Erhitzt man ein graues Gemisch aus der schwarzen Verbindung Kupfer(II)-oxid und dem Element Eisen, so glüht das Gemisch hell auf. Nach dem Abkühlen erkennt man deutlich ein kupferfarbenes, rötliches Metall, eben Kupfer, und einen dunklen anderen Stoff (Eisenoxid).

Offensichtlich konnte Eisen dem Kupferoxid den Sauerstoff entreißen, so dass elementares Kupfer übrig blieb. Eisen ist hier also ein Reduktionsmittel und wurde selbst zum Eisenoxid oxidiert.

Wie interpretiert der Chemiker diese chemische Reaktion auf der Teilchenebene?

Reaktionsschema in Worten (Wortreaktionsschema):

Die römische Zwei bedeutet, dass das entsprechende Metall zwei-wertig ist.

Reaktionsschema auf der Teilchenebene:

Reaktionsschema in Symbolformelschreibweise:

Reaktionsschema in Ionenformelschreibweise:

Im Detail:

Kupfer-Ionen nehmen jeweils zwei Elektronen auf und werden dadurch zu Kupfer-Atomen.

Eisen-Atome geben jeweils zwei Elektronen ab und werden dadurch zu Eisen-Ionen.

Bei der Reaktion laufen also zwei Prozesse gleichzeitig ab:

Erhitzt man ein Gemisch aus Kupfer(II)-oxid und Kohlenstoff, so entweicht ein farbloses Gas, das eine klare Kalkwasserlösung (Calciumlauge) oder eine klare Barytlösung (Bariumlauge) trübt. Die Trübung ist ein Nachweis für das Gas Kohlenstoffdioxid. Im Reagenzglas kann man deutlich ein rötlichen Stoff erkennen. Es ist neben Kohlenstoffdioxid Kupfer entstanden.

Bild ohne Info für den Unterricht

Reaktionsschema:

Die Apparatur wird mit Wasserstoff durchspült, bis alle Luft verdrängt ist (Knallgasprobe!). Nun kann man den Wasserstoff am Ende der Apparatur entzünden. Dann wird das schwarze Kupferoxid erhitzt.

Beobachtungen

1. Das Kupferoxid verändert die Farbe von schwarz zu rot.
2. Im Reagenzglas bildet sich eine farblose Flüssigkeit, die das weiße (wasserfreie) Kupfersulfat blau färbt.

Ergebnisse

Zu 1. Kupferoxid wird zu Kupfer reduziert.

Zu 2. Es entsteht Wasser, das an den kalten Wandungen des Reagenzglases kondensiert.

Reaktionsschema:

Werden einer Verbindung Sauerstoffatome entzogen, so nennt man die Reaktion Reduktion. Die Reduktion ist also die Umkehrung der Oxidation. Interessant ist auch, dass die Reduktion meistens endotherm verläuft.

Stoffe, die andere Stoffe reduzieren können nennt man Reduktionsmittel. Der Chemiker sagt auch: Reduktionsmittel müssen eine größere Affinität zum Sauerstoff besitzen als die Stoffe, die sie reduzieren.

Es können nicht nur die unten aufgeführten Elemente als Reduktionsmittel dienen, sondern auch Nichtmetalloxide wie Kohlenstoffmonooxid (CO) oder Schwefeldioxid (SO₂), da diese Verbindungen sehr gerne noch Sauerstoff-Atome aufnehmen.

Erweiterte Oxidationsreihe

Wasserstoff kann also dem Kupferoxid den Sauerstoff entreißen.
Wasserstoff könnte aber nicht dem Eisenoxid den Sauerstoff entreißen.

Ein Satzmuster-Test:

Testregeln:

• Du hast drei Versuche pro Tag.
• Der Test gilt als bestanden, wenn du 80% der Maximalpunkte erreicht hast.
• Für jeden Testversuch hast du 30 Minuten Zeit.
• Am Ende des Tests kannst du deine Ergebnisse dir anschauen und diese ausdrucken. 

Informationen für meine Lerngruppen

• Drucke am Ende die Urkunde aus und bringe sie zur nächsten Stunde mit.

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