Wusstest Du, dass es sich beim Rosten um eine Oxidation von Eisen durch Sauerstoff in einer feuchten Umgebung handelt? Auch wenn Du nur Kohle oder Holz in einem Grill verbrennst oder eine Kerze anzündest – immer oxidiert der betreffende Stoff. Aber das sind nur wenige von unzähligen Beispielen, bei denen eine Oxidation abläuft.
Die Oxidation ist eine chemische Reaktion, wobei der oxidierende Stoff (Elektronendonator) Elektronen abgibt. Ein anderer Stoff (Oxidationsmittel) nimmt diese Elektronen auf (Elektronenakzeptor). Durch die Elektronenaufnahme wird dieser reduziert.
Redoxreaktion
Das heißt, eine Oxidation ist immer mit einer Reduktion verbunden. Beide Reaktionen zusammen sind Teilreaktionen in der Redoxreaktion.
- Oxidation: A → A+ + e- ; Stoff A gibt ein Elektron ab
- Reduktion: B + e- → B- ; das Elektron wird von Stoff B aufgenommen
- Redoxreaktion: A + B → A+ + B- ; Stoff A gibt ein Elektron an Stoff B ab
- Stoff A ist der Elektronendonator und Stoff B ist der Elektronenakzeptor
Als kleiner Tipp: Wenn Du Dir nicht merken kannst, wo nun Elektronen abgegeben werden und wo diese aufgenommen werden, lernst Du hier eine kleine Eselsbrücke:
Oxidation wird oft einfach nur mit "Ox" abgekürzt, was zwei Buchstaben hat. Genauso wie AB-gabe in der ersten Silbe nur zwei Buchstaben hat. Bei der Reduktion, die auch mit "Red" abgekürzt wird, hat die Abkürzung drei Buchstaben, genauso wie die erste Silbe von AUF-nahme drei Buchstaben hat.
So kannst Du Dir merken, dass bei der Oxidation Elektronen abgegeben werden und bei der Reduktion Elektronen aufgenommen werden.
Abbildung 1: Oxidation am Beispiel NatriumQuelle: ingenieurkurse.de
Geschichte der Oxidation
Der Begriff Oxidation stammt ursprünglich von Antoine Laurent de Lavoisier, der damit die Vereinigung von Elementen und chemischer Verbindungen mit dem Sauerstoff Element (Oxygenium, frz.: oxygene), also die Bildung von Oxiden, beschreiben wollte. Später erweiterte man den Begriff, indem man Reaktionen, bei denen Wasserstoff-Atome einer Verbindung entzogen wurden (Dehydrierung), mit einbezog.
Basierend auf der Ionentheorie und dem Bohrschen Atommodell konnte die Oxidation letztlich im Hinblick auf Elektronen interpretiert und verallgemeinert werden. Das Charakteristische an diesem Vorgang wird heutzutage in der Elektronenabgabe von einem chemischen Stoff gesehen.
Oxidation durch Sauerstoff
Ursprünglich wurden früher chemische Reaktionen eines Stoffes mit Sauerstoff als Oxidation bezeichnet. Auch heutzutage wird mit diesem Begriff die Umsetzung mit Sauerstoff und die Bildung von Oxiden assoziiert. In der allgemeineren Definition ist diese Reaktion nur eine von vielen, die sich mit der Valenzelektronen-Theorie erläutern lässt.
Wenn zum Beispiel ein Metallatom mit einem Sauerstoffmolekül reagiert, kann man die Oxidation des Metalls und somit die Metalloxid-Bildung anhand folgender Reaktionsgleichungen erklären:
| Schritt | Reaktionsgleichung | Was passiert? |
| Oxidation | M → M2+ + 2e- | Das Metall M gibt zwei Elektronen ab. |
| Reduktion | O + 2e- → O2- | Sauerstoff (O) nimmt zwei Elektronen auf. |
| Redoxreaktion | M + O → M2+ + O2- | Sauerstoff oxidiert das Metall und wird dabei selbst reduziert. |
In diesem Fall möchte Sauerstoff eine volle Valenzelektronenschale anstreben, indem es zwei Elektronen aufnimmt und somit dann insgesamt acht Elektronen besitzt und die Oktettregel erfüllt. Allerdings kann das Metall durch Abgabe von Elektronen teilbesetzte Schalen auflösen und so die nächst niedrigere stabile Elektronenkonfiguration erreichen.
Beispiele für die Oxidation durch Sauerstoff
Klassische Beispiele der Oxidation durch Sauerstoff sind alle Arten der Verbrennung von Stoffen mit Kohlenstoff unter Luftsauerstoff. Hierzu gehöre unter anderem die Verbrennung von Kohle, Holz, Benzin im Motor, Kerzen usw. Wenn wir von Kohle (reiner Kohlenstoff) ausgehen, gibt jedes Kohlenstoffatom vier Elektronen an zwei Sauerstoffatome ab, damit zwei Doppelbindungen entstehen. Es entsteht Kohlendioxid (CO₂).
C + O₂ → CO₂Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid
Im Körper wird Nahrung in vielen Schritten des biochemischen Stoffwechsels u. a. zu körpereigenen Stoffen, Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Eisen rostet unter dem Einfluss von Sauerstoff und bildet verschiedene Eisenoxide. Rost: Fe2O3, Fe3O4, FeO
Rost entsteht dadurch, dass die Oberfläche von Eisenmetallen oxidiert, also in diesem Fall eine Bindung mit Sauerstoff eingeht und so zu einem Eisenoxid wird. Eisenoxid weist dann den bekannten rot-bräunlichen Farbton auf.
Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff (Knallgas) entsteht Dihydrogenmonoxid, besser bekannt als Wasser (H₂O):
2H2 + O₂ → 2H2OWasserstoff + Sauerstoff → Wasser
Oxidation ohne Sauerstoff
Der Begriff Oxidation wurde später auf Reaktionen erweitert, die nach demselben chemischen Prinzip ablaufen, nur dass kein Sauerstoff dran beteiligt ist. Im weiteren Sinne bedeutet Oxidation auch, dass Elektronen abgegeben werden. Zum Beispiel gibt bei der Reaktion von Natrium und Chlor zu Natriumchlorid das Natriumatom ein Elektron an Chloratom ab, sodass Natrium oxidiert. Im Gegenzug wird Chlor reduziert:
| Schritt | Reaktionsgleichung | Was passiert? |
| Oxidation | Na → Na⁺ + e⁻ | Natrium gibt ein Elektron ab. |
| Reduktion | Cl + e- → Cl- | Chlor wird durch die Aufnahme eines Elektrons reduziert. |
| Redoxreaktion | Na + Cl → Na+ + Cl- | Natrium und Chlor reagieren in einer Redoxreaktion miteinander. |
Da Chlor nur molekular als Cl2 in die Reaktion eingeht, schreibt man expliziter:
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Triebkraft der Oxidation
Oxidation ist also die Abgabe von Elektronen. Doch hierzu kommen folgende Fragen auf:
- Welche Stoffe neigen überhaupt zur Oxidation?
- Warum oxidieren Stoffe überhaupt?
- Welche Triebkraft steht dahinter?
Insgesamt neigen alle Stoffe zur Abgabe von Elektronen, die ein hohes Standardpotential haben. Hierzu zählen auch alle Metalle, die edel sind und Stoffe, die durch Abgabe von einzelnen Elektronen die Oktettregel erfüllen und die damit eine vollbesetzte, äußerste Valenzelektronenschale besitzen.
Die Oktettregel ist von allen Stoffen der angestrebte Zustand, da dies ein energetisch stabiler Zustand ist. Bei der Oxidation reagieren Stoffe, die noch zu viele Elektronen aufnehmen müssten, um die Oktettregel zu erfüllen. Stattdessen geben sie also lieber ihre Elektronen ab, damit die äußere Valenzschale leer wird.
Abbildung 2: Beispiele zur Erfüllung der OktettregelQuelle: w-hoelzel.de
Oxidationszahl
Die Oxidationszahl beschreibt die hypothetische Ladungszahl eines Atoms oder eines Moleküls. Bei der Oxidation wird die Oxidationszahl erhöht (Na0 → Na+1), bei der Reduktion herabsetzt.
Bei einem Molekül werden die bindenden Elektronenpaare dem Atom zugesprochen, deren Elektronegativität höher ist. Zahlen gleichartiger Atomverbindungen werden untereinander gleich aufgeteilt. Die Ladung von Ionen haben als Summe ihrer Oxidationszahlen ihre Ladungszahl und Moleküle haben die Summe 0. Bedeutend sind die Oxidationszahlen jener Atome, die Bestandteil einer funktionellen Gruppe sind.
Wenn Du mehr zu den Oxidationszahlen wissen möchtest, dann schau doch einfach mal in dem entsprechenden Artikel vorbei.
Oxidation - Das Wichtigste
- Oxidation ist die Abgabe von Elektronen.
- Bei der Oxidation gibt es immer einen Elektronendonator, der Elektronen abgibt und einen Elektronenakzeptor, der die abgegebenen Elektronen aufnimmt.
- Oxidierende Stoffe streben beim Oxidieren die Elektronenkonfiguration eines Edelgases an.
- Eine Oxidation läuft immer gleichzeitig mit einer Reduktion ab. Die verbundenen Reaktionen bezeichnet man dann als Redoxreaktion.
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