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2.17: Redox-Reaktionen
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Redox Reactions
 
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2.17: Redox Reactions

2.17: Redox-Reaktionen

Oxidation-reduction, or redox, reactions change the oxidation states of atoms via the transfer of electrons from one atom, the reducing agent, to another atom that receives the electron, the oxidizing agent. Here, the atom that donates electrons is oxidized—it loses electrons—and the atom that accepts electrons is reduced—it has a less positive charge because it gains electrons. The movement of energy in redox reactions is dependent on the potential of the atoms to attract bonding electrons—their electronegativity. If the oxidizing agent is more electronegative than the reducing agent, then energy is released. However, if the oxidizing agent is less electronegative than the reducing agent, the input of energy is required.

Reducing Agents Get Oxidized

Is oxidation a loss or gain of electrons? The terminology can be confusing. The acronym OIL RIG is commonly used to remember. It stands for oxidation is loss; reduction is gain. So, if an atom is oxidized, then it loses electrons. As a reducing agent, the oxidized atom transfers electrons to another atom, causing it to be reduced. With OIL RIG in mind, most questions about the members of a redox reaction can be answered.

Electronegativity and Energy

Redox reactions either produce or require energy. If an atom loses an electron to a more electronegative atom, then it is an energetically favorable reaction, and energy is released. This is actually very logical—similar to a strong man winning a tug-of-war with a weaker man—because a more electronegative atom has a greater capacity to pull electrons to itself. A biological example of this type of reaction is cellular respiration, in which energy is released and used to create ATP, a form of energy that cells can easily use.

Other redox reactions require, rather than release, energy. If an electron moves from a more electronegative atom to a less electronegative atom, energy must be used. This is like a weaker man winning the tug-of-war with a stronger man—it requires energy from an outside source. A biological example is photosynthesis, in which electrons are transferred from water to carbon dioxide with the help of energy in the form of light.

Incomplete Transfer of Electrons

A redox reaction can occur not only when an electron is transferred but also when there is a change in the sharing of an electron in a covalent bond! For example, when methane and oxygen react, they yield carbon dioxide and water. In this case, the carbon in methane is oxidized. This is because the electrons in methane are shared equally between carbon and hydrogen, whereas the carbon in carbon dioxide is partially positive since oxygen attracts electrons more than carbon does.

Oxidations-Reduktions- oder Redox-Reaktionen verändern die Oxidationszustände von Atomen durch den Transfer von Elektronen von einem Atom, dem Reduktionsmittel, zu einem anderen Atom. Das aufnehmende Atom nennt man Oxidationsmittel. Das Atom, welches das Elektronen abgibt, oxidiert bzw. verliert Elektronen. Das Atom, welches Elektronen aufnimmt, wird reduziert. Es hat nun eine weniger positive Ladung, weil es Elektronen aufgenommen hat. Der Transfer der Energie in Redox-Reaktionen ist abhängig vom Potential der Atome, Bindungselektronen anzuziehen. Dies bezeichnet man als Elektronegativität. Ist das Oxidationsmittel stärker elektronegativ als das Reduktionsmittel, so wird Energie freigesetzt. Ist jedoch das Oxidationsmittel weniger elektronegativ als das Reduktionsmittel, ist eine Zugabe von Energie erforderlich.

Reduktionsmittel werden oxidiert

Ist die Oxidation ein Verlust oder Gewinn von Elektronen? Die Terminologie kann hier recht verwirrend sein. Das Akronym OIL RIG wird häufig zur Erinnerung verwendet. Es steht für Oxidation ist VerLust; Reduktion ist Gewinn. Wenn ein Atom also oxidiert wird, verliert es Elektronen. Als Reduktionsmittel überträgt das oxidierte Atom Elektronen auf ein anderes Atom, wodurch es reduziert wird. Mit OIL RIG im Hinterkopf können die meisten Fragen zu den Akteuren an einer Redox-Reaktion beantwortet werden.

Elektronegativität und Energie

Redox-Reaktionen benötigen oder erzeugen Energie. Verliert ein Atom ein Elektron an ein elektronegativeres Atom, dann ist es eine energetisch günstige Reaktion. Es wird Energie freigesetzt. Das ist eigentlich sehr logisch. Ähnlich wie ein starker Mann ein Tauziehen mit einem schwächeren Mann gewinnt, hat auch ein elektronegativeres Atom eine größere Kapazität, um Elektronen an sich zu ziehen. Ein biologisches Beispiel für diese Art von Reaktion ist die Zellatmung, bei der Energie freigesetzt und zur Erzeugung von ATP verwendet wird. ATP ist ein Energieträger, den Zellen leicht nutzen können.

Andere Redox-Reaktionen benötigen Energie, anstatt diese freizusetzen. Bewegt sich ein Elektron von einem elektronegativeren Atom zu einem weniger elektronegativen Atom, muss Energie eingesetzt werden. Das ist so, als ob ein schwächerer Mann das Tauziehen mit einem stärkeren Mann gewinnen würde. Er würde auch Energie von einer externen Quelle benötigen. Ein biologisches Beispiel ist die Fotosynthese bei der Elektronen mit Hilfe von Energie in Form von Licht von Wasser auf Kohlendioxid übertragen werden.

Unvollständige Übertragung von Elektronen

Eine Redox-Reaktion kann nicht nur bei der Übertragung eines Elektrons auftreten, sondern auch bei einer Veränderung der Teilung eines Elektrons in einer Kovalenzbindung! Wenn z.B. Methan und Sauerstoff reagieren, entstehen Kohlendioxid und Wasser. In diesem Fall wird der Kohlenstoff im Methan oxidiert. Dies liegt daran, dass die Elektronen im Methan zu gleichen Teilen zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff aufgeteilt werden. Der Kohlenstoff im Kohlendioxid ist teilweise positiv geladen, da der Sauerstoff die Elektronen stärker anzieht als der Kohlenstoff.

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