Oxidationsmittel
Ein Oxidationsmittel (auch bekannt als Oxidationsmittel, Oxidationsmittel, Elektronenempfänger oder Elektronenakzeptor) ist ein Stoff, der in einer chemischen Redoxreaktion ein Elektron von einem Reduktionsmittel (genannt das Reduktionsmittel, Reduktionsmitteloder Elektronendonator). Mit anderen Worten: Ein Oxidationsmittel ist jeder Stoff, der einen anderen Stoff oxidiert. Die Oxidationsstufe des Oxidationsmittels, die den Grad des Elektronenverlustes beschreibt, nimmt ab, während die des Reduktionsmittels zunimmt; dies wird ausgedrückt, indem man sagt, dass Oxidationsmittel "eine Reduktion erfahren" und "reduziert werden", während Reduktionsmittel "eine Oxidation erfahren" und "oxidiert werden". Übliche Oxidationsmittel sind Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und die Halogene. ⓘ
In einem Sinne ist ein Oxidationsmittel eine chemische Spezies, die eine chemische Reaktion eingeht, bei der sie ein oder mehrere Elektronen gewinnt. In diesem Sinne ist es eine Komponente in einer Oxidations-Reduktionsreaktion (Redox). Im zweiten Sinne ist ein Oxidationsmittel eine chemische Verbindung, die elektronegative Atome, in der Regel Sauerstoff, auf ein Substrat überträgt. Die Verbrennung, viele Sprengstoffe und organische Redoxreaktionen beinhalten Atomtransferreaktionen. ⓘ
Elektronenakzeptoren
Elektronenakzeptoren nehmen an Elektronenübertragungsreaktionen teil. In diesem Zusammenhang wird das Oxidationsmittel als Elektronenakzeptor und das Reduktionsmittel als Elektronendonor bezeichnet. Ein klassisches Oxidationsmittel ist das Ferrocenium-Ion Fe(C
5H
5)+
2, das ein Elektron aufnimmt und Fe(C5H5)2 bildet. Einer der stärksten im Handel erhältlichen Akzeptoren ist "Magic blue", das radikalische Kation von N(C6H4-4-Br)3. ⓘ
Ausführliche Tabellen mit einer Rangfolge der Elektronenakzeptoreigenschaften verschiedener Reagenzien (Redoxpotentiale) sind verfügbar, siehe Standardelektrodenpotential (Datenseite). ⓘ
Atomtransfer-Reagenzien
Im allgemeinen Sprachgebrauch überträgt ein Oxidationsmittel Sauerstoffatome auf ein Substrat. In diesem Zusammenhang kann das Oxidationsmittel als Oxygenierungsreagenz oder Sauerstoff-Atom-Transfer-Reagenz (OAT) bezeichnet werden. Beispiele hierfür sind MnO-
4 (Permanganat), CrO2-
4 (Chromat), OsO4 (Osmiumtetroxid) und insbesondere ClO-
4 (Perchlorat). Es ist zu beachten, dass diese Spezies alle Oxide sind. ⓘ
In einigen Fällen können diese Oxide auch als Elektronenakzeptoren dienen, wie die Umwandlung von MnO-
4 in MnO2-
4, Manganat. ⓘ
Gängige Oxidationsmittel
- Sauerstoff (O2)
- Ozon (O3)
- Wasserstoffperoxid (H2O2) und andere anorganische Peroxide, Fenton's Reagenz
- Fluor (F2), Chlor (Cl2) und andere Halogene
- Salpetersäure (HNO3) und Nitratverbindungen wie Kaliumnitrat (KNO3), das Oxidationsmittel in Schwarzpulver
- Kaliumchlorat (KClO3)
- Schwefelsäure (H2SO4)
- Peroxydschwefelsäure (H2S2O8)
- Peroxymonoschwefelsäure (H2SO5)
- Hypochlorit, Chlorit, Chlorat, Perchlorat und andere analoge Halogenverbindungen wie Haushaltsbleichmittel (NaClO)
- Sechswertige Chromverbindungen wie Chrom- und Dichromsäure und Chromtrioxid, Pyridiniumchlorchromat (PCC) und Chromat/Dichromatverbindungen wie Natriumdichromat (Na2Cr2O7)
- Permanganatverbindungen wie Kaliumpermanganat (KMnO4)
- Natriumperborat ([Na+
]
2-[B
2O
4(OH)
4]2−
) - Distickstoffoxid (N2O), Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid (NO2 / N2O4)
- Natriumwismutat (NaBiO3)
- Cer(IV)-Verbindungen wie Cerammoniumnitrat und Cersulfat
- Bleidioxid (PbO2) ⓘ
Definition der gefährlichen Stoffe
Die Gefahrgutdefinition für ein Oxidationsmittel ist ein Stoff, der die Verbrennung eines anderen Materials verursachen oder dazu beitragen kann. Nach dieser Definition werden einige Stoffe, die von analytischen Chemikern als Oxidationsmittel eingestuft werden, nicht als Oxidationsmittel im Sinne von Gefahrgut eingestuft. Ein Beispiel ist Kaliumdichromat, das den Gefahrguttest für ein Oxidationsmittel nicht besteht. ⓘ
Das U.S. Department of Transportation definiert Oxidationsmittel speziell. Es gibt zwei Definitionen für Oxidationsmittel, die unter die DOT-Vorschriften fallen. Diese beiden sind Klasse 5; Abteilung 5.1(a)1 und Klasse 5; Abteilung 5.1(a)2. Unterklasse 5.1 "bezeichnet einen Stoff, der im Allgemeinen durch Abgabe von Sauerstoff die Verbrennung anderer Stoffe verursachen oder fördern kann". Die Unterklasse 5.1(a)1 des DOT-Codes gilt für feste Oxidationsmittel, "wenn bei der Prüfung nach dem UN-Handbuch für Prüfungen und Kriterien (IBR, siehe § 171.7 dieses Unterkapitels) die mittlere Brenndauer kleiner oder gleich der Brenndauer eines 3:7-Kaliumbromat-Zellulose-Gemisches ist". 5.1(a)2 des DOT-Codes gilt für flüssige Oxidationsmittel, "wenn sie sich bei der Prüfung nach dem UN-Handbuch der Prüfungen und Kriterien selbst entzünden oder ihre mittlere Zeit für einen Druckanstieg von 690 kPa auf 2070 kPa Überdruck kürzer ist als die Zeit eines 1:1 Salpetersäure (65 Prozent)/Zellulose-Gemisches". ⓘ
Übliche Oxidationsmittel und ihre Produkte
| Mittel | Produkt(e) ⓘ |
|---|---|
| O2 Sauerstoff | Verschiedene, darunter die Oxide H2O und CO2 |
| O3 Ozon | Verschiedene, darunter Ketone, Aldehyde und H2O; siehe Ozonolyse |
| F2 Fluor | F- |
| Cl2 Chlor | Cl- |
| Br2 Brom | Br- |
| I2 Jod | I-, I- 3 |
| ClO- Hypochlorit | Cl-, H2O |
| ClO- 3 Chlorat |
Cl-, H2O |
| HNO3 Salpetersäure | NO Stickstoffoxid NO2 Stickstoffdioxid |
| SO2 Schwefeldioxid | S Schwefel (Claus-Prozess, Ultramarinherstellung, häufiger Reduktionsmittel) |
| Hexavalentes Chrom CrO3 Chromtrioxid CrO2- 4 Chromat Cr 2O2- 7 Dichromat |
Cr3+, H2O |
| MnO- 4 Permanganat MnO2- 4 Manganat |
Mn2+ (sauer) oder MnO2 (basisch) |
| RuO 4 Rutheniumtetroxid OsO 4 Osmiumtetroxid |
in der organischen Synthese im Labormaßstab |
| H2O2, andere Peroxide | Verschiedene, einschließlich Oxide und H2O |
| Tl(III)-thallische Verbindungen | Tl(I)-thallische Verbindungen, in der organischen Laborsynthese |
Wandel des Begriffs
Im historischen engen Sinne ist ein Oxidationsmittel – neben dem Element Sauerstoff selbst – eine Substanz, die Sauerstoff abgeben kann (man spricht dann aber besser von Sauerstoffüberträgern). Im Hinblick darauf, dass Sauerstoff bei jeder Verbrennung – ebenso wie Fluor, Chlor usw. – Elektronen der zu oxidierenden Substanz z. B. des (Brenn-)Stoffes aufnimmt, wurde dann die heutige Definition eines Oxidationsmittels als Elektronenakzeptor geschaffen. ⓘ
Beispiele
- Sauerstoffdifluorid sowie Fluor selbst sind nach Kryptondifluorid die stärksten Oxidationsmittel überhaupt.
- Weitere Beispiele sind Wasserstoffperoxid H2O2 und seine Addukte wie Natriumpercarbonat,
- sauerstoffhaltige Anionen (Oxoanionen) von Übergangsmetallen in hohen Oxidationsstufen wie Permanganat MnO4− (siehe Kaliumpermanganat) oder Dichromat
- Cr2O72− und Chrom(VI)-oxid (Jones-Oxidation),
- Metallionen wie Ce4+, Edelmetallionen wie die von Silber und Kupfer,
- Anionen von Halogensauerstoffsäuren wie Bromat BrO3− und Hypochlorit ClO−,
- oder Elemente wie Sauerstoff (lateinisch: Oxygenium, daher die Bezeichnung „Oxidationsmittel“), Schwefel und die Halogene Fluor, Chlor, Brom und Iod. ⓘ
Oxidation und Reduktion
Oxidationsmittel reagieren mit Reduktionsmitteln in einer Redoxreaktion, darauf beruht z. B. auch das maßanalytische Verfahren der Redoxtitration. ⓘ
Oxidationsmittel als Bleich- und Desinfektionsmittel
Als Bleichmittel in der Papierherstellung und in der Herstellung und Reinigung von Textilien sowie als Desinfektionsmittel sind oder waren folgende Oxidationsmittel von alltäglicher Bedeutung:
- Ozon (O3) sowie die Peroxide Wasserstoffperoxid (H2O2) und Peroxyessigsäure (Peressigsäure, abgekürzt PES, CH3CO3H) – Bleichmittel auf Sauerstoffbasis;
- die Hypochlorite Natriumhypochlorit (NaOCl, Chlorbleiche/Chlorbleichlauge)/Javelwasser/Eau de Javel/Kaliumhypochlorit (KOCl) sowie Chlor (Gas, wässrige Lösung) – Bleichmittel auf Chlorbasis;
- in Wasch- und Reinigungsmitteln auch die Peroxide Perborat und Percarbonat;
- zum Desinfizieren auch Iod. ⓘ
Chlor-basierte Methoden sind effizienter und billiger als Sauerstoff-basierte, andererseits ökologisch bedenklicher und eher unangenehm riechend. Allerdings wirkt Ozon auf Menschen ähnlich wie Chlor – reizend bis giftig. ⓘ
Stoffliste
→ :Kategorie:Brandfördernder Stoff ⓘ