Reduktionsmittel

Was ist ein Reduktionsmittel?

Reduktionsmittel werden auch als Reduktoren bezeichnet und sind Stoffe, die Elektronen abgeben und auf diese Weise andere Stoffe reduzieren. Bei diesem Prozess werden die Reduktionsmittel selbst oxidiert.^[1]

Damit sind Reduktionsmittel das Gegenteil von sogenannten Oxidationsmitteln oder Oxidatoren. Während es sich bei Oxidationsmitteln um Substanzen handelt, die Elektronen aufnehmen können, geben Reduktionsmittel Elektronen ab. Deshalb werden Oxidationsmittel auch als Elektronenakzeptor und Reduktionsmittel als Elektronendonator bezeichnet. Im Gegensatz zu Reduktionsmitteln oxidieren Oxidationsmittel, also andere Stoffe und werden dabei selbst reduziert.^[2]

Wie lassen sich Oxidations- und Reduktionsmittel wirtschaftlich nutzen?

Eine wichtige Rolle spielen Reduktionsmittel und Oxidationsmittel für die sogenannte Redoxreaktion, auch Reduktions-Oxidations-Reaktion genannt. Bei dieser chemischen Reaktion überträgt einer der Reaktionspartner Elektronen auf den anderen. Bei jeder Redoxreaktion kommt es also zu einer Elektronenabgabe (Oxidation) sowie zu einer Elektronenaufnahme: Stoff A (Reduktionsmittel) gibt Elektronen ab und Stoff B nimmt die Elektronen auf (Oxidationsmittel). Deshalb wird diese chemische Reaktion auch Elektronenübertragungsreaktion genannt.

In der Regel laufen Oxidationen exotherm ab. Das heißt Licht- oder Wärmeenergie wird abgegeben. Von einem Galvanischen System spricht man dann, wenn Oxidation und Reduktion räumlich getrennt voneinander stattfinden. In diesem Fall kann man den Elektronenfluss nutzen, um Energie zu gewinnen. Anwendungsbeispiele sind Batterien oder Akkumulatoren, wie sie in der Wasserstoff-Brennstoffzellen und der Direktmethanol-Brennstoffzelle zum Einsatz kommen.^[3]

Reduktionsmittel Beispiele: Welche Reduktionsmittel gibt es?

Welche Stoffe dienen als Reduktionsmittel? Ein Reduktor ist beispielsweise der Stoff, der einer anderen Substanz – zum Beispiel einem Oxid – den Sauerstoff entzieht und dabei selbst oxidiert. So reduziert Koks unter extremer Hitze Eisenerz, oxidiert dabei selbst und wird zu Kohlendioxid. Genau wie die Reduzierung von Eisenoxid zu Eisen läuft diese Reaktion im Hochofen ab.^[1]

Auch die Verbrennung von Magnesium zu Magnesiumoxid ist ein gutes Beispiel für das Wechselspiel zwischen Oxidationsmittel und Reduktionsmittel. Der Sauerstoff agiert hier als Oxidationsmittel, während das Magnesium das Reduktionsmittel darstellt. Die Verbrennung verläuft stark exotherm.

Eine exotherme Redoxreaktion, die der Brennstoffzelle als Grundlage dient, ist die Verbrennung von Wasserstoff zu H2O. Hierbei gibt der Wasserstoff Elektronen ab, fungiert also als Reduktionsmittel, während der Sauerstoff Elektronen aufnimmt und damit als Oxidationsmittel auftritt.^[4] Die Brennstoffzelle fungiert hier als galvanisches Element, als elektrochemischer Energiewandler. Kontinuierlich findet hierbei eine Redoxreaktion statt, bei der durch den Fluss der Elektronen Energie erzeugt wird. Geeignete Reduktionsmittel sind zum Beispiel Wasserstoff sowie die Brennstoffe Methanol oder Erdgas. Als Oxidationsmittel dient unter anderem Sauerstoff.^[6]

Was ist das beste Reduktionsmittel?

Für die Frage, ob sich eine Substanz als Reduktions- oder als Oxidationsmittel eignet, sind vor allem zwei Dinge entscheidend: die Oxidationsstufe des Stoffs und die Beschaffenheit des jeweiligen Reaktionspartners. Es ist also wichtig, welcher der miteinander reagierenden Stoffe Elektronen aufnimmt und welcher sie abgibt.

So sind Reduktionsmittel sehr leicht in der Lage, ihre Elektronen abzugeben. Oxidationsmittel dagegen nehmen sehr leicht Elektronen auf. Der Grund: Durch die Aufnahme weiterer Elektronen steigen sie in der begehrten Edelgaskonfiguration auf. Beispiele für Reduktionsmittel sind unedle Metalle. Je unedler das Metall, desto besser seine Performance als Reduktionsmittel.

Ebenfalls starke Reduktionsmittel sind Stoffe mit sehr niedrigen Oxidationszahlen. Dazu zählen Hydride wie Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH4) und Natriumborhydrid (NaH), aber auch Sulfide wie Schwefelwasserstoff (H2S) und Natriumsulfid (Na2S). Weitere Beispiele sind die Thiosulfate (S2o32) sowie die Sulfite Natriumsulfit (Na2SO3), schweflige Säure (H2SO3) und Schwefeldioxid (SO2).^[5] Als stärkstes Reduktionsmittel ist Lithium als stärkstes Oxidationsmittel Fluor aufgeführt.^[7]

Fazit

Die Definition von Reduktionsmitteln fällt leicht: Ein Reduktionsmittel ist ein Stoff, der oxidiert wird, indem er Elektronen abgibt. Deshalb werden Reduktionsmittel auch als Elektronendonatoren bezeichnet. Sie helfen dabei, einen Stoff bei einer Reduktionsreaktion zu reduzieren. Das Gegenteil des Reduktionsmittels ist das Oxidationsmittel beziehungsweise der Elektronenakzeptor. Es sorgt bei einer Reduktion dafür, dass eine Substanz oxidiert wird. Bei einer Redoxreaktion reagieren Oxidations- und Reduktionsmittel unter Abgabe von Wärme miteinander. Dieses Prinzip macht sich die Brennstoffzellen-Technologie zunutze, die durch das Fließen der Elektronen Wärme und damit Energie erzeugt.