Ein Reduktionsmittel ist ein Begriff in der Chemie, der sich auf ein Atom bezieht, das Elektronen in einer Oxidations-Reduktions-Reaktion abgibt. Das Atom, das diese Elektronen aufnimmt, wird als reduziert bezeichnet. Das reduzierte Atom wird Oxidationsmittel genannt; es entnimmt dem oxidierten Atom Elektronen, was ein anderer Name für das Reduktionsmittel ist.
Verlässt ein Elektron ein Atom, muss es woanders hin, also gehen Oxidation und Reduktion Hand in Hand. Zusammen bilden sie eine Klasse von Reaktionen, die als Oxidations-Reduktions-Reaktionen bezeichnet werden, auch als Redox-Reaktionen bekannt. Diese Reaktionen erzeugen einen Elektronenfluss, sodass sie ein elektrisches Potenzial haben.
Wissenschaftler können das Potenzial von Oxidations-Reduktions-Reaktionen nutzen, um Elektrizität zu erzeugen. Dies ist das Konzept hinter der Kartoffelbatterie, einem gemeinsamen wissenschaftlichen Experiment. Der Experimentator gibt ein Zinkblei und ein Kupferblei in die Kartoffel. Die frei schwebenden Ionen in der Kartoffel erleichtern den Elektronenfluss zwischen den beiden Leitungen, indem sie einen Aufbau einer positiven Ladung um die Leitungen herum verhindern, die die Reaktion stoppen würde. Elektronen fließen vom Blei, das als Reduktionsmittel wirkt, zum Blei, das als Oxidationsmittel wirkt; Dabei gelangen Atome aus dem reduzierenden Blei in die Lösung der Kartoffel, während Ionen, die das oxidierende Blei umgeben, an der Oberfläche des ursprünglichen Bleis in Metall umgewandelt werden.
Wenn ein Atom in einer Reaktion ein Oxidationsmittel ist, wäre es ein Reduktionsmittel, wenn die Reaktion umgekehrt würde. Ob ein Atom als Oxidationsmittel oder als 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 Potenzials vorhersagen.
Um eine mögliche Oxidations-Reduktions-Reaktion zu bewerten, teilen die Wissenschaftler die Reaktion zunächst in Halbreaktionen auf, die den Verlust von Elektronen oder die Reduktion darstellen. Bei der Kartoffel können sowohl Zink als auch Kupfer Ionen mit positiver Ladung 2 bilden. Die Halbreaktionen sind also Zn+2 + 2e- –> Zn und Cu+2 + 2e- –> Cu.
Der nächste Schritt besteht darin, die Richtung des Elektronenflusses zu bestimmen. Der Experimentator tut dies unter Verwendung einer Tabelle von Standardreduktionspotentialen, die ein Potential für jede Halbreaktion angibt. Wenn die Richtung der Halbreaktion umgekehrt wird, hat ihr Potenzial die gleiche Größe, aber ihr 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, sodass Zink bei dieser Reaktion als Reduktionsmittel fungiert. Die Gesamtreaktion in der Kartoffelbatterie ist Zn + Cu + 2 –> Zn + 2 + Cu, die 1.10 Volt Elektrizität im Verbindungsdraht der Leitungen erzeugt. Würde das Zinkblei jedoch durch ein Silberblei ersetzt, wäre Kupfer das Reduktionsmittel, da die Halbreaktion von Silber, Ag+ + e-, ein Standard-Reduktionspotential von 0.80 Volt hat. Die Batterie würde 0.46 Volt erzeugen.