RedOX-Reaktionen
Bei Schneider Laborplan erhalten Sie sämtliche Lehrmittel für den didaktisch hochwertigen und spannenden experimentellen Chemieunterricht, insbesondere für die Elektrochemie und praktisch relevante großtechnische Demonstrationsversuche wie Hochofenprozesse und Thermitverfahren
Bei einder Redoxreaktionen überträgt im Rahmen einer chemischen Reaktion ein Reaktionspartner Elektronen auf den anderen. Bei dieser Elektronenübertragungs-Reaktion findet eine Elektronenabgabe (Oxidation) durch einen Stoff sowie eine Elektronenaufnahme (Reduktion) statt. Redoxreaktionen sind von grundlegender Bedeutung in der Chemie, da in der Praxis sehr viele Stoffwechsel- und Verbrennungsvorgänge, technische Produktionsprozesse und Nachweisreaktionen Elektronenübertragungs-Reaktionen basieren.
Redoxreaktionen als Teil der Elektrochemie
Die Elektrochemie ist das Teilgebiet der physikalischen Chemie, welches sich mit dem Zusammenhang zwischen elektrischen und chemischen Vorgängen befasst. Lehrmittel zur Elektrochemie finden Chemielehrerinnen und Chemielehrer bei Schneider Laborplan daher auch im Bereich der physikalischen Chemie. Wenn eine Redoxreaktion durch einen elektrischen Strom erzwungen wird oder einen solchen liefert, so ist dies ein elektrochemischer Vorgang. Die für die Elektrochemie entscheidenden Vorgänge laufen dabei an der Phasengrenze ab. Die Elektrochemie ist also die Wissenschaft der Vorgänge zwischen einem Elektronenleiter (Elektrode) und einem Ionenleiter (Elektrolyt). Von zentraler Bedeutung ist die Nernst-Gleichung, welche die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials beschreibt. Dies lässt sich mithilfe der Redox-Titration analytisch nutzen um Ionen in Lösung zu bestimmen. Theoretisch wird die Übertragung von Außenelektronen in Lösung durch die Marcus-Theorie beschrieben.
Schneider Laborplan bietet ein umfassendes Angebot für die Elektrochemie im Rahmen des Chemieunterrichts:
Schneider Laborplan bietet Chemielehrerinnen und Chemielehrern ein umfassendes Angebot an elektrochemischen Experimentiersätzen und Arbeitsplätzen zur Elektrochemie, Galvanische Elemente, Akkumulatoren und Lehrmittel zur Elektrolyse. Wir führen ein äußerst umfassendes Angebot an Elektroden (Stabelektrodem Plattenelektroden und Streifenelektroden) in ganz unterschiedlichen Ausführungen und Größen. Selbstverständlich bekommen Chemielehrerinnen und Chemielehrer bei uns auch Energieversorgungsgeräte für die Elektrochemie Inklusive Messleitungen (Experimentierkabel und Sicherheitsexperimentierkabel).
Selbstverständlich führt Schneider Laborplan auch naturwissenschaftliche Demonstrationsmodelle und Experimentiersätze zur Demonstration der Elektrolyse, Funktionsmodelle für die Demonstration großtechnischer Redoxvorgänge wie das Hochofenmodell-Funktionsmodell und den Demonstrationssatz zum Thermitverfahren
Wird die Redoxreaktion durch eine von außen angelegte elektrische Spannung erzwungen, nennt man diesen Vorgang Elektrolyse – wird durch die chemische Reaktion geeigneter Substanzen eine messbare Spannung hervorgerufen, so liegt ein galvanisches Element vor. Diese Spannungen (Redoxpotentiale) sind charakteristisch für die jeweiligen Reaktionen und auf einer Skala dokumentiert, der elektrochemischen Spannungsreihe. Hier wird die Stärke eines Oxidations- oder Reduktionsmittels messbar. Elektrochemische Redoxreaktionen laufen in einer galvanischen Zelle ab: Bei der Elektrolyse und dem Aufladen eines Akkumulators wird dabei elektrische Energie zugeführt. Beim Entladen einer Batterie oder bei Stromentnahme aus einer Brennstoffzelle erhält man elektrische Energie, die im reversiblen Fall bei einem gegen Null tendierenden elektrischen Strom (I = 0) der Gibbs-Energie der Reaktion entspricht.
Die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl, Erdgas wird in Wärmekraftwerken genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen. Zahlreiche Reaktionen aus dem Themenbereich der Metallurgie sind klassische Beispiele für technisch bedeutsame Redoxreaktionen in der Industrie.
Hochofenprozess und Hochofen-Funktionsmodell von Schneider Laborplan
Beim Hochofenprozess wird Eisen mit Koks reduziert. Als Nebenreaktion entsteht unter anderem das starke Reduktionsmittel Kohlenmonoxid, welches bei Sauerstoffmangel im Hochofen nicht sofort weiter zu Kohlenstoffdioxid weiterreagiert.
Im Hochofen-Funktionsmodell von Schneider Laborplan werden die Redoxvorgänge bei der Eisenproduktion veranschaulicht. Vom Anblasen bis zur Reduktion des Eisenerzes ist alles gut sichtbar. Der Werkstoff Glas ermöglicht Einblicke in die inneren Vorgänge während des Betriebes. Aufgrund der hohen Temperaturbelastungen kann es jedoch trotz der sehr guten Temperaturwechselbeständigkeit von DURAN dazu kommen, dass der Gaskörper während des Versuches oder beim Abkühlen springt, so dass der Hochofenschacht dann ausgetauscht werden muss oder man entscheidet sich zur teuren Quarzglasvariante. Der Glaszylinder ist in seiner Form einem realen Hochofen nachgebildet. Das Hochofenmodell besteht aus einem Grundgestell-Topf mit Ringluftleitung, einer keramischen Faser und einem Hochofenschacht Demonstriert wird die Reduktion von Eisenerz bzw. Eisen-III-oxid zu elementarem Eisen.
Experimentiersatz zum Thermitverfahren von Schneider Laborplan
Zur Herstellung von zahlreichen Metallen aus ihren Oxiden kann Aluminium als Reduktionsmittel verwendet werden, wenn die Metalle edler als Aluminium sind. Das Verfahren, bei dem Aluminiumpulver oder -späne eingesetzt werden, heißt aluminothermisches Verfahren. Eine Mischung aus Eisenoxid und Aluminium wird Thermit genannt und wird beispielsweise zum Zusammenschweißen von Eisenbahnschienen und für Brandbomben verwendet.
Die Verbindung zweier Metallteile im Thermit Schweißverfahren ist sowohl technisch als auch chemisch von großer Bedeutung. Die Reduktion von Eisenoxid mit Aluminium führt zu extrem hohen Temperaturen. Das reduzierte Eisen schmilzt und wird so in die Lage versetzt, zwei Metallenden bruchfest miteinander zu verschweißen. Mit dem Demo – Baukasten Thermit – Versuch ist die Möglichkeit gegeben, diese Reaktion gefahrlos zu demonstrieren.
Auch in anderen Teilbereichen der Chemie und angrenzenden Bereichen finden Redoxreaktionen statt. Lehrmittel zur Lebensmittelchemie, der analytischen Chemie, der Synthesechemie, der Biochemie oder der Photosynthese erhalten sie selbstverständlich bei Schneider Laborplan
Naturwissenschaftliche Lehrmittel zur Lebensmittelchemie und Chemie in der Küche
Bei der Herstellung von Margarine werden Pflanzenöle katalytisch hydriert (Fetthärtung).
Ungesättigte Fettsäuren werden mit Wasserstoff hydriert. Die Umrötung von Fleisch durch Pökelsalze ist ebenfalls eine Redoxreaktion. Es kommt zur Ausbildung stabiler Komplexe leuchtend roter Farbe (Nitrosylmyoglobin und Nitrosylmetmyoglobin). Durch Zugabe von Nitrit zu Myoglobin entsteht Metmyoglobin und Nitrosyl. Fetthaltigen Lebensmitteln werden Antioxidantien zugesetzt um Oxidationsschäden am Produkt (und damit ein Ranzigwerden) zu verhindern. Stattdessen werden die zugesetzten Antioxidantien oxidativ angegriffen.
Naturwissenschaftliche Lehrmittel von Schneider Laborplan zur analytischen Chemie
Zahlreiche Analysemethoden in der analytischen Chemie basieren auf Redoxprozessen. Klassische Nachweisreaktionen oder Trennungsgänge basieren zum Teil auf Redoxreaktionen. Ebenso moderne elektrochemische Analysemethoden und die quantitative Redoxtitration.
Naturwissenschaftliche Lehrmittel zur Synthesechemie von Schneider Laborplan
Im Haber-Bosch-Verfahren wird Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff hergestellt. Dies ist unter anderem ein wichtiges Vorläuferprodukt für die Gewinnung von Stickstoffdünger und somit für die Landwirtschaft von enormer Bedeutung eines Oxidations- oder Reduktionsmittels messbar.
Naturwissenschaftliche Lehrmittel von Schneider Laborplan zur Biochemie
Viele zellbiologische Prozesse beinhalten Redox-Reaktionen. Häufig beteiligt sind die Coenzyme NAD, NADP und FAD, die z.B. Reduktionsäquivalent in Form von Hydridionen übertragen. Wird mit den Reaktionen Energie gewonnen, entsteht zumeist ATP durch Phosphorylierung.
Naturwissenschaftliche Lehrmittel von Schneider Laborplan zur Zellatmung und Photosynthese
Bei der Zellatmung wird Glucose (Traubenzucker) zu Kohlenstoffdioxid oxidiert und Sauerstoff zu Wasser reduziert. Aus einem Molekül Glucose und sechs Molekülen Sauerstoff werden sechs Moleküle Kohlenstoffdioxid und sechs Moleküle Wasser. Die Umkehrreaktion ist die Photosynthese bei der grüne Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid und Wasser – durch Energiezufuhr (Licht) – Traubenzucker (Glucose) aufbauen und Sauerstoff freisetzen.
