Anwendungen von Redoxreaktionen

Redoxreaktionen sind unser Leben. Wie könnten Tiere ohne Atmung ihre benötigte Energie gewinnen? Wie könnten Pflanzen ohne Assimilation Kohlenhydrate aufbauen? Die Entstehung unserer Atmosphäre mit ihren Sauerstoffgehalt von ca. 21 % ist auf biochemische Redoxprozesse während der Fotosynthese zurückzuführen.

Redoxreaktionen zur Energieerzeugung

Über die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl oder Erdgas werden in Wärmekraftwerken Elektroenergie und andere Energieträger erzeugt.

$\begin{array}{l}\stackrel{\text{0}}{\text{C}}\text{+}\stackrel{\text{0}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\stackrel{}{\to }\stackrel{\text{IV}}{\text{C}}\stackrel{\text{-II}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\Delta {\text{H = - 393 kJ·mol}}^{\text{-1}}\\ \stackrel{\text{-IV}}{\text{C}}\stackrel{\text{I}}{{\text{H}}_{\text{4}}}\text{+ 2}\stackrel{\text{0}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\stackrel{}{\to }\stackrel{\text{IV}}{\text{C}}\stackrel{\text{-II}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\text{+ 2}\stackrel{\text{+I}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\stackrel{\text{-II}}{\text{O}}\Delta {\text{H = - 890 kJ·mol}}^{\text{-1}}\end{array}$

Das Verbrennen von Benzin, Diesel, Kerosin wird zum Betreiben von z. B. Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen genutzt (Bild 3).
Die Energie zum Antrieb von Raketen wird über Redoxreaktionen gewonnen (Bild 4). Allen festen oder flüssigen Raketentreibstoffen liegt ein gemeinsames Prinzip zugrunde: Im Ergebnis stark exothermer Redoxprozesse werden sehr heiße, gasförmige Reaktionsprodukte gebildet. Diese besitzen eine sehr hohe kinetische Energie und treiben den Flugkörper über das Rückstoßprinzip an. Ein geeigneter Raketentreibstoff ist flüssiges Hydrazin $N_{\text{2}}{H}_4$, das mit flüssigem Sauerstoff unter Energiefreisetzung zu den gasförmigem Produkten Stickstoff und Wasser reagiert.

$\stackrel{\text{+I}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\stackrel{\text{-II}}{\text{N}}-\stackrel{\text{-II}}{\text{N}}\stackrel{\text{+I}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{+}\stackrel{\text{0}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\stackrel{}{\to }\stackrel{\text{0}}{{\text{N}}_{\text{2}}}\text{+ 2}\stackrel{\text{+I}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\stackrel{\text{-II}}{\text{O}}\Delta {\text{H = - 622 kJ·mol}}^{\text{-1}}$

Explosivstoffe setzen schlagartig in exothermen Redoxreaktionen Gase frei, die sich aufgrund der hohen Temperaturen extrem ausdehnen und damit die Sprengkraft bewirken.

$\text{2}\stackrel{\text{-III}}{\text{N}}\stackrel{\text{+I}}{{\text{H}}_{\text{4}}}\stackrel{\text{+V}}{\text{N}}\stackrel{\text{-II}}{{\text{O}}_{\text{3}}}\stackrel{}{\to }2\stackrel{\text{0}}{{\text{N}}_{\text{2}}}\text{+}\stackrel{\text{0}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\text{+ 2}\stackrel{\text{+I}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\stackrel{\text{-II}}{\text{O}}\Delta {\text{H = - 201 kJ·mol}}^{\text{-1}}$

Redoxreaktionen in der pyrotechnischen Industrie

Bei vielen Redoxreaktionen wird ein Teil der freigesetzten Energie in Form von Licht emittiert. Das macht man sich zur festlichen Beleuchtung oder bei spektakulären Feuerwerken zunutze (Bild 6). Zur Beleuchtung wurden jahrhundertelang brennende Fackeln oder Kerzen benutzt. Auch in der Pyrotechnik bedient man sich der Redoxreaktionen. So enthalten Wunderkerze, Blitzlicht, Feuerwerk etc. immer Reduktionsmittel und Oxidationsmittel neben anderen Stoffen, die die Farben hervorrufen.

Redoxreaktionen in der Analytik

Viele chemische Analysenmethoden basieren auf Redoxprozessen. Dazu zählen klassische Nachweisreaktionen organischer und anorganischer Stoffe ebenso wie moderne elektrochemische Analysenmethoden und die quantitative Redoxtitration.