Warum reagieren H2O und O2 zu OH-?
Hi, ich hab mich schon immer gefragt, warum H2O freiwillig zu OH- reagiert, wenn H2O doch stabil und neutral ist, während OH- negativ geladen ist. Atome wollen doch immer ungeladen sein, oder?
Umgekehrt stell ich mir die Frage bei H2O und H3O+.
3 Antworten
Es geht ums Rosten von Eisen oder?
Warum reagieren H2O und O2 zu OH-?
Tun sie nicht, zumindest nicht alleine. Eine Reaktion der Art H2O + 1/2 O2 -> 2 OH- funktioniert nicht (da fehlen dir Elektronen für, wenn dann würden 2 •OH entstehen, aber das wird nicht passieren, weil das Radikale sind)
Was da aber reagiert ist das hier:
H2O + 1/2 O2 + 2 e- -> 2 OH-
In dieser Konstellation ist die Reaktion günstig, weil 1. die Elektronen vom Eisen weg kommen (das ist gut fürs Fe) und 2. die OH- ja nicht so bleiben, sondern weiter reagieren und zwar mit den Eisen zunächst zu Fe(OH)3 und dann über weitere Abgabe von H2O zu einer Mischung aus FeO und Fe2O3.
Du hast recht, das weiß es nicht. Dass es doch zu dem erstmal instabileren Produkt reagiert hat was mit chemischem Gleichgewicht und Wahrscheinlichkeit zu tun. Auch wenn ein Produkt instabil ist, kann mit geringer Wahrscheinlichkeit doch entstehen. Es ist dann unter Umständen sehr kurzlebig und zerfällt schnell wieder zurück zum eigentlich stabileren Stoff. Sieht man zum Beispiel bei der Autoprotolyse von Wasser. Da passiert ja das: 2 H2O -> H3O+ + OH- . Das ist zwar prinzipiell ungünstig, passiert aber eben mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit trotzdem, da im System genug Energie vorhanden ist, um diese Reaktion zu ermöglichen.
In einem Diagramm, kann man sich das so vorstellen. Das OH- das beim Rosten entsteht ist in der Mulde in der Mitte. Es ist erstmal ein schlechterer Zustand als sein Ausgangsstoff Wasser bzw. Eisen (die wären in dem Bild links bei "reactant"). Das OH- kann nun aber auch zu dem Produkt Eisenoxid reagieren (hier rechts). Das ist nochmal besser als seine Edukte. Das Eisenoxid ist energetisch besser gestellt, daher reagieren fast alle OH- zum Eisenoxid, sobald sie sich gebildet haben.
perfekt erklärt, danke für die Mühe :)
Nun, Wasser kann sowohl als Säure, als auch als Base agieren. Deswegen kann Wasser spontan H+ und OH- produzieren. Wasser ist polar, was bedeutet dass Sauerstoff stärker an den Elektronenpaar zieht als die Wasserstoffatome. Wasserstoff hat dadurch eine positive Teilladung, Sauerstoff eine negative (Dipol), obwohl das Molekül insgesamt neutral ist. Nun, negative Teilchen ziehen positive an und Wasser ist in Flüssigkeit nicht statisch. Zufällig könnte nun Molekül in der nähe eines anderes kommen: Sauerstoff mit der negativen Teilladung könnte also ein Proton vom Nachbarn anziehen. Dadurch entsteht dann H3O+ und OH-. Die geladenen Molekülen werden weiterhin durch Wasserstoffbrücken mit benachbarten Wassermolekülen stabilisiert.
Du hast also bei neutralem pH auch immer einen kleinen Anteil an Ionen sowie neutrale Wassermoleküle. Das ist ein dynamisches Gleichgewicht.
Wasser ist polar, d.h. dass die eine Seite partiell positiv und die andere partiell negativ ist. Ich könnte mir vorstellen, dass diese partielle Ladung den Sauerstoff induzieren und temporäre Ladungen enstehen, die jeweils sich einen H-Atom vom H2O Atom nehmen? Mir wäre aber sonst diese Reaktion unbekannt.
Diese Reaktion ist eine Teilreaktion von Eisen und feuchter Luft.
Hey, ich hab bewusst die Elektronen weggelassen, um die Frage zu vereinfachen. Trotzdem ist es mir schleierhaft, wieso diese Reaktion stattfindet. H2O ist stabil, O2 ist stabil und Fe-Gitter ist stabil, warum in aller Welt sollte Wasser zu dem negativ-geladenem OH- reagieren, als "wüsste es", dass daraus später wieder das stabile Eisenoxid-Molekül wird. Aus Sicht eines Moleküls erschließt mir dieses Verhalten nicht. Vielleicht kannst du dazu noch was sagen?
Schöne Grüße und Danke schon mal für die bisherige Antwort. :)