Redox-Systeme

Disproportionierung und Komproportionierung

Wie man an den Oxidationszahlen erkennt, ob ein Element bei einer Redoxreaktion in zwei Stufen aufspaltet oder zwei Stufen zu einer zusammenführt.

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Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Bei der Disproportionierung geht ein Element aus einer mittleren Stufe zugleich in eine höhere und eine tiefere über, bei der Komproportionierung (Synproportionierung) reagieren zwei Stufen zu einer mittleren.
  • Brom disproportioniert in Natronlauge zu Bromid und Hypobromit bzw. Bromat, \(\ce{H2O2}\) zu \(\ce{H2O}\) und \(\ce{O2}\), \(\ce{KClO3}\) thermisch zu \(\ce{KCl}\) und \(\ce{KClO4}\).
  • Salpetrige Säure und Amidosulfonsäure komproportionieren zu \(\ce{N2}\) (N +III und −III).
  • Iodat und Iodid bilden Iod nur in saurer Lösung, in neutraler Lösung nicht.
  • Bei \(\ce{Pb}\) und \(\ce{PbO2}\) in Schwefelsäure entsteht \(\ce{PbSO4}\), \(\ce{PbO2}\) ist das Oxidationsmittel.

Worum es geht

Manche Redoxreaktionen spielen sich innerhalb eines einzigen Elements ab: Es wird gleichzeitig oxidiert und reduziert oder aus zwei Stufen zu einer mittleren vereinigt. Solche Reaktionen begegnen dir bei Halogenen, Stickstoff und Schwefel ebenso wie beim Zerfall von Wasserstoffperoxid. Erkennen lassen sie sich zuverlässig nur über die Oxidationszahlen.

Disproportionierung

Bei einer Disproportionierung liegt ein Element zunächst in einer mittleren Oxidationsstufe vor. Ein Teil seiner Atome wird oxidiert, der andere reduziert. Identische Teilchen tauschen also Elektronen untereinander aus. Derselbe Stoff ist damit zugleich Oxidations- und Reduktionsmittel.

Erkennbar ist das an den Oxidationszahlen: Links steht das Element in einer Stufe, rechts in zwei Stufen, eine höher und eine tiefer. Typisch ist Brom in Natronlauge:

\[\ce{Br2 + 2 NaOH -> NaBr + NaOBr + H2O}\]

Brom(0) geht in Bromid (−I) und Hypobromit (+I) über. In warmer Lauge entsteht statt Hypobromit Bromat (+V).

Ausgangsstoff und Bedingung Produkte Stufen des Elements
\(\ce{H2O2}\), Zerfall \(\ce{H2O}\) und \(\ce{O2}\) O: −I → −II und 0
\(\ce{NO2}\) bzw. \(\ce{N2O4}\) mit Wasser \(\ce{HNO3}\) und \(\ce{HNO2}\) N: +IV → +V und +III
Dicyan \(\ce{(CN)2}\) in Natronlauge Cyanid und Cyanat C: +III → +II und +IV
\(\ce{KClO3}\), thermisch \(\ce{KCl}\) und \(\ce{KClO4}\) Cl: +V → −I und +VII
Kalomel \(\ce{Hg2Cl2}\) mit Ammoniak \(\ce{Hg}\) und \(\ce{HgNH2Cl}\) Hg: +I → 0 und +II
Manganat(VI) in saurer Lösung \(\ce{MnO4-}\) und \(\ce{MnO2}\) Mn: +VI → +VII und +IV

Auch die organische Chemie kennt das Prinzip. In der Cannizzaro-Reaktion wird Formaldehyd (C: 0) zu Methanol (−II) und Formiat (+II).

Komproportionierung

Die Umkehrung heißt Komproportionierung. Hier stehen auf der Eduktseite zwei verschiedene Stoffe, die dasselbe Element in unterschiedlicher Stufe enthalten. Das Produkt enthält es in einer Stufe dazwischen.

📖 Definition: Komproportionierung

Redoxreaktion, bei der ein Element aus einer höheren und einer tieferen Oxidationsstufe in eine mittlere übergeht. Gleichbedeutend ist Synproportionierung.

Edukte Produkt Stufen des Elements
\(\ce{HNO2}\) und Amidosulfonsäure \(\ce{H2NSO3H}\) \(\ce{N2}\) N: +III und −III → 0
Bromat und Bromid \(\ce{Br2}\) Br: +V und −I → 0
\(\ce{HIO3}\) und \(\ce{HI}\) bzw. Iodat und Iodid \(\ce{I2}\) I: +V und −I → 0
\(\ce{HOCl}\) und \(\ce{HCl}\), auch Chlorkalk \(\ce{CaCl(OCl)}\) mit \(\ce{HCl}\) \(\ce{Cl2}\) Cl: +I und −I → 0
\(\ce{SO2}\) und \(\ce{H2S}\) \(\ce{S}\) S: +IV und −II → 0
\(\ce{Pb}\) und \(\ce{PbO2}\) in Schwefelsäure \(\ce{PbSO4}\) Pb: 0 und +IV → +II
\(\ce{NaH}\) und \(\ce{H2O}\) \(\ce{H2}\) H: −I und +I → 0

Schema mit Oxidationsstufenleiter: links Aufspaltung einer mittleren Stufe in höhere und tiefere, rechts Zusammenführung einer hohen und tiefen Stufe zur mittleren

Disproportionierung spaltet eine Stufe auf, Komproportionierung führt zwei Stufen zusammen.

Die Bedingungen entscheiden mit. Iodat und Iodid reagieren nur in saurer Lösung, denn die Reaktion verbraucht Protonen:

\[\ce{IO3- + 5 I- + 6 H+ -> 3 I2 + 3 H2O}\]

In neutraler Lösung entsteht deshalb kein Iod. Bei Blei und Bleidioxid ist \(\ce{PbO2}\) das Oxidationsmittel und metallisches Blei das Reduktionsmittel. Die Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Schwefeldioxid lautet ausgeglichen:

\[\ce{SO2 + 2 H2S -> 3 S + 2 H2O}\]

🎯 Examensrelevant: Nitrit und Amidosulfonsäure

Wird im Examen gerne gefragt: Salpetrige Säure und Amidosulfonsäure bilden unter Komproportionierung \(\ce{N2}\). Achte darauf, dass zwei verschiedene Edukte mit N(+III) und N(−III) reagieren, es ist also keine Disproportionierung.

Redoxtypen unterscheiden

Die Einordnung gelingt mit wenigen Fragen an die Oxidationszahlen. Ändert sich keine, liegt eine Säure-Base- oder Fällungsreaktion vor, etwa \(\ce{NH3 + HCl -> NH4Cl}\). Ändern sich Stufen zweier verschiedener Elemente, ist es eine einfache Redoxreaktion wie \(\ce{Zn + Cu^2+ -> Zn^2+ + Cu}\). Erst wenn nur ein Element seine Stufe wechselt, prüfst du die Richtung, wie der Entscheidungsbaum zeigt.

Flussdiagramm zur Einordnung einer Reaktion als Säure-Base-Reaktion, einfache Redoxreaktion, Disproportionierung oder Komproportionierung

In vier Fragen zum Reaktionstyp

Der Blick auf die Eduktseite reicht oft schon. Ein Stoff mit dem Element in mittlerer Stufe spricht für Disproportionierung, zwei Stoffe mit demselben Element in verschiedenen Stufen für Komproportionierung. Die Produkte bestätigen das.

💡 Merke

Disproportionierung: aus einer Stufe werden zwei. Komproportionierung: aus zwei Stufen wird eine.

Weitere Grundlagen zur Abgrenzung findest du unter Redoxvorgänge erkennen.

Quiz

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Aussage 1

Beim thermischen Zerfall von \(\ce{KClO3}\) zu \(\ce{KCl}\) und \(\ce{KClO4}\) disproportioniert Chlor.

Chlor geht aus +V gleichzeitig in −I und +VII über.

Aussage 2

Bei der Reaktion von Natriumhydrid mit Wasser bilden Wasserstoff(−I) und Wasserstoff(+I) gemeinsam \(\ce{H2}\).

Zwei Stufen desselben Elements führen zu einer mittleren Stufe (0). Es ist eine Synproportionierung.

Aussage 3

Mischt man Iodat- und Iodidlösung in neutralem Milieu, entsteht sofort Iod.

Die Komproportionierung verbraucht Protonen und läuft nur in saurer Lösung ab. In neutraler Lösung entsteht kein Iod.

Aussage 4

Die Umsetzung von salpetriger Säure mit Amidosulfonsäure zu Stickstoff ist eine Disproportionierung.

Stickstoff liegt in zwei Edukten als N(+III) und N(−III) vor und geht in N(0) über. Das ist eine Komproportionierung.

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