Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 13.04.16

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Syn- und Disproportionierung:

Sonderfälle der Redoxreaktion

Vortrag von Annemarie Eimer im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Anorganische Chemie", WS 07/08

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Gliederung:

1.  Die Autobatterie
2.  Oxidationszahlen
3.  Die Redoxreaktion
4.  Die Sonderfälle der Redoxreaktion
     4.1 Synproportionierung
     4.2 Disproportionierung
5. Die Autobatterie mit Syn- und Disproportionierung

6. Literatur

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1.Die "Autobatterie"

Syn- und Disproportionierung sind nicht so alltagsfremd wie viele glauben, denn kein Auto würde ohne diese beiden Sonderfälle der Redoxreaktion laufen. Sie sind sehr wichtig in der Autobatterie und ohne die fährt bekanntlich kein Auto.


Abb. 1: Autobatterie [1]

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2. Oxidationszahlen

Um aber den Zusammenhang zwischen Autobatterie und Syn- und Disproportionierung herzustellen, müssen erst die Oxidationszahlen verstanden werden.

Die Oxidationszahl gibt formal die Verhältnisse der Elektronendichte um ein Atom an.

Eine positive Oxidationszahl bedeutet, dass die  Elektronendichte gegenüber Normalzustand ist verringert. Im Gegensatz dazu gibt es die negative Oxidationszahl, welche eine Erhöhung der Elektronendichte um das Atom angibt. Ob ein Atom Elektronen zieht oder nicht hängt von der höheren Elektronegativität hab. Je höher, umso mehr zieht das Atom! Wenn also zwischen den Atomen einer Verbindung ein Elektronegativitätsunterschied besteht, so zieht das Atom mit der höheren Elektronegativität ein Elektron vom Atom mit der niedrigeren Elektronegativität zu sich.

Zum Beispiel Wasser:
Die Elektronegativität von H ist niedriger als die von Sauerstoff O. Bilden diese beiden Komponenten das Molekül H2O, so zieht der Sauerstoff mit seiner höheren Elektronegativität je ein Elektron von den Wasserstoffen ab. Somit hat Sauerstoff durch den "Gewinn" von zwei zusätzlichen Elektronen die Oxidationszahl -2 und jedes Wasserstoffatom von +1, da diesen je ein Elektron abgezogen worden ist.

Allgemein gilt:
H in einem Molekül hat Oxidationszahl +1, das bedeutet, die Elektronendichte ist verringert.
O in einem Molekül hat Oxidationszahl - 2.Die negative Oxidationszahl gibt hier eine höhere Elektronendichte an. (Bis auf einen Sonderfall, der aber im Zuge der Disproportionierung klar wird, zum Beispiel bei H2O2)

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3. Die Redoxreaktion

Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der eine Oxidation und eine Reduktion stattfinden. Es reagiert ein Stoff A, der Elektronen abgibt (=Donator), mit mindestens einem Stoff B, der die abgegebenen Elektronen aufnimmt (=Akzeptor).

Oxidation: 

A --> A+ + e-  

Der Stoff A gibt bei der Oxidation ein Elektron ab = Reduktionsmittel.

Reduktion: 

B + e- --> B-  

Der Stoff B nimmt bei der Reduktion ein Elektron auf = Oxidationsmittel.

Redox: 

A + B --> A+ + B-  

Der Stoff A gibt ein Elektron auf Stoff B ab.

Beispiel:

Abb. 2: Redoxreaktion - ein Beispiel

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4. Die Sonderfälle der Redoxreaktion

4.1 Synproportionierung (Praefix "Syn-" lat.: zusammen)

Um aber nun genau klären zu können, wie genau Autobatterien von Syn- und Disproporionierung abhängen, müssen nun die beiden Sonderfälle der Redoxreaktion geklärt werden. Die Synproportionierung, auch Komproportionierung genannt beschreibt einen Sonderfall der Redoxreaktion. Hier gibt es zwei Edukte mit je einer hohen und einer niedrigern Oxidationszahl eines Elementes, die sich zu einem Produkt mit "mittlerer" Oxidationszahl dieses Elementes zusammenfügen.

Beispiel: Iodat und Iodid in sauerer Lösung synproportionieren zu elementarem Iod.


Abb. 3: Synproportionierung von Iodat und Iodid zu Iod

4.2 Disproportionierung (Praefix "Dis-" lat.: auseinander, entzwei)

Die Disproportionierung ist genau das Gegenteil einer Synproportionierung. Bei diesem Sonderfall werden aus einem Edukt eines gleichen Elementes "mittlerer" Oxidationszahl zwei Produkte dieses Elementes. Wobei eines der Produkte eine höhere und das andere eine niedrigere Oxidationszahl besitzt. Das Edukt tritt somit gleichzeitig als Oxidations- und als Reduktionsmittel auf.

Beispiel: Wasserstoffperoxid wird disproportioniert zu Sauerstoff und Wasser unter Amylase- oder Platinkatalyse.


Abb. 4: Disproportionierung von Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser

Zur Veranschaulichung der Disproportionierung dient ein Versuch:

Versuch: Disproportionierung von Wasserstoffperoxid
Material: Spatel, Petrischale, Reagenzglas, Glimmspan, Zündholz/Feuerzeug
Chemikalien: 10%ige Wasserstoffperoxidlösung, Amylase (Kartoffelscheiben) oder als Alternative Platinblättchen
Durchführung: Man gibt in ein Reagenzglas etwa fünf kleine Stückchen einer Kartoffel und auch in eine Petrischale zur Veranschaulichung ein bis zwei dünne Kartoffelscheiben. Die Kartoffelstücke nun mit 10%iger Wasserstoffperoxidlösung überschichten.
Beobachtung: Es steigen Bläschen im Reagenzglas und in der Petrischale auf. Nach circa fünf Minuten Reaktion kann man nun eine der entstandenen Komponenten mithilfe der Glimmspanprobe nachweisen. Der Glimmspan glüht hell auf.
Anstatt der Kartoffel kann auch Platin als Katalysator verwendet werden.
Deutung: Durch die Katalysation der in der Kartoffel enthaltenen Amylase wird Wasserstoffperoxid in Sauerstoff und Wasser disproportioniert. Der Sauerstoff wird mithilfe der Glimmspanprobe nachgewiesen.

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5. Die "Autobatterie" mit Syn- & Disproportionierung

Syn- und Disproportionierung sind Sonderformen der Redoxreaktion. Bei der Synproportionierung verschmelzen eine niedrige und eine höhere Oxidationszahl und einer mittleren. Im Gegensatz dazu steht die Disproportionierung, bei der genau das Gegenteil passiert. Hier wird durch die Redoxreaktion eine mittlere Oxidationszahl zu einer niedrigeren und einer höheren.

Wo wir nun die Oxidationszahlen, die Redoxreaktion und deren Sonderformen kennen, ist es uns jetzt möglich zu erkennen, warum man diese Sonderfälle in der Autobatterie braucht.

Die Synproportionierung beschreibt die Entladung des Bleiakkus, indem Blei (Oxidationszahl 0) und Bleioxid (Oxidationszahl von Blei +4) zu Bleisulfat (Oxidationszahl von Blei: +2) synproportionieren:

Abb. 5: Synproportionerung der "Autobatterie"

Die Disproportionierung hingegen beschreibt das Aufladen des Bleiakkus in folgender Form:

Abb. 6: Disproportionierung der "Autobatterie"

Hier disproportioniert Bleisulfat zu Blei und Bleioxid.

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6. Literatur:

  1. http://www.mev.de/imagedb/LAYOUT_WZ/FCC/VOL_52/52094003.jpg   25.01.2008 (Copyright: MEV Verlag GmbH, Germany)

  2. Riedel, E.: Anorganische Chemie, 2. Aufl., Walter de Gruyter Verlag, Berlin – New York, 1995

  3. http://de.wikipedia.org/wiki/Redoxreaktion  15.11.2007

  4. http://de.wikipedia.org/wiki/Disproportionierung  15.11.2007

  5. http://de.wikipedia.org/wiki/Synproportionierung  15.11.2007

  6. Holleman / Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 100. Aufl., Walter de Gruyter Verlag, Berlin - New York, 1985

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E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 13.04.16