Redoxgleichungen

Reaktion von Permanganat mit Wasserstoffperoxid

Hier wird durch das Einhalten der oben genannten Schrittfolge sehr einfach die Elektronenbilanz ausgeglichen und dadurch werden die Gesetze von der Erhaltung der Ladung und der Erhaltung der Masse erfüllt.

Permanganat-Ionen oxidieren in saurer Lösung Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und werden selbst zu Mn2+ reduziert.

1. Aufstellen der Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion

a) Teilgleichung der Reduktion
Zuerst bestimmt man die Oxidationszahlen der korrespondierenden Redoxpaare. Mangan hat im Permanganat-Ion die Oxidationszahl VII und als Mn2+-Ion die Oxidationszahl II. Permanganat nimmt also 5 Elektronen auf:

$\stackrel{\text{+VII}}{\text{M}_{}\text{n}}\stackrel{-II}{O_4{}^{-}}+5e^{–}\stackrel{}{\to }\stackrel{\text{+II }}{{\text{Mn}}^{\text{2+}}}$

Die Ladungs- und Massenbilanz der Teilgleichung stimmen jedoch nicht. Die Summe der Ladungen beträgt links -6 und rechts +2. Außerdem müssen die Sauerstoffatome auf der Produktseite auftauchen.

Ladungsausgleich: Die Reaktion findet im Sauren statt, die Ladung kann also durch H+-Ionen ausgeglichen werden. Im Basischen würde man Hydroxid-Ionen, OH-, verwenden.

$Mn{O}_4{}^{-}+5e^{-}+8H^{+}\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{\text{Mn}}^{\text{2+}}$

Jetzt stimmt zwar die Summe der Ladungen auf der linken und rechten Seite der Gleichung überein (jeweils +2), die Sauerstoffatome fehlen aber immer noch auf der rechten Seite.

Der Massenausgleich erfolgt in der Regel durch die Bildung von Wasser aus Oxid-Ionen und Protonen. Da Protonen in wässriger Lösung nicht wirklich existieren, kann man hierfür auch die korrekteren Oxonium-Ionen schreiben.

$Mn{O}_4{}^{-}+5e^{-}+8H_3{O}^{+}\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{\text{Mn}}^{\text{2+}}+12H_{2}O$

Die Summe der Ladungen und der Atome auf beiden Seiten der Teilgleichung stimmt überein. Elektronen haben keine nennenswerte Masse und gehen nur in die Ladungsbilanz ein.

b) Teilgleichung der Oxidation
Sauerstoff hat im Wasserstoffperoxid die Oxidationszahl -I und im Sauerstoffmolekül die Oxidationszahl 0. Da beide Moleküle zwei Sauerstoffatome enthalten, gibt Wasserstoffperoxid bei der Oxidation 2 Elektronen ab.

${\stackrel{I}{H}}_2{\stackrel{-I}{O}}_2\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{\stackrel{0}{O}}_2+2e^{-}$

Die Summe der Ladungen beträgt links 0 und rechts -2. Der Ladungsausgleich in saurer Lösung erfolgt durch H+-Ionen:

$H_2{O}_2\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{O}_2+2e^{-}+2H^{+}$

In diesem Fall wurde mit der Ladung gleichzeitig auch die Massenbilanz ausgeglichen. Durch Ergänzung von Wassermolekülen werden die H+-Ionen in die korrekteren Oxonium-Ionen umgewandelt.

$H_2{O}_2+2H_{2}O\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{O}_2+2e^{-}+2H_3{O}^{+}$

2. Ausgleich der Elektronenanzahl und Addition der Teilreaktionen

a) Ausgleich der Elektronenbilanz
Bei Redoxreaktionen werden keine Elektronen gebildet oder vernichtet. Die Summe der aufgenommenen und abgegebenen Elektronen muss also ausgeglichen werden. Dazu werden die Teilgleichungen mit den Faktoren multipliziert, die aus den kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Elektronen ermittelt werden.

$\begin{array}{l}Mn{O}_4{}^{-}+5e^{-}+8H_3{O}^{+}\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{\text{Mn}}^{\text{2+}}+12H_{2}O|x2\\ H_2{O}_2+2H_{2}O\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{O}_2+2e^{-}+2H_3{O}^{+}|x5\end{array}$

b) Addition der mit den Faktoren multiplizierten Gleichungen

$\begin{array}{l}\mathrm{Re}duktion:2Mn{O}_4{}^{-}+10e^{-}+16H_3{O}^{+}\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}2{\text{Mn}}^{\text{2+}}+24H_{2}O\\ Oxidation:5H_2{O}_2+10H_{2}O\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}5O_2+10e^{-}+10H_3{O}^{+}\\ \overline{\stackrel{}{Bruttoreaktionsgleichung}:}\\ 2Mn{O}_4{}^{-}+10e^{-}+16H_3{O}^{+}+5H_2{O}_2+10H_{2}O\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}\\ 2{\text{Mn}}^{\text{2+}}+24H_{2}O+5O_2+10e^{-}+10H_3{O}^{+}\end{array}$

3. Kürzen der Bruttoreaktionsgleichung

Viele Teilchen tauchen in der Bruttoreaktionsgleichung auf beiden Seiten des Reaktionspfeils auf. Beim Kürzen muss jedoch beachtet werden, dass auf beiden Seiten nur die gleiche Anzahl gleichartiger Teilchen gestrichen werden kann. Im Beispiel sind das je 10 Elektronen, je 10 Wassermoleküle und je 10 Oxonium-Ionen. Dadurch bleiben 14 Wassermoleküle auf der rechten Seite und 6 Oxonium-Ionen auf der linken Seite übrig:

$2Mn{O}_4{}^{-}+6H_3{O}^{+}+5H_2{O}_2\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}2{\text{Mn}}^{\text{2+}}+5O_2+14H_{2}O$

4. Überprüfen der Ladungs- und Massenbilanz

Auf beiden Seiten werden Ladungen und Atome addiert, um zu sehen, ob die Summe der Ladungen und die Anzahl der Atome auf beiden Seiten der Redoxgleichung identisch ist. In diesem Fall ist die Redoxgleichung korrekt gelöst.