CHEMIE WIEDERHOLUNG: KAPITEL 5 REAKTIONEN DER ANORGANISCHEN CHEMIE. Timm Wilke. Georg-August-Universität Göttingen. Wintersemester 2013 / 2014

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1 CHEMIE WIEDERHOLUNG: KAPITEL 5 REAKTIONEN DER ANORGANISCHEN CHEMIE Timm Wilke Georg-August-Universität Göttingen Wintersemester 2013 / 2014

2 Folie 2 Einführung Brennendes Magnesiumband reagiert mit Sauerstoff und Brom Unterschiedliche Reaktionspartner dennoch einige Gemeinsamkeiten

3 Folie 3 Wiederholung: Die Chemische Reaktion Magnesium reagiert mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid: Mg + O MgO Magnesium (2. Hauptgruppe) gibt 2 Elektronen ( e - ) ab und Sauerstoff (6. Hauptgruppe) nimmt 2 e - auf, um Edelgaskonfiguration zu erreichen. Magnesium reagiert mit Brom zu Magnesiumbromid: Mg + 2 Br - MgBr 2

4 Folie 4

5 Folie 5 Teilreaktionen (I) Mg Mg e - * 2 (II) O e - 2 O 2-2 Mg + O 2 2 MgO (I) Mg Mg e - (II) Br e - 2 Br - Mg + Br 2 MgBr 2

6 Folie 6 Elektronenübertragungsreaktionen Es handelt sich bei beiden Reaktionen um Elektronenübertragungsreaktionen. Im ersten Teilschritt entstehen aus den Atomen des Magnesium zweifach positiv geladene Magnesium-Kationen. Magnesium gibt also Elektronen ab dieser Vorgang wird Oxidation genannt. Magnesium wird also bei der Reaktion zu Magnesium-Ionen (Mg 2+ ) oxidiert.

7 Folie 7 Elektronenübertragungsreaktionen Sauerstoff und Brom nehmen Elektronen auf. Im zweiten Teilschritt entstehen aus den Atomen des Brom und Sauerstoff negativ geladene Brom- bzw. Sauerstoff-Anionen. Brom und Sauerstoff nehmen also Elektronen auf dieser Vorgang wird Reduktion genannt. Brom und Sauerstoff werden also bei der Reaktion zu Sauerstoff- (O 2- ) bzw. Brom-Ionen (Br - ) reduziert.

8 Folie 8 Elektronendonatoren und -akzpetoren Stoffe, die bei einer chemischen Reaktion Elektronen abgeben, nennt man Elektronendonatoren. Stoffe, die Elektronen aufnehmen, nennt man Elektronenakzeptoren.

9 Folie 9 Redoxreaktionen Elektronen können bei einer chemischen Reaktion nur abgegeben, wenn diese gleichzeitig von anderen Partnern aufgenommen werden. Reduktion und Oxidation sind folglich immer gekoppelt. Beide laufen als Redoxreaktion stets gleichzeitig ab.

10 Folie 10 Zusammenfassung Oxidation bezeichnet die Abgabe von Elektronen, Reduktion die Aufnahme von Elektronen. Reaktionen bei denen Elektronenübertragungen stattfinden, werden als Reduktions-Oxidations-Reaktionen, oder kurz Redoxreaktionen bezeichnet.

11 Folie 11 Aufgaben Erstelle und benenne das Reaktionsschema (Teilreaktionen) für folgende Reaktionen: Aufgabe 1: Ca + F 2 CaF 2 Aufgabe 2: 2 Fe + 3 Cl 2 2 FeCl 3 Kennzeichne dabei bei beiden Reaktionen sowohl die Elektronenabgabe (Oxidation) als auch die Elektronenaufnahme (Reduktion). Tipp: Calcium: 2. Hauptgruppe. Chlor & Fluor: 7 Hauptgruppe

12 Folie 12 Musterlösung (I) Ca Ca e - (Oxidation) (II) F e - 2 F - (Reduktion) Ca + F 2 CaF 2 (I) Fe Fe e - * 2 (Oxidation) (II) Cl e - 2 Cl - * 3 (Reduktion) 2 Fe + 3 Cl 2 2 FeCl 3

13 Folie 13 Historisches: Reduktion von Metalloxiden Früher wurden Reaktionen, die unter Entzug von Sauerstoff stattfanden, Reduktionsreaktionen genannt. Möglicher Ursprung des Begriffs: Darstellung der reinen Metalle aus ihren (oxidischen) Erzen: Metalle kommen häufig als Metalloxide in der Natur vor. Durch den Entzug von Sauerstoff werden Metalloxide auf das enthaltene reine Metall reduziert.

14 Folie 14 Anwendungen: Oxidations- und Reduktionsmittel Silberoxid (Ag 2 O) lässt sich wie im Prinzip alle Metalloxide durch starkes Erhitzen in seine Elemente zerlegen. 2 Ag 2 O 4 Ag + O 2 Durch thermische Zersetzung wird Silber wird reduziert und Sauerstoff oxidiert. Probleme: Unwirtschaftlich, da hohe Energie nötig. Viele Metalloxide sehr stabil und damit schwer zu trennen. Vorteilhaft: Trennen durch Reduktionsmittel.

15 Folie 15 Reduktionsmittel Erhitzt man Ag 2 O zusammen mit fein verteiltem Kohlestaub (elementarer Kohlenstoff) läuft folgende Reaktion bei weitaus niedrigeren Temperaturen ab: 2 Ag 2 O + C 4 Ag + CO 2

16 Folie 16 Kohlenstoff als Reduktionsmittel 2 Ag 2 O + C 4 Ag + CO 2 Kohlenstoff dient in dieser Reaktion als Reduktionsmittel, da es seinen Reaktionspartner reduziert. Umgekehrt wäre in diesem Versuch Silberoxid ein Oxidationsmittel, da es Kohlenstoff oxidiert.

17 Folie 17 Oxidationsmittel / Reduktionsmittel Ein Reduktionsmittel gibt in einer chemischen Reaktion Elektronen ab und reduziert somit seinen Reaktionspartner. Es wird dabei selbst oxidiert. Ein Oxidationsmittel nimmt in einer chemischen Reaktion Elektronen auf und oxidiert somit seinen Reaktionspartner. Es wird dabei selbst reduziert

18 Folie 18 Metalle als Reduktionsmittel Werden Kupferoxid (CuO) und Eisen (Fe) zusammen erhitzt, findet folgende Reaktion statt: 6 CuO + 2 Fe 6 Cu + 2 Fe 2 O 3