Oxidation und Reduktion

Manchmal ist es gut zu wissen, ob zwei Stoffe miteinander reagieren oder nicht. Und manchmal, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Stoff Elektronen aufnimmt oder abgibt. Dies ist zum Beispiel nützlich, wenn du dir eine Batterie bauen willst. Für die Elemente, die normalerweise Ionen bilden, ist es recht einfach: Metalle wollen Elektronen abgeben, Nichtmetalle wollen Elektronen aufnehmen. Warum ist das so?

Schauen wir uns die äußeren Elektronen von Atomen genauer an. Hier sind zwei Elemente. Nennen wir sie X und Y. X ist ein Metall. Seine Außenschale hat nur wenige Elektronen.

Y ist ein Nichtmetall. In seiner äußeren Schale sind viele Elektronen, es braucht aber noch mehr, um sie vollzumachen. Wenn X und Y reagieren, gibt das Metall X seine beiden Elektronen ab. Da jedes Atom Y nur ein Elektron benötigt, brauchen wir zwei dieser Atome. Diese bilden eine Verbindung: XY2.

Die Ladungsmenge, die ein Element bei der Bildung einer neuen Verbindung gewonnen oder verloren hat, bezeichnet den sogenannten Oxidationszustand dieses Elements. X hat 2 Elektronen verloren. Das bedeutet, es hat eine positive Ladung von 2. Sein Oxidationszustand ist plus 2. Y hat 1 Elektron hinzugewonnen.

Es hat eine negative Ladung von 1. Sein Oxidationszustand ist minus 1. Wenn sich der Oxidationszustand von Element X erhöht hat, dann sagen wir, es wurde "oxidiert". Das heißt so, weil die meisten Elemente ihren Oxidationszustand erhöhen, wenn sie mit Sauerstoffgas reagieren. Das gleiche Wort wird jedoch auch bei Reaktionen mit anderen Elementen als Sauerstoff verwendet.

Y's Oxidationszustand ist gesunken. Es wurde "reduziert". Eine chemische Reaktion, bei der sich der Oxidationszustand verändert, nennt man eine "Redoxreaktion". In jeder Redoxreaktion bleibt die Gesamtänderung an Oxidationszuständen konstant. Jede Oxidation nach oben kommt mit einer entsprechenden Reduktion nach unten.

Mischst du zwei Stoffe, die beide entweder Elektronen abgeben oder aufnehmen wollen, so kann es sein, dass gar nichts passiert. Aber woher wissen wir, welche Stoffe ka oxidiert und welche reduziert werden können? Indem wir uns ansehen, welchen Oxidationszustand – welche "Oxidationszahl" – ein Element hat. Enthält ein Molekül nur EIN Element – etwa N-zwei oder O-drei – und ist mit keinem anderen Element verbunden, dann haben seine Atome immer eine Oxidationszahl von Null. Haben die Atome Ionen gebildet, so haben die Ionen immer die Oxidationszahl ihrer Ladung.

Wenn sich ein Element wie Stickstoff in ein Ion mit einer Ladung von minus drei verwandelt,... ...also jedes Stickstoffatom drei Elektronen hinzugewonnen hat, dann hat sich die Oxidationszahl jedes Atoms von null auf minus drei verändert. Der Stickstoff wurde also... "reduziert". Hier ist ein weiteres Beispiel: Ein Kupferion kann eine Ladung von +1 haben. Von da aus gibt es zwei Möglichkeiten: Es kann entweder oxidiert werden... und Kupfer 'zwei-plus' bilden... ...Oder es kann reduziert werden, zu einem Kupferatom mit der Oxidationszahl null.

Wenn das Kupfer-'eins-plus'-Ion mit etwas reagiert, das seine Elektronen 'stehlen' will, so wird es "oxidiert". Reagiert es mit etwas, was Elektronen abgeben will, so wird es "reduziert". Und wozu ist das alles gut? Nun... einige Reaktionen treten eher auf, wenn man einen Stoff, der leicht oxidiert, mit einem Stoff, der leicht reduziert werden kann, zusammenbringt.

Es ist auch nützlich, wenn du wissen willst, ob ein Stoff Elektronen aufnehmen oder abgeben will. Dazu müssen wir den Oxidationszustand eines Elements kennen. Er sagt uns, wie viele Elektronen ein Element bei der Reaktion mit anderen Elementen gewonnen oder verloren hat.