Wasserstoff als Reduktionsmittel

Von der Versuchsbeobachtung zur Formulierung einer Reaktion

Leitet man Wasserstoff über schwarzes Kupferoxidpulver ($\mathrm{CuO}$), dann wird es unter Aufglühen in rotes Kupferpulver umgewandelt und an den weniger erwärmten Wänden des Verbrennungsrohres bilden sich Wassertröpfchen. Diese Beobachtungen weisen auf den Ablauf einer chemischen Reaktion hin, denn es findet ein Energieumsatz (Aufglühen, also exotherme Reaktion) statt und es bilden sich neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Um die Reaktion in Gang zu bringen muß vorher erhitzt werden.

Folgende Gleichung erhält man, wenn die bei der Reaktion beteiligten Ausgangsstoffe und die beobachteten Reaktionsprodukte einsetzt:

$\mathrm{CuO}+{\mathrm{H}}_2⟶\mathrm{Cu}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+130,7\mathrm{kJ}$
$\underset{\mathsf{(}\mathsf{schwarz}\mathsf{)}}{\mathsf{Kupferoxid}}\mathsf{+}\mathsf{Wasserstoff}⟶\underset{\mathsf{(}\mathsf{rotbraun}\mathsf{)}}{\mathsf{Kupfer}}\mathsf{+}\mathsf{Wasser}\mathsf{+}\mathsf{Energie}$

Eine Redoxreaktion

Versuch 2 beschreibt einen wichtigen Reaktionstyp der Chemie. Da dem Kupferoxid Sauerstoff entzogen wird, sagt man: Das Kupferoxid wird reduziert. Der Wasserstoff bindet den Sauerstoff, also wird der Wasserstoff oxidiert. Oxidationsvorgänge sind immer mit Reduktionsvorgängen gekoppelt.Dies ist ein allgemein gültiges chemisches Gesetz, man spricht von Redoxvorgängen.

Die eckige Klammer in der Gleichung oben besagt, dass sich der Sauerstoff sofort nach der Abspaltung aus dem Oxid mit Wasserstoff verbindet. Will man eine Redoxgleichung aufstellen, dann kann die Aufteilung in zwei Teilgleichungen sehr hilfreich sein. Dazu müssen nur die Teilgleichungen addiert werden.

Einfache Redoxvorgänge

Auch andere Elemente oder Verbindungen können als Reduktionsmittel auftreten, nicht nur Wasserstoff. Ebenso verhält es sich mit den Oxidationsmitteln. Als Beispiel für eine weitere Redoxreaktion dient Versuch 3:

Redoxvorgänge spielen in der Industrie eine sehr große Rolle, beispielsweise bei der Gewinnung von Roheisen im Hochofen. Der wichtigste Vorgang ist die Reduktion von Eisenoxid (Fe₂O₃) mit Kohlenstoffmonoxid (CO):

Grundsätzlich kommt es bei den Redoxvorgängen, an denen Sauerstoff beteiligt ist, darauf an, die Summe der Abgegebenen und Aufgenommenen Sauerstoffatome durch entsprechende Multiplikation der Gleichungen auszugleichen.