Als eindrucksvolles Beispiel einer Redoxreaktion wird zu Beginn der Start eines Space Shuttle mit der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in den Haupttriebwerken gezeigt. Schwerpunktmäßig beschäftigt sich der Beitrag mit dem einfachen und dem erweiterten Begriff der Oxidation und der Reduktion sowie mit dem Phänomen der korrespondierenden Redoxpaare bei Redoxreaktionen. Der Inhalt gliedert sich in vier Sequenzen.

Oxidation und Reduktion

Stahlwolle (Fe) dient zunächst dazu, verschiedene Formen der Oxidation vorzustellen: Die schnelle Oxidation in Form einer Verbrennung und die langsame in Form der Rostbildung. Experimentell wird dann gezeigt, dass man die Oxidation auch rückgängig machen kann, indem man in einem erwärmten Reaktionsrohr Wasserstoff über ein verrostetes Eisenblech (Eisenoxid) strömen lässt. Dabei entsteht wieder elementares Eisen.

Reduktion von Eisen(III)-oxid

Ein Reaktionsschema macht deutlich, dass die Oxidation im einfachsten Sinn als die Verbindung eines Stoffes mit Sauerstoff, die Reduktion als ein Lösen von Sauerstoff aus einer Verbindung anzusehen ist.

Redoxreaktionen

Am Beispiel des Metalls Zink (Zn) erklärt die Sequenz den Zusammenhang von Oxidation und Reduktion und führt dabei auch die erweiterten Begriffe für diese Reaktionen ein. Die Oxidation wird als Elektronenabgabe und die Reduktion als Elektronenaufnahme definiert. Elektronen können jedoch nur dann aufgenommen werden, wenn sie ein Elektronenspender zur Verfügung stellt. Umgekehrt können Elektronen auch nur abgegeben werden, wenn ein Reaktionspartner vorhanden ist, der sie aufnimmt. Reduktion und Oxidation müssen somit stets gekoppelt ablaufen. Den Gesamtvorgang dieser Elektronenübertragung bezeichnet man daher als Redoxreaktion.

Korrespondierende Redoxpaare

Reaktion von Zink (Zn) mit Chlor (Cl-Cl)

Ausgehend von einem Experiment, bei dem Zink mit Chlor in gleicher Weise reagiert wie Zink mit Sauerstoff, belegt ein Schema, dass es sich bei dieser Reaktion ebenfalls um eine Redoxreaktion handelt: Einerseits gibt Zink Elektronen ab, andererseits nimmt Chlor diese Elektronen auf. Die Reaktionsgleichungen dazu machen zudem deutlich, dass an einer Redoxreaktion immer zwei korrespondierende Redoxpaare beteiligt sind. Die Sequenz rundet ein weiterer Redoxvorgang ab, bei dem Magnesium (Mg) mit Kohlenstoffdioxid (CO₂) unter Elektronenübertragung zu Magnesiumoxid (MgO) und Kohlenstoff (C) reagiert.

Redoxreaktionen in der Praxis

Wie die Sequenz belegt, eignet sich das sogenannte Thermit-Verfahren, bei dem große Hitze und metallisches Eisen entstehen, bestens zum Verschweißen von Eisenbahnschienen. Ein Modellexperiment klärt die Zusammensetzung von Thermit aus Aluminium (Al) und Eisen(III)-oxid (Fe₂O₃) und demonstriert dessen Zündung mit einem Magnesiumband sowie den Nachweis des entstehenden Eisens mit der Magnetprobe.

Den Chemismus dieser Redoxreaktion vertieft ein Reaktionsschema, in dem auch die durch römische Ziffern angegebenen Oxidationszahlen enthalten sind. Ergänzend werden noch die Begriffe Reduktionsmittel und Oxidationsmittel definiert. Erstere sind Stoffe, die Elektronen an einen Partner abgeben und diesen dadurch reduzieren. Letztere nehmen von einem Reaktionspartner Elektronen auf, wodurch dieser oxidiert wird.

Gewinnung von Roheisen durch Reduktion der Eisenerze im Hochofen

Die Sendung endet mit einem Blick in eine Hochofenanlage, in der Eisenverbindungen (Eisenerze) mithilfe von Koks (Kohlenstoff) und Luftsauerstoff zu Eisen reduziert werden.