Redoxreihe
Ein einfacher VersuchTaucht man einen Eisennagel in eine Kupfersulfatlösung, so kann man die Bildung einer rotbraunen Schicht beobachten. Dass es sich bei dieser Schicht nicht um Rost handelt, kann man ganz leicht mit Salpetersäure beweisen: man nimmt den Eisennagel mit dem roten Überzug aus der Lösung, reinigt ihn kurz unter fließendem Wasser und hält ihn dann kurz in eine ca. 20%ige Salpetersäure. Sofort bildet sich eine blaue Lösung. Das Kupfer aus dem Belag hat mit der Salptersäure zu Kupfernitrat reagiert. Hätte der Belag aus Eisenoxid (Rost) bestanden, so wäre eine gelbe Lösung aus Eisennitrat entstanden.
Eine Redoxreaktion
Chemisch läuft folgende Reaktion ab:
Eisenatome geben zwei Elektronen an die Kupferionen ab, das Eisen wird oxidiert, und das Kupfer reduziert.
Fe ===> Fe + 2 e- (Oxidation)
Cu2+ + 2 e- ===> Cu (Reduktion)
Wenn man nun einen entsprechenden Versuch mit einem Kupferblech macht, das man in eine Eisensulfat-Lösung stellt, so stellt man fest, das nichts passiert. Es bildet sich keine Eisenschicht auf dem Kupferblech. Kupfer bildet dagegen einen schwarzen Überzug von Silber, wenn man es in eine Silbernitratlösung stellt. Hier läuft wieder eine Redoxreaktion ab:
Cu ===> Cu2+ + 2 e- (Oxidation)
2 Ag+ + 2 e- ===> 2 Ag (Reduktion)
Elektronendonatoren und -akzeptoren
Während das Kupfer im ersten Versuch (Eisennagel) die Rolle des Elektronenakzeptors spielte, ist das Kupfer beim zweiten Versuch (Silbernitrat) ein Elektronendonator. Ob das Kupfer als Elektronenakzeptor oder -donator auftritt, hängt vom jeweiligen Reaktionspartner ab. Von unedleren Metallen kann das Kupfer Elektronen aufnehmen, denn diese haben ein höheres Redoxpotenzial als Kupfer. An edlere Metalle dagegen (Silber, Gold) kann Kupfer Elektronen abgeben, denn jetzt hat das Kupfer ein höheres Redoxpotenzial.
Redoxreihe der Metalle
Wenn man nun die Metalle nach ihrem Redoxpotenzial (also ihrer Fähigkeit, Elektronen abzugeben) ordnet, so erhält man die Redoxreihe oder Spannungsreihe der Metalle, die in ihrer einfachsten Form so aussieht:
Na > Mg > Zn > Fe > Cu > Ag > Au
Die meisten Metalle sind hier nicht eingeordnet, für einen ersten Überblick sollte diese Auflistung aber reichen.
Weblinks:
Elektrochemie (Jahrgangsstufe 12): http://www.u-helmich.de/che/12/02-ec/1-red/index.html