Reductie (scheikunde)

Natrium en fluor vormen een ionbinding door middel van een redoxreactie. Natrium staat zijn buitenste elektron af aan het fluoratoom. Het natrium wordt geoxideerd en het fluor wordt gereduceerd

Reductie is het scheikundige proces waarbij een stof (de oxidator) elektronen opneemt van een andere stof (de reductor). De oxidator wordt gereduceerd tot een reductor. Reductie vindt nooit op zichzelf plaats; de elektronen moeten immers ergens vandaan komen. Reductie is dus altijd slechts de helft van het gehele proces, de andere helft is de oxidatie. Waar een deeltje elektronen opneemt (reductie), staat er dus ook een deeltje elektronen af (oxidatie). Het is dus een redoxreactie.

Een stof die in staat is een andere stof te reduceren, is een reductor. De stof die gereduceerd wordt, neemt de elektronen op en is dus de oxidator. De oxidator wordt gereduceerd, de reductor wordt geoxideerd. Omdat na het opnemen van elektronen deze ook weer afgestaan kunnen worden, ontstaat tijdens de reductie uit de oxidator een reductor.

De term reductie is eerst gebruikt om de bereiding van metalen te beschrijven. Door de massa van het erts te reduceren (oftewel verminderen), werd het metaal verkregen. Na ontwikkeling van de ionentheorie was het ook mogelijk reductie te beschrijven als het verminderen van de lading van de metaalionen. Uiteindelijk heeft reductie een bredere betekenis gekregen: het opnemen van elektronen.

Voorbeelden

Het reductiegedeelte van een redoxreactie is de halfreactie van de reactie. De andere helft van de reactie, de oxidatie, wordt buiten beschouwing gelaten.

IJzer maken

{\ce {Fe^3+ + 3e- -> Fe(s)}}

In ertsen komt ijzer meestal als Fe³⁺ voor, doorgaans als oxide of carbonaat. In hoogovens wordt koolmonoxide als reductor toegevoegd, waardoor het metaal ijzer ontstaat.

IJzer(II)zouten

In plaats van tot het metaal ijzer kan Fe³⁺ ook tot Fe²⁺ gereduceerd worden.

{\ce {Fe^3+ + e- -> Fe^2+}}

Fe³⁺ is de oxidator die het elektron opneemt en daarmee gereduceerd wordt tot Fe²⁺. Het ontstane Fe²⁺-ion is een speciaal deeltje. In tegenstelling tot Fe³⁺, dat alleen gereduceerd kan worden, en het metaal ijzer, dat alleen geoxideerd kan worden, kan Fe²⁺ zowel geoxideerd als gereduceerd worden.

Sommige bacteriën zijn ook in staat deze reactie uit te voeren. In plaats van zuurstof wordt Fe³⁺ gebruikt als elektronenacceptor. Vaak wordt ook sulfaat omgezet in sulfide. Het ontstane Fe²⁺ reageert met het ook gevormde S²⁻ tot FeS. De zwarte kleur die je minder dan een schep diep in het natte strand of het wad ziet, is daarvan het gevolg

{\ce {Fe2(SO4)3 + 16H+ + 18e- -> 2FeS + SO4^2- + 8H2O}}

Elektrolyse

In de elektrolyse lijkt het alsof er pure reductie plaatsvindt. Als je alleen kijkt naar de negatieve elektrode dan schijnt dat te kloppen. Op de kathode ontstaat het metaal uit zijn zout. Voor een elektrolyse zijn echter altijd twee elektrodes nodig. Aan de anode vindt een oxidatie plaats.

Deze methode van reductie wordt toegepast bij zeer onedele metalen als aluminium, de alkali- en de aardalkali-metalen worden op deze manier bereid uit hun zouten.

De verschillende reductiestadia tussen kooldioxide en methaan

Organische chemie

In de organische chemie gaat de opname van elektronen vaak samen met de opname van waterstofatomen en soms het verlies van zuurstof uit de molecule. De stof met de meeste waterstofatomen is vaak in hogere mate gereduceerd. Een voorbeeld is hiernaast weergegeven met de reductie van koolstofdioxide (O=C=O), via mierenzuur, methanal, methanol naar methaan (CH₄). De stoffen hieronder staan zo gerangschikt dat de onderste stof het meest gereduceerd is.

Heteroatomen zoals zuurstof en stikstof hebben een grotere elektronegativiteit dan koolstof, dus wanneer een koolstofatoom een binding vormt met een heteroatoom, verliest het elektronendichtheid en wordt het dus geoxideerd. Omgekeerd geldt hetzelfde: waterstof is minder elektronegatief dan koolstof, dus wanneer een koolstofatoom een binding vormt met waterstof, neemt de elektronendichtheid toe en wordt het dus gereduceerd.

Zie ook