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Einführung in die Elektrochemie

Oxidation und Reduktion

Boyle definierte im 17. Jh. den Begriff Oxidation für die Aufnahme von Sauerstoff, das heißt für Verbrennungsvorgänge an der Luft. Für den Entzug von Sauerstoff wurde der Begriff Reduktion benutzt; hierbei hatte man vor allem die Gewinnung von Metallen aus ihren oxidischen Erzen im Auge.

Verbrennungsartige Vorgänge sind jedoch nicht auf Sauerstoff beschränkt, sondern laufen auch mit Chlor- beziehungsweise Stickstoff ab:

2Li+ O2 2LiO 2Na+ Cl2 2NaCl 3Mg+ N2 Mg3N2

Allen Vorgängen ist gemeinsam, dass das Metall Elektronen abgibt, die vom Nichtmetall aufgenommen werden. Dabei entstehen die Metallkationen und die Nichtmetallanionen. Betrachtet man die Bildung kovalenter Verbindungen, so findet insofern ein Elektronenübergang statt, als der elektronegativere Bindungspartner größeren Anteil an den Bindungselektronen erhält.

allgemeine Definition
Oxidation = Elektronenabgabe
Reduktion = Elektronenaufnahme

Da nur Elektronen abgegeben werden können, wenn gleichzeitig andere Teilchen diese Elektronen aufnehmen, treten Oxidation und Reduktion stets gekoppelt auf, man spricht dann von Redoxreaktionen oder Redoxvorgängen:

Redoxvorgang
Redoxvorgang = Elektronenübertragung

Stoffe oder Teilchen, die leicht Elektronen aufnehmen können und dabei die Oxidation eines Reakionspartners begünstigen, nennt man Oxidationsmittel. Einfache starke Oxidationsmittel sind Sauerstoff, Chlor und Fluor. Das Oxidationsmittel wird bei der Redoxreaktion selbst reduziert. Stoffe, die leicht Elektronen abgeben, sind Reduktionsmittel, zum Beispiel unedle Metalle und Wasserstoff. Reduktionsmittel werden bei einer Redoxreaktion selbst oxidiert. Die Begriffe Reduktions- beziehungsweise Oxidationsmittel können nicht absolut verwendet werden, sondern sie hängen stets vom Reaktionspartner ab. Je nachdem welche Oxidations- beziehungsweise Reduktionskraft der Partner hat, kann ein Stoff als Reduktions- oder Oxidationsmittel fungieren. Ähnlich wie die Funktion eines Stoffes als Brönsted-Säure oder -Base vom Reaktionspartner abhängt, gibt es auch keine absoluten Oxidations- und Reduktionsmittel. So wirkt zum Beispiel Wasserstoffperoxid gegenüger Iodid als Oxidationsmittel und wird selbst zu Wasser reduziert. Bei der Reaktion von Wasserstoffperoxid mit Permanganat wird es selbst zu Sauerstoff oxidiert. Wirkt also als Reduktionsmittel.

Hinweis
Analogie zur Säure-Base-Definition nach Brønsted.

Redoxreaktionen können zwischen ungeladenen Teilchen oder zwischen Ionen ablaufen. Die komplizierte Stöchiometrie der Redoxgleichungen sagt auch hier nichts über deren Mechanismus aus. Die Aufklärung der Redox-Reaktionsmechanismen ist insofern schwierig, als nicht nur Elektronenübergänge stattfinden, sondern in Lösung oft auch gleichzeitig Ligandenaustausch eintritt.

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