Schülerversuch:
Versuch 5A: Chlor und Natriumbromid
Durchführung:
- Geben Sie in ein Reagenzglas zunächst etwas Natriumbromid-Lösung und dann das gleiche Volumen Chlorwasser.
- Schütteln Sie das Reagenzglas kräftig (Stopfen!)
- Lassen Sie das Stoffgemisch etwas stehen und beobachten Sie.
Beobachtungen:
Das ursprünglich farblose Eduktgemisch färbt sich während der Reaktion braun.
Erklärungen:
Die braune Farbe des Produktgemisches kann durch die Entstehung von Brom erklärt werden:
$2 Br^{-} \to Br_{2} + 2 e^{-}$Bei dieser Reaktion werden die Bromid-Ionen oxidiert. Die beiden entstandenen Brom-Atome vereinigen sich dann zu einem Brom-Molekül. Die beiden Elektronen, die hier freigesetzt werden, dienen dann zur Reduktion der Chlor-Moleküle des Chlorwassers:
$Cl_{2} + 2 e^{-} \to 2 Cl^{-}$Wir haben es also mit einer klassischen Redoxreaktion zu tun, bei der Elektronen von den Bromid-Ionen auf die Chlor-Moleküle übertragen werden. Die Bromid-Ionen werden oxidiert, die Chlor-Moleküle reduziert. Die beobachtete Braunfärbung des Stoffgemischs wird durch das entstandene Brom hervorgerufen.
Schülerversuch, Fortsetzung 1:Versuch 5B: Chlor und Natriumiodid
Durchführung:
Wiederholen Sie Versuch 5A, nur verwenden Sie diesmal eine Natriumiodid-Lösung statt der Natriumbromid-Lösung.
Beobachtungen:
Das ursprünglich farblose Stoffgemisch färbt sich mehr oder weniger kräftig violett.
Die Reaktion läuft nach dem gleichen Prinzip ab wie der erste Teilversuch. Allerdings werden jetzt nicht Bromid-Ionen oxidiert, sondern Iodid-Ionen. Statt Brom entsteht daher violettes Iod:
$2 I^{-} \to I_{2} + 2 e^{-}$Die Reduktions-Reaktion ist die gleiche wie bei Versuch 5A:
$Cl_{2} + 2 e^{-} \to 2 Cl^{-}$Schülerversuch, Fortsetzung 2:Versuch 5C: Brom und Natriumchlorid
Durchführung:
- Geben Sie in ein Reagenzglas zunächst etwas Natriumchlorid-Lösung und dann das gleiche Volumen Bromwasser.
- Schütteln Sie das Reagenzglas kräftig (Stopfen!)
- Lassen Sie das Stoffgemisch etwas stehen und beobachten Sie.
Beobachtungen:
Das ursprünglich farblose Stoffgemisch verändert sich nicht!
Auswertung
Erinnert Sie das nicht an etwas? Ganz am Anfang dieser Reihe hatten wir einen Eisennagel in eine Kupfersulfat-Lösung gestellt und die Bildung einer Kupferschicht beobachtet. Das Eisen wurde oxidiert, die Kupfer-Ionen nahmen die Elektronen auf und wurden zu elementarem Kupfer:
$Cu^{2+}_{(aq)} + Fe_{(s)} \to Fe^{2+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$Stellen wir dagegen einen Kupfernagel in eine Eisensulfat-Lösung, passierte gar nichts. Analog ist es auch mit den hier durchgeführten Reaktionen. Ähnlich wie ein Metall Elektronen an ein anderes Metall-Kation abgeben kann, so kann auch das Anion eines Nichtmetalls Elektronen an ein anderes Nichtmetall abgeben:
$2 Br^{-} + Cl_{2} \to Br_{2} + 2 Cl^{-}$Die Spannungsreihe der Halogene
Bei dem Eisennagel-Versuch hatten wir die Reaktion so erklärt, dass das Eisen ein negativeres Redoxpotenzial hat als das Kupfer. Das Eisen ist daher eher geneigt, Elektronen abzugeben, während Kupfer-Ionen eher geneigt sind, Elektronen aufzunehmen. Daher fließen die Elektronen vom Elektronen-Donator Fe zum Elektronen-Akzeptor Cu2+. Stellt man einen Kupfernagel in eine Eisensulfat-Lösung, passiert nichts. Die Elektronen können nicht "bergauf" vom Kupfer zum Eisen fließen.
Bei den Nichtmetallen Chlor, Brom und Iod scheint es sich ähnlich zu verhalten.
- Versuch 5A: Bromid-Ionen können Elektronen an Chlor-Moleküle abgeben.
- Versuch 5B: Iodid-Ionen können Elektronen an Chlor-Moleküle abgeben.
- Versuch 5C: Chlorid-Ionen können keine Elektronen an Brom-Moleküle abgeben.
Offensichtlich gibt es auch hier eine Redoxreihe, und die Elektronen können nicht beliebig von einem Nichtmetall-Ion auf die Atome eines anderen Nichtmetalls übertragen werden.
Auf diesem Bild sehen Sie die Redoxreihe der Halogene. Iodid-Ionen haben das "höchste" Redoxpotenzial, sie können Elektronen an Brom- und Chlor-Moleküle abgeben, und auch an Fluor-Moleküle. An zweiter Stelle stehen die Bromid-Ionen, sie können Elektronen an Chlor- und Fluor-Moleküle abgeben, nicht aber an Iod-Moleküle.
Wie man die genauen Werte der Redoxpotenziale bestimmt, wird auf der nächsten Seite ausgeführt.