Che cos'è un agente riducente?

Un agente riducente è un termine in chimica che si riferisce a un atomo che dona elettroni in una reazione di riduzione dell'ossidazione. Si dice che l'atomo che guadagna quegli elettroni sia ridotto. L'atomo ridotto è chiamato l'agente ossidante; prende elettroni dall'atomo ossidato, che è un altro nome per l'agente riducente.

Se un elettrone lascia un atomo deve andare altrove, quindi i processi di ossidazione e riduzione vanno di pari passo. Insieme, formano una classe di reazioni chiamate reazioni di riduzione dell'ossidazione, note anche come reazioni redox. Queste reazioni generano un flusso di elettroni, quindi hanno un potenziale elettrico.

Gli scienziati possono sfruttare il potenziale delle reazioni di riduzione dell'ossidazione per creare elettricità. Questo è il concetto alla base della batteria di patate, un esperimento scientifico comune. Lo sperimentatore inserisce nella patata un piombo di zinco e un piombo di rame. Gli ioni fluttuanti nella patata facilitano il flusso di elettroni tra i due conduttori impedendo un accumulo di carica positiva attorno ai conduttori che fermerebbe la reazione. Gli elettroni fluiscono dal piombo che funge da agente riducente al piombo che funge da agente ossidante; nel processo, gli atomi del piombo riducente entrano nella soluzione della patata, mentre gli ioni che circondano il piombo ossidante vengono convertiti in metallo sulla superficie del piombo originale.

Se un atomo è un agente ossidante in una reazione, sarebbe un agente riducente se la reazione fosse invertita. Se un atomo agisce come un agente ossidante o un agente riducente dipende dalla direzione in cui la reazione è spontanea. Le reazioni si verificano spontaneamente se i loro prodotti sono relativamente più stabili dei loro reagenti. Gli scienziati possono prevedere la spontaneità delle reazioni di riduzione dell'ossidazione in base al loro potenziale elettrico.

Per valutare una potenziale reazione di riduzione dell'ossidazione, gli scienziati prima dividono la reazione in mezze reazioni, che rappresentano la perdita di elettroni o la riduzione. Nel caso della patata, lo zinco e il rame possono formare entrambi ioni con una carica di positivo 2. Pertanto, le mezze reazioni sono Zn ⁺² + 2e ^- -> Zn e Cu ⁺² + 2e ^- -> Cu.

Il prossimo passo è trovare la direzione del flusso di elettroni. Lo sperimentatore lo fa usando una tabella di potenziali di riduzione standard, che fornisce un potenziale per ogni mezza reazione. Se la direzione della mezza reazione viene invertita, il suo potenziale ha la stessa grandezza, ma il suo segno cambia. Il potenziale per la mezza reazione dello zinco è -0,76 volt, mentre quello del rame è 0,34 volt.

Ciò significa che lo zinco è un agente riducente più forte del rame, quindi in questa reazione lo zinco agisce come agente riducente. La reazione generale nella batteria di patate è Zn + Cu ⁺² -> Zn ⁺² + Cu, che genera 1,10 volt di elettricità nel filo che collega i cavi. Se il piombo di zinco fosse sostituito con un piombo d'argento, tuttavia, il rame sarebbe l'agente riducente, poiché la mezza reazione dell'argento, Ag ⁺ + e ^- , ha un potenziale di riduzione standard di 0,80 volt. La batteria genererebbe 0,46 volt.