Die Redoxreihe der Metalle einfach erklärt: So geht's

Hast du dich jemals gefragt, warum man in der Natur manchmal reine Goldklumpen findet, aber niemals reines Eisen oder Zink? Das liegt daran, dass Metalle unterschiedlich reagieren!

In dieser Lektion lernen wir die sogenannte Redoxreihe der Metalle kennen. Sie ist wie eine Rangliste der Metalle. Mit ihr kannst du genau vorhersagen, welche Metalle miteinander reagieren und welche nicht.

Vorwissen

• Oxidation: Ein Teilchen gibt Elektronen ab. Beispiel: $\text{Mg} \to \text{Mg}^{2+} + 2\text{e}^-$
• Reduktion: Ein Teilchen nimmt Elektronen auf. Beispiel: $\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \to \text{Cu}$
• Ionen: Elektrisch geladene Atome. Metall-Ionen sind positiv geladen, weil sie Elektronen verloren haben. Beispiel: Wenn ein neutrales Kupferatom Elektronen verliert, wird es zu einem positiv geladenen $\text{Cu}^{2+}$-Ion.

Aufgabentyp 1: Reaktionen mit der Redoxreihe vorhersagen

Metalle lassen sich in einer Rangliste anordnen: der Redoxreihe. Diese Reihe sortiert die Metalle danach, wie gerne sie Elektronen abgeben.

Auf der einen Seite stehen die unedlen Metalle (wie Zink, Magnesium oder Lithium). Sie geben ihre Elektronen sehr leicht ab. Auf der anderen Seite stehen die edlen Metalle (wie Gold, Silber oder Kupfer). Sie halten ihre Elektronen gut fest.

Der spannende Teil passiert, wenn wir ein festes Metall mit den Ionen eines anderen Metalls mischen. Die Ionen der edlen Metalle wollen unbedingt Elektronen aufnehmen, um wieder zu festen, neutralen Atomen zu werden.

Es gilt eine feste Regel für eine spontane Reaktion: Ein festes Metall gibt nur dann Elektronen ab, wenn es unedler ist als das Metall-Ion in der Lösung. Das unedlere Metall zwingt dem edleren Metall-Ion seine Elektronen auf.

Der Silberbaum

Zweck: Wir beobachten, wie ein unedleres Metall Elektronen an die Ionen eines edleren Metalls abgibt.

Materialien: 1 Kupferblech (ca. 5 cm lang), 50 mL Silbernitratlösung (enthält $\text{Ag}^+$-Ionen), 1 Becherglas.

⚠️ Sicherheitshinweis: Schutzbrille tragen. Silbernitratlösung verursacht hartnäckige schwarze Flecken auf Haut und Kleidung.

Durchführung:

1. Fülle 50 mL der Silbernitratlösung in das Becherglas.
2. Stelle das Kupferblech so in das Becherglas, dass es zur Hälfte in die Lösung eintaucht.

Beobachtung: Nach kurzer Zeit wachsen an dem Kupferblech glitzernde, graue Nadeln. Die vorher farblose Flüssigkeit färbt sich langsam blau.

Erklärung: Kupfer ist unedler als Silber. Die festen Kupferatome geben Elektronen an die edleren Silber-Ionen ab. Aus den Silber-Ionen wird festes Silber (die grauen Nadeln). Das Kupfer löst sich auf und wird zu blauen Kupfer-Ionen in der Lösung.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Finde heraus, welches Metall als festes Atom vorliegt und welches als gelöstes Ion in der Flüssigkeit schwimmt.
2. Bestimme, welches der beiden Metalle edler und welches unedler ist.
3. Prüfe die Bedingung: Ist das feste Metall unedler als das Metall des Ions? Wenn ja, findet eine Reaktion statt. Wenn nein, passiert nichts.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 0

Aufgabe

Ein Zinkblech ($\text{Zn}$) wird in eine blaue Kupfersulfatlösung getaucht, die Kupfer-Ionen ($\text{Cu}^{2+}$) enthält. In der Redoxreihe ist Zink unedler als Kupfer. Finde heraus, ob eine Reaktion stattfindet, und formuliere die Reaktionsgleichung.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

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   Schritt 1
   Rollen identifizieren

   Das feste Metall ist Zink ($\text{Zn}$). Das gelöste Ion ist das Kupfer-Ion ($\text{Cu}^{2+}$).

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   Schritt 2
   Position in der Redoxreihe vergleichen

   Laut der Aufgabenstellung ist Zink unedler als Kupfer.

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   Schritt 3 · Ergebnis
   Regel anwenden

   Da das feste Zink unedler ist als das Kupfer-Ion, findet eine Reaktion statt. Das Zink gibt Elektronen ab und das Kupfer-Ion nimmt sie auf:

   $\textcolor{#08BFFF}{\text{Zn}} + \textcolor{#FF7D57}{\text{Cu}^{2+}} \to \textcolor{#08BFFF}{\text{Zn}^{2+}} + \textcolor{#FF7D57}{\text{Cu}}$

Ergebnis:

Eine Reaktion findet statt, da das feste Zink unedler ist als das gelöste Kupfer-Ion.

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Wichtige Erkenntnisse

• Die Redoxreihe sortiert Metalle nach ihrer Bereitschaft, Elektronen abzugeben.
• Unedle Metalle geben leicht Elektronen ab, Ionen edler Metalle nehmen leicht Elektronen auf.
• Eine Redoxreaktion läuft nur freiwillig ab, wenn das feste Metall unedler ist als das Metall-Ion in der Lösung.