Was ist ein Reduktionsmittel?

Ein Reduktionsmittel ist in der Chemie ein Begriff, der sich auf ein Atom bezieht, das bei einer Oxidations-Reduktions-Reaktion Elektronen abgibt. Das Atom, das diese Elektronen aufnimmt, soll reduziert sein. Das reduzierte Atom wird Oxidationsmittel genannt; es nimmt Elektronen vom oxidierten Atom auf, was ein anderer Name für das Reduktionsmittel ist.

Wenn ein Elektron ein Atom verlässt, muss es woanders hingehen, damit die Prozesse der Oxidation und Reduktion Hand in Hand gehen. Zusammen bilden sie eine Klasse von Reaktionen, die als Oxidations-Reduktions-Reaktionen, auch Redoxreaktionen genannt, bezeichnet werden. Diese Reaktionen erzeugen einen Elektronenfluss und haben daher ein elektrisches Potential.

Wissenschaftler können das Potenzial von Oxidations-Reduktions-Reaktionen nutzen, um Elektrizität zu erzeugen. Dies ist das Konzept hinter der Kartoffelbatterie, einem gängigen wissenschaftlichen Experiment. Der Experimentator gibt eine Zinkmine und eine Kupfermine in die Kartoffel. Die frei schwebenden Ionen in der Kartoffel erleichtern den Elektronenfluss zwischen den beiden Ableitungen, indem sie den Aufbau einer positiven Ladung um die Ableitungen herum verhindern, die die Reaktion stoppen würde. Elektronen fließen von dem Blei, das als Reduktionsmittel wirkt, zu dem Blei, das als Oxidationsmittel wirkt; Dabei gelangen Atome aus dem reduzierenden Blei in die Lösung der Kartoffel, während Ionen, die das oxidierende Blei umgeben, auf der Oberfläche des ursprünglichen Blei in Metall umgewandelt werden.

Wenn ein Atom ein Oxidationsmittel in einer Reaktion ist, wäre es ein Reduktionsmittel, wenn die Reaktion umgekehrt wäre. Ob ein Atom als Oxidationsmittel oder Reduktionsmittel wirkt, hängt von der Richtung ab, in der die Reaktion spontan abläuft. Reaktionen treten spontan auf, wenn ihre Produkte relativ stabiler sind als ihre Reagenzien. Wissenschaftler können die Spontaneität von Oxidations-Reduktions-Reaktionen anhand ihres elektrischen Potentials vorhersagen.

Um eine mögliche Oxidations-Reduktions-Reaktion zu bewerten, zerlegen die Wissenschaftler die Reaktion zunächst in Halbreaktionen, die den Verlust von Elektronen oder die Reduktion darstellen. Bei der Kartoffel können sowohl Zink als auch Kupfer Ionen mit einer Ladung von positiv 2 bilden. Die Halbreaktionen lauten also Zn ⁺² + 2e -> Zn und Cu ⁺² + 2e -> Cu.

Der nächste Schritt besteht darin, die Richtung des Elektronenflusses zu finden. Der Experimentator führt dies unter Verwendung einer Tabelle von Standardreduktionspotentialen durch, die ein Potential für jede halbe Reaktion angibt. Wenn die Richtung der Halbreaktion umgekehrt wird, hat das Potential die gleiche Größe, aber das Vorzeichen ändert sich. Das Potential für die Halbreaktion von Zink beträgt -0,76 Volt, während das von Kupfer 0,34 Volt beträgt.

Dies bedeutet, dass Zink ein stärkeres Reduktionsmittel als Kupfer ist, so dass bei dieser Reaktion Zink als Reduktionsmittel fungiert. Die Gesamtreaktion in der Kartoffelbatterie ist Zn + Cu ⁺² -> Zn ⁺² + Cu, was 1,10 Volt Elektrizität in dem Draht erzeugt, der die Leitungen verbindet. Wenn jedoch das Zinkblei durch ein Silberblei ersetzt würde, wäre Kupfer das Reduktionsmittel, da die Halbreaktion von Silber, Ag ⁺ + e ^- , ein Standardreduktionspotential von 0,80 Volt aufweist. Die Batterie würde 0,46 Volt erzeugen.