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Wenn Metall aus einem Erz entsteht oder ein Akku Strom liefert, laufen im Hintergrund Redoxreaktionen ab. Die Reduktion ist dabei eine der beiden Teilreaktionen. Nach dieser Seite kannst du erkennen, welcher Stoff reduziert wird, wie du Oxidationszahlen dafür nutzt und warum immer auch eine Oxidation dazugehört.
- Ich kann erklären, was Reduktion in der Chemie bedeutet.
- Ich kann Reduktion an Elektronenaufnahme und sinkender Oxidationszahl erkennen.
- Ich kann Oxidationsmittel und Reduktionsmittel in einfachen Beispielen unterscheiden.
- Ich kann die älteren Merksichten Sauerstoffabgabe und Wasserstoffaufnahme richtig einordnen.
- Ich kann typische Prüfungsaufgaben zu Reduktion begründet lösen.
Was bei einer Reduktion passiert
Stell dir ein Teilchen vor, das Elektronen dazubekommt. Weil Elektronen negativ geladen sind, wird das Teilchen dadurch insgesamt elektronenreicher.
Reduktion
Eine Reduktion ist eine chemische Teilreaktion, bei der ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen aufnimmt. Dabei sinkt die Oxidationszahl des betroffenen Atoms. Kurz: Reduktion bedeutet Elektronenaufnahme.
Die allgemeine Form sieht so aus:
Ox steht für die oxidierte Form. Red steht für die reduzierte Form. Das n zeigt, wie viele Elektronen aufgenommen werden.
Kupfer-Ionen werden zu Kupfer-Atomen reduziert:
Schritt 1: Das Kupfer-Ion hat die Ladung \(2+\).
Schritt 2: Es nimmt zwei Elektronen auf.
Schritt 3: Danach ist es neutrales Kupfer. Die Oxidationszahl sinkt von \(+2\) auf \(0\).
Reduktion erkennst du daran, dass Elektronen links in der Teilgleichung stehen: Der Stoff nimmt sie auf.
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Reduktion mit Oxidationszahlen erkennen
In ganzen Reaktionsgleichungen siehst du Elektronen oft nicht direkt. Dann helfen Oxidationszahlen. Eine Oxidationszahl ist eine gedachte Ladung, mit der du Elektronenverschiebungen in Verbindungen verfolgen kannst.
Oxidationszahl
Die Oxidationszahl ist eine formale Zahl für ein Atom in einem Stoff. Sie zeigt, wie stark das Atom im Vergleich zu vorher Elektronen besitzt oder abgibt. Wird die Zahl kleiner, wurde dieses Atom reduziert.
Bei einfachen Ionen entspricht die Oxidationszahl der Ionenladung. \(\mathrm{Cu^{2+}}\) hat also \(+2\). Ein Element im reinen elementaren Zustand hat die Oxidationszahl \(0\), zum Beispiel \(\mathrm{Cu}\) oder \(\mathrm{Fe}\).
Ein Eisennagel liegt in einer Kupfer(II)-sulfat-Lösung. Auf dem Nagel bildet sich rötliches Kupfer.
Gesamtreaktion vereinfacht:
Kupfer: \(\mathrm{Cu^{2+}}\) hat \(+2\), \(\mathrm{Cu}\) hat \(0\). Die Zahl sinkt. Kupfer wird reduziert.
Eisen: \(\mathrm{Fe}\) hat \(0\), \(\mathrm{Fe^{2+}}\) hat \(+2\). Die Zahl steigt. Eisen wird oxidiert.
Warum heißt das "sinkt"? Auf einer Zahlengeraden liegt \(0\) unter \(+2\). Auch ein Wechsel von \(+3\) zu \(+2\) oder von \(0\) zu \(-1\) wäre eine Senkung der Oxidationszahl.
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Reduktion und Oxidation gehören zusammen
Elektronen können in einer Reaktion nicht einfach aus dem Nichts auftauchen. Wenn ein Stoff Elektronen aufnimmt, muss ein anderer Stoff Elektronen abgeben. Darum laufen Reduktion und Oxidation gekoppelt ab.
Redoxreaktion
Eine Redoxreaktion ist eine Reaktion, bei der gleichzeitig Reduktion und Oxidation stattfinden. Ein Stoff nimmt Elektronen auf, ein anderer Stoff gibt Elektronen ab.
Der Stoff, der reduziert wird, ermöglicht die Oxidation des anderen Stoffes. Er heißt Oxidationsmittel. Der Stoff, der Elektronen abgibt und dadurch die Reduktion ermöglicht, heißt Reduktionsmittel.
Oxidationsmittel
Ein Oxidationsmittel nimmt Elektronen auf und wird dabei selbst reduziert.
Reduktionsmittel
Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab und wird dabei selbst oxidiert.
Beim Eisennagel in Kupfer(II)-sulfat gilt:
Reduktion: \(\mathrm{Cu^{2+} + 2\,e^- \longrightarrow Cu}\)
Oxidation: \(\mathrm{Fe \longrightarrow Fe^{2+} + 2\,e^-}\)
Das Kupfer-Ion nimmt Elektronen auf. Es ist das Oxidationsmittel.
Das Eisen gibt Elektronen ab. Es ist das Reduktionsmittel.
Das Reduktionsmittel wird selbst oxidiert. Das Oxidationsmittel wird selbst reduziert. Die Namen sagen, was der Stoff beim anderen bewirkt.
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Alte Merksichten: Sauerstoff und Wasserstoff
In der Schule begegnen dir manchmal ältere Merksätze. Sie sind nicht falsch, aber sie sind enger als die moderne Elektronenregel.
Reduktion als Sauerstoffabgabe
Bei vielen Metalloxiden bedeutet Reduktion: Ein Stoff gibt Sauerstoff ab. Dabei sinkt zugleich die Oxidationszahl des Metalls.
Kupfer(II)-oxid reagiert mit Wasserstoff:
Vorher steckt Kupfer im Kupfer(II)-oxid. Dort hat Kupfer die Oxidationszahl \(+2\).
Nachher liegt Kupfer als Element vor. Dann hat es die Oxidationszahl \(0\).
Kupfer wurde also reduziert. Wasserstoff nimmt den Sauerstoff auf und wird dabei oxidiert.
Reduktion als Wasserstoffaufnahme
In organischer Chemie und Biochemie bedeutet Reduktion oft: Ein Stoff nimmt Wasserstoff auf. Auch dann sinkt die Oxidationszahl eines Atoms im Stoff.
Ein Alken kann durch Wasserstoffaufnahme zu einem Alkan werden. Vereinfacht:
Die Kohlenstoffatome bekommen mehr Bindungen zu Wasserstoff. Formal werden sie elektronenreicher. Darum passt diese Reaktion zur Reduktion.
Die sicherste Regel bleibt: Suche nach Elektronenaufnahme oder nach einer sinkenden Oxidationszahl. Sauerstoffabgabe und Wasserstoffaufnahme sind hilfreiche Spezialfälle.
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Prüfungsmodus
In Aufgaben musst du meistens nicht nur eine Definition nennen, sondern begründen. Arbeite in drei Schritten: Oxidationszahlen bestimmen, Veränderung vergleichen, Rollen benennen.
Aufgabe: Entscheide, ob Chlor in dieser Teilgleichung reduziert wird.
Schritt 1: In \(\mathrm{Cl_2}\) ist Chlor elementar. Oxidationszahl: \(0\).
Schritt 2: In \(\mathrm{Cl^-}\) hat Chlor die Oxidationszahl \(-1\).
Schritt 3: Die Oxidationszahl sinkt von \(0\) auf \(-1\). Außerdem stehen Elektronen links.
Antwort: Chlor wird reduziert.
Fehler finden: "Das Reduktionsmittel wird reduziert."
Korrektur: Das Reduktionsmittel bewirkt die Reduktion eines anderen Stoffes. Es gibt selbst Elektronen ab und wird oxidiert.
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Alles auf einen Blick
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Abschluss-Check
Jetzt kombinierst du die Ideen in neuen Situationen. Schau immer zuerst, wohin die Elektronen gehen oder wie sich die Oxidationszahl verändert.
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Zusammenfassung
Reduktion bedeutet, dass ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen aufnimmt. Dadurch sinkt die Oxidationszahl des betroffenen Atoms.
Eine Reduktion läuft immer zusammen mit einer Oxidation ab, weil Elektronen von einem Stoff zu einem anderen übertragen werden. Der reduzierte Stoff ist das Oxidationsmittel. Der Stoff, der Elektronen abgibt, ist das Reduktionsmittel.
Sauerstoffabgabe und Wasserstoffaufnahme sind wichtige Spezialfälle. Für Aufgaben ist aber die allgemeinste Regel am sichersten: Elektronenaufnahme oder sinkende Oxidationszahl bedeutet Reduktion.