Auch bei organischen Verbindungen finden Redoxreaktionen statt. Hierbei verändern sich die funktionellen Gruppen. Bei der Oxidation von Alkoholen lässt sich das gut nachvollziehen.

So wird beispielsweise ein Ethanolmolekül schrittweise erst zu einem Ethanalmolekül oxidiert und dieses weiter zu einem Ethansäuremolekül.

Den entscheidenden Hinweis liefern die Oxidationszahlen. So hat das Kohlenstoffatom im Ethanmolekül die Oxidationszahl -I, im Ethanalmolekül die Oxidationszahl +I und im Ethansäuremolekül die Oxidationszahl +III.

Redoxreaktionen sind wesentliche Reaktionstypen in der Chemie. Sie laufen nach einem stets gleichen Mechanismus ab. Es findet eine Übertragung von Elektronen statt. Ein Teilchen gibt Elektronen ab und eines nimmt Elektronen auf. Diese beiden Schritte betrachtet man in zwei voneinander getrennten Teilgleichungen.

Teilgleichung 1: Oxidation: Teilchen, das Elektronen abgibt

Teilgleichung 2: Reduktion: Teilchen, das Elektronen aufnimmt

Ein typisches einfaches Beispiel ist die Reaktion von Magnesium (Mg) mit dem Sauerstoff (O2) in der Luft.

Hierbei gibt ein Magnesiumatom zwei Elektronen ab und wird so zu einem zweifach positiv geladenen Magnesium-Kationen oxidiert.

Teilgleichung 1 Oxidation:
Mg —> Mg²⁺ + 2e^-

Gleichzeitig geben beide Sauerstoffatome eines Sauerstoffmoleküls jeweils zwei Elektronen ab (also insgesamt 4 Elektronen) und werden so zu zwei Oxid-Anionen reduziert.

Teilgleichung 2 Reduktion:
O₂ + 4e^- —> 2 O^2-

Um die beiden Teilgleichungen zusammenzufassen, muss nun noch ausgeglichen werden. Natürlich muss die Anzahl der Elektronen, die abgeben und aufgenommen werden, übereinstimmen. In diesem Beispiel wird Teilgleichung 1 also multipliziert mit 2:

Teilgleichung 1 Oxidation:
2 Mg —> 2 Mg²⁺ + 4e^-

Die komplette Reaktionsgleichung erhält man nun, wenn man von beiden Teilgleichungen die Teilchen vor dem Reaktionspfeil und die Teilchen nach dem Reaktionspfeil zusammenträgt und anschließend wenn möglich kürzt:

2 Mg + O₂ + 4e^- —> Mg²⁺ + 2 O^2- + 4e^-
2 Mg + O₂          —>       MgO₂

Nun lässt sich auch erklären, dass aus zwei Elementen der neue Stoff Magnesiumoxid entsteht. Ein Salz, das auf Teilchenebene aus Magnesiumkationen und Oxidationen besteht.

Oxidationszahlen sind ein Konzept, um herauszufinden, welches Teilchen Elektronen abgibt und damit oxidiert wird und welches Teilchen Elektronen aufnimmt und damit reduziert wird.

Es sind im Prinzip "gedachte Ladungen", die sich für jedes Teilchen bestimmen lassen.

In organischen Verbindungen werden sämtliche Bindungselektronen immer dem Atom zugerechnet, das stärker Elektronegativ ist (rote gestrichelte Linien). Anschließend addiert man die Elektronen eines jeweiligen Atoms (blaue Zahlen) und vergleicht diese Zahl mit der Anzahl an Valenzelektronen. Sofern einem Atom mehr Elektronen zugerechnet werden so erhält es eine entsprechende negative Oxidationszahl. Bei weniger Elektronen eine entsprechend höhere Oxidationszahl (rote Zahlen).

Auch in der Natur findet eine Oxidation von Ethanol über Acetaldehyd als Zwischenstufe zur Essigsäure statt. Schon in der Antike war diese chemische Reaktion bekannt und wurde benutzt, um aus Wein Essig herzustellen (vgl. engl. vinegar = Essig von frz. vin aigre = saurer Wein). Vermutlich wurde dieser Prozess wie auch die alkoholische Gärung eher zufällig entdeckt. Lässt man Wein nämlich über längere Zeit offen stehen, siedeln auf der Oberfläche des Weins von selbst Essigsäurebakterien an und oxidieren mit Hilfe des Luftsauerstoffs den im Wein enthaltenen Alkohol zu Essigsäure.

Diese traditionelle Methode der Essigherstellung ist zeitaufwändig und fehleranfällig. Wenn sich statt Essigsäurebakterien zum Beispiel Schimmelpilze ansiedeln und überhand nehmen, bildet sich kein Essig und der Wein verdirbt. Bei mangelnder Sauerstoffzufuhr können die Essigsäurebakterien das Ethanol nur unvollständig oxidieren, es sammelt sich das giftige und stechend riechende Acetaldehyd an, der Essigsäuregehalt bleibt niedrig und der Essig ist für den menschlichen Genuss unbrauchbar. Auch zu kühles oder zu heißes Wetter kann das Wachstum der Essigsäurebakterien hemmen und die Essigproduktion verlangsamen oder ganz verhindern.

Moderne Essigherstellung

Moderne Verfahren zur Essigerzeugung überlassen daher nichts dem Zufall. Der Wein wird in großen Reaktoren gezielt mit Essigsäurebakterien geimpft, konstant auf einer für die Essigsäurebakterien optimalen Temperatur gehalten und durch Düsen ständig mit Sauerstoff versorgt. Die vollständige Umsetzung des Ethanol zu Essigsäure, die bei traditionellen Verfahren mehrere Monate dauert, kann dadurch auf wenige Tage verkürzt werden.

Essig kann aus Wein oder aus anderen alkohohaltigen bzw. zu Alkohol vergärbaren Ausgangsprodukten hergestellt werden. Apfelessig wird zum Beispiel aus Apfelmost, Reisessig aus Reiswein und Branntweinessig aus verdünntem Agraralkohol (zum Beispiel aus Getreide oder Kartoffeln) hergestellt.

Zusatzwissen: Essigsäure in der chemischen Industrie

Essigsäure wird nicht nur für Lebensmittel verwendet, sondern ist auch ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie. Industriell wird Essigsäure zum größten Teil nicht aus Ethanol, sondern nach dem Monsanto- oder dem neueren Cativa-Verfahren aus Methanol und Kohlenmonoxid hergestellt. Die beiden Verfahren unterscheiden sich vor allem durch den für die Reaktion verwendeten Katalysator.

Die schwach sauren Eigenschaften der Essigsäure nutzt man als

Schon die alten Römer nutzten sauren Wein seines erfrischenden Geschmacks wegen als alkoholarmes Erfrischungsgetränk. Auch die Bibel erwähnt Essig als Durststiller, der Jesus am Kreuz gereicht wird (Mk 15,36). Schon früh wurde Essig auch zum Einlegen von Gemüse oder Fleisch verwendet, da im sauren Milieu viele Schimmelpilze und Bakterien nicht lebensfähig sind.

Aber Essig schmeckt nicht nur sauer, sondern ist auch im chemischen Sinn (nach Brønsted) eine Säure.