Redox-Potential
Das Redox-Potential beschreibt in der Chemie und Biochemie das Maß für die Bereitschaft zu oxidieren bzw. zu reduzieren.Klassisch wurden Oxidationsprozesse als Verbindung mit Sauerstoff oder Entfernung von Wasserstoff verstanden. Für den Elektronenfluss gilt:
- Oxidationsmittel nehmen Elektronen auf
- Reduktionsmittel geben Elektronen ab
- durch Elektronenabgabe wird eine Verbindung oxidiert, durch Elektronenaufnahme reduziert
- je negativer ein Redoxpotential, desto stärker die Reduktionskraft
- Elektronen fließen vom Redoxpaar negativeren Potentials zum Redoxpaar weniger negativen (postiveren) Potentials.
Für biochemische Vorgänge rechnet man mit den auf pH 7 bezogenen Potentialen ΔEo'. Für Reaktionen, an denen Protonen beteiligt sind, ergibt sich somit eine Potentialdifferenz von 0,413 V, wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
- Bitte beachten: werden Redoxpotentiale als Eo oder Eo' angegeben (Tabelle), so bezeichnen sie formal das Potential relativ zur Wasserstoff-Zelle. Das Redoxpotential jeder anderen Reaktion, ΔEo bzw. ΔEo', ergibt sich dann durch Differenzbildung der zutreffenden Eo'-Werte.
Red/Ox | n | Eo[V] bei pH 0 | Eo' [V] bei pH 7 | |
---|---|---|---|---|
Ferredoxin Fe++/Fe+++ | 1 | -0,43 | -0,43 | |
½ H2 /H+ | 1 | 0 | -0,413 | |
NADH,H + / NAD+, 2H+ | 2 | +0,09 | -0,32 | |
Liponsäure: Lipons.-H2/Lipons., 2 H+ | 2 | +0,21 | ||
Ethanol/Acetaldehyd 2 H+ | 2 | +0,21 | ||
Flavin-Nucleotide (FAD, FMN): F-H2/ F, 2H+ | 2
| |||
Glutathion: 2GSH/(GS)2, 2 H+ | 2 | +0,31 | ||
Suc/Fum, 2 H+ | 2 | +0,38 | ||
Ascorbat/Dehydroasc., 2 H+ | 2 | +0,35 | +0,06 | |
Hydrochinon/Ubichinon, 2 H+ | 2 | +0,51 | +0,10 | |
H2O/½O2, 2 H+ | 2 | +1,23 | +0,82 | |
Häm-Eisen-Proteine | ||||
Katalase Fe++/Fe+++ | 1 | |||
Peroxidase Fe++/Fe+++ | 1 | |||
Cytochrom b562 Fe++/Fe+++ | 1 | |||
Cytochrom b5 Fe++/Fe+++ | 1 | +0 | +0 | |
Hämoglobin, Myoglobin Fe++/Fe+++ | 1 | +0,1 | +0,1**) | |
Cytochrom c Fe++/Fe+++ | 1 | +0,25 | +0,25 | |
- *) Bei Flavin-Nucleotiden handelt es sich um fest gebundene prosthetische Gruppen, deren genaues Redoxpotential vom Proteinpartner abhängt.
- **) Bemerkenswert ist die geringe Bereitschaft von Hämoglobin, Elektronen abzugeben: dies würde zum Funktionsverlust führen.
Redoxpotential und freie Enthalpie
Zwischen ΔEo' und der Änderung der freien Enthalpie besteht ein einfacher Zusammenhang:
- ΔGo' = - n*F*ΔEo'
- wobei n die Zahl der übertragenen Elektronen und F die Faraday-Konstante (96,5 kJ/(V*mol) bedeuten.
Nach Multiplikation mit n (2) und der Faradaykonstante (96,5) ergibt sich ΔGo' = - 23,16 kJ/mol; die Reaktion würde also unter Standardbedingungen (aber bei pH 7) spontan ablaufen. Dies geht allerdings auch schon daraus hervor, dass NADH,H + / NAD+ in der Tabelle über Ethanol/Acetaldehyd 2 H+ angeordnet ist, d.h. ein stärker negatives Redox-potential aufweist.
Reduktionsmittel | Oxidationsmittel + n e- | Standardpotential E0 (in Volt) | |
2 F- | F2 + 2 e- | +2,87 | |
2 SO42- | S2O82- + 2 e- | +2,00 | |
4 H2O | H2O2 + 2 H3O+ + 2 e- | +1,78 | |
PbSO4 + 5 H2O | PbO2 + HSO4- + 3 H3O+ + 2 e- | +1,69 | |
MnO2 + 6 H2O | MnO4- + 4 H3O+ + 3 e- | +1,68 | |
Mn2+ + 12 H2O | MnO4- + 8 H3O+ + 5 e- | +1,49 | |
Pb2+ + 6 H2O | PbO2 + 4 H3O+ + 2 e- | +1,46 | |
Au | Au3+ + 3 e- | +1,42 | |
2 Cl- | Cl2 + 2 e- | +1,36 | |
2 Cr3+ + 21 H2O | Cr2O72- + 14 H3O+ + 6 e- | +1,33 | |
6 H2O | O2 + 4 H3O+ + 4 e- | +1,23 | |
Mn2+ + 6 H2O | MnO2 + 4 H3O+ + 2 e- | +1,21 | |
Pt | Pt2+ + 2 e- | +1,20 | |
2 Br- | Br2 + 2 e- | +1,07 | |
NO + 6 H2O | NO3- + 4 H3O+ + 3 e- | +0,96 | |
Hg | Hg2+ + 2 e- | +0,85 | |
Ag | Ag+ + e- | +0,80 | |
2 Hg | Hg22+ + 2 e- | +0,80 | |
Fe2+ | Fe3+ + e- | +0,77 | |
H2O2 + 2 H2O | O2 + 2 H3O+ + 2 e- | +0,68 | |
MnO2 + 4 OH- | MnO4- + 2 H2O + 3 e- | +0,59 | |
2 I- | I2 + 2 e- | +0,54 | |
Cu | Cu+ + e- | +0,52 | |
4 OH- | O2 + 2 H2O + 4 e- | +0,40 | |
2 Ag + 2 OH- | Ag2O + H2O + 2 e- | +0,34 | |
Cu | Cu2+ + 2 e- | +0,34 | |
2 Hg + 2 Cl- | Hg2Cl2 + 2 e- | +0,27 | |
Cl- + Ag | AgCl + e- | +0,22 | |
H2SO3 + 5 H2O | SO42- + 4 H3O+ + 2 e- | +0,20 | |
Cu+ | Cu2+ + e- | +0,16 | |
H2 + 2 H2O | S + + 2 e- | +0,14 | |
Ag + Br- | AgBr + e- | +0,07 | |
H2 + 2 H2O | 2 H3O+ + 2 e- | 0,000 | |
Fe | Fe3+ + 3 e- | -0,04 | |
Pb | Pb2+ + 2 e- | -0,13 | |
Sn | Sn2+ + 2 e- | -0,14 | |
H2O2 + 2 OH- | O2 + 2 H2O + 2 e- | -0,15 | |
Ag + I- | AgI + e- | -0,15 | |
Ni | Ni2+ + 2 e- | -0,23 | |
Pb + SO42- | PbSO4 + 2 e- | -0,36 | |
Cd | Cd2+ + 2 e- | -0,40 | |
Fe | Fe2+ + 2 e- | -0,41 | |
Zn | Zn2+ + 2 e- | -0,76 | |
H2 + 2 OH- | 2 H2O + 2 e- | -0,83 | |
SO32- + 2 OH- | SO42- + H2O + 2 e- | -0,92 | |
N2H4 + 4 OH- | N2 + 4 H2O + 4 e- | -1,16 | |
Al | Al3+ + 3 e- | -1,66 | |
Mg | Mg2+ + 2 e- | -2,38 | |
Na | Na+ + e- | -2,71 | |
Ca | Ca2+ + 2 e- | -2,76 | |
Ba | Ba2+ + 2 e- | -2,90 | |
K | K+ + e- | -2,92 | |
Li | Li+ + e- | -3,02 |
''Siehe auch: Redoxreaktion