[Chemie] Wie erkenne ich, ob eine Reaktion eine Redoxreaktion ist?
Guten Abend,
ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um zu verstehen, wie ich schnell herausfinden kann, ob eine Reaktion eine Redoxreaktion ist, oder nicht (ganz allgemein möchte ich das gerne verstehen). Natürlich müssen bei einer Redoxreaktion Elektronen übertragen werden. Aber wie finde ich schnell heraus, ob eine Reaktion eine Redoxreaktion ist, oder nicht?
Hierfür habe ich als Beispiel eine Reaktion, an der ihr mir es gerne erklären könnt.
Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten. 🙋♂️
C3H8O -> C3H6O + H2
- Ich habe mir gedacht, dass man es vielleicht anhand der Oxidationszahlen sehen kann, ob eine Reaktion eine Redoxreaktion ist, oder nicht
- Daher habe ich für die Reaktion (siehe Zitat oben) einmal die Oxidationszahlen der einzelnen Atome notiert:
- Ich verstehe noch nicht, wie man das mit den Oxidationszahlen dann herausfindet. Wie genau muss man da vorgehen, um herauszufinden, ob eine Reaktion eine Redoxreaktion ist, oder nicht? Was sagen hier in dieser Aufgabe die Oxidationszahlen aus?
- Ich sehe hier in diesem Fall, dass eine Dehydrierung (Wasserstoff wird abgegeben) stattfindet, weshalb das verbliebene Molekül oxidiert wurde und der Wasserstoff reduziert -> Redoxreaktion -> Mit den H-Atomen gehen ja die Elektronen, die vorher dem anderen Atom zugeordnet wurden
Ich würde solche Aufgaben gerne schnell lösen können. Dies (Zitat siehe unten) ist ein Beispiel einer Aufgabe, die in 90 Sekunden zu beantworten ist. Die richtige Antwortmöglichkeit ist hier ja E), aufgrund der Dehydrierung.
- Aber wie würde ich es hier am schnellsten herausfinden, ob eine Reaktion eine Redoxreaktion ist, oder nicht, wenn ich das mit der Dehydrierung nicht wissen würde?
- Gibt es andere hilfreiche Dinge, die man sich merken kann, ähnlich wie die Dehydrierung (Wasserstoff wird abgegeben) -> Reaktion ist eine Redoxreaktion?
Welche der Reaktionen ist eine Redoxreaktion?
A) K+ + Cl- -> KCl
B) KOH + HF -> KF + H2O
C) P4O10 + 6 H2O -> 4 H3PO4
D) H2CO3 -> H2O + CO2
E) C3H8O -> C3H6O + H2
2 Antworten
Moin,
am sichersten erkennst du Redoxreaktionen an den Oxidationszahlen.
Da eine Redoxreaktion IMMER aus einer Oxidationsteilreaktion UND einer Reduktionsteilreaktion besteht (das eine geht nicht ohne das andere), muss also immer irgend ein Teilchen oxidiert und ein anderes reduziert werden.
Das bedeutet auch, dass sich von einem Teilchen die Oxidationszahl erhöhen und von einem anderen Teilchen verringern muss.
Ansonsten erkennst du Redoxreaktionen immer an folgenden Kennzeichen:
- Oxidierung: Sauerstoff wird aufgenommen (Reaktion mit Sauerstoff)
- Dehydrierung (Wasserstoff wird abgespalten)
- Elemente werden zu Verbindungen
- Verbindungen werden zu Elementen
Keine Redoxreaktionen liegen vor, wenn du es mit einer...
- Säure-Base-Reaktion
- Ionen(aus)tauschreaktion
- Komplexbildung
zu tun hast.
LG von der Waterkant
Schau dir gerne noch meinen letzten Kommentar unter dieser Antwort an, falls du Lust und Zeit hast 🙋♂️
Du hast einmal ein C-Atom, das die Oxidationszahl –I hatte (im Alkohol) und dann später die OZ +I hat (im Aldehyd). Das ist eine Erhöhung von –I auf +I. Somit wurde dieses C-Atom oxidiert.
Du kannst das auch anders begründen. Dieses C-Atom hatte vorher (im Alkohol) EINE Bindung zu einem Sauerstoffatom. Nach der Reaktion hat es aber ZWEI Bindungen zum Sauerstoff. Es kam also eine Bindung zum Sauerstoff dazu. Oder anders gesagt, es fand eine Reaktion mit bzw. die Aufnahme von Sauerstoff statt.
Oder so: Aus einer Verbindung wird unter anderem ein Element (Wasserstoff). Das muss eine Redoxreaktion sein...
Beim Wasserstoff ist es so, dass alle H-Atome vorher (im Alkohol) die Oxidationsstufe +I hatten. Im elementaren Wasserstoff bei den Produkten liegt dagegen die Oxidationsstufe 0 vor. Das entspricht einer Verringerung der Oxidationszahl von +I auf 0 (und das zweimal).
Einmal erhöht sich die OZ, einmal verringert sie sich. Also: Redoxreaktion!
Ahhh, ich hatte nicht gesehen, dass vorher beim Kohlenstoff „-VI“ steht und nachher „IV“ - ich hatte beides als „-IV“ gelesen (auf meinen Bildern).
Du kannst das auch anders begründen. Dieses C-Atom hatte vorher (im Alkohol) EINE Bindung zu einem Sauerstoffatom. Nach der Reaktion hat es aber ZWEI Bindungen zum Sauerstoff. Es kam also eine Bindung zum Sauerstoff dazu.
- Ich verstehe, dass das C-Atom vorher eine Bildung zum O-Atom hat und nachher zwei Bindungen zum O-Atom. Deshalb hat dieses eine C-Atom ja vorher eine Oxidationszahl von -I und nachher eine Oxidationszahl von +I.
Oder anders gesagt, es fand eine Reaktion mit bzw. die Aufnahme von Sauerstoff statt.
- Das verstehe ich leider noch nicht. Wieso fand eine Reaktion mit Sauerstoff statt?
- Wieso fand eine Aufnahme von Sauerstoff statt? Was bedeutet „Aufnahme“ hier? Was hat Sauerstoff „aufgenommen“?
- Durch die zwei Bindungen zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff steigt ja die Oxidationszahl von Kohlenstoff um +II (Sauerstoff ist elektronegativer als Kohlenstoff).
- Vorher mit nur einer Bindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff ist die Oxidationszahl von Kohlenstoff durch Sauerstoff ja nur um +I gestiegen.
- Aber wie erkenne ich hier, dass eine Aufnahme von Sauerstoff stattfindet?
Das ist nur formal gemeint. Der Kohlenstoff hatte eine Bindung zum Sauerstoff. Wenn er nun mit Sauerstoff reagieren würde (diesen also „aufnähme”), dann würde er ja eine Bindung zum (neuen) Sauerstoff ausbilden. Und genau das passiert ja, indem im Aldehyd eine zweite Bindung zum Sauerstoffatom ausgebildet wird. Deshalb könntest du das auch so sehen, als hätte das Kohlenstoffatom Sauerstoff „aufgenommen”. Natürlich kommt letztlich kein zweites Sauerstoffatom dazu. Es bleibt das gleiche Sauerstoffatom, das aber jetzt, im Aldehyd, doppelt an den Kohlenstoff gebunden ist (im Vergleich zum Alkohol). Wie gesagt, das ist rein formal gemeint.
Aber selbst wenn du es real ablaufen lassen würdest, könntest du es als Reaktionsgleichung so formulieren:
2 R–CH2–OH + O2 → 2 R–CH(OH)–OH
Zwei Alkoholmoleküle reagieren mit Sauerstoff so, dass zwei Moleküle entstehen, bei denen an ein und demselben Kohlenstoffatom zwei Hydroxygruppen gebunden sind. Das ist dann so, als hätte das Kohlenstoffatom des Alkohols (an das die erste Hydroxygruppe gebunden war) einen zweiten Sauerstoff aufgenommen und eine zweite Hydroxygruppe gebildet, indem sich der Sauerstoff zwischen die ursprünglich C–H-Bindung gedrängt hätte.
Nun ist es aber so, dass ein Molekül, bei dem an ein und demselben Kohlenstoffatom ZWEI Hydroxygruppen gebunden sind, nicht stabil ist. Solche Moleküle neigen dazu, Wasser abzuspalten (siehe dazu auch die Instabilität der Kohlensäure). Dieses Phänomen hat als erster ein Herr Erlenmeyer beschrieben (ja, genau der gleiche Erlenmeyer, der auch den nach ihm benannten Glaskolben erfunden hat). Deshalb nennt man das auch die Erlenmeyer-Regel.
Also gemäß der Erlenmeyer-Regel spaltet ein Molekül mit zwei gebundenen Hydroxygruppen am selben C-Atom spontan Wasser ab. Dadurch entsteht automatisch eine Doppelbindung zum verbleibenden Sauerstoff:
R–CH(OH)–OH → R–CH=O + H2O
Das Resultat wäre also dasselbe. Aus dem Alkohol wird durch die Oxidation (also die reale Aufnahme von Sauerstoff mit anschließender Wasserabspaltung) ein Aldehyd.
Wie auch immer, es ist formal so, als hätte der Kohlenstoff einmal Sauerstoff aufgenommen.
Erst bei der weiteren Oxidation des Aldehyds zur Carbonsäure, kommt tatsächlich noch ein weiterer Sauerstoff dazu:
2 R–CHO + O2 → 2 R–COOH
LG von der Waterkant
P.S.
Noch ein Hinweis: Der Name Aldehyd leitet sich gerade von der Oxidation des Alkohols ab, denn das Kunstwort Aldehyd wurde aus „alcohol dehydrogenatus” gebildet. Die Bezeichnung „alcohol dehydrogenatus” bedeutet nämlich so viel wie „Alkohol, dem Wasserstoff entzogen wurde”. Aber das nur so nebenbei als „Fun fact”.
A) K⁺ + Cl⁻ ⟶ KCl
B) KOH + HF ⟶ KF + H₂O
C) P₄O₁₀ + 6 H₂O -> 4 H₃PO₄
D) H₂CO₃ -> H₂O + CO₂
E) C₃H₈O -> C₃H₆O + H₂
Eine Redoxreaktion ist definitionsgemäß eine, bei der sich Oxidationszahlen ändern. Die formale Methode besteht also darin, alle Oxidationszahlen für alle Atome zu bestimmen und zu sehen, ob sich etwas ändert.
In manchen Fällen sieht man sofort, daß sich eine Oxidationszahl ändern muß, z.B. weil ein Element auf der einen Seite elementar vorkommt (ein Beispiel ist das H₂ in der letzten Reaktion); in Elementen beträgt die Oxidationszahl ja notwendigerweise 0, und für Verbindungen ist das atypisch, also hat sich vermutlich etwas geändert. Die anderen vier Reaktionen zeigen keine offensichtlichen Hinweise auf eine Redoxreaktion, also muß man die Oxidationszahlen bestimmen und auswerten; es stellt sich heraus, daß alls vier keine Redoxreaktionen sind.
Bei meinem Bild blieb die Oxidationszahl von Kohlenstoff (-IV) und Sauerstoff (-II) vor und nach der Reaktion gleich. Nur die Oxidationszahl von Wasserstoff wurde geringer (von +VIII auf +VI). Bei welchem Teilchen hat sich hier also die Oxidationszahl erhöht? Von Wasserstoff wurde die Oxidationszahl ja geringer, die zwei Wasserstoffatome wurden ja reduziert.