie Wasserstoff, Stickstoff,
Phosphor und Schwefel zu Nichtmetalloxiden, z.B. die Oxidation von H2 zu Wasser.
Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl,
Erdgas. Diese Reaktionen verlaufen unter großer Wärmeabgabe
Atmungskette im Zellstoffwechsel: Langsame
Verbrennungsvorgänge, bei denen der mit der Atemluft aufgenommene Sauerstoff schrittweise auf Wasserstoff aus organischen Verbindungen übertragen wird.
Historisches
Oxidation leitet sich von Oxygenium ab, der lateinischen Bezeichnung für Sauerstoff.
Früher wurden nur chemische Reaktionen bei denen Sauerstoff aufgenommen wurde, als Oxidation bezeichnet. Dies ist nicht richtig. Gegenbeispiel:
2 Fe + 3 Cl2 2 FeCl3
Fazit: Alle Reaktionen, bei denen Sauerstoff aufgenommen werden, sind Redox-Reaktionen, aber nicht bei allen Redox- Reaktionen wird Sauerstoff übertragen.
Aufgaben
Erstelle und benenne das Reaktionsschema (Teilreaktionen) für folgende Reaktionen:
– Aufgabe 1: Ca + F2 CaF2
– Aufgabe 2: 2 Fe + 3 Cl2 2 FeCl3
Kennzeichne dabei bei beiden Reaktionen sowohl die
Elektronenabgabe (Oxidation) als auch die Elektronenaufnahme (Reduktion).
Tipp: Calcium: 2. Hauptgruppe. Chlor & Fluor: 7 Hauptgruppe
Musterlösung
(I) Ca Ca
2++ 2 e
-(Oxidation) (II) F
2+ 2 e
- 2 F
-(Reduktion)
Ca + F
2 CaF
2(I) Fe Fe
3++ 3 e
-| * 2 (Oxidation) (II) Cl
2+ 2 e
- 2 Cl
-| * 3 (Reduktion)
2 Fe + 3 Cl
2 2 FeCl
3Rechtliches
Abbildungsnachweis:
Folie 2, 4: elemente chemie II, Klett Verlag, S. 228, 234.
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