Co to jest środek redukujący?
Czynnik redukujący to chemiczny termin odnoszący się do atomu, który przekazuje elektrony w reakcji utleniania-redukcji. Mówi się, że atom, który otrzymuje te elektrony, jest zredukowany. Zredukowany atom nazywa się środkiem utleniającym; pobiera elektrony z utlenionego atomu, co jest inną nazwą czynnika redukującego.
Jeśli elektron opuszcza atom, musi iść gdzie indziej, więc procesy utleniania i redukcji idą w parze. Razem tworzą klasę reakcji zwanych reakcjami utleniania-redukcji, znanymi również jako reakcje redoks. Reakcje te generują przepływ elektronów, więc mają potencjał elektryczny.
Naukowcy mogą wykorzystać potencjał reakcji utleniania-redukcji do wytworzenia elektryczności. Taka jest koncepcja baterii ziemniaczanej, powszechny eksperyment naukowy. Eksperymentator wkłada jeden ziemniak cynku i jeden ołów miedzi do ziemniaka. Swobodnie pływające jony w ziemniaku ułatwiają przepływ elektronów między dwoma elektrodami, zapobiegając gromadzeniu się ładunku dodatniego wokół elektrod, który zatrzymałby reakcję. Elektrony przepływają z ołowiu, który działa jako czynnik redukujący, do ołowiu, który działa jako środek utleniający; w tym procesie atomy z ołowiu redukującego wchodzą do roztworu ziemniaka, podczas gdy jony otaczające ołów utleniający są przekształcane w metal na powierzchni pierwotnego ołowiu.
Jeśli atom jest czynnikiem utleniającym w reakcji, byłby to czynnik redukujący, gdyby reakcję odwrócono. To, czy atom działa jako środek utleniający czy redukujący, zależy od kierunku, w którym reakcja jest spontaniczna. Reakcje zachodzą spontanicznie, jeśli ich produkty są stosunkowo bardziej stabilne niż ich odczynniki. Naukowcy mogą przewidzieć spontaniczność reakcji utleniania-redukcji na podstawie ich potencjału elektrycznego.
Aby ocenić potencjalną reakcję utleniania-redukcji, naukowcy najpierw dzielą reakcję na reakcje połówkowe, które reprezentują utratę elektronów lub redukcję. W przypadku ziemniaka zarówno cynk, jak i miedź mogą tworzyć jony z ładunkiem dodatnim 2. Zatem połową reakcji są Zn +2 + 2e - -> Zn i Cu +2 + 2e - -> Cu.
Następnym krokiem jest znalezienie kierunku przepływu elektronów. Eksperymentator robi to przy użyciu tabeli standardowych potencjałów redukcyjnych, co daje potencjał dla każdej połowy reakcji. Jeśli kierunek połowy reakcji zostanie odwrócony, jego potencjał ma tę samą wielkość, ale jego znak się zmienia. Potencjał połowy reakcji cynku wynosi -0,76 wolta, podczas gdy miedzi jest 0,34 wolta.
Oznacza to, że cynk jest silniejszym czynnikiem redukującym niż miedź, więc w tej reakcji cynk działa jako czynnik redukujący. Ogólna reakcja w akumulatorze ziemniaczanym to Zn + Cu + 2 -> Zn + 2 + Cu, który wytwarza 1,10 wolta energii elektrycznej w przewodzie łączącym przewody. Gdyby jednak ołów cynkowy zastąpiono ołowiem srebrnym, to miedź byłaby czynnikiem redukującym, ponieważ połowa reakcji srebra, Ag + + e - , ma standardowy potencjał redukcji wynoszący 0,80 wolta. Akumulator wytworzyłby 0,46 wolta.