Vad är ett reducerande medel?

Ett reduktionsmedel är en term i kemi som avser en atom som donerar elektroner i en oxidationsreduktionsreaktion. Atomen som får dessa elektroner sägs vara reducerad. Den reducerade atomen kallas oxidationsmedlet; det tar elektroner från den oxiderade atomen, som är ett annat namn för reduktionsmedlet.

Om en elektron lämnar en atom måste den gå någon annanstans, så processerna för oxidation och reduktion går hand i hand. Tillsammans bildar de en klass av reaktioner som kallas oxidationsreduktionsreaktioner, även kända som redoxreaktioner. Dessa reaktioner genererar ett flöde av elektroner, så att de har elektrisk potential.

Forskare kan utnyttja potentialen för oxidationsreduktionsreaktioner för att skapa elektricitet. Detta är konceptet bakom potatisbatteriet, ett vanligt vetenskapligt experiment. Experimentören sätter en zink bly och en koppar bly i potatisen. De fritt flytande jonerna i potatisen underlättar elektronflödet mellan de två ledningarna genom att förhindra en uppbyggnad av positiv laddning runt ledningarna som skulle stoppa reaktionen. Elektroner flyter från ledningen som fungerar som ett reducerande medel till ledningen som fungerar som ett oxidationsmedel; under processen kommer atomer från reducerande bly in i potatisens lösning, medan joner som omger det oxiderande blyet omvandlas till metall på ytan av det ursprungliga blyet.

Om en atom är ett oxidationsmedel i en reaktion, skulle det vara ett reduktionsmedel om reaktionen vändes. Huruvida en atom fungerar som ett oxidationsmedel eller ett reducerande medel beror på i vilken riktning reaktionen är spontan. Reaktioner inträffar spontant om deras produkter är relativt mer stabila än deras reagens. Forskare kan förutsäga spontaniteten i oxidationsreduktionsreaktioner baserat på deras elektriska potential.

För att utvärdera en potentiell oxidationsreduktionsreaktion bryter forskare först reaktionen i halva reaktioner, som representerar förlusten av elektroner, eller reduktion. När det gäller potatisen kan zink och koppar bilda joner med en laddning av positiv 2. Halvreaktionerna är således Zn ⁺² + 2e ^- -> Zn och Cu ⁺² + 2e ^- -> Cu.

Nästa steg är att hitta riktningen för elektronflödet. Experimentorn gör detta med hjälp av en tabell med standardreduktionspotentialer, vilket ger en potential för varje halvreaktion. Om halvreaktionens riktning är omvänd har potentialen samma storlek, men dess tecken ändras. Potentialen för halvreaktionen av zink är -0,76 volt, medan kopparnas är 0,34 volt.

Detta betyder att zink är ett starkare reduktionsmedel än koppar, så i denna reaktion fungerar zink som reduktionsmedel. Den totala reaktionen i potatisbatteriet är Zn + Cu ⁺² -> Zn ⁺² + Cu, som alstrar 1,10 volt el i ledningen som ansluter ledningarna. Om zinkledningen ersattes med en silverledning, skulle koppar emellertid vara reduktionsmedlet, eftersom halva reaktionen av silver, Ag ⁺ + e ^- , har en standardreduktionspotential på 0,80 volt. Batteriet skulle generera 0,46 volt.