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Redoxgleichgewichte

Der Wortteil Redox ist eine Ableitung aus den Wörtern Reduktion (Definition: Rückführung auf ein geringeres Maß) und Oxidation (Definition: Verbindung eines chemischen Elements beziehungsweise einer chemischen Verbindung mit Sauerstoff.)

Was sind Redoxgleichgewichte?

In der Gleichgewichtschemie geht es um Systeme im chemischen Gleichgewicht. Das einheitliche Prinzip dabei ist, dass in einem System im Gleichgewicht die freie Energie so gering wie nur möglich ist, so dass eine Steigerung der freien Energie bezogen auf die Reaktionskoordinate gleich Null ist. Dieses Prinzip, das seine Anwendung auf Gemische im Gleichgewicht findet, liefert so eine Definition für Gleichgewichtskonstante.

Zu den Anwendungen gehören Säure-Base-, Metallkomplexe-, Löslichkeits-, Chromatographie-, Verteilungs- und Redoxgleichgewichte. Ein Reduktions-Oxidations-Gleichgewicht oder Redoxgleichgewicht kann genauso behandelt werden wie jedes andere chemische Gleichgewicht.

Die Gleichgewichtskonstante für eine vollständige Redoxreaktion kann aus den Standard-Redoxpotentialen der Bestandteilshalbreaktionen erhalten werden. Im Gleichgewicht muss das Potential für die beiden Halbreaktionen gleich sein und natürlich muss die Anzahl der ausgetauschten Elektronen in den beiden Halbreaktionen gleich sein. Redoxgleichgewichte spielen eine wichtige Rolle in der Elektronentransportkette. Die verschiedenen Cytochrome in der Kette haben unterschiedliche Standard-Redoxpotentiale, die jeweils für eine bestimmte Redoxreaktion angepasst sind. Dies ermöglicht es beispielsweise, Luftsauerstoff bei der Photosynthese zu reduzieren. Eine bestimmte Familie von Cytochromen, die Cytochrom P450-Oxidasen, sind an der Steroidogenese und Entgiftung beteiligt.

Beispiele:

Jede Verbrennung stellt eine Redoxreaktion dar, bei der Sauerstoff als Oxidationsmittel fungiert. Dies gilt natürlich auch beim Verbrennen von Diesel, Benzin und Kerosin in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Kraftstoffe mit hoher Energiedichte sind als Raketentreibstoffe einsetzbar. Da in diesen Fällen in sehr kurzer Zeit sehr viel Sauerstoff benötigt wird, kommt der Sauerstoff nicht aus der Luft, sondern muss aus einem Sauerstofftank in flüssiger Form zugeführt werden. Ebenso wird in der Pyrotechnik die Redoxreaktion mittels meist fester Reduktionsmitteln mit ebenso festen Oxidationsmitteln für Feuerwerkseffekte verwendet. Bei Sprengstoffen wiederum kommt es zur plötzlichen exothermen Redoxreaktion, bei der sich Gase freisetzen, die je nach Temperatur eine starke Ausdehnung besitzen und die Sprengkraft verursachen. Sehr bekannt ist die Verbrennung von Gasgemischen aus Wasserstoff und Sauerstoff (Knallgas), die als Reaktionsprodukt Wasserdampf (H2O) entstehen lässt. Letztlich stellen diese Redoxreaktionen chemische Reaktionen zur Herstellung eines Redoxgleichgewichtes dar.

Verteilungskoeffizient

In den Naturwissenschaften ist ein Verteilungskoeffizient das Verhältnis der Konzentrationen einer Verbindung in einem Gemisch aus zwei nicht mischbaren Lösungen im Gleichgewicht. Der Anteilskoeffizient bezieht sich im Allgemeinen auf das Konzentrationsverhältnis nichtionisierter Stoffe der Verbindung, während sich der Verteilungskoeffizient auf das Konzentrationsverhältnis aller Stoffe der Verbindung (ionisiert und nichtionisiert) bezieht. Der Verteilungskoeffizient wird bei einer bestimmten Temperatur und gegebenenfalls dem pH-Wert der wässrigen Phase definiert.