Was sind Redoxreaktionen? I musstewissen Chemie
musstewissen Chemie
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0:00 Heute geht es um Feuer, Verbrennungen und alle Prozesse, bei denen Redoxreaktionen stattfinden. Redoxreaktionen bilden die Grundlage für nahezu alle energieliefernden
0:16 und energiespeichernden Prozesse in der Technik und in der Natur. Man kann durchaus sagen: ohne Redoxreaktionen kein Leben. Das Wort "Redoxreaktion" ist ein Kunstwort,
0:27 das sich aus den Begriffen "Oxidation" und "Reduktion" zusammensetzt. Es will zum Ausdruck bringen: Oxidation und Reduktion gibt es niemals allein, sondern immer nur zusammen.
0:39 Sie laufen niemals isoliert und getrennt voneinander ab, sondern immer miteinander kombiniert. Die historische Entwicklung der Begriffe "Oxidation" und "Reduktion"
0:49 hängt mit der Entdeckung des Sauerstoffs zusammen. Das ist jetzt fast 250 Jahre her. Der schwedische Apotheker Scheele schrieb 1777 in seinem Buch
0:59 "Abhandlungen von der Luft und dem Feuer", dass bei Verbrennungen ein Teil der Luft verloren geht. Er nannte ihn "Feuerluft" - gemeint war Sauerstoff.
1:09 Unabhängig von Scheele und fast gleichzeitig entdeckte der große französische Chemiker Lavoisier auch den Sauerstoff. Er nannte ihn "fluide élastique" - also, elastische Flüssigkeit.
1:21 Im Zentrum seiner Forschung stand Folgendes: Chemisch verhält sich Sauerstoff ziemlich radikal, weil er viele Stoffe attackiert, mit denen er in Kontakt kommt.
1:35 In der Uratmosphäre der Erde tauchte er erstmals vor circa 2,3 Milliarden Jahren auf. Und wo kam der Sauerstoff her?
1:44 Cyanobakterien und Algen produzierten ihn in einem der genialsten chemischen Prozesse der Erde: der Photosynthese.
1:53 Nach der "Erfindung" der Photosynthese dauerte es viele Millionen Jahre, bis der Sauerstoff in der Atmosphäre ankam. Erst einmal reicherte er sich im Meerwasser an,
2:04 in dem seine Produzenten lebten. Dort reagierte er mit dem gelösten Eisen und es kam zu gewaltigen Eisenoxidablagerungen.
2:12 Wie wir sie heute noch als rostfarbene Gesteinsschichten zum Beispiel in Kanada, Arizona oder Westaustralien finden. Man könnte sagen,
2:21 in den Weltmeeren fand damals letztendlich ein gigantisches Rosten statt. Aber was passiert da genau? Nehmen wir Stahlwolle.
2:32 Kennt ihr vielleicht, wenn ihr schon mal versucht habt, eine dreckige Pfanne sauberzubekommen. Tja, nach ein paar Tagen sieht die Stahlwolle vermutlich dann so aus.
2:41 Eisen, also unsere Stahlwolle, reagiert mit dem Sauerstoff der Luft und Wasser zu Eisenoxid. Eisenoxid bildet sich auch, wenn man Stahlwolle erhitzt.
2:51 Eigentlich sollte sie dabei an Masse zulegen, denn Sauerstoff ist ja nicht nichts. Er ist zwar leicht, aber er ist nicht gewichtslos.
2:59 Das entstandene Eisenoxid enthält Sauerstoff in chemisch gebundener Form. Die Stahlwolle ist also um die Masse des aufgenommenen Sauerstoffs
3:09 schwerer geworden. Das zeigt uns eine empfindliche Waage. Wenn wir 10 g Stahlwolle vollständig verbrennen,
3:16 dann kommen wir am Ende mit 14,2 g Eisenoxid heraus. Als Oxidationen können wir also zunächst einmal chemische Vorgänge definieren, die mit der Aufnahme von Sauerstoff verbunden sind.
3:29 So gesehen zählen alle Verbrennungsvorgänge zu den Oxidationen. Metalle und Nichtmetalle reagieren dabei zu den entsprechenden Oxiden.
3:39 So wird aus Eisen Eisenoxid, aus Magnesium Magnesiumoxid, und das Nichtmetall Kohlenstoff reagiert zu Kohlenstoffdioxid, das Nichtmetall Schwefel zu Schwefeldioxid.
3:51 Gibt es auch einen Weg zurück vom Oxid zum Element? Oder anders gefragt: Kann man aus einem Metalloxid das Metall und den Sauerstoff wieder zurückgewinnen?
4:03 Nehmen wir Silberoxid und erhitzen das. Dann werdet ihr nicht nur elementares Silber zurückgewinnen, sondern es entsteht auch Sauerstoffgas.
4:12 Den kann man mit der sogenannten Glimmspanprobe nachweisen. Fragt doch mal eure Chemielehrer, ob die euch das vorführen können. "Zurückführen" heißt im Lateinischen "reducere".
4:22 Deshalb wird die Abgabe von Sauerstoff aus einer Verbindung in der Chemie als "Reduktion" bezeichnet. Nur wenige Oxide lassen sich durch bloßes Erhitzen reduzieren.
4:33 Oft braucht man einen weiteren Reaktionspartner, der so begierig auf den Sauerstoff ist, dass er dem Metalloxid den Sauerstoff entreißt
4:42 und ihn so auf das zugrundeliegende Metall zurückführt. Sauerstoff! Ein solcher Reaktionspartner ist zum Beispiel Wasserstoff.
4:55 Leitet man Wasserstoff über schwarzes Kupferoxid in einem Glasrohr, dann bildet sich rötliches elementares Kupfer. Der Sauerstoff aus dem Kupferoxid
5:05 verbindet sich mit dem zugeführten Wasserstoff zu Wasser, das an kälteren Stellen des Glasrohres dann kondensiert. Dieses Beispiel zeigt, dass Oxidation und Reduktion miteinander gekoppelt sind.
5:18 Dem Kupferoxid wird der Sauerstoff entzogen, es wird also reduziert. Der Wasserstoff nimmt Sauerstoff auf, er wird also oxidiert.
5:27 Zwei Reaktionen unter einem Dach. Das ist das, was man in der Chemie als Redoxreaktion bezeichnet. Die Reaktionspartner, die den Sauerstoff abgeben,
5:37 bezeichnet man als Oxidationsmittel. Und die, die den Sauerstoff aufnehmen, als Reduktionsmittel. Ihr könnt euch merken: Ein Oxidationsmittel
5:46 vermittelt die Oxidation durch Sauerstoffabgabe. Es wird dabei selbst reduziert. Ein Reduktionsmittel vermittelt die Reduktion durch Sauerstoffaufnahme.
5:56 Dabei wird es selbst oxidiert. In unserem Beispiel heißt das Oxidationsmittel Kupferoxid und das Reduktionsmittel Wasserstoff.
6:04 Auch das ist eine Oxidation. Wenn wir einen Apfel nehmen und den zu Mus zerreiben, dann werden aus den zerstörten Pflanzenzellen Enzyme freigesetzt,
6:15 die die Reaktion mit dem Sauerstoff in der Luft zu einem braunen Farbstoff beschleunigen. Der Farbstoff heißt Melanin.
6:25 Das ist das gleiche Farbpigment, das unsere Haut- und Haarfarben bestimmt. Stoffe wie Vitamin C können die Braunfärbung von Apfelmus verhindern. Deswegen nennt man Vitamin C auch einen Antioxidant.
6:37 Mit ein bisschen Zitronensaft kann man also einen appetitlichen Nachtisch mit Apfelmus servieren. Das war's für heute - wenn ihr noch mehr wissen wollt
6:50 über solche Reaktionen, bleibt dabei, abonniert diesen Kanal. Bis dann! Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017