Reduktion

Will man aus Eisenerz reines Eisen gewinnen, benötigt man etwas, was dem Eisenoxid den „chemisch gebundenen Sauerstoff“ wegnimmt (>Bemerkung). Hierfür eignet sich jeder Stoff, der sich lieber mit Sauerstoff verbindet. Als „Knochen“ wird nun Aluminium angeboten.

Zur Demonstration der Thermit-Reaktion wird gemahlenes Eisenerz mit einer Mischung aus Aluminium-Pulver und Aluminium-Grieß vermischt, in einen Tontopf gegeben und mit einem Zünder gezündet. Unter großer Wärmeentwicklung verbrennt das Gemisch. Aus dem Loch des Tontopfes ergießt sich ein Strahl mit glühendem, flüssigem Roheisen, das sich im Sand der Schale sammelt und erst nach längerer Zeit abgekühlt und erstarrt.

Das Aluminium nimmt dem Eisenoxid den „chemisch gebundenen Sauerstoff“ weg und wird dabei zu Aluminiumoxid oxidiert, übrig bleibt das Eisen. Analog zum einfachen Oxidationsbegriff nach Lavoisier, findet bei der Reduktion des Eisenoxids eine Sauerstoff-Abgabe statt. Im geschilderten Beispiel finden aber gleichzeitig eine Reduktion und eine Oxidation statt, es handelt es sich um eine Reduktions-Oxidations-Reaktion oder um eine Redox-Reaktion. Reduktionsmittel wie Aluminium können einen Reaktionspartner reduzieren. Das Aluminium wird dabei selbst oxidiert.

Moderner Reduktionsbegriff

Nach dem heutigen Verständnis der Chemie können die Reduktion und auch die Oxidation auf der atomaren Ebene erklärt werden. Man versteht unter einer Reduktion eine Elektronenzuführung in einem Atom oder einem Ion (unter Erniedrigung der Oxidationszahl). Die Eisen-Ionen (im Eisenoxid) erhalten die Elektronen von den Aluminium-Atomen, sie werden dabei zu Eisen-Atomen reduziert. Die Aluminium-Atome geben Elektronen ab, sie gehen eine Ionenbindung mit den Sauerstoff-Ionen (aus dem Eisenoxid) ein, sie werden dabei zu Aluminium-Ionen oxidiert. Nach diesem Verständnis der Chemie kann eine Oxidation niemals ohne eine Reduktion stattfinden.

*) Der Begriff „chemisch gebundener Sauerstoff“ ist fachsprachlich nicht ganz korrekt, ebenso auch nicht „chemisch gebundene Sauerstoff-Atome“. Das Eisenoxid ist aus Ionen aufgebaut. Die didaktische Vereinfachung wird hier aber trotzdem so verwendet, weil die Schülerinnen und Schüler den Sachverhalt an dieser Stelle ansonsten gar nicht mehr verstehen würden. Bei der Einführung der Reduktion ist den Lernenden der Ionenbegriff noch nicht bekannt. Es wird zunächst der Oxidationsbegriff nach Lavoisier verwendet, auch wenn dieser nach heutigem Wissensstand überholt ist.