Hauptunterschied – Oxidation vs. Reduktion

Oxidation und Reduktion sind die beiden Halbreaktionen von Redoxreaktionen. Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, die durch den Elektronenaustausch zwischen Atomen stattfindet. Der Hauptunterschied zwischen Oxidation und Reduktion besteht darin, dass Oxidation ist die Erhöhung der Oxidationsstufe eines Atoms, während Reduktion die Abnahme der Oxidationsstufe eines Atoms ist.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was ist Oxidation? – Definition, Mechanismus, Beispiele 2. Was ist Reduktion? – Definition, Mechanismus, Beispiele 3. Was ist der Unterschied zwischen Oxidation und Reduktion? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Oxidation, Oxidationszustand, Oxidationsmittel, Redoxreaktion, Reduktionsmittel, Reduktion

Was ist Oxidation?

Oxidation kann als der Verlust von Elektronen von einem Atom, Molekül oder einem Ion definiert werden. Dieser Elektronenverlust bewirkt, dass der Oxidationszustand der chemischen Spezies erhöht wird. Da eine Oxidationsreaktion Elektronen freisetzt, sollte es eine Elektronen aufnehmende Spezies geben. Daher ist die Oxidationsreaktion eine Halbreaktion einer Hauptreaktion. Die Oxidation einer chemischen Spezies wird als Änderung ihrer Oxidationsstufen angegeben. Oxidationszustand ist eine Zahl mit positivem (+) oder negativem (-) Symbol, die den Verlust oder die Aufnahme von Elektronen durch ein bestimmtes Atom, Molekül oder Ion angibt.

In der Vergangenheit wurde der Begriff Oxidation als „Anlagerung von Sauerstoff an eine Verbindung“ bezeichnet. Denn Sauerstoff war damals das einzige bekannte Oxidationsmittel. Diese Definition ist jedoch nicht mehr korrekt, da es viele weitere Oxidationsreaktionen gibt, die in Abwesenheit von Sauerstoff ablaufen. Die Reaktion zwischen Magnesium (Mg) und Salzsäure (HCl) beinhaltet beispielsweise keinen Sauerstoff, sondern ist eine Redoxreaktion, die die Oxidation von Mg zu Mg beinhaltet²⁺. Das folgende Beispiel zeigt die Oxidations- und Reduktionsreaktionen in einer Redoxreaktion.

Abbildung 01: Oxidation von Mg durch Zugabe von Sauerstoff zu Mg. Aus Mg werden zwei Elektronen freigesetzt und ein Sauerstoffatom erhält zwei Elektronen.

Es gibt eine andere historische definition zur Oxidation mit Wasserstoff. Das ist, Oxidation ist der Prozess des Verlusts von H⁺ Ionen. Dies ist auch nicht genau, da es viele Reaktionen gibt, die ohne die Freisetzung von H. ablaufen⁺ Ionen.

Abbildung 02: Die Oxidation der Alkoholgruppe zur Carbonsäuregruppe

Eine Oxidation erhöht immer den Oxidationszustand einer chemischen Spezies durch den Verlust von Elektronen. Durch diesen Elektronenverlust ändert sich die Ladung eines Atoms oder Moleküls.

Oxidationsmechanismus

Die Oxidation kann je nach Änderung des Oxidationszustands auf vier verschiedene Arten erfolgen.

1. Von Null zu einer positiven Oxidationsstufe

Ein Molekül oder ein Atom ohne elektrische Ladung (neutral) kann oxidiert werden. Die Oxidation erhöht immer den Oxidationszustand. Daher wäre die neue Oxidationsstufe des Atoms ein positiver Wert.

Abbildung 03: Oxidation von Fe (0) zu Fe (+3)

2. Vom negativen zum positiven Oxidationszustand

Ein Atom in einem negativen Oxidationszustand kann zu einem positiven Oxidationszustand oxidiert werden.

Abbildung 04: Die Oxidation von S (-2) in die Oxidationsstufe S (+6)

3. Vom negativen zum Null-Oxidationszustand

Abbildung 05: Die Oxidation von O (-2) zu O2 (0)

4. Erhöhung der positiven Oxidationsstufe

Diese Art von Oxidationsreaktionen ist meist bei Übergangsmetallelementen enthalten, da diese Metallelemente mehrere Oxidationsstufen annehmen können und aufgrund der Anwesenheit von d-Orbitalen bis zu +7 Oxidationsstufen aufweisen.

Abbildung 06: Die Oxidation von Fe (+2) zu Fe (+3)

Ein neutrales Atom besteht aus Protonen (positiv geladen) im Kern und Elektronen (negativ geladen) um den Kern herum. Die positive Ladung des Kerns wird durch die negativen Ladungen der Elektronen ausgeglichen. Aber wenn ein Elektron aus diesem System entfernt wird, gibt es keine negative Ladung, um die entsprechende positive Ladung zu neutralisieren. Dann bekommt das Atom eine positive Ladung. Daher erhöht die Oxidation immer die positiven Eigenschaften von Atomen.

Was ist Reduktion?

Reduktion kann als die Aufnahme von Elektronen aus einem Atom, Molekül oder Ion definiert werden. Dieser Elektronengewinn bewirkt, dass der Oxidationszustand der chemischen Spezies abnimmt, da die Reduktion eine zusätzliche negative elektrische Ladung in den Atomen erzeugt. Um Elektronen von außen zu erhalten, sollte es eine Elektronen spendende Spezies geben. Daher ist die Reduktion eine chemische Reaktion, die bei Redoxreaktionen stattfindet. Die Reduktionsreaktion ist eine Halbreaktion.

Reduktionsmechanismus

Die Reduktion kann auch auf vier Arten wie folgt erfolgen.

1. Von Null bis zum negativen Oxidationszustand

Bei der Bildung von Oxiden ist beispielsweise die Oxidationsstufe von O₂ Null ist und aufgrund der Zugabe neuer Elektronen auf -2 verringert.

Abbildung 07: Reduktion von Sauerstoff

2. Vom positiven zum negativen Oxidationszustand

Elemente, die sowohl positive als auch negative Oxidationsstufen aufweisen können, können diese Art von Reduktionsreaktionen eingehen.

Abbildung 08: Reduktion von N (+3) auf N (-3)

3. Vom positiven zum Null-Oxidationszustand

Abbildung 09: Die Reduktion von Ag+

4. Abnahme der negativen Oxidationsstufe

Abbildung 10: Reduktion von O (-2) zu O (-1)

Im Allgemeinen haben Sauerstoffatome in Verbindungen eine Oxidationsstufe von -2. Aber in Peroxiden sind zwei Sauerstoffatome aneinander gebunden. Beide Atome haben die gleiche Elektronegativität. Daher wäre die Oxidationsstufe beider Atome -2. Dann hat ein Sauerstoffatom -1 Oxidationsstufe.

Unterschied zwischen Oxidation und Reduktion

Definition

Oxidation: Oxidation kann als der Verlust von Elektronen von einem Atom, Molekül oder einem Ion definiert werden.

Die Ermäßigung: Reduktion kann als die Aufnahme von Elektronen aus einem Atom, Molekül oder Ion definiert werden.

Änderung der Oxidationsstufe

Oxidation: Der Oxidationszustand nimmt bei der Oxidation zu.

Die Ermäßigung: Der Oxidationszustand nimmt bei der Reduktion ab.

Elektronenaustausch

Oxidation: Oxidationsreaktionen geben Elektronen an die Umgebung ab.

Die Ermäßigung: Bei Reduktionsreaktionen werden Elektronen aus der Umgebung gewonnen.

Änderung der elektrischen Ladung

Oxidation: Oxidation verursacht die Zunahme der positiven Ladung einer chemischen Spezies.

Die Ermäßigung: Die Reduktion bewirkt die Zunahme der negativen Ladung einer chemischen Spezies.

Beteiligte chemische Spezies

Oxidation: Oxidation tritt in Reduktionsmitteln auf.

Die Ermäßigung: Reduktion erfolgt in Oxidationsmitteln.

Abschluss

Oxidation und Reduktion sind die beiden Halbreaktionen von Redoxreaktionen. Der Hauptunterschied zwischen Oxidation und Reduktion besteht darin, dass Oxidation die Erhöhung der Oxidationsstufe eines Atoms ist, während Reduktion die Abnahme der Oxidationsstufe eines Atoms ist.

Verweise:

1. Helmenstine, Anne Marie. „Was ist Reduktion in der Chemie?“ GedankenCo. N.S., N.D. Netz. Hier verfügbar. 06. Juli 2017. 2.”Was ist Oxidation.” Study.com. Study.com, ohne Datum Netz. Hier verfügbar. 06. Juli 2017.