Wat is een reductiemiddel?

Een reductiemiddel is een term in de chemie die verwijst naar een atoom dat elektronen doneert in een oxidatiereducerende reactie. Van het atoom dat die elektronen wint, wordt gezegd dat het gereduceerd is. Het gereduceerde atoom wordt het oxidatiemiddel genoemd; het neemt elektronen van het geoxideerde atoom, wat een andere naam is voor het reductiemiddel.

Als een elektron een atoom verlaat, moet het ergens anders heen gaan, dus de processen van oxidatie en reductie gaan hand in hand. Samen vormen ze een klasse reacties die oxidatiereducerende reacties worden genoemd, ook wel redoxreacties genoemd. Deze reacties genereren een stroom elektronen, dus hebben ze een elektrisch potentieel.

Wetenschappers kunnen het potentieel van oxidatiereducerende reacties benutten om elektriciteit te creëren. Dit is het concept achter de aardappelbatterij, een algemeen wetenschappelijk experiment. De experimentator steekt één zinklood en één koperen lood in de aardappel. De vrij zwevende ionen in de aardappel vergemakkelijken de elektronenstroom tussen de twee draden door een opbouw van positieve lading rond de draden te voorkomen die de reactie zou stoppen. Elektronen stromen van het lood dat werkt als een reductiemiddel naar het lood dat werkt als een oxidatiemiddel; daarbij komen atomen van het reducerende lood in de oplossing van de aardappel, terwijl ionen rond het oxiderende lood worden omgezet in metaal op het oppervlak van het oorspronkelijke lood.

Als een atoom een ​​oxidatiemiddel in een reactie is, zou het een reductiemiddel zijn als de reactie zou worden omgekeerd. Of een atoom werkt als een oxidatiemiddel of een reductiemiddel hangt af van de richting waarin de reactie spontaan is. Reacties treden spontaan op als hun producten relatief stabieler zijn dan hun reagentia. Wetenschappers kunnen de spontaniteit van oxidatiereducerende reacties voorspellen op basis van hun elektrisch potentieel.

Om een ​​mogelijke oxidatiereducatiereactie te evalueren, breken wetenschappers de reactie eerst in halve reacties, die het verlies van elektronen of reductie vertegenwoordigen. In het geval van de aardappel kunnen zink en koper beide ionen vormen met een lading van positief 2. De halve reacties zijn dus Zn ⁺² + 2e ^- -> Zn en Cu ⁺² + 2e ^- -> Cu.

De volgende stap is het vinden van de richting van de elektronenstroom. De experimentator doet dit met behulp van een tabel met standaard reductiepotentialen, die een potentieel geeft voor elke halve reactie. Als de richting van de halve reactie wordt omgekeerd, heeft het potentieel dezelfde grootte, maar het teken verandert. Het potentieel voor de halfreactie van zink is -0,76 volt, terwijl dat van koper 0,34 volt is.

Dit betekent dat zink een sterker reductiemiddel is dan koper, dus in deze reactie fungeert zink als het reductiemiddel. De algehele reactie in de aardappelbatterij is Zn + Cu ⁺² -> Zn ⁺² + Cu, die 1,10 volt elektriciteit genereert in de draad die de draden verbindt. Als het zinklood zou worden vervangen door een zilverlood, dan zou koper het reductiemiddel zijn, omdat de halfreactie van zilver, Ag ⁺ + e ^- , een standaard reductiepotentieel van 0,80 volt heeft. De batterij zou 0,46 volt genereren.