In der Natur haben Redoxreaktionen eine große Bedeutung für die Umwelt und die Funktion von Lebewesen. Mit dem Verständnis aus der Natur werden technische Entwicklungen ermöglicht wie z.B. Batteriespeicher, die Umwandlung von Rohstoffen in Halbleitern oder Baustoffe bzw. die Versorgung mit Energie.
1. Wie erkenne ich eine Redoxreaktion?
An einer Änderung der Oxidationszahl! Das bedeutet, dass bei dieser Reaktion Elektronen übertragen werden. Insbesondere Metalle haben eine große Bandbreite: Fe/Fe2+/Fe3+ Cu/Cu+/Cu2+ Mn/Mn2+/Mn4+/Mn7+
Aber auch die Nichtmetalle (C,N,P,S) haben viele unterschiedliche Verbindungen, was in der Natur sehr bedeuted ist. Änderung des Stickstoffs (N) : N2/NH3 oder NH4+/NO2–/NO3– (Stickstoffkreislauf)
2. Aufstellen der Teilgleichungen
Es muss immer Ladungsneutralität herrschen: die Gesamtladung (Addition aller Teilladungen) ist 0
Reduktion: Verkleinerung der Oxidationszahl 0,5 O2 + 2 e- > O2-
Oxidation: Erhöhung der Oxidationszahl Fe > Fe3+ + 3 e-
3. Aufstellen der Gesamtreaktion
Die Anzahl der übertragenen Elektronen in Reduktion und Oxidation müssen gleich sein (Gleichgewicht). Deshalb werden die Teilreaktionen nach dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen ausgeglichen!
Reduktion: 2e- x 3 = 6 e- Oxidation: 3e- x 2 = 6 e-
Alle Elemente der Teilgleichung werden nun mit dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen multipliziert.
1,5 O2 + 6 e- + 2 Fe > 3 O2- + 2 Fe3+ + 6 e-
Die Elektronen sind vor und nach der Reaktion gleich und werden gekürzt. Eine stabile Verbindung des Eisenoxids ist entstanden.
1,5 O2 + 2 Fe > Fe2O3
4. Chemikalien
Wasserstoffperoxid (H2O2) ist ein starkes Oxidationsmittel, welches organische Verunreinigungen zu CO2 umwandelt. Außerdem kann es Oberflächen oxidieren und eine kontrollierte schützende Oxidschicht hinterlassen. Bei der Herstellung kann eine Konzentration von bis zu 30 % in Wasser in hoher Reinheit erreicht werden. Es ist thermodynamisch instabil und zerfällt in Waser und Sauerstoff. Bei höheren Temperaturen, alkalischen pH-Wert und Metallischen Verunreinigungen wie Eisen, Kupfer, Mangan oder Silber wird der Zerfall beschleunigt. Bei einem pH-Wert zwischen 2 und 4 und einer hohen Reinheit zerfällt H2O2 etwa 0,5 % pro Jahr bei 10 °C, 1 % bei 20 °C und 2 % bei 30 °C.