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Donnerstag, 22. Januar 2015

Elektronen als Währung der Welt

Redoxreaktionen sind Elektronenübertragungsreaktionen. Sie finden dauernd statt und überall, ohne dass wir es bewusst wahrnehmen. Wenn das Fahrradschloss verrostet ist oder die Uhr nach dem Batteriewechsel wieder funktioniert.
Gehandelt wurde früher mit Sauerstoff, heutzutage tritt die Erweiterung des Redoxbegriffes auf und wir sprechen vom Austausch von Elektronen. Dabei sind bei einer Redoxreaktion zwei Teilprozesse - die Oxidation und die Reduktion - miteinander verknüpft.
Veraltet spricht man bei einer Oxidation von einer Sauerstoffaufnahme, heute ist es die Elektronenabgabe. Die Reduktion bezeichnet den umgekehrten Prozess: Die Sauerstoffabgabe bzw. Elektronenaufnahme.
Schauen wir uns die beteiligten Elemente an, sind nur die Elektronen auf der äußersten Schale (=Außenelektronen) wichtig. Sie sind am weitesten vom Kern entfernt und lassen sich deshalb auch mit einem geringeren Energieaufwand abgeben bzw. aufnehmen.  Dabei beeinflusst eine Regel das Verhalten der Atome hauptsächlich, nämlich die, die aussagt, dass alle Atome erst dann glücklich sind, wenn ihre äußere Schale voll besetzt ist. Dann sind sie stabil und glücklich. Da abgesehen vom ersten Energieniveau alle mit acht Elektronen befüllt werden können, heißt diese Oktettregel.
Von Natur aus sind die glücklichsten Elemente also die Edelgase aus der 8. Hauptgruppe, ihre äußere Schale ist schon so voll besetzt.
Die etwas unglücklichen Atome, also alle Elemente, die nicht in der achten Hauptgruppe des Periodensystems stehen, können sich ihren Weg zum Glück erkaufen. Elektronen sind die Währung bzw. Elektronen werden getauscht um den gewünschte Zustand zu erreichen. Dabei gilt es aber den richtigen Partner zu finden.
Vollen Erfolg brachte die Vermittlung Fluor und Natrium.
Theoretisch kann das Natrium auf zwei unterschiedliche Weisen eine voll besetzte äußere Schale erreichen: Mit seinem einen Außenelektron könnte Natrium dies entweder abgeben oder 7 weiter Elektronen aufnehmen. Die Atome machen es sich energetisch so einfach wie möglich und die Abgabe eines einzigen Elektrons bedeutet logischerweise weniger Aufwand als die Aufnahme von sieben Elektronen.
Dem Fluor geht es genau umgekehrt. Für das Element der 7. Hauptgruppe ist es mit weniger Aufwand verbunden, sich ein Elektron von einem anderen Atom zu klauen, als seine Gesamtheit von 7 Außenelektronen abzugeben. Daher sind Natrium und Fluor ein perfektes Paar, sie ergänzen sich und erreichen durch den Elektronaustausch beide ihren gewünschten (stabilen) Zustand, auch wenn das Natrium dafür dem Fluor ein Elektron überlassen muss.


Am Ende sind beide glücklich und das Paar heißt Natriumflourid NaF.
Bei diesen Paarungen können auch mehr als nur zwei Atome beteiligt sein. Würde Natrium zum Beispiel eine Verbindung mit Sauerstoff anstatt mit Fluor eingehen wollen, würde man zwei Natriumatome benötigen: Sauerstoff hat sechs Außenelektronen und bracht zwei, ein Natriumatom kann aber nur ein Elektron abgeben. Würde es mehr abgeben, würde es einen unstabilen Zustand erreichen, das möchte es aber nicht. Daher holen sie sich dann noch ein zweites Natriumatom und kommen so zu einer ausgeglichenen Beziehung, die man dann als Natriumoxid Na2O bezeichnet.
Natürlich gibt es auch kompliziertere Moleküle, bei denen viel mehr Drama und Kampf um die Edelgaskonfiguration, wie der Zustand der komplette Schalenbelegung in Anlehnung an die letzte Hauptgruppe auch genannt wird, im Spiel ist. Und das macht die Chemie so spannend, zu verstehen, wie Moleküle sich verbinden und warum gerade solche Konstellationen entstehen. Aber eine der klassischen Regel der Chemie ist die Oktettregel - der Weg zum Glücklichsein, für kleine und einfache und für große und komplexe Moleküle.

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