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Redox-Potential


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Das Redox-Potential beschreibt in der Chemie und Biochemie das Maß für die zu oxidieren bzw. zu reduzieren.

Klassisch wurden Oxidationsprozesse als Verbindung mit oder Entfernung von Wasserstoff verstanden. Für den gilt:

  • Oxidationsmittel nehmen Elektronen auf
  • Reduktionsmittel geben Elektronen ab
  • durch Elektronenabgabe wird eine Verbindung oxidiert Elektronenaufnahme reduziert

Das Ausmaß der Reduktionskraft einer Substanz durch ihr Redoxpotential beschrieben; dies ist die Elektronen abzugeben und damit in die oxidierte überzugehen. Zutreffender spricht man hier von einem

  • je negativer ein Redoxpotential desto stärker Reduktionskraft
  • Elektronen fließen vom Redoxpaar negativeren Potentials Redoxpaar weniger negativen (postiveren) Potentials.

In der physikalischen Chemie bezieht sich Redoxpotential auf Standardbedingungen d.h. 1 M Konzentrationen aller Reaktionspartner Protonen (diese entspricht pH 0 in Fällen denen Protonen entstehen oder verschwinden). Die Triebkraft Elektronenflusses zwischen zwei Redoxpaaren wird als ΔE o ; angegeben.

Für biochemische Vorgänge rechnet man mit auf pH 7 bezogenen Potentialen ΔE o' . Für Reaktionen an denen Protonen beteiligt ergibt sich somit eine Potentialdifferenz von 0 V wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Bitte beachten: werden Redoxpotentiale als E o oder E o' angegeben (Tabelle) so bezeichnen sie formal Potential relativ zur Wasserstoff-Zelle. Das Redoxpotential jeder Reaktion ΔE o bzw. ΔE o' ergibt sich dann durch Differenzbildung der E o' -Werte .

Red/Ox n E o [V] bei pH 0 E o' [V] bei pH 7
Ferredoxin Fe ++ /Fe +++ 1 -0 43 -0 43
½ H 2 /H + 1 0 -0 413
NADH H + / NAD + 2H + 2 +0 09 -0 32
Liponsäure: Lipons.-H 2 /Lipons. 2 H + 2 +0 21 -0.20
Ethanol/Acetaldehyd 2 H + 2 +0 21 -0 20
Flavin-Nucleotide (FAD FMN): F-H 2 / F 2H + 2 +0 22 -0 19*)
Glutathion: 2GSH/(GS) 2 2 H + 2 +0 31 -0 10
Suc/Fum 2 H + 2 +0 38 -0 03
Ascorbat/Dehydroasc. 2 H + 2 +0 35 +0 06
Hydrochinon/Ubichinon 2 H + 2 +0 51 +0 10
H 2 O/½O 2 2 H + 2 +1 23 +0 82
Häm -Eisen-Proteine
Katalase Fe ++ /Fe +++ 1 -0 5 -0 5
Peroxidase Fe ++ /Fe +++ 1 -0 2 -0 2
Cytochrom b562 Fe ++ /Fe +++ 1 -0 1 -0 1
Cytochrom b5 Fe ++ /Fe +++ 1 +0 +0
Hämoglobin Myoglobin Fe ++ /Fe +++ 1 +0 1 +0 1**)
Cytochrom c Fe ++ /Fe +++ 1 +0 25 +0 25

*) Bei Flavin-Nucleotiden handelt es sich um gebundene prosthetische Gruppen deren genaues Redoxpotential vom abhängt.
**) Bemerkenswert ist die geringe Bereitschaft von Elektronen abzugeben: dies würde zum Funktionsverlust führen.

Redoxpotential und freie Enthalpie

Zwischen ΔE o' und der Änderung der freien Enthalpie besteht ein einfacher Zusammenhang:

ΔG o' = - n*F*ΔE o'
wobei n die Zahl der übertragenen und F die Faraday-Konstante (96 5 kJ/(V*mol)

Um den ΔG o' -Wert der Reduktion von Acetaldehyd durch NADH + zu errechnen sind die E o' -Werte der Halbreaktionen voneinander zu subtrahieren:

ΔE o' = -0 2 - (-0 32) 0 12
Nach Multiplikation mit n (2) und Faradaykonstante (96 5) ergibt sich ΔG o' = - 23 16 kJ/mol; die würde also unter Standardbedingungen (aber bei pH spontan ablaufen. Dies geht allerdings auch schon hervor dass NADH H + / NAD + in der Tabelle über Ethanol/Acetaldehyd 2 + angeordnet ist d.h. ein stärker negatives aufweist.

Standardpotentiale

Reduktionsmittel Oxidationsmittel + n e - Standardpotential
E 0 (in Volt )
2 F - F 2 + 2 e - +2 87
2 SO 4 2- S 2 O 8 2- + 2 e - +2 00
4 H 2 O H 2 O 2 + 2 H 3 O + + 2 e - +1 78
PbSO 4 + 5 H 2 O PbO 2 + HSO 4 - + 3 H 3 O + + 2 e - +1 69
MnO 2 + 6 H 2 O MnO 4 - + 4 H 3 O + + 3 e - +1 68
Mn 2+ + 12 H 2 O MnO 4 - + 8 H 3 O + + 5 e - +1 49
Pb 2+ + 6 H 2 O PbO 2 + 4 H 3 O + + 2 e - +1 46
Au Au 3+ + 3 e - +1 42
2 Cl - Cl 2 + 2 e - +1 36
2 Cr 3+ + 21 H 2 O Cr 2 O 7 2- + 14 H 3 O + + 6 e - +1 33
6 H 2 O O 2 + 4 H 3 O + + 4 e - +1 23
Mn 2+ + 6 H 2 O MnO 2 + 4 H 3 O + + 2 e - +1 21
Pt Pt 2+ + 2 e - +1 20
2 Br - Br 2 + 2 e - +1 07
NO + 6 H 2 O NO 3 - + 4 H 3 O + + 3 e - +0 96
Hg Hg 2+ + 2 e - +0 85
Ag Ag + + e - +0 80
2 Hg Hg 2 2+ + 2 e - +0 80
Fe 2+ Fe 3+ + e - +0 77
H 2 O 2 + 2 H 2 O O 2 + 2 H 3 O + + 2 e - +0 68
MnO 2 + 4 OH - MnO 4 - + 2 H 2 O + 3 e - +0 59
2 I - I 2 + 2 e - +0 54
Cu Cu + + e - +0 52
4 OH - O 2 + 2 H 2 O + 4 e - +0 40
2 Ag + 2 OH - Ag 2 O + H 2 O + 2 e - +0 34
Cu Cu 2+ + 2 e - +0 34
2 Hg + 2 Cl - Hg 2 Cl 2 + 2 e - +0 27
Cl - + Ag AgCl + e - +0 22
H 2 SO 3 + 5 H 2 O SO 4 2- + 4 H 3 O + + 2 e - +0 20
Cu + Cu 2+ + e - +0 16
H 2 + 2 H 2 O S + + 2 e - +0 14
Ag + Br - AgBr + e - +0 07
H 2 + 2 H 2 O 2 H 3 O + + 2 e - 0 000
Fe Fe 3+ + 3 e - -0 04
Pb Pb 2+ + 2 e - -0 13
Sn Sn 2+ + 2 e - -0 14
H 2 O 2 + 2 OH - O 2 + 2 H 2 O + 2 e - -0 15
Ag + I - AgI + e - -0 15
Ni Ni 2+ + 2 e - -0 23
Pb + SO 4 2- PbSO 4 + 2 e - -0 36
Cd Cd 2+ + 2 e - -0 40
Fe Fe 2+ + 2 e - -0 41
Zn Zn 2+ + 2 e - -0 76
H 2 + 2 OH - 2 H 2 O + 2 e - -0 83
SO 3 2- + 2 OH - SO 4 2- + H 2 O + 2 e - -0 92
N 2 H 4 + 4 OH - N 2 + 4 H 2 O + 4 e - -1 16
Al Al 3+ + 3 e - -1 66
Mg Mg 2+ + 2 e - -2 38
Na Na + + e - -2 71
Ca Ca 2+ + 2 e - -2 76
Ba Ba 2+ + 2 e - -2 90
K K + + e - -2 92
Li Li + + e - -3 02




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