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Reduktion / Redoxreaktion

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Reduktion eines Metalloxides

 Eisen und Stahl

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Oxidation bedeutet Reaktion mit Sauerstoff
Reduktion bedeutet Entzug von Sauerstoff aus einem Oxid.

 

frageDoch welche Stoffe können den Oxiden den Sauerstoff entreißen?

 

Wir wollen uns das einmal bei der Verbindung Kupfer(II)-oxid näher anschauen und dieses Oxid mit Eisen reagieren lassen.

Eisen ist schließlich wesentlich unedler als Kupfer. Unedle Metalle reagieren heftiger mit Sauerstoff als edlere Metalle. Möglicherweise kann daher Eisen dem Kupferoxid den Sauerstoff entreißen. Eisen hat eine größere Affinität zu Sauerstoff als Kupfer.

 

 

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Reduktion von Kupfer(II)-oxid mit Eisen

schau-genau-hinErhitzt 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).


Reduktion-Kupferoxid-mit-Eisen-1 Reduktion-Kupferoxid-mit-Eisen-2

Fotolia 29816769 SS-ideeOffensichtlich 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.


interpretierenWie interpretiert der Chemiker diese chemische Reaktion auf der Teilchenebene?

Reaktionsschema in Worten (Wortreaktionsschema):

Reduktion-Kupferoxid-mit-Eisen-schema

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

Reaktionsschema auf der Teilchenebene:

Reduktion-Kupferoxid-mit-Eisen-teilchen

Reaktionsschema in Symbolformelschreibweise:

symbolformelschreibweise

Reaktionsschema in Ionenformelschreibweise:

ionenformelschreibweise


Im Detail:

detail1

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

detail2

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

merke

Aufnahme von Elektronen = Reduktion
(Kupfer-Ionen werden also in diesem Beispiel reduziert).

Abgabe von Elektronen = Oxidation
(Eisen-Atome werden also in diesem Beispiel oxidiert).


Bei der Reaktion laufen also zwei Prozesse gleichzeitig ab:

redox

Da hier sowohl eine Reduktion als auch eine Oxidation stattfindet, spricht man auch von einer Redoxreaktion.

merke

Redoxreaktionen sind Elektronenaustauschreaktionen. Der Elektronenspender (Elektronendonator) gibt Elektronen ab, wird selbst oxidiert und ist gleichzeitig das Reduktionssmittel; der Stoff, der Elektronen aufnimmt (Elektronenakzeptor) wird selbst reduziert und ist gleichzeitig das Oxidationsmittel.

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Reduktion von Kupfer(II)-oxid mit Kohlenstoff

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.

Re von CuO mit C klBild ohne Info für den Unterricht

Offensichtlich konnte Kohlenstoff dem Kupferoxid den Sauerstoff entreißen. Kohlenstoff ist hier also ein Reduktionsmittel. Er wird selbst zum Kohlenstoffdioxid oxidiert.

Reaktionsschema:

Reduktion-Kupferoxid-mit-Kohlenstoff-1

Der Kohlenstoff spielt als Reduktionsmittel eine außergewöhnlich große Rolle (siehe Hochofenprozess).

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Reduktion von Kupfer(II)-oxid mit Wasserstoff

Reduktion-Kupferoxid-mit-Wasserstoff-1
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:

Reduktion-Kupferoxid-mit-Wasserstoff-schema-1

Reduktion-Kupferoxid-mit-Wasserstoff-schema-2a

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Zusammenfassung

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

affinitaetsreihe

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

Ein kleiner Satzmuster-Test:

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00:00

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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