Abstufung des Redoxpotentials der Halogene

Aufgabe1

Abstufung des Redoxpotentials der Halogene

Bei dem Ihnen demonstrierten Versuch werden folgende Chemikalien verwendet:

Chlorwasser (Cl2 in Wasser gelöst), Bromwasser (Br2), Iodwasser (I2), Natriumchlorid NaCl, Natriumbromid (NaBr) Natriumiodid (NaI) Chloroform, Silbernitratlösung.

a)Beschreiben Sie die Versuche und Ihre Beobachtungen.

b)Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen der abgelaufenen Reaktionen als Bruttoreaktionen sowie als Redoxreaktonen mit den entsprechenden Teilgleichungen. Erläutern Sie dabei am Beispiel der Reaktion von Chlorwasser mit Natriumbromid die Begriffe Oxidation und Reduktion sowie die Begriffe Oxidationsmittel und Reduktionsmittel.

c)Interpretieren Sie die durchgeführten Versuche mit der Zielsetzung, eine Abstufung der benutzten Redoxpaare bezüglich ihrer Stärke als Oxidationsmittel bzw. als Reduktionsmittel festzulegen.

c)Begründen Sie, welches Redoxpaar das positivste Potential hat.

  Lösung:

Kommentar: Die Bearbeitung dieser Aufgabe erfordert vom Schüler die korrekte Verwendung der Begriffe Oxidation und Reduktion, da hier nicht - wie sonst sehr häufig - die elementare Form "Halogen" die oxidierte Form ist und das Halogenid die reduzierte.
a) Versuchsbeschreibung
 Man gibt Chlorwasser zu einer Lösung von Natriumbromid bzw. Natriumiodid.
 Man gibt Bromwasser zu einer Lösung von Natriumchlorid bzw. Natriumiodid.
 Man gibt Iodwasser zu einer Lösung von NatriumBromid bzw. Natriumchlorid.

 Nach Zugabe der Halogenlösungen teilt man die Reaktionsgemische in jeweils zwei Teil.

Zu der einén Hälfte gibt man einige Tropfen Silbernitrat.

 Zu der anderen Hälfte gibt man jeweis einige Tropfen Chloroform. (Trichlormethan.)

Beobachtung:
Bei Zugabe von Chlorwasser zu Natriumbromid färbt sich die Lösung leicht bräunlich.

Die Zugabe von Silbernitrat zu dieser Losung läßt einen käsig weißen Niederschlag entstehen.
Bei Schütteln dieser Lösung mit einigen Tropfen Chloroform färbt sich dieses braun.

Bei Zugabe von Chlorwasser zu Natriumiodid färbt sich das Reationsgemisch ebenfalls braun. Einige Tropfen Silbernitrat lassen ebenfalls einen käsig weißen Nieder schlag entstehen. Bei Schütteln des Reaktionsgemisches mit Chloroform färbt sich dieses violett.

 Die Zugabe von Bromwasser zu Natriumchloridlösung führt zu keiner Reaktion.

 
Die Zugabe von Bromwasser zu Natriumiodidlösung führt zu einer Vertiefung der braunen Farbe. Mit Silbernitratlösung erhält man einen gelblichen Niederschlag. Etwas Chloroform in dieser Lösung färbt sich violett.

Die Zugabe von Iodwasser zu einer der Sazlösungen ergibt keine Reaktion.

b) In der ersten Reaktion entsteht bei der Zugabe von Chlorwasser zu Natriumbromid Br2 und Natriumchlorid. Beide Salze liegen natürlich dissoziiert vor, folglich entstehen aus den Bromidionen elementares Brom Br2 und aus Chlor Cl2 Chloridionen. Letztere werden durch die Zugabe von Silbernitratlösung nachgewiesen, die mit den Ag+ - Ionen den charakteristischen Niederschlag von Silberchlorid ergeben. Das Brom wird durch Ausschütteln mit Choroform nachgewiesen, in dem es sich besser löst als in Wasser.

Redoxreaktionen sind Elektronenübertragungsreaktionen, bei denen das Reduktionsmittel Elektronen abgibt, es reduziert nämlich einen anderen Stoff. (Hier muss man aufpassen, dass man mit der Begrifflichkeit nicht durcheinanderkommt: Reduktion ist definiert als Elektronenaufnahme, das Reduktionsmittel reduziert den Reaktionspartner. Es wird dabei selbst oxidiert.) Entsprechend nimmt das Oxidationsmittel von seinem Reaktionspartner (dem Reduktionsmittel) Elektronen auf und wird dabei selbst reduziert.

Also:
Reduktion: Elektronenaufnahme
Reduktionsmittel: Stoff, der einen anderen reduziert, ihm also Elektronen spendet.

reduzieren: einer anderen Verbindung Elktronen spenden

Oxiation: Elektronenabgabe
Oxidationsmittel: Stoff, der einen anderen oxidiert, ihm also Elektronen nimmt.

oxidieren: von einem anderen Element oder einer anderen Verbindung Elektronen nehmen.

Cl2 + 2NaBr  --->  2NaCl + Br2
Cl2 + 2NaI     --->  2NaCl + I2

Br2 + NaCl  ---> keine Reaktion

Br2 + 2NaI    ---->2NaBr + I2

I2 + 2NaCl    ----> keine Reaktion

I2 + 2NaBr   -----> Keine Reaktion

Erklärung der Begriffe Oxidation und Reduktion am Beispiel der Reaktion von Chlor mit Natriumbromid

In Ionenschreibweise geschrieben formuliert man diese Reaktion so:

2Na⁺ + 2Br^- + Cl2  ---> 2Na⁺ + 2 Cl^- + Br2

Elementares Chlor mit der Oxidationszahl 0 nimmt ein Elektron vom  Bromidion auf und wird damit zum Chloridion reduziert. Da Bromidion gibt ein Elektron an das Chloratom ab und wird damit zum elementaren Brom oxidiert.

In Redoxteilgleichungen formuliert:

 2Br^-             --->  Br2 + 2 e^-              Oxidation des Bromidions

 Cl2 + 2 e^-  ---->   2 Cl^-                       Reduktion des Chloratoms (-moleküls)

c) Das stärkste Oxidationsmittel ist das Chor, da es in der Lage ist, den Ionen der anderen beiden verwendeten Halogeniden Elektronen zu entreißen, diese also zu oxidieren. Darauf folgt das Brom, das zwar vom Iodid, nicht aber vom Chlorid Elektronen Elektronen aufnehmen kann. Das schwächste Oxidationsmittel ist das Iod.

Diese Reihenfolge entspricht auch der Stellung der Halogene im Periodensystem und der Abstufung in der Elektronegativitätsreihe.

Umgekehrt ist das stärkste Reduktionsmittel das Iodidion, gefolgt vom Bromidion und dem Chloridion.

d) Das positivste Potential hat von diesen drei Redoxpaaren das Cl2/2Cl^-. Das Chlor ist das stärkste Oxidationsmittel und damit der stärkste Elektronenakzeptor.