Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

Transkript

1 Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E stefan.wuttke@cup.uni-muenchen.de Anorganische-Chemie Grundpraktikum für Biologen 2016

2 Elektrochemie Stefan Wuttke # 2

3 Aus den Anfängen der Elektrochemie Luigi Galvani Alessandro Volta»tierische Elektrizitätmetallische Elektrizität«Stefan Wuttke # 3

4 Redoxreaktionen Nach der Aufklärung von Verbrennungsvorgängen durch LAVOISIER wurde die Reaktion mit Sauerstoff (oxygenium) als Oxidation bezeichnet. Der Entzug von Sauerstoff aus einer Verbindung wurde Reduktion genannt. Daraus entstand der Begriff Redoxreaktion. Oxidation Aufnahme von Sauerstoff Bildung von Oxiden Bsp: Bildung von Schwefeldioxid Reduktion Abgabe von Sauerstoff Zerfall von Oxiden Bsp: Zerfall von Stickstoffmonoxid S + O 2 SO 2 2 NO N 2 + O 2 Stefan Wuttke # 4

5 Redoxreaktionen Beispiel - Verbrennung von Calcium: Oxidation Reduktion RedOx 2 Ca 2 Ca e - O 2 + 4e - 2 O 2-2 Ca + O 2 2 CaO Ein Teilchen (Atom, Ion, Molekül), das Elektronen aufnimmt, wird als Oxidationsmittel oder Elektronenakzeptor bezeichnet. Gibt ein Teilchen Elektronen ab, so wird es als Reduktionsmittel oder Elektronendonator bezeichnet. Stefan Wuttke # 5

6 Oxidationszahlen Stefan Wuttke # 6

7 Periodensystem der Elemente Stefan Wuttke # 7

8 Oxidationszahlen 1. Metalle haben positive Oxidationszahlen. 2. Elemente haben immer die Oxidationszahl Wasserstoff hat die Oxidationszahl I. (Ausnahme: -I in Metallhydriden) 4. Sauerstoff hat die Oxidationszahl II. (Ausnahmen: -I in Peroxiden, II in OF 2 ) 5. Bei Verbindungen ist die Summe der Oxidationszahlen aller Atome null. 6. Bei Ionen ist die Summe der Oxidationszahlen aller Atome gleich der Ionenladung. Stefan Wuttke # 8

9 Oxidationszahlen Steigt die Oxidationszahl eines Atoms bei einer Reaktion, zeigt dies die Oxidation an. Verringert sich die Oxidationszahl eines Atoms bei einer Reaktion, so erfolgt eine Reduktion. Stefan Wuttke # 9

10 Oxidationszahlen Oxidationszahlen spielen auch bei der Namensgebung anorganischer Verbindungen eine wichtige Rolle. Sie werden in Klammern hinter den Elementnamen geschrieben. Stefan Wuttke # 10

11 Aufstellen und Ausgleichen von Redoxgleichungen Kaliumpermanganat (KMnO 4 ) reagiert mit konzentrierter Salzsäure, HCl (aq). Dabei entstehen elementares Chlor (Cl 2 ), Mangandichlorid (MnCl 2 ) und Kaliumchlorid (KCl) sowie Wasser. Formulieren Sie für diesen Vorgang eine Reaktionsgleichung. Stefan Wuttke # 11

12 Aufstellen und Ausgleichen von Redoxgleichungen 1. Aufstellung einer unvollständigen Formelgleichung, Bestimmung der Oxidationszahlen, Zuordnung von Oxidation und Reduktion. 2. Erstellung der Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion. Dabei muss man durch die Wahl geeigneter Koeffizienten dafür sorgen, dass die Anzahl der aufgenommenen gleich der Anzahl der abgegebenen Elektronen ist. Stefan Wuttke # 12

13 Aufstellen und Ausgleichen von Redoxgleichungen 3. Zusammenfassen der beiden Teilgleichungen liefert die Koeffizienten für die eigentliche Redoxreaktion. 4. Bestimmung der restlichen Koeffizienten. Stefan Wuttke # 13

14 Aufstellen von Redoxgleichungen 1. Oxidationszahlen bestimmen 2. Halbreaktionen für Ox. und Red. 3. Jede Halbreaktion ausgleichen a) Stöchiometrie ausgleichen b) Elektronenausgleich c) Ladungsausgleich mit H + und OH - d) Atomausgleich (H 2 O) 4. Halbreaktionen addieren und kürzen 5. Überprüfen, ob alles Sinn ergibt! Stefan Wuttke # 14

15 Experimenteller Fehler Die Ergebnisse aus dem Labor sind da: John Smith ist schwanger. JOHN SMITH Stefan Wuttke # 15

16 Think BEFORE you start your measurement!!! Stefan Wuttke # 16

17 Impact Factor Stefan Wuttke # 17

18 Säure-Base-Reaktionen versus Redoxreaktionen Stefan Wuttke # 18

19 Metallische Elektrizität Theorie der metallischen Elektrizität Er ordnete die Metalle in einer Reihe an, wobei die Kombination zweier Metalle umso stärkere Elektrizität hervorruft, je weiter sie auseinander stehe: Zink-Blei-Zinn-Eisen-Kupfer-Silber-Gold Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Graf von Volta Stefan Wuttke # 19

20 Die Redoxreihe der Metalle Die Redoxreihe der Metalle Entsprechend ihrer Stellung im Periodensystem haben die Metall ein unterschiedliches Bestreben, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen. Nach der Tendenz, Elektronen abzugeben, können die Metalle in einer Reihe (Redoxreihe) angeordnet werden: Stefan Wuttke # 20

21 Die Redoxreihe der Metalle Oxidationsvermögen Reduktionsvermögen Stefan Wuttke # 21

22 Galvanisches Element Ein galvanisches Element besteht aus zwei Halbzellen und kann elektrische Energie liefern. Daniell-Element Als Anode wird immer diejenige Elektrode bezeichnet, an der eine Oxidation erfolgt. Kathode wird die Elektrode genannt, an der eine Reduktion abläuft. Stefan Wuttke # 22