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Redoxreaktionen
Redoxreaktionen: Oxidationszahlen, Redoxreihe, Elektrolyse — mit interaktiven Werkzeugen und Übungsaufgaben zu jedem Teilbereich.
Einfache Redoxreaktionen
Hier fängst du bei den einfachsten Elektronenübergängen an: Ein Metall gibt Elektronen ab, ein Nichtmetall nimmt sie auf — dabei entsteht ein Salz. Bei der Elektrolyse läuft dasselbe rückwärts: Elektrische Energie zwingt die Ionen dazu, die Elektronen wieder zurückzugeben, und aus dem Salz werden die Elemente.
Es geht hier nur um den Elektronenübergang und die Gleichungen dazu. Wie eine galvanische Zelle aufgebaut ist und wie technische Elektrolyseverfahren arbeiten, kommt weiter unten.
Synthese von Kochsalz
Ionenbildung und Ionengitter
Reaktionsgleichungen ausgleichen – Salzbildung, Teilgleichungen
Reaktionsgleichungen ausgleichen – einfache Redoxreaktionen
Reaktionsgleichungen ausgleichen – Elektrolyse
Die beiden Simulationen zeigen dir die Salzbildung auf Teilchenebene, mit den drei Tools stellst du die Teilgleichungen und die Gesamtgleichung auf.
10 Übungsaufgaben
Salzbildung aus den Elementen
Elektrolyse: vom Salz zurück zu den Elementen
Grundbegriffe: Oxidation und Reduktion
Oxidation ist die Abgabe von Elektronen, Reduktion ihre Aufnahme — beides tritt immer gemeinsam auf, denn die abgegebenen Elektronen müssen irgendwo bleiben. Wer Elektronen abgibt, wird oxidiert und wirkt dabei als Reduktionsmittel: Die Bezeichnung richtet sich danach, was der Stoff beim Partner bewirkt.
Dasselbe Denkmuster kennst du von den Säure-Base-Reaktionen — dort wandert ein Proton statt eines Elektrons. Beide gehören zum Donator-Akzeptor-Konzept.
28 Übungsaufgaben
Elektronenabgabe und Elektronenaufnahme
Oxidationsmittel und Reduktionsmittel
Redoxreaktion erkennen
Donator-Akzeptor-Konzept
Oxidationszahlen
Bei einfachen Ionenverbindungen sieht man den Elektronenübergang direkt an der Ladung. Sobald Moleküle beteiligt sind, geht das nicht mehr — dann hilft die Oxidationszahl. Sie teilt die bindenden Elektronenpaare gedanklich dem elektronegativeren Atom zu und macht so sichtbar, welches Atom Elektronen abgegeben und welches sie aufgenommen hat.
Oxidationszahlen – anorganisch
Oxidationszahlen organischer Verbindungen
Mit den beiden Tools setzt du die Oxidationszahlen selbst und bekommst sofort Rückmeldung: eines für anorganische Verbindungen, eines für organische Moleküle, wo am Kohlenstoff-Atom gezählt wird.
33 Übungsaufgaben
Die Grundregeln
Anorganische Moleküle und Salze
Ionen und Molekülionen
Organische Verbindungen
Gemischt und Änderungen erkennen
Komplizierte Redoxreaktionen
Sobald Sauerstoff-Atome umgelagert werden, reicht der Blick auf die Ladung nicht mehr. Dann teilt man die Reaktion in zwei Teilgleichungen, gleicht jede für sich aus und setzt sie am Ende zusammen. Drei Bilanzen müssen dabei gleichzeitig stimmen: die Elektronenbilanz, die Ladungsbilanz und die Stoffbilanz.
Reaktionsgleichungen ausgleichen – Redox-Teilgleichungen im sauren und basischen Milieu
Reaktionsgleichungen ausgleichen – Redox-Gesamtgleichung
Das Ausgleichen selbst wird auf der Werkzeugseite Reaktionsgleichungen Schritt für Schritt geübt; hier geht es darum, die Teilgleichungen überhaupt zu finden und die Bilanzen zu verstehen.
22 Übungsaufgaben
Teilgleichungen erkennen und aufstellen
Ladungsbilanz
Gesamtgleichungen
Redoxreihe der Metalle
Nicht jede Redoxreaktion läuft freiwillig ab. Ob ein Metall ein anderes aus seiner Salzlösung verdrängt, hängt davon ab, wie gern es Elektronen abgibt. Die Redoxreihe ordnet die Metalle danach: unedle Metalle geben Elektronen leicht ab, edle nur schwer.
Redoxreihe der Metalle
Mit der Simulation kannst du Metall und Salzlösung frei kombinieren und siehst sofort, ob eine Reaktion eintritt.
7 Übungsaufgaben
Edle und unedle Metalle
Metall in Salzlösung, Wasser und Säure
Organische Redoxreaktionen und Nachweise
Auch in der organischen Chemie gibt es Redoxreaktionen — man erkennt sie an der Oxidationszahl des betreffenden Kohlenstoff-Atoms. Primäre Alkanole werden über das Alkanal zur Carbonsäure oxidiert, sekundäre nur bis zum Alkanon, tertiäre gar nicht.
Genau darauf beruhen die klassischen Nachweise: Fehling-Probe und Silberspiegelprobe zeigen an, ob eine Aldehydgruppe vorliegt.
Oxidierbarkeit organischer Verbindungen
Mit der Simulation prüfst du die Oxidierbarkeit verschiedener organischer Verbindungen.
13 Übungsaufgaben
Oxidationsreihe der Alkanole
Organische Teilgleichungen
Nachweisreaktionen
Elektrolyse
Bei der Elektrolyse wird eine Redoxreaktion erzwungen: Elektrische Energie drückt die Elektronen in die Richtung, in die sie freiwillig nicht laufen würden. An der Kathode werden Elektronen aufgenommen, an der Anode abgegeben — deshalb läuft dort die Reduktion und hier die Oxidation.
Elektrolyse einer CuCl₂-Lösung
Die Simulation zeigt dir die Elektrolyse einer Kupfer(II)-chlorid-Lösung mit den Vorgängen an beiden Elektroden.
5 Übungsaufgaben
Anode und Kathode
Galvanische Zellen und Redox im Alltag
Trennt man die beiden Teilreaktionen räumlich, muss der Elektronenübergang über einen Draht laufen — und genau das ist eine galvanische Zelle. Aus der freiwilligen Redoxreaktion wird nutzbarer Strom. Batterie, Akkumulator und Brennstoffzelle arbeiten alle nach diesem Prinzip.
Galvanische Zelle (Daniell-Element)
Mit der Simulation baust du ein Daniell-Element auf und verfolgst, wohin die Elektronen wandern.