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Green-Economy.de - Lexikon - Oxidation
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Oxidation
Als Oxidation wurden ursprünglich lediglich die Reaktionen von organischen Stoffen, von Metallen und dergleichen mit Sauerstoff bezeichnet. Darunter fällt das Rosten von Eisen ebenso wie das Verbrennen von Wachs, Öl oder Holz. Heute werden solche Prozesse als Oxidation bezeichnet, bei welchen ein Molekül, ein Atom oder ein Ion Elektronen abgibt.

Dabei entsteht eine Kation aus einem ursprünglich neutralen Atom. Im Zuge der Oxidation verändern sich die Eigenschaften der ursprünglichen Materie. Die Farbe von Kupfer beispielsweise ändert sich von rot in blau. Da es jedoch auch eine Vielzahl an Prozessen gibt, bei denen kein Sauerstoff beteiligt ist, fasst man den Begriff der Oxidation heute wesentlich weitläufiger auf.

Die Reduktion beschreibt den umgekehrten Vorgang zur Oxidation. Ein Molekül, ein Atom oder ein Ion nimmt dabei Elektronen auf. Oxidation und Reduktion bezeichnet man auch als Redox-Reaktion. Redox-Reaktionen stellen die Grundlage für chemische Energieumwandlungen und chemische Energiespeicherung dar. Oxidation und Reduktion sind reversible Prozesse.

Die Oxidationszahl von Elementen ist stets Null. Anhand der Oxidationszahl ist die formale Ladung des betreffenden Atoms ersichtlich. Man erkennt, wie viele Elektronen das Ion oder Atom im Zuge eines Prozesses abgegeben oder aufgenommen hat, indem man die Oxidationszahl vor der Reaktion mit jener nach einer Reaktion vergleicht. Bei einfachen Ionen ist die Ladung des Ions stets identisch mit der Oxidationszahl. Bei Molekülen ist es notwendig, die formale Ladung jedes Atoms zu bestimmen. Diese formale Ladung des Atoms ist identisch mit der Oxidationszahl. Dabei gilt es zu beachten, dass die Summe der Oxidationszahlen bei neutralen Molekülen, beziehungsweise bei neutralen Stoffen, stets Null beträgt. Es gibt einige wichtige Elemente, die zumeist die gleichen Oxidationszahlen in den meisten Verbindungen aufweisen. Sauerstoff beispielsweise hat fast immer die Oxidationszahl minus Zwei, wohingegen die Oxidationszahl von Wasserstoff fast immer plus Eins beträgt.

Elektronen können in keinem freien Zustand existieren. Daher sind die beiden Prozesse Oxidation und Reduktion immer aneinander gekoppelt. Die beiden Teilreaktionen der Redox-Reaktion sind daher die Oxidation und die Reaktion. Den Lieferanten der Elektronen bezeichnet man stets als den Elektronendonor oder als Reduktionsmittel. Jene Substanz, die Elektronen aufnimmt, wird dabei als Elektronenakzeptor oder als Oxidationsmittel bezeichnet. Redox-Teilprozesse sind stets umkehrbar. Bei der Redox-Gleichung ist unbedingt darauf zu achten, dass die Elektronenbilanz ausgeglichen ist. Ebenso muss die Stoffbilanz ausgeglichen sein. Da Redox-Reaktionen nicht nur zwischen Feststoffen ablaufen können, sondern auch zwischen Lösungen, erhält man eine sogenannte Halbzelle, wenn man ein Metall in eine Lösung mit den entsprechenden Ionen einbringt. Es entwickelt sich ein Redox-Gleichgewicht und man erhält den Grundbaustein einer elektrochemischen Zelle. Dieses Prinzip verwendet man beim Daniell-Element, beim Blei-Akkumulator, bei der Kupfer-Silber-Zelle und beim Nickel-Kadmium-Akkumulator.
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