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Redoxgleichungen aufstellen

Kupfer löst sich in Salpetersäure — aber wie viele Elektronen wandern dabei, und wohin?

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In Teilgleichungen denken

Eine Redoxgleichung entsteht aus zwei Teilgleichungen: Eine gibt Elektronen ab, die andere nimmt sie auf.

  • Oxidation:Teilgleichung mit Elektronen rechts: \(\ce{Al -> Al^3+ + 3 e-}\)
  • Reduktion:Teilgleichung mit Elektronen links: \(\ce{Cu^2+ + 2 e- -> Cu}\)
  • Elektronenzahl:Änderung der Oxidationszahl mal Zahl der betroffenen Atome.
  • Saure Lösung:Ladungen mit \(\ce{H3O+}\) ausgleichen, danach die Atome mit \(\ce{H2O}\).
  • Elektronenausgleich:Teilgleichungen mit Faktoren multiplizieren, bis abgegebene = aufgenommene Elektronen.
  • Gesamtgleichung:Teilgleichungen addieren — die Elektronen kürzen sich heraus.

Herleitung:

\(\ce{Al -> Al^3+ + 3 e-}\)
\(|\;\cdot 2\)
Oxidation: Al gibt 3 Elektronen ab (OZ 0 → +III).
\(\ce{Cu^2+ + 2 e- -> Cu}\)
\(|\;\cdot 3\)
Reduktion: Cu²⁺ nimmt 2 Elektronen auf. Kleinstes gemeinsames Vielfaches: 6 Elektronen.
\(\ce{2 Al + 3 Cu^2+ + 6 e- ->}\) \(\ce{2 Al^3+ + 3 Cu + 6 e-}\)
addieren
Beide Teilgleichungen zusammenzählen.
\(\ce{2 Al + 3 Cu^2+ ->}\) \(\ce{2 Al^3+ + 3 Cu}\)
Ergebnis
Elektronen gekürzt; Probe: Ladung links +6, rechts +6.
Merke

Redoxgleichung: Erst wenn die Oxidation genauso viele Elektronen abgibt, wie die Reduktion aufnimmt, werden die Teilgleichungen addiert.

Gleiche beide Teilgleichungen aus: Stelle die Koeffizienten mit ▲/▼ ein (Tastatur: Tab zum Feld, Pfeil ↑/↓). Die Chips zeigen, ob Atome und Ladung stimmen. Bringe dann die Elektronenwaage mit den Faktoren ins Gleichgewicht — die Gesamtgleichung baut sich unten zusammen.

Redox-Baukasten

Halte fest: Atome und Ladung müssen schon in jeder Teilgleichung stimmen — der Faktor davor gleicht nur noch die Elektronen aus.

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Donator und Akzeptor

Redoxreaktionen funktionieren wie Säure-Base-Reaktionen — nur wandern Elektronen statt Protonen.

  • Säure-Base:Protonenübergang: Säure = Protonendonator, Base = Protonenakzeptor.
  • Redox:Elektronenübergang: Reduktionsmittel = Elektronendonator, Oxidationsmittel = Elektronenakzeptor.
  • Reduktionsmittel:gibt Elektronen ab und wird dabei selbst oxidiert, z. B. \(\ce{Al}\).
  • Oxidationsmittel:nimmt Elektronen auf und wird dabei selbst reduziert, z. B. \(\ce{Cu^2+}\).
  • Redoxpaar:korrespondierendes Paar Ox/Red wie das Säure-Base-Paar \(\ce{HCl}/\ce{Cl-}\): \(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}\) mit \(\ce{Cu^2+ + 2 e- <=> Cu}\).
  • Zwei Paare:An jeder Donator-Akzeptor-Reaktion sind zwei korrespondierende Paare beteiligt.
Merke

Donator-Akzeptor-Prinzip: Säure-Base-Reaktionen übertragen Protonen, Redoxreaktionen Elektronen — jeweils vom Donator zum Akzeptor.

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Allgemeine Hinweise

Nicht H⁺, sondern H₃O⁺

Freie Protonen gibt es in Wasser nicht. Gleiche in saurer Lösung mit \(\ce{H3O+}\) aus — pro \(\ce{H3O+}\) entsteht dann ein \(\ce{H2O}\) zusätzlich.

Ladung vor Atomen

Stimmen die Elektronen, gleiche zuerst die Ladung mit \(\ce{H3O+}\) aus und zähle erst dann Sauerstoff und Wasserstoff mit \(\ce{H2O}\) nach.

Mittel ≠ Vorgang

Das Reduktionsmittel wird oxidiert, das Oxidationsmittel reduziert — der Name sagt, was es beim Partner bewirkt.

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