Redox-Elemente & Oxidationszahlen

Bei Redoxreaktionen werden Elektronen zwischen den Reaktionspartnern übertragen, wobei sich die Oxidationszahl des jeweiligen chemischen Elements ändert. Das betrifft in erster Linie solche Elemente wie O, C, N, S, Fe, Mn und andere Metalle. Abgesehen von P sind es gerade die Elemente, welche die “lebende Materie” ausmachen.

Redox-Elemente in aqion

Die folgende Tabelle listet alle in aqion verwendeten Redox-Elemente in alphabetischer Reihenfolge. Die in der ersten Spalte stehende Oxidationszahl (OZ) wird im Englischen auch als “valence state” bezeichnet. Die zweite Spalte enthält die zugehörige Bezeichnung in aqion.1

Die letzten beiden Spalten führen einige Spezies und Minerale als Beispiele auf. Man beachte, für manche Oxidationszustände kann die Zahl der Spezies sehr groß sein (wie z.B. für C(4) und S(6)).

OZ Name in aqion aquatische Spezies Mineralphase
       
As(3) As(3) AsO3-3, H3AsO3, … 2
As(5) As(5) AsO4-3, H3AsO4, … FeAsO4:2H2O, …
       
C(4) DIC CO2, HCO3-, CO3-2 calcite, siderite (FeCO3), …
C(0) C, CH2O 3
C(-4) CH4 CH4
       
Cr(2) Cr(2) Cr+2, … Cr(OH)2
Cr(3) Cr(3) Cr+3, Cr(OH)2+, … Cr(OH)3, FeCr2O4, …
Cr(6) Cr(6) CrO4-2, Cr2O7-2, … CrO3, Na2CrO4, …
       
Cu(1) Cu(1) Cu+, CuCl2-, … chalcocite (Cu2S)
Cu(2) Cu(2) Cu+2, CuOH+, … Cu(OH)2, covellite (CuS), …
       
Fe(2) Fe(2) Fe+2, FeCl+, … siderite (FeCO3), pyrite (FeS2), …
Fe(3) Fe(3) Fe+3, FeCl2+, … Fe(OH)3, goethite (FeOOH), …
       
H(0) H2(g)
H(1) H+ H+, H2O
       
Mn(2) Mn(2) Mn+2, … pyrochroite (Mn(OH)2), …
Mn(3) Mn(3) Mn+3, … manganite (MnOOH), …
Mn(6) Mn(6) MnO4-2, …
Mn(7) Mn(7) MnO4-, …
       
N(-3) NH4 NH4+, NH3, …
N(0) N2 N2(g)
N(3) NO2 NO2-, …
N(5) NO3 NO3-, … Cu2(OH)3NO3
       
O(-2) O-2, H2O
O(0) O(0) O2
       
S(-2) Sulfid H2S, HS-, S-2 FeS, …
S(6) SO4 SO4-2, HSO4-, … gypsum, barite (BaSO4), …
       
U(4) U(4) U+4, … uraninite (UO2), coffinite (USiO4)
U(6) U(6) UO2+2, … schoepite (UO2(OH)2:2H2O), …

Thermodynamische Daten. Zur vollständigen Definition einer Redoxreaktion gehören mindestens zwei Dinge:

  • die Angebe der Reaktionsgleichung (Stöchiometrie)4
  • die Gleichgewichtskonstante (log K-Wert)

Diese Information entnimmt das Programm aus der mitgelieferten thermodynamischen Datenbank.

Redox-Ungleichgewichte. In einigen Fällen ist es erforderlich, bestimmte Redoxreaktionen auszuschalten. Im Fall von Stickstoff kann dies der Nutzer z.B. hier durchführen.

Anmerkungen

  1. Man muss zugeben, dass gerade für Einsteiger die Bezeichnung S(6) für Sulfat, C(4) für anorganischen Kohlenstoff und N(-3) für Ammonium – um nur einige zu nennen – gewöhnungsbedürftig ist. Aus diesem Grund übersetzt das Programm diese “abstrakte” Nomenklatur in den üblichen chemischen Jargon.

  2. Zn(As2O5 (leiteite) und Pb(As2O5 (paulmooreite) sind z.B. Arsenit-Minerale; beide sind im Programm aber nicht implementiert.

  3. CH2O (als Abkürzung für “1/6 glucose” und Hauptbestandteil der Redfield-Formel für organische Materie) ist nur als Reagenz implementiert.

  4. Redoxreaktionen sind immer als “Halbrektionen”, bei der Elektronen (e) in der Gleichung auftreten, definiert. Das ist ihr kennzeichnendes Merkmal. Mit anderen Worten, steht in der Reaktionsgleichung ein e, dann ist es definitiv eine Redoxreaktion.

[last modified: 2014-01-26]