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2025-07-07T15:38:36Z

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Eine '''Reduktion''' ist eine [[chemische Reaktion]], bei der ein [[Ion]] oder ein [[Atom]] als solches oder als Bestandteil eines [[Molekül]]s ein oder mehrere [[Elektron]]en aufnimmt und dadurch seinen [[Oxidationszustand]] verringert. Die Senkung des Oxidationszustandes wird formal durch die Verringerung der sog. [[Oxidationszahl]] desjenigen Atoms im Molekül kenntlich gemacht, das für die Reduktion verantwortlich ist. Die Senkung der Oxidationszahl entspricht der Anzahl der aufgenommenen Elektronen. Als [[Reduktionsmittel]] bezeichnet man die Substanz, das Atom, das Ion oder das Molekül, das die Elektronen abgegeben hat und dadurch [[Oxidation|oxidiert]] wird. Beide gekoppelten Reaktionen werden als die zwei Teilreaktionen der ablaufenden [[Redoxreaktion]] bezeichnet.

== Geschichte ==
Der ursprüngliche Reduktionsbegriff ist viel älter als der Oxidationsbegriff und geht auf [[Joachim Jungius]] (1587–1657) zurück. Unter einer Reduktion wurde eine Umwandlung von [[Erz]]en verstanden: Aus den Erzen wurden die jeweiligen [[Metalle]] zurückgeführt (von [[lateinische Sprache|lat.]] ''{{lang|la|reductio}}'' für „Zurückführung“).<ref>''[[Duden]]'', ''Deutsches Universalwörterbuch'', 4. Aufl., Mannheim, 2001; siehe auch [https://www.duden.de/rechtschreibung/Reduktion Duden online]</ref><ref>[http://de.pons.com/%C3%BCbersetzung?q=reductio&l=dela&in=&lf=de PONS Online Deutsch - Latein]</ref> Ein typisches Beispiel der damaligen Zeit ist die Gewinnung von [[Quecksilber]] aus [[Cinnabarit|Zinnober]] durch starke Erwärmung. Heute wissen wir, dass es sich bei dem Erz Zinnober im Wesentlichen um [[Quecksilbersulfid]] handelt. Wird dieses erhitzt, bilden sich Quecksilber und [[Schwefel]]. Heutzutage können wir sagen, dass eine Reduktion nach Jungius eine Rückgewinnung von Metallen aus Metallverbindungen ist. Aus der Metallverbindung Quecksilbersulfid wird das Metall Quecksilber zurückgewonnen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.leifichemie.de/redoxreaktionen-und-elektrochemie/redoxreaktionen-als-elektronenuebertragungen/grundwissen/redoxreaktionen-im-historischen-kontext |titel=Redoxreaktionen im historischen Kontext {{!}} LEIFIchemie |abruf=2024-03-30}}</ref>

Danach wurde der Begriff Reduktion auf Reaktionen von sauerstoffhaltigen Verbindungen verengt. Als Reduktion wurde damit eine [[Chemische Reaktion|Reaktion]] bezeichnet, bei der eine Oxidation rückgängig gemacht wurde. Als Oxidation wurde die Vereinigung einer [[Chemische Verbindung|Verbindung]] oder eines [[Chemisches Element|Elements]] mit Sauerstoff definiert, was auf den Erkenntnissen von [[Antoine Laurent de Lavoisier]] beruhte.

Oxide edler Metalle, wie [[Silber(I)-oxid]], zerfallen beim bloßen Erhitzen. Aus Silber(I)-oxid bildet sich Sauerstoff und elementares [[Silber]].
:<math>\mathrm{2 \ Ag_2O \ \xrightarrow[]{\Delta} \ 4 \ Ag \ + \ O_2}</math>

Wird [[Kupfer(II)-oxid]] im Wasserstoffstrom erhitzt, so entsteht metallisches [[Kupfer]] und [[Wasser]]. [[Wasserstoff]] wirkt hier als [[Reduktionsmittel]] und entzieht dem Kupfer(II)-oxid Sauerstoff.

:<math>\mathrm{CuO \ + \ H_2 \ \xrightarrow[]{\Delta} \ Cu \ + \ H_2O}</math>

Entsprechend entsteht bei [[Eisen(III)-oxid]] metallisches [[Eisen]] und Wasser und der Sauerstoff wird dem Eisen(III)-oxid entzogen.

:<math>\mathrm{Fe_2O_3 \ + \ 3 \ H_2 \xrightarrow[]{\Delta} \ 2 \ Fe + \ 3 \ H_2O}</math>

Heute gilt eine breitere Sichtweise, die nicht auf Reaktionen von sauerstoffhaltigen Verbindungen begrenzt ist und die klassische Betrachtung integriert hat.

== Allgemeine Definition ==
Reduktion ist eine Reaktion bei der ein ein- oder mehratomiges [[Teilchen]] Ox ein oder mehrere Elektronen aufnimmt. Dabei bildet sich das Teilchen Red:<ref name="HoWi2007">Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie'', 102. Auflage, de Gruyter, Berlin, 2007, S. 218ff.</ref>

: <math>\mathrm{Ox \ + \mathit{n} \ e^- \longrightarrow \ Red }</math>

Ox reagiert als [[Elektronenakzeptor]], Ox und Red bilden ein sogenanntes [[Redox-Paar]]. Die Elektronen stammen von einem zweiten Redox-Paar bei dem eine Oxidation erfolgt. Während im Bereich der [[Elektrochemie]], wie bei einer [[Elektrolyse]] oder einer [[Galvanische Zelle|Galvanischen Zelle]], der Elektronentransfer zwischen den zwei Redox-Paaren eine messbare Größe ist, lässt sich in anderen Fällen die Reduktion nur über die damit verbundene Erniedrigung der Oxidationszahl von Ox erkennen.

Betrachtet man eine Reduktion als [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewichtsreaktion]], ist die Rückreaktion eine Oxidation. Solche Gleichgewichte liegen beispielsweise in einem nicht genutzten [[Akkumulator]] vor. Während beim Entladen die Teilreaktion in die eine Richtung verläuft, führt das Laden zu einer Umkehrung der Reaktionsrichtung.

:{|
|-
| rowspan="2"| <math>\mathrm{ Ox + \ \mathit{n} \ e^- }</math>
| valign="bottom" | <math>\mathrm{ \ \xrightarrow[]{Reduktion} }</math>
| rowspan="2"| <math>\mathrm{ \ Red }</math>
|-
| valign="top" | <math>\mathrm{ \ \xleftarrow[Oxidation]{} }</math>
|}

Obwohl eine Reduktion nie ohne Oxidation erfolgt und daher eine Redoxreaktion vorliegt, wird oft eine Reaktion aus der Perspektive des gewünschten Produkts betrachtet. So wird von Reduktion von [[Eisenerz]] zum elementaren [[Eisen]] oder einer kathodischen Reduktion von [[Aluminiumoxid]] zu [[Aluminium]] gesprochen.

== Aufnahme von Elektronen – Verringerung der Oxidationszahl ==
[[Datei:Fe-nagel in CuSO4.jpg|mini|120px| [[Eisen]]nagel in einer [[Kupfer(II)-sulfat]]lösung ]]

Wird ein [[Eisen]]nagel in eine wässrige [[Kupfer(II)-sulfat]]lösung gestellt, bildet sich ein rotbrauner Belag von metallischem Kupfer auf dem Nagel. Das Kupfer wird dabei reduziert, das Eisen zu Fe2+-Ionen oxidiert.

:{|
| align="right" | <math>\mathrm{Cu^{2+} + 2 \ e^- }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{ \ Cu}</math>
| || <math>\text{1. Redox-Paar, hier erfolgt eine Reduktion}</math>
|-
| align="right" | <math>\mathrm{Fe }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow }</math>
| <math>\mathrm{\ Fe^{2+} + \ 2 \ e^- }</math>
| || <math>\text{ 2. Redox-Paar, hier erfolgt eine Oxidation}</math>
|-
| colspan="5" style="border-bottom:1px solid black;" |
|-
| align="right" | <math>\mathrm{Fe \ + \ Cu^{2+} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{Cu \ + \ Fe^{2+}}</math>
| || <math>\text{Redoxreaktion}</math>
|}

Das Eisen, das während der Redoxreaktion selbst oxidiert wird, nennt man in diesem Zusammenhang auch [[Reduktionsmittel]], weil seine Anwesenheit die Reduktion des Kupfers erst ermöglicht. Reduktion bedeutet dabei immer ein Absinken der [[Oxidationszahl]] durch Aufnahme von Elektronen. Oxidation bedeutet dagegen die Abgabe von Elektronen und somit eine Erhöhung der Oxidationszahl. In diesem Fall entsprechen die Ladungen der Teilchen ihrer Oxidationszahl.

Die thermische Zersetzung von Silber(I)-oxid mit den Oxidationsstufen <math>\mathrm{ {\overset{+1}{Ag_2}} {\overset{-2}{O}} }</math> ist auch eine Reaktion, bei der Elektronen übertragen werden.

:{|
| align="right" | <math>\mathrm{4 \ {\overset{\underset{+1}{}}{Ag}}{}^{+} + 4 \ e^-}</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{ 4 \ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{Ag}}{}}</math>
| || <math>\text{ 1. Redox-Paar, hier erfolgt eine Reduktion }</math>
|-
| align="right" | <math>\mathrm{ 2 \ {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{}^{2-} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow }</math>
| <math>\mathrm{\ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{O}}{}^{}_2 + \ 4 \ e^- }</math>
| || <math>\text{ 2. Redox-Paar, hier erfolgt eine Oxidation }</math>
|-
| colspan="5" style="border-bottom:1px solid black;" |
|-
| align="right" | <math>\mathrm{2 \ {\overset{\underset{+1}{}}{Ag}}{}_2 {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{4 \ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{Ag}}{} \ + \ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{O}}{}_{2} }</math>
| || <math>\text{ Redoxreaktion }</math>
|}

Bei der Umsetzung von Kupferoxid mit Wasserstoff wird Kupfer reduziert. Als Reduktionsmittel agiert hier Wasserstoff. Die Oxidationsstufe der Sauerstoffatome bleibt in der Reaktion unverändert, die Atome wechseln jedoch ihren Bindungspartner. Die [[Formalismus (Chemie)|formal]] entstehenden H+-Ionen kombinieren mit den formal unverändert vorhandenen O2−-Ionen zum Reaktionsprodukt Wasser mit den Oxidationsstufen <math>\mathrm{ {\overset{+1}{H_2}} {\overset{-2}{O}} }</math>.

:{|
| align="right" | <math>\mathrm{ {\overset{\underset{+2}{}}{Cu}}{} {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{} + 2 \ e^-}</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{Cu}}{} \ + \ {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{}^{2-} }</math>
| || <math>\text{ 1. Redox-Paar, Reduktion }</math>
|-
| align="right" | <math>\mathrm{ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{H}}{}_{2} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow }</math>
| <math>\mathrm{\ 2 \ {\overset{\underset{+1}{}}{H}}{}^+ + \ 2 \ e^- }</math>
| || <math>\text{2. Redox-Paar, Oxidation }</math>
|-
| colspan="5" style="border-bottom:1px solid black;" |
|-
| align="right" | <math>\mathrm{ {\overset{\underset{+2}{}}{Cu}}{} {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{} \ + \ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{H}}{}_{2} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{Cu}}{} \ + \ {\overset{\underset{+1}{}}{H}}{}_{2} {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{} }</math>
| || <math>\text{ Redoxreaktion }</math>
|}

Entsprechend wird bei der Umsetzung von Eisen(III)-oxid mit Wasserstoff Eisen reduziert.

:{|
| align="right" | <math>\mathrm{ {\overset{\underset{+2}{}}{Fe}}{}_{2} {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{}_3 + 6 \ e^-}</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{ {\overset{\underset{\pm 0}{}} 2 \ {Fe}}{} \ + \ 3 \ {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{}^{2-} }</math>
| || <math>\text{ 1. Redox-Paar, Reduktion }</math>
|-
| align="right" | <math>\mathrm{ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{H}}{}_{2} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow }</math>
| <math>\mathrm{\ 2 \ {\overset{\underset{+1}{}}{H}}{}^+ + \ 2 \ e^- } \ | \cdot \ 3</math>
| || <math>\text{2. Redox-Paar, Oxidation }</math>
|-
| colspan="5" style="border-bottom:1px solid black;" |
|-
| align="right" | <math>\mathrm{ {\overset{\underset{+2}{}}{Fe}}{}_{2} {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{}_{3} \ + \ 3 \ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{H}}{}_{2} }</math>
| <math>\mathrm{\longrightarrow}</math>
| <math>\mathrm{\ 2 \ {\overset{\underset{\pm 0}{}}{Fe}}{} \ + \ 3 \ {\overset{\underset{+1}{}}{H}}{}_{2} {\overset{\underset{-2}{}}{O}}{} }</math>
| || <math>\text{ Redoxreaktion }</math>
|}

== Addition von Wasserstoff ==
Eine Aufnahme von [[Wasserstoff]] durch [[organische Verbindung]]en führt zu einer Verringerung der Oxidationszahl eines oder mehrerer Kohlenstoffatome.<ref name="Bruice">Paula Yurkanis Bruice: ''Organische Chemie'', Pearson Studium, München, 5. Auflage, 2011, S. 823ff.</ref> Die [[Katalyse|katalytische]] [[Hydrierung]] von [[Butene|2-Buten]] führt zu [[Butan]]:

: [[Datei:Red-Alken.svg|480px]]

Die Oxidationszahlen der ehemals durch [[Doppelbindung]] verknüpfte Kohlenstoffatome ändern sich von −1 auf −2. Formal haben diese Atome je ein Elektron und je ein [[Proton (Chemie)|Proton]] aufgenommen. Das 2. Redox-Paar mit dem [[Reduktionsmittel]] H2 kann so formuliert werden:<ref name="Gold Book2">Rückreaktion nach dem 3. Kriterium der Definition einer Oxidation, siehe {{Gold Book| oxidation |O04362|Version=2.3.1}}</ref>

: [[Datei:Reduktionsmittel Wasserstoff.svg|240px]]

In dieser Reaktion wird Wasserstoff formal oxidiert und die Elektronen formal freigesetzt. Die Gesamtreaktion ist eine Redoxreaktion, aus der Perspektive des Edukts 2-Buten erfolgt eine Reduktion der Verbindung zu Butan. Oft wird diese Reaktion als [[Additionsreaktion]] betrachtet. Aus diesem Blickwinkel sind die Änderungen von Oxidationsstufen irrelevant.

Häufiger wird im Zusammenhang mit sauerstoffhaltigen, organischen Verbindungen von Reduktion gesprochen, wie beispielsweise der Umsetzung von [[Ketone]]n oder [[Aldehyde]]n zu [[Alkohole]]n. Nimmt [[Acetaldehyd]] Wasserstoff auf, so entsteht [[Ethanol]]. Dabei ändert sich die Oxidationsstufe der [[Carbonylgruppe]] von +1 nach −1:

: [[Datei:Red-Aldehyd.svg|420px]]

Reduktionen sind in der [[Biochemie]] wichtig. In vielen [[Stoffwechsel]]wegen einer [[Zelle (Biologie)|Zelle]] findet eine Reduktion durch Übertragung von Wasserstoff statt. [[Coenzym]]e wie [[Nicotinamidadenindinukleotid|NADH]], [[Nicotinamidadenindinukleotidphosphat|NADPH]] oder [[Flavin-Adenin-Dinucleotid|FADH]] sind befähigt, formal ein [[Hydride|Hydridion]] oder Wasserstoff auf eine andere Verbindung zu übertragen.

== Siehe auch ==
* [[Reduktone]]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4277879-7|LCCN=sh85112143|NDL=00564872}}

[[Kategorie:Reduktion| ]]

Reduktion (Chemie) - Versionsgeschichte

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