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Schritt-für-Schritt-Anleitung

Wie du Teilgleichungen mit Elektronenübergängen bei Redoxreaktionen aufstellst

Aufgabe

Bei der Reaktion von elementarem Magnesium mit Sauerstoff entsteht Magnesiumoxid. Stelle die Reaktionsgleichung, sowie die Teilgleichungen für die Elektronenübergänge auf.

Diese Aufgabe besteht genauer betrachtet aus 2 Teilaufgaben, nämlich:

  1. Aufstellen der Gesamtreaktionsgleichung
  2. Aufstellen der Teilgleichungen mit Angabe der Elektronenübergänge

Schritt 1: Stelle die Wortgleichung auf

Um die Reaktionsgleichung zu formulieren, musst du dir darüber klar werden welche Stoffe die Ausgangsstoffe (Edukte) und welche die neu entstandenen Stoffe (Produkte) sind.

In unserem Fall reagiert Magnesium mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid.

Schreibe zunächst die Wortgleichung auf:

\(Magnesium + Sauerstoff \to Magnesiumoxid\)

Schritt 2: Bestimme die Wertigkeit der Edukte und setze die chemischen Symbole ein

Nun musst du die Wertigkeit der Reaktanten bestimmen und die chemischen Symbole für die Stoffe einsetzen. Beachte dabei, dass elementarer Sauerstoff immer bimolekular vorliegt, das heißt immer 2 Sauerstoff-Atome gebunden vorliegen.

Sowohl Magnesium, als auch Sauerstoff sind 2-wertig. Und da Stoffe mit der gleichen Wertigkeit immer im Verhältnis 1:1 miteinander reagieren, erhältst du:

\(\ce{Mg + O2 -> MgO}\)

Wenn du Probleme damit hast, dann beschäftige dich am besten noch mal mit dem Thema "Reaktionsgleichungen aufstellen". Diese Grundkenntnisse solltest du draufhaben, da sie  in der Chemie sehr wichtig sind.

Schritt 3: Seiten ausgleichen

Anschließend musst du die Reaktionsgleichung ausgleichen um die gleiche Teilchenanzahl auf beiden Seiten zu erhalten.

\(\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\ce{Mg + O2 -> MgO} \\
\ce{Mg}\ce{\,\,\,\,\,\,1 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, -> \,\,1} \\
\,\,\,\,\ce{O}\ce{\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2 \,\, -> \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1}\)

 

Magnesium liegt auf beiden Seiten des Reaktionspfeils einmal vor. Das ist also korrekt. Da sich in unserem Fall 2 Sauerstoffatome auf der linken Seite, jedoch nur eins auf der rechten Seite befindet, musst du jedoch die rechte Seite mit 2 multiplizieren. Du erhältst:

\(\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\ce{Mg + O2 -> 2MgO} \\
\ce{Mg}\ce{\,\,\,\,\,\,1 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, -> \,\,\,\,\,2} \\
\,\,\,\,\ce{O}\ce{\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2 \,\, -> \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2}\)
 

 

Du hast jetzt das Verhältnis der Sauerstoffatome auf beiden Seiten ausgeglichen. Jedoch verändert sich dadurch natürlich auch die Anzahl der Magnesiumatome auf der rechten Seite. Also musst du das Verhältnis mit dem entsprechenden Faktor für Magnesium auf der linken Seite wiederum ausgleichen.

\(\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\ce{2Mg + O2 -> 2MgO} \\
\ce{Mg}\ce{\,\,\,\,\,\,\,\,\,2 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, -> \,\,\,\,\,2} \\
\,\,\,\,\ce{O}\ce{\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2 \,\, -> \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2}\)
 

 

Nun stehen auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich viele Sauerstoff-, wie Magnesiumatome und die Gesamtgleichung ist komplett.

 

Schritt 4: Notiere die Oxidationszahlen

Um herauszufinden, wie viele Elektronen von welchem Stoff aufgenommen bzw. abgegeben werden, ist es hilfreich, die Oxidationszahlen über den Elementsymbolen in der Reaktionsgleichung zu notieren.

\(\ce{Mg + O2 -> 2MgO}\)

Die Oxidationszahl von Magnesium erhöht sich von 0 auf +II, während die Oxidationszahl von Sauerstoff von 0 auf -II abnimmt. Wenn du nicht genau weißt wie man Oxidationszahlen in Verbindungen bestimmt, dann beschäftige dich am besten noch mal mit dem Thema Oxidationszahlen.

 

Schritt 5: Notiere die Elektronenübergänge der jeweiligen Stoffe

Die Erhöhung der Oxidationszahl bedeutet, dass der Stoff bei der Reaktion Elektronen abgibt, also oxidiert wird. Wenn sich die Oxidationszahl um 2 erhöht, heißt das also das Atom gibt 2 Elektronen ab. Anders herum bedeutet die Reduktion der Oxidationszahl, dass der Stoff reduziert wird, also Elektronen aufnimmt.

Einzeln notiert, bedeutet das also:

Jedes Magnesiumatom muss 2 Elektronen abgeben um aus dem Elementarzustand (+/- 0) in den oxidierten Zustand (+II) zu gelangen. Beachte, dass in unserer Reaktionsgleichung 2 Magnesiumatome vorkommen. Also benötigst du auch nicht nur 2, sondern 2 x 2 = 4 Elektronen.

Außerdem muss jedes Sauerstoffatom 2 Elektronen aufnehmen um vom Elementarzustand (+/- 0) in den reduzierten Zustand (-II) zu gelangen. Auch beim Sauerstoff liegen 2 Atome (Sauerstoff ist biatomar!) vor.

\(\ce{2Mg -> 2Mg^2+ + 4e-}\)

\(\ce{O2 + 4 e- -> 2O^2-}\)

Überprüfen kannst du deine Teilgleichungen dadurch, sie zusammenzufügen. Die abgegebenen und aufgenommenen Elektronen müssen auf beiden Seiten den gleichen Wert haben und können somit aus der Gleichung rausgekürzt werden. Du erhältst die Gesamtreaktionsgleichung:

\(\ce{2Mg + O2 +4e- -> 2Mg^2+ + 2O^2- +4e-} \\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \ce{2Mg + O2 -> 2MgO}\)

Lösung

Die Gesamtreaktion lautet:           

\(\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}\)

Die Teilreaktionsgleichungen lauten:

      \(\ce{2 Mg -> 2Mg^2+ + 4e-}\)

\(\ce{O2 + 4e- -> 2O^2-}\)

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