Gruppierung chemischer Reaktionen

1. Oxidation

VEine Kerze wird angezündet
BDie Kerze wird angezündet (gelbe Flamme)
Eexotherme Reaktion: Licht und Wärme
C₁₅H₃₂ + 23 O₂ → 15 CO₂ + 16 H₂O (g)
Wachs(eigentlich ist Wachs ein Gemisch)

Reaktionen mit Sauerstoff nennt man Oxidation.

VDie brennende Kerze wird in Gas gestellt:

1. N₂
2. O₂

B

1. die Flamme geht aus
2. gelbe Flamme

EHier liegt tatsächlich eine Reaktion mit O₂ vor.

Zusammensetzung von Luft

Die Gasglocke füllt sich mit Rauch	BDie Flüssigkeit hat sich von gelb nach rot verfärbt.

(Farbstoff in Wasser) ca. 1/5 weniger V (Gas)

E4 P + 5 O₂→ P₄O₁₀

Wertigkeit P: V

⇒ In Luft befindet sich ca. 20% Sauerstoff.

Das Phosphoroxid hat sich in Wasser aufgelöst und dabei die Farbe geändert.

Luftzusammensetzung

Stickstoffgas 78, 08 % N₂
Sauerstoffgas 20, 95 % O₂
Argon 0, 933 % Ar
Kohlenstoffgas 0, 036 % CO₂
Neon 0, 0018 % Ne
Helium 0, 0005 % He
weitere Bestandteile Wasserdampf, Staub

Luftverschmutzung

Die moderne Zivilisation bring in zunehmendem Maß schädlich wirkende Stoffe in de Atmosphäre.
z.B. Kohlenstoffdioxid (CO₂)

• Pflanzen brauchen es für die Photosynthese
  6 CO₂ + 6 H₂O (Licht + Chlorophyll) → 6 CO₂ + C₆H₁₂O₆
• Ist harmlos (Wir atmen es ständig aus!)
• Entsteht bei der Verbrennung (Fossile Brennstoffe)
• Problem: Globale Klimaerwärmung (Treibhauseffekt)

Folgen der Erderwärmung:

• Abschmelzen der Polarkappen → Meeresspiegel steigt
• Extremeres Wetter (Stürme, Niederschläge, Dürren)
• Eventuell stillstand des Golfstromes → Eventuelle Abkühlung des Klimas in Europa (Eiszeit)

Was können wir tun?

• keine Tropenhölzer kaufen → keine Abholzung der Regenwälder
• öffentliche Verkehrsmittel nutzen
• Strom sparen (Energiesparlampen, Regenerative Energien, Wasser- und Windenergie, Rapsöl, Erdwärme, Atomkraft)

Name	Formel	Quelle	Problematik / Besonderheiten
Ozon	O3	NO2→NO Autobahnen	Starke Reaktion Zellmembranen Stoffwechselprodukte Stört Photosynthese Kautschuk / Kunststoffe Atemwege
Schwefeldioxid	SO2	Erdöl, Kohle Verbrennung Oxidation in Sümpfen (Metallgewinnung)	Versauerung, Rosten Waldsterben
Stickstoff­oxid	NO2 NO	Verbrennungen an der Luft, Gewitter, Bakterien	Kann in Verbindung mit Regen zu Nitraten führen → Düngung sehr giftig, führt zur Bildung von Ozon
Halogen­wasser­stoffe: Chlormethan Flurkohlen­wasserstoffe (FCKWs)	CH3Cl CFCl3 CFCl2	Chemische Reaktionen im Meerwasser	In der Atmosphäre freisetzung von Cl-Atomen durch Reaktion durch Licht → Ozon wird durch Cl-Atome zersetzt. Es wird mehr Ozon zersetzt als Produziert wird: Entstehung eines Ozonlochs Ungiftig Nicht Brennbar
Kohlen­wasserstoffe	CxHy	Erdölförderung Fäulnisprozesse Aufbereitung, Vorrats- und Transportbehälter	Krebserregend Benzol Schadstoffe
Kohlen­wasserstoff­monoxid	CO	unvollständige Verbrennung (z.B. Auto)	Atemgift (verhindert den O2 Transport im Blut) Wird in der Atmosphäre schnell zu CO2 umgebaut.

Luftreinhaltung

Beispiele:

• Müllverbrennungsanlagen
• Autoabgase (Kfz-Katalysator)

CO, NO, NO₂, CO₂, CH₄

2 CO + 2 NO → N₂ + 2 CO₂
CH₄ + 2 O₂ → 2 H₂O + CO₂
CH₄ + 4 NO → 2 H₂O + CO₂ + 2 N₂

Kohlekraftwerk z.B. Rauchgasreinigung z.B. SO₂

SO₂ + H₂O → H₂SO₃
2 H₂SO₃ + O₂ → 2 H₂SO₄
CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂ + H₂O

Vielfalt und Bedeutung von Oxidationsprozessen

1. Stille Oxidation (exotherm), z.B.
   • Rosten von Eisen
     4 Fe + 3 O₂ → 2Fe₂O₃
     ΔH_R< 0
   • Zellatmung
     C₆H₁₂O₆ → 6 H₂O + 6 CO₂
     ΔH_R< 0
2. Verbrennung, z.B.:
   • Kerze (vereinfacht)
     C₁₂H₃₂ + 23 O₂ → 15 CO₂ + 16 H₂O
     ΔH_R< 0
   • Magnesium:
     2 Mg + O₂ → 2 MgO
   • Gasbrenner
     2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O
     ΔH_R< 0
3. Explosion, z.B.:
   • Benzinmotor
     2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
     2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O
     ΔH_R < 0

Wichtige Oxide

• H₂O: Wasser
• CO₂: Nachweisreaktion für Kohlenstoffdioxidgas

Calciumhydroxidlösung Ca(OH)₂ (aq.)
Wir leiten das Testgas durch die Lösung.
z.B. mit einem Strohalm pusten wir Atemluft durch die Lösung
CO₂ (g) + Ca(OH) (aq) → CaCO₃ (s) + H₂O (l)

Wichtige Oxidationsmittel:

Oxidationsmittel können Stoffe oxidieren.

C + O₂ → CO₂
ΔH_R < 0

hier: Sauerstoffgas O₂

• O₂: Zellatmung, Kerze, Raketenantrieb, Verbrennungsmotor
• KNO₃ (Kaliumnitrat): Schwarzpulver, Feuerwerkskörper
  C + S + 4 KNO₃ → 4 KNO₂ + SO₂
• H₂O₂ (Wasserstoffperoxyd): Bleichmittel, Desinfektionsmittel

Wichtige Säuren und Laugen:

Name	Formel	Bedeutung
Salzsäure	HCl (aq.)	Entkalkung, Magensäure
Ascorbinsäure (Vitamine)		lebensnotwendiger Nahrungsbestandteil Vitamine kann der Körper nicht selbst herstellen
Natronlauge	NaOH (aq.)	Laugengebäck Aluminiumherstellung Abflussreiniger
Schwefelsäure	H2SO4	Batteriesäure Herstellung von Farben
Salpetersäure	HNO3	Herstellung von Sprengstoffen Kunstdünger
Ammoniak	NH3	Kuhstallgeruch Düngemittel
Aminosäuren		Bausteine der Proteine

Reduktion

V

BEs bilden sich Wassertröpfchen am Ende des Glasrohres: Das schwarze Kupferoxid wird kupferfarben (rot)

E CuO (s) + H₂ (g) → Cu(s) + H₂O (l)
Reduktion: 2 CuO → 2 Cu + O₂
Oxidation: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
2 CuO + 2 H₂ → 2 Cu + 2 H₂O + O₂
CuO + H₂ → Cu + H₂O (Redoxreaktion)

Reduktion

Eine chemische Reaktion bei der Sauerstoff abgegeben wird.

H₂ ist bei dieser Reaktion das Reduktionsmittel.
CuO ist bei dieser Reaktion das Oxidationsmittel

Weitere Reaktionen:

C + 2 KNO₃ → CO₂ + 2 KNO₂
C + O₂ → CO₂
2 KNO₃ → + O₂
2 KNO₃ + C + O₂ → 2 KNO₂ + CO₂ + O₂

Anwendung: das Thermit-Verfahren
z.B.

• Schweißen von Eisenbahnschienen
• Brandbomben

Technische Anwendungen von Redoxreaktionen

z.B. die Herstellung von Eisen im Hochofen (über 3000 °C)

C + O₂ → CO₂
2 Fe₂O₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO₂

1: Eisenerz (= Fe₂O₃ mit Gestein) + Koks (= speziell bearbeitete Kohle) + Zuschläge (z.B. Kalk)
2: Gichtgas (CO₂, CO, N₂)

Die Zuschläge bilden zusammen mit dem Kalk die flüssige Schlacke. Sie verhindert die Oxidation der heißen Luft und des gewonnenen Eisens.

1. Eisenerz, Koks und Zuschläge werden in den Hochofen gegeben.
2. Die heiße Luft oxidiert mit einem Teil des Koks ⇒ Erwärmung
3. Eisenoxid wird durch Koks reduziert ⇒ flüssiges Eisen entsteht
4. Die Zuschläge bilden mit dem Gestein flüssige, auf dem Eisen schwimmende, Schlacke.

Materialien

• Lerneinheit als PDF