Oxidation und Reduktion

Oxidation und Reduktion gehen immer mit einem Elektronentransfer einher. Daher erfolgt die Definition dieser Begriffe ebenfalls über das Elementarteilchen Elektron (e^-). Unter einer Reduktion versteht man die Aufnahme von Elektronen und eine Erniedrigung der Oxidationszahl. Eine Oxidation ist eine Abgabe von Elektronen und eine Erhöhung der Oxidationszahl. Der Begriff der Oxidationszahl wird unter dem gleichnamigen Kapitel erklärt.

Oxidation und Reduktion sind immer aneinander gekoppelt. Eine Oxidation kann nicht ablaufen, wenn die abgegebenen Elektronen nicht sofort in einer Reduktion aufgenommen werden können. Man kann zwar die beiden Prozesse räumlich voneinander trennen, jedoch müssen sie immer in Kontakt zueinander stehen (siehe Kapitel Elektrochemie).

Schauen wir uns dazu ein einfaches Beispiel an: Unser Kochsalz heißt Natriumchlorid und hat die Summenformel NaCl. Die Reaktionsgleichung für NaCl ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Darstellung von Natriumchlorid aus den Elementen

Die Darstellung von Natriumchlorid aus den Elementen ist ein Redoxprozess. Das bedeutet an einer Stelle findet eine Oxidation und an einer anderen Stelle eine Reduktion statt. Jedoch lässt sich dies nicht auf Anhieb erkennen. Wir wissen, dass Natrium (Na) zu den Alkalimetallen gehört. Alkalimetalle haben ein Elektron auf der Außenbahn und gelten als sehr reaktiv. Der Grund dafür ist, dass Alkalimetalle nur ein Elektron von der Edelgaskonfiguration entfernt sind. Dieses eine Elektron möchten diese Elemente so schnell wie möglich loswerden. Durch dieses Wissen haben wir schon den Ort der Oxidation bestimmt: Die Natriumatome liefern die Elektronen und werden somit oxidiert. Aus den Natriumatomen entstehen zwei Natriumionen und zwei Elektronen. Dies ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Darstellung von Natriumchlorid aus den Elementen, aufgeteilt auf die Schritte Oxidation und Reduktion

Das Element Chlor gehört zu den Halogenen. Halogene sind ebenfalls für ihre Reaktivität bekannt. Diese erklärt sich über die sieben Elektronen auf der Außenbahn. Den Halogenen fehlt nur noch ein Elektron zur Edelgaskonfiguration. Das Chlormolekül nimmt die zwei abgegebenen Elektronen des Natriums auf. Dadurch entstehen zwei Chloridionen (siehe dazu Abbildung 2). In Redoxprozessen müssen immer alle abgegebenen Elektronen wieder aufgenommen werden. Es gibt keine frei diffundierenden Elektronen im Reaktionsmedium. Die Nettogleichung für die Bildung von Kochsalz ist in Abbildung 1 dargestellt.

Neben den Teilschritten Oxidation und Reduktion sind noch zwei weitere Fachvokabeln einzuführen. Diese lauten Oxidations- und Reduktionsmittel. Bei jeder Redoxgleichung fungiert eine Verbindung als Oxidationsmittel und eine andere Verbindung als Reduktionsmittel (mit Ausnahmen). Oxidationsmittel sind die Verbindungen, die durch Aufnahme von Elektronen eine Oxidation einer anderen Verbindung bewirken. Dabei werden sie selbst reduziert. Reduktionsmittel sind Verbindungen, die durch Abgabe von Elektronen eine Reduktion einer anderen Verbindung bewirken. Dabei werden sie selbst oxidiert. In Abbildung 2 stellen die Natriumatome das Reduktionsmittel dar und das Chlormolekül das Oxidationsmittel.

Die Bildung von Natriumchlorid steht für eine sehr einfache Redoxgleichung. Andere Redoxgleichungen sind  viel komplizierter und die Teilprozesse, Oxidation und Reduktion, sind nicht so einfach zu bestimmen wie in dem dargestellten Beispiel. Daher wurde eine Hilfsgröße eingeführt, die das Bestimmen der Teilschritte in Reaktionen sehr vereinfacht. Diese Hilfsgröße wird als Oxidationszahl bezeichnet.