Der Redoxvorgang – Normalpotential und Reaktionsvorhersage

Ein Redoxvorgang ist eine chemische Reaktion, bei der ein Teilchen Elektronen auf ein anderes Teilchen überträgt. Bei einer solchen Elektronenübertragungs-Reaktion finden also eine Elektronenabgabe (Oxidation) durch ein Teilchen sowie eine Elektronenaufnahme (Reduktion) statt (Redox = Reduktion-Oxidation). Durch Kenntnis des Oxidationsmittels und des Reduktionsmittels der Reaktion sowie der Normalpotentiale der Reaktionsteilnehmer, lässt sich ein Redoxvorgang vorhersagen.

Normalpotential

Das Normalpotential E⁰ eines Elements bzw. einer Verbindung (genauer gesagt dessen Redoxpaar, z.B Na / Na⁺) charakterisiert das Reduktions- (der reduzierten Form) bzw. Oxidationsvermögen (oxidierte Form) in wässriger Lösung.
Je negativer das Potential ist, umso stärker gibt die reduzierte Form (Reduktionsmittel) Elektronen ab und je positiver das Potential ist, um so stärker nimmt die oxidierte Form (Oxidationsmittel) Elektronen auf.
Reduzierte Form (Stoff 1) + oxidierte Form (Stoff 2) -> oxidierte Form (Stoff 1) + reduzierte Form (Stoff 2). Das Normalpotential ist normiert für Standardbedingungen und kann in Formelsammlungen nachgelesen werden.

Vorhersage von Reaktionen

Aus der Kenntnis der Normalpotentiale bzw. Redoxpotentiale kann man voraussagen, ob ein bestimmter Redoxvorgang möglich ist. Eine Redoxreaktion findet -wie bereits erwähnt- zwischen einem Oxidationsmittel (oxidierte Form eines Elementes bzw. einer Verbindung) und einem Reduktionsmittel (reduzierte Form eines Elementes bzw. einer Verbindung).

Beispiel:

Untersuchung der Reaktionsmöglichkeiten

Aus obig genannter Tabelle könne man folgende Reaktionsmöglichkeiten untersuchen:

• Na und Cl^–: Es handelt sich jeweils um die reduzierte Form (Reduktionsmittel), da eine Redoxreaktion nur zwischen einem Oxidationsmittel und einem Reduktionsmittel stattfinden kann, ist diese Reaktion nicht möglich.

• Na⁺ und Cl₂: Es handelt sich jeweils um die oxidierte Form (Oxidationsmittel), da eine Redoxreaktion nur zwischen einem Oxidationsmittel und einem Reduktionsmittel stattfinden kann, ist diese Reaktion nicht möglich.

• Na und Cl₂: Es handelt sich hier um ein Reduktionsmittel (Na) und ein Oxidationsmittel (Cl₂), damit sollte eine Reaktion theoretisch möglich sein. Um aussagen zu können, ob die Reaktion auch wirklich abläuft muss überprüft werden, ob das Reduktionsmittel auch wirklich das stärkere Bestreben hat, Elektronen abzugeben. Normalpotential muss negativer sein. Dies ist erfüllt, denn das Redoxpaar (Na/Na⁺) hat ein negativeres Potential als das Redoxpaar (Cl^–/Cl₂), somit findet eine Reaktion zw. Na und Cl₂ statt.

• Na⁺ und Cl^–: Es handelt sich hier um ein Reduktionsmittel (Cl^–) und ein Oxidationsmittel (Na⁺), damit sollte eine Reaktion theoretisch möglich sein. Da das Redoxpaar (Cl^–/Cl₂) ein positiveres Potential als (Na/Na⁺) hat, gibt die reduzierte Form Cl^– keine Elektronen ab. Aus Na⁺ und Cl^– (im wässrigen Zustand) bildet sich NaCl (im festen Zustand). Es findet aber keine Reaktion statt.

Einige Normalpotentiale (“elektrochemische Spannungsreihe”)

Der Redoxvorgang – Normalpotential und Reaktionsvorhersage – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist ein Redoxvorgang?

Ein Redoxvorgang ist eine chemische Reaktion, bei der Elektronenübertragung stattfindet. Dabei wird eine Substanz reduziert (nimmt Elektronen auf) und eine andere oxidiert (gibt Elektronen ab).

2. Was ist das Normalpotential?

Das Normalpotential, auch Standardpotential genannt, ist die elektrische Spannung einer galvanischen Zelle bei Standardbedingungen. Es gibt die Tendenz einer Substanz an, Elektronen zu gewinnen (Reduktion) oder abzugeben (Oxidation).

3. Wie lässt sich das Normalpotential berechnen?

Das Normalpotential lässt sich nicht direkt berechnen, sondern wird experimentell bestimmt und tabelliert. Die Zellspannung einer galvanischen Zelle kann jedoch berechnet werden als Differenz der Normalpotentiale der beteiligten Redoxpaare.

4. Was gibt das Zeichen des Normalpotentials an?

Ein positives Normalpotential bedeutet, dass die Reduktion bevorzugt stattfindet, während ein negatives Normalpotential die Oxidation bevorzugt.

5. Wie kann man vorhersagen, welche Reaktion in einem Redoxsystem stattfindet?

Die Vorhersage der Reaktion basiert auf den Normalpotentialen: Substanzen mit höherem Reduktionspotential werden reduziert, solche mit geringerem Oxidationspotential werden oxidiert.

6. Was ist die elektrochemische Spannungsreihe?

Die elektrochemische Spannungsreihe ist eine Tabelle der Normalpotentiale verschiedener Redoxpaare. Sie ermöglicht die Vorhersage von Redoxreaktionen.

7. Was ist die Bedeutung von Oxidationszahlen in Redoxreaktionen?

Oxidationszahlen sind hypothetische Ladungen, die Atomen in Molekülen oder Ionen zugewiesen werden. Sie ändern sich in Redoxreaktionen und ermöglichen die Formulierung von Redoxgleichungen.

8. Was ist der Unterschied zwischen einer Oxidation und einer Reduktion?

Bei einer Oxidation gibt ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen ab, bei einer Reduktion nimmt es Elektronen auf.

9. Wie lauten die Halbreaktionen einer Redoxreaktion?

Halbreaktionen sind die Teilschritte einer Redoxreaktion, bei denen Oxidation und Reduktion getrennt dargestellt werden.

10. Was ist eine Redoxreaktion in der Biochemie?

Redoxreaktionen spielen auch in der Biochemie eine große Rolle, z.B. bei der Atmungskette, der Photosynthese oder der Zellatmung.