Redox-Reaktionen und Elektrodenpotentiale

Messung der Redox-Energie

Die Energie, die mit einem Redox-Prozess verbunden ist, kann nicht isoliert gemessen werden. Es können immer nur zwei Prozesse zusammen gemessen werden. Die Energie der Wasserstoffelektrode wird als Referenzwert (0 Volt) verwendet.

Elektrodenpotentiale

Eine Zelle besteht aus einer Elektrode vom Typ X (Kathode) im Vergleich zur Wasserstoffelektrode (Anode). Die Energie von Redox-Prozessen, die in Lösung gemessen wird (in Volt), hängt von der Konzentration ab. Die in Tabellen angegebenen Potentiale werden bei 1M Konzentration der beteiligten Kationen gemessen.

Damit eine Redoxreaktion spontan abläuft, muss der Wert des Potentials des Oxidationsmittels größer sein als der des Reduktionsmittels.

Einfluss der Konzentration

Die Potentialwerte hängen von der Konzentration ab. Je konzentrierter eine Spezies ist, desto schneller neigt sie dazu, sich zu reduzieren (höheres E). Dieses Problem wird durch die Nernst-Gleichung gelöst. Wenn die Konzentration des Oxidationsmittels oder des Reduktionsmittels 0 ist, wird sie in der Gleichung als 1 angenommen.

Ein Anstieg von E erhöht die Oxidationskraft: stärkeres Oxidationsmittel, schwächeres Reduktionsmittel und umgekehrt.

Amphotere Verbindungen

• Stabile Amphotere: Die Oxidationskraft ist nicht größer als die Reduktionskraft, daher findet keine Reaktion statt.
• Instabile Amphotere: Das Amphoter oxidiert und reduziert sich selbst (Disproportionierung). Diese Amphotere können in Lösung nicht existieren.

Einfluss des pH-Wertes

Wenn das Oxidationsmittel Sauerstoff (O₂) freisetzt, reagiert dieser mit den Protonen des Mediums. Die Potentiale in den Tabellen beziehen sich auf pH 0 und 1 M. Wenn der pH-Wert steigt, sinkt E, wodurch das System reduzierender wird.

Redox-Reaktionen in Wasser

Normalerweise wird Wasser als Lösungsmittel verwendet, das zwischen zwei Redox-Reaktionen als Oxidations- oder Reduktionsmittel fungieren kann.

• Ein Oxidationsmittel mit einem Potential von mehr als 1,23 - 0,06 pH ist nicht stabil.
• Ein Reduktionsmittel mit einem Potential von weniger als -0,06 pH ist nicht stabil.

Einfluss der Komplexbildung

Wenn ein Redox-System einen Komplex mit dem Oxidationsmittel bildet, verringert sich dessen Potential, da die Konzentration des freien Oxidationsmittels abnimmt.

Auflösung von Metallen

Um ein Metall aufzulösen, muss es zunächst oxidiert werden. Es gibt drei Arten von Metallen:

• Metalle mit einem Potential unter 0: H⁺/H₂ wird verwendet.
• Metalle mit Potentialen zwischen 0 und 1: NO₃H/NO wird verwendet.
• Edelmetalle: Königswasser (aqua regia) wird verwendet.

Bildung von Niederschlägen

Wenn sich ein Niederschlag mit dem Oxidationsmittel bildet, nimmt E ab, da die Konzentration des Oxidationsmittels sinkt.