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.
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) unter Standardbedingungen in wässriger Lösung.
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:
Normalbedingungen sind dann gegeben, wenn alle Reaktionsteilnehmer bei 25°C die Konzentration von 1 mol por Liter hat. Da dies aber nicht immer der Fall ist, muss man die Normalpotentiale bei den gegebenen Bedingungen umrechnen. Dies ist mithilfe der Nernstschen Gleichung möglich.
Dabei sind E0 das Normalpotential, R die Gaskonstante (8,31447 J·mol-1·K-1), T die absolute Temperatur in Kelvin, F die Faraday-Konstante (96485,34 J·V-1·mol-1) und z die Zahl der übertragenen Elektronen (z.B. Cu zu Cu2+: 2 Elektronen)
Aus der Kenntnis des. Redoxpotentiales E (aus Nernstgleichung) 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) und erfolgt wie im vorherigen Kapitel (“Redoxvorgang – Normalpotential und Reaktionsvorhersage”) dargestellt.
Ein Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der eine Substanz Elektronen an eine andere abgibt. Dieser Prozess besteht aus zwei Teilen: einer Oxidation (Verlust von Elektronen) und einer Reduktion (Gewinn von Elektronen).
Ein Beispiel für eine Redoxreaktion ist die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser: 2H2 + O2 → 2H2O. Hier wird Wasserstoff oxidiert (Verlust von Elektronen) und Sauerstoff reduziert (Gewinn von Elektronen).
Die Nernstgleichung ermöglicht es, das Redoxpotential einer Zelle unter nicht-standardmäßigen Bedingungen zu berechnen, indem sie die Standardzellpotentiale, die Konzentration der reagierenden Arten und die Temperatur berücksichtigt.
Die Nernstgleichung lautet: E = E0 – (RT/nF) lnQ. Hier steht E für das Redoxpotential, E0 für das standardmäßige Redoxpotential, R für die universelle Gaskonstante, T für die Temperatur, n für die Anzahl der Elektronen, F für die Faraday-Konstante und lnQ für den natürlichen Logarithmus des Reaktionsquotienten.
Ein Oxidationsmittel (Oxidans) ist eine Substanz, die Oxidation verursacht, indem sie Elektronen von einer anderen Substanz aufnimmt. Ein Reduktionsmittel (Reduktans) ist eine Substanz, die Reduktion verursacht, indem sie Elektronen an eine andere Substanz abgibt.
Man kann das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel in einer chemischen Reaktion identifizieren, indem man die Änderungen in den Oxidationszahlen der Atome betrachtet. Das Element, dessen Oxidationszahl sich erhöht (Elektronen verliert), ist das Reduktionsmittel, während das Element, dessen Oxidationszahl sich verringert (Elektronen gewinnt), ist das Oxidationsmittel.
Das Redoxpotential ist ein Maß dafür, wie leicht eine chemische Spezies Elektronen abgeben (oxidiert werden) kann. Ein System mit einem hohen Redoxpotential neigt eher dazu, Elektronen zu akzeptieren (Reduktionsreaktion), während ein System mit einem niedrigen Redoxpotential eher dazu neigt, Elektronen zu spenden (Oxidationsreaktion).
Die Oxidationszahl wird gewöhnlich als Ladung definiert, die ein Atom in einer Verbindung erhalten würde, wenn alle Bindungen kovalent wären, wobei das Atom mit der höheren Elektronegativität die Elektronen erhält. Der Sauerstoff erhält in den meisten Verbindungen die Oxidationszahl -2, während Wasserstoff die Oxidationszahl +1 erhält.
Das Symbol E0 in der Nernstgleichung repräsentiert das Standard-Zellpotential oder das Gleichgewichtspotential einer Redoxreaktion unter standardmäßigen Bedingungen (1M Konzentration, 1 atm Druck, und 25°C).
Das Oxidationspotential ist die Fähigkeit einer Art, Elektronen zu verlieren und zu oxidieren, während das Reduktionspotential die Fähigkeit einer Art ist, Elektronen zu gewinnen und zu reduzieren. In einer Zelle sind diese beiden Potentiale gleich, aber von entgegengesetztem Vorzeichen.