Redox-Reaktionen - PDF

Abschnitt 13 REDOX-REAKTIONEN Homolytische Spaltung cc-by-sa-nc 2024 Classen 261  262 Oxidationen & Reduktionen Reduktion Oxidation Rekapitulatio...

Abschnitt 13 REDOX-REAKTIONEN Homolytische Spaltung cc-by-sa-nc 2024 Classen 261  262 Oxidationen & Reduktionen Reduktion Oxidation Rekapitulation: Oxidation ist die Abgabe von Elektronen und Reduktion ist die Aufnahme von Elektronen. Die Reaktionen müssen immer im gleichen Maße stattfinden. (links so viele Elektronen wie rechts) HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  263 Oxidationen & Reduktionen ∆EN=0,9 Wir wissen schon (Folie 95) δ+ δ- EN 2,1 3,0 Und in Wasser Polarisierte Moleküle können also formal auch als Ionen formuliert werden. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  264 Oxidationen & Reduktionen +I -I Reduktion Oxidation Die Bildung kovalenter Bindungen kann also auch als RedOx-Reaktion aufgefasst werden. Diese scheinbaren Ionenzahlen nennt man dann Oxidationszahlen. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  265 Bestimmung von Oxidationszahlen 1. Atome (e.g. H, Br, O, Na) haben die Oxidationsstufe 0. a) Atome in elementaren Verbindungen (e.g. H2, O2, Cl2) haben die Oxidationsstufe 0 2. Einatomige Ionen haben die Oxidationsstufe, die gleich ihrer Ladung ist. +I -II Na+ S2- Pseudophysikalisch Nicht ganz real-Konzept Heterolytischer Bildungsbericht HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  266 Bestimmung von Oxidationszahlen Differenz Oxidationsstufe Egal wie gering EN! 3. In Verbindungen werden dem elektronegativeren Element die Bindungselektronen ganz zugesprochen. Die Valenzschalen- differenz ist dann die Oxidationszahl. S8 O S O O HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/chemie/material/nuetzliches/pse/ cc-by-sa-nc 2024 Classen  267 Bestimmung von Oxidationszahlen 4. Daumenregeln: a) Halogene Fluor (höchste EN) hat immer –I. Halogene (Cl, Br, I nicht F) haben –I außer in Bindungen mit Sauerstoff. b) Alkalimetalle (e.g. Li, Na, K) haben immer +I. c) Erdalkalimetalle (Mg, Ca) haben immer +II. d) Wasserstoff hat +I außer in Verbindung mit Metallen (Hydride –I) e) Sauerstoff hat meist –II außer als O2 oder O3 (0) oder in Peroxiden (H-O-O-H; -I). 5. Die Summe aller Oxidationsstufen muss gleich der Ladung des Moleküls sein. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  268 Bestimmung von Oxidationszahlen MnO4- Permanganat (ist kein Peroxid) O O N H H H H H HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  Aufstellen von Redoxgleichungen 1. Bestimmen der Oxidationszahlen Die Oxidation/Reduktion kann anhand des Wechsels von Oxidationszahlen festgemacht werden. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen 269  270 Aufstellen von Redoxgleichungen 2. Aufstellen der Oxidations- und Reduktionsgleichung Auflistung der Elektronen wie Reaktanten Bilden Sie nur in Wasser stabile Ionen aus (also nie O2-/ gleichen Sie Ladungen durch „Wasser(ionen)“ aus Im Sauren: fügen Sie H2O oder H+ hinzu Im Basischen: fügen Sie H2O oder OH- hinzu Im Neutralen: fügen Sie Wasser hinzu 3. Bilden die das kgV der Elektronen und multiplizieren Sie die Teilreaktionen. 4. Summieren Sie die Teilreaktionen streichen Sie Reaktanten, die auf beiden Seiten vorkommen Gleichen Sie mit Gegenionen aus, die nicht reagiert haben. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  271 Ein Alkoholtest K2Cr2O7  Cr3+ CH3CH2OH  CH3COOH In Schwefelsäure HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  Bestimmung der Oxidationsstufen Ladung des Moleküls Für das Dichromat gilt 2𝑥 +𝐼 + 2𝑥 𝐶𝑟 + 7𝑥 −𝐼𝐼 = 0 −2 + 14 ⇔ 𝐶𝑟 = = 6 ≡ 𝑉𝐼 2 Hier nutzen wir die Daumenregeln: -Bindungen zwischen gleichen Elementen werden homolytisch K O M M E N TA R gespalten -Sauerstoff hat die OxStufe –II -Wasserstoff hat die OxStufe +1 [Die Methylgruppe ändert sich nicht, so dass diese ignoriert wird (zur Info: C wäre da –III) HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen 272  Halbgleichungen formulieren Reduktion Elektronen wie Reaktanten auftreten lassen. Bei der Reduktion stehen diese auf der Eduktseite. Alle anderen Elemente werden gemäß ihrer Oxidationsstufe gelistet sofern keine anderen Bindungsverhältnisse bekannte sind. K O M M E N TA R Oxidation Elektronen wie Reaktanten auftreten lassen. Bei der Oxidation stehen diese auf der Produktseite. Hier wird noch ein Oxid-Teilchen benötigt und zwei Protonen frei gesetzt. Ab hier gilt: Die Anzahl der einzelnen Elemente müssen auf der Edukt- und Produktseite identisch sein. Die Summe der Ladungen müssen auf der Edukt- und Produktseite identisch sein. Summieren Sie nur echte Ladungen keine Oxidationsstufen. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen 273  Kleinstes gemeinsames Vielfaches der Elektronen suchen und die Halbgleichungen addieren Reduktion Das kgV ist hier 12. Meiden Sie nicht *2 natürliche Vielfache. K O M M E N TA R Oxidation *3 H3C-CH2OH H3C-COOH 11 Σ Alles was links und rechts identisch ist hebt sich auf. Σ HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen 274  Das ‚O2-‘-Teilchen abreagieren lassen Drei Teilchen O2- werden mit den 6 H+, die die Reaktion freisetzt, zu Wasser umgesetzt K O M M E N TA R Die restlichen 8 O2--Teilchen lassen wir mit 16 Protonen zu Wasser reagieren. Diese nehmen wir aus Schwefelsäure siehe Start der Reaktion. Kontrollrechnung: Die Anzahl der einzelnen Elemente müssen auf der Edukt- und Produktseite identisch sein. Die Summe der Ladungen müssen auf der Edukt- und Produktseite identisch sein. Summieren Sie nur echte Ladungen keine Oxidationsstufen Optional kann man nun noch Gegenionen zusammenfassen. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen 275  276 E XKURS HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  277 RedOx-Reaktionen können räumlich getrennt werden Oh HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  278 RedOx-Reaktionen können räumlich getrennt werden Galvanische Zelle Elektronen/Ionenfluss RedOx-Paar RedOx-Paar Zn/Zn2+ Cu2+/Cu HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  279 Begriffe aus der Elektrochemie Halbzelle: Reaktionskammer für entweder die Oxidation oder die Reduktion Galvanische Zelle/Element: Zusammenschluss aus einer Oxidationshalbzelle und einer Reduktionshalbzelle. Elektrode AOK Anode=Oxidation Kathode=Reduktion HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  280 Eine Autobatterie ist eine galvanische Zelle Anode Kathode Komproportionierung/Synproportionierung: Die Edukte haben unterschiedliche Oxidationsstufen und enden beide bei der gleichen Oxidationsstufe im Produkt. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  281 Die elektromotorische Kraft EMK Die Differenz der Edelheit des Metalls bestimmt das EMK. HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  282 Wo ist 0 V? Die Standard-Halbzelle HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  283 Wo ist 0 V? Die Standard-Halbzelle E°(Zn/Zn2+) HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  284 Die elektrochemische Reihe Zusammenhang mit der freien Reaktionenthalpie/Triebkraft z Anzahl der ausgetauschten e- F Faraday-Konstante [F=96485 C/mol] Wie viele ladungsfräger pro mol Grad der Edelmetalle Umso weiter runter- unedler HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  285 Triebkraft von Reaktionen Welche Reaktion läuft spontan ab? HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  286 Lokalelemente Opferanode HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  287 Das Zellenpotential kann variiert werden Nernst-Gleichung Nernst-Gleichung für Metalle Nernst-Gleichung HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen vereinfacht für 25 °C cc-by-sa-nc 2024 Classen  288 Halbzellen mit versch. Konzentrationen Es baut sich auch ein Potential auf , wenn die Halbzellen unterschiedliche Konzentrationen des gleichen RedOx- Systems haben HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  289 Es gilt unter physiologischen Bedingungen (37 °C) , , ß E XKURS By BruceBlaus - Own work, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.o HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen rg/w/index.php?curid=287618 cc-by-sa-nc 2024 Classen 30  290 Elektrolyse ist die Umkehr der galvanischen Zelle HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  291 Übersicht - Lehrziele HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  292 Vergangene Klausuren HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen  x K O M M E N TA R x HHUD – Chemie für Human- & Zahnmediziner WS24/25 – Classen cc-by-sa-nc 2024 Classen 293