Oxidation

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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. 


Das heißt, eine Oxidation ist immer mit einer Reduktion verbunden. Beide Reaktionen zusammen sind Teilreaktionen in der Redoxreaktion.


Zusammengefasst:


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.




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 letztendlich im Hinblick auf Elektronen interpretiert und verallgemeinert werden. Das Charakteristische an diesem  Vorgang wird heutzutage in der Elektronenabgabe von einem chemischen Stoff gesehen. Früher benutzte man statt dem Begriff Oxidation das Wort Calzination. 




Oxidation durch Sauerstoff


Es gibt zwei Arten der Oxidation: die Oxidation durch und ohne Sauerstoff.



Was heißt Oxidation durch Sauerstoff?


Ursprünglich wurden früher chemische Reaktionen eines Stoff mit einem Sauerstoff als Oxidation bezeichnet. Jedoch wird auch heute noch 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 z.B. ein Metallatom mit einem Sauerstoffatom reagiert, kann man die Oxidation des Metalls und somit die Metalloxid Bildung anhand folgender Reaktionsgleichungen erklären:


Oxidation:

M → M²⁺ + 2e⁻

Oxidation: 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 das Sauerstoff eine volle Valenzelektronenschale anstreben, indem es zwei Elektronen aufnimmt und somit dann insgesamt acht Elektronen besitzt und die Oktettregel erfüllt. Auf der anderen Seite 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, z.B. 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 → CO2
    Kohlenstoff + 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

  • Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff (Knallgas) entsteht Wasserstoffdioxid, besser bekannt als Wasser (H2O):

    2H2 +O2 → 2H2O
    Wasserstoff + 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, Natrium oxidiert. Im Gegenzug wird Chlor reduziert:


Teilreaktion Oxidation:

Na → Na⁺ + e⁻

Natrium gibt ein Elektron ab.


Teilreaktion Reduktion:

Cl + e⁻ → Cl⁻

Chlor wird durch die Aufnahme eines Elektrons reduziert.


Gesamtreaktion:

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: 


2Na + Cl2 → 2Na⁺ + 2Cl⁻ (2NaCl)




Oxidationszahl


Die Oxidationszahl beschreibt die hypothetische Ladungszahl eines Atoms oder eines Moleküls. Bei der Oxidation wird die Oxidationszahl erhöht (Na^0  → Na⁺1), bei der Reduktion erniedrigt.


Bei einem Molekül wird/werden das/die bindende(n) Elektronenpaar(e) dem Atom zugesprochen, dessen 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.




Oxidation - Alles Wichtige auf einen Blick


Zum Schluss haben wir dir das Wichtigste zusammengefasst:


  • Bei der Oxidation gibt es immer einen Elektronendonator (gibt Elektronen ab) und einen Elektronenakzeptor (nimmt Elektronen auf)

  • Oxidierende Stoffe streben beim oxidieren die Elektronenkonfiguration an

  • Eine Oxidation läuft immer gleichzeitig mit einer Reduktion ab.


Gut gemacht! Nachdem du alles fleißig durchgelesen hast, solltest du nun alles über die Oxidation wissen. :) Weiter so!



Finales Oxidation Quiz

Frage

Was ist eine Oxidation?

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Antwort

  • 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
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Frage

Woher stammt der Begriff Oxidation?

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Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Was heißt Oxidation durch Sauerstoff?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ursprünglich wurden früher chemische Reaktionen eines Stoff mit einem Sauerstoff als Oxidation bezeichnet
  • Jedoch wird auch heute noch 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
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Frage

Wie kann die Oxidation erklärt werden, wenn z.B. ein Metallatom mit einem Sauerstoffatom reagiert?

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Antwort


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Frage

Was sind Beispiele für die Oxidation durch Sauerstoff?

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Antwort

  • Klassische Beispiele der Oxidation durch Sauerstoff sind alle Arten der Verbrennung von Stoffen mit Kohlenstoff unter Luftsauerstoff
  • z.B. 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)
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Frage

Was passiert bei der Oxidation ohne Sauerstoff?

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Antwort

  • 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
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Frage

Erkläre die Teilreaktion Oxidation wenn zum Beispiel bei der Reaktion von

Natrium und Chlor zu Natriumchlorid wird.

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Antwort

Teilreaktion Oxidation:

Na → Na+ + e−

Natrium gibt ein Elektron ab.

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Frage

Was ist eine Oxidationszahl?

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Antwort

Die Oxidationszahl beschreibt die hypothetische Ladungszahl eines Atoms oder eines Moleküls

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Frage

Was passiert bei der Oxidation mit der Oxidationszahl?

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Antwort

Bei der Oxidation wird die Oxidationszahl erhöht (Na^0 → Na+1)

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Frage

Wie werden die Oxidationszahlen aufgestellt?

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Antwort

  • Bei einem Molekül wird/werden das/die bindende(n) Elektronenpaar(e) dem Atom zugesprochen, dessen 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
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