Stunde IV. Redoxreaktionen Elektrochemie. Anfängertutorium. ao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

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1 Stunde IV Redoxreaktionen Elektrochemie Anfängertutorium ao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

2 Redoxreaktionen Anfängertutorium ao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

3 Chemische Reaktionen Fällungsreaktionen Säure/Basereaktionen Komplexbildungsreaktionen Redoxreaktionen Reduktion und Oxidation Mit jeder Reduktion ist auch eine Oxidation verbunden! Verbrennung, Korrosion (Rosten), Atmung, Metallgewinnung, galvanische Zellen,... 2 Ca + O 2 2 CaO Korrosion von Calcium Ca Ca e - Oxidation O e - 2 O 2- Reduktion Zerlegung in hypothetische Halbreaktionen und Redoxschreibweise: 2 O 2- O e -

4 Redoxreaktionen Historisch gesehen 3 Schritte zur Entwicklung und Definition: 1. Reaktionen unter Beteiligung von Sauerstoff Lavoisier prägt noch im 18. Jh. den Begriff der Oxidation 2. Reaktionen unter Elektronentransfer Gilt im physikalischen Sinne nur für ionische und metallische Spezies 3. Reaktionen unter Änderung der Oxidationszahl Aktuelle, allgemein gültige Definition von Redoxreaktionen! Was sind Oxidationszahlen?

5 Atombindungen C + O 2 CO 2 C C e - O 2 2 O -2 Verbrennung von Kohle Oxidation Reduktion Atombindung (kovalente Bindung):

6 Oxidationszahlen Formalismus, um Moleküle mit Atombindung in Redoxgleichungen zu behandeln! Atombindungen werden formal wie Ionenbindungen behandelt: 1. Dem elektronegativerem Atom werden die bindenden Elektronenpaare vollständig zugeordnet. 2. Sind es gleiche Atome, werden die bindenden Paare aufgeteilt. 3. Nun wird aus der Differenz der Aussenelektronen in Element und Verbindung die Oxidationszahl ermittelt. Strukturformeln müssen bekannt sein!

7 Oxidationszahlen Bei einatomigen Ionen entspricht die Ionenladung der Oxidationszahl des Atoms! Beachte die Schreibweise: Zn 2+ OZ: +2 Bei neutralen Molekülen muss die Summe der OZ der Atome null ergeben, bei Ionenmolekülen die Ionenladung! CO 2 C(+4), O(-2), ΣOZ = 0 CO 3 2- C(+4), O(-2), ΣOZ = -2 Bei Redoxreaktionen ändern sich die OZ der Reaktanden! Wir bestimmen nun die OZ einiger Verbindungen!

8 Aufstellen von Redoxgleichungen 1. Handelt es sich um eine Redoxreaktion? 2. Zerlegung in die Halbreaktionen 3. Ausgleich aller Atome außer H und O der Halbreaktionen 4. O durch H 2 O ausgleichen, dann H durch H + ausgleichen 5. Elektronen in den Halbgleichungen anführen 6. Elektronenausgleich der Halbgleichungen mit Faktoren 7. Addition der Halbgleichungen und Vereinfachung Überprüfung: Sind Atome links und rechts gleich? Ist die Ladung links und rechts gleich?

9 Elektrochemie Anfängertutorium ao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

10 Galvanische Zellen Eine Redoxreaktion kann zur Erzeugung von Strom verwende werden. Die dazu nötige Vorrichtung nennt man Galvanische Zelle Cu 2+ + Zn F Zn 2+ + Cu K = 7, !!! Halbreaktionen: Cu e - F Cu; Zn F Zn e - Daniell Element besteht aus 2 entsprechenden Halbzellen. Elektronen fließen über Elektroden durch metallischen Leiter Elektrischer Strom

11 Batterien und Akkumulatoren Monozelle und Batterie Galvanische Zelle oder Serie von Zellen. Nicht reversibel ausgeführt. Bsp.: Zn-Braunstein Akkumulator Reversibel ausgeführt daher wieder aufladbar. Bsp.: Bleiakkumulator, Li-Ionenakku Brennstoffzelle Im Prinzip ein Akkumulator, bei dem die Brennstoffe, meist Gase wie H 2, CH 4 oder CO, ständig von außen zugeführt werden.

12 Elektrolyse Galvanische Zelle: Elektrolyse: Chemische Energie Elektrische Energie Elektrische Energie Chemische Energie In einer galvanischen Zelle läuft eine Redoxreaktion zum Gleichgewichtszustand. Bei der Elektrolyse wird unter Einsatz von elektrischer Energie (Strom) Eine Redoxreaktion aus dem Gleichgewicht getrieben! Anwendung der Elektrolyse: Metallgewinnung (Aluminium, Chlor, etc.), Stromspeicherung, Formgebung, etc.

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