환원제

화학에서 환원제(환원제, 환원제 또는 전자 공여체라고도 함)는 전자 수용체(산화제, 산화제, 산화제 또는 전자 수용체라고 함)에 전자를 "기증"하는 화학 종이다.일반적으로 환원제인 물질의 예로는 지구 금속, 포름산, 옥살산 및 아황산 화합물이 있습니다.

반응 전 상태에서 환원제는 여분의 전자를 가지고 있고(즉, 스스로 환원된다), 산화제는 전자가 부족하다(즉, 스스로 산화된다).환원제는 일반적으로 낮은 산화 상태에 있습니다.전자 손실 정도를 나타내는 산화 상태는 환원제의 산화 상태는 증가하는 반면 산화제의 산화 상태는 감소합니다.산화환원반응에서 산화상태가 증가하는 물질, '전자를 상실/기증'하는 물질, '전자를 환원'하는 물질을 환원제 또는 환원제, 산화상태가 감소하는 물질, '전자를 획득/수용/수신'하는 물질을 산화제 또는 산화제라고 한다.

예를 들어, 유산소 세포 호흡에 대한 전반적인 반응을 고려합니다.

CHO₆₁₂₆(s) + 6O₂(g) → 6CO₂(g) + 6HO₂(l)

산소(O₂)가 감소하기 때문에 산화제입니다.포도당(CHO₆₁₂₆)이 산화되어 환원제입니다.

유기화학에서 환원이란 보통 분자에 수소를 첨가하는 것을 말한다.예를 들어 산화제 벤젠은 수소화에 의해 시클로헥산으로 환원된다.

CH₆₆ + 3H₂ → CH₆₁₂

이 기사는 수소화가 아니라 전자 전달에 관한 것이다.

특성.

다음 반응을 고려합니다.

2 [Fe(CN)]+₆⁴⁻ Cl
₂ → 2 [Fe(CN)]+₆³⁻ 2 Cl⁻

이 반응에서 환원제는 페로시안화물([Fe(CN)])₆⁴⁻이다.그것은 전자를 기증하여 펠리시안화물([Fe(CN)])₆³⁻로 산화된다.동시에 이 전자를 산화제
₂ 염소(Cl)에 받아 염화물(Cl⁻
)로 환원한다.

강한 환원제는 쉽게 전자를 잃거나 기증합니다.상대적으로 원자 반경이 큰 원자가 더 좋은 환원제인 경향이 있다.이러한 종에서, 핵에서 원자가 전자까지의 거리는 너무 길기 때문에 이러한 전자는 강하게 끌어당기지 않습니다.이러한 원소는 강한 환원제인 경향이 있습니다.좋은 환원제는 결합 전자를 끌어당기는 원자나 분자의 능력인 전기음성도가 낮은 원자로 구성되는 경향이 있고, 상대적으로 이온화 에너지가 작은 종도 좋은 환원제 역할을 한다.

물질의 감소 능력을 측정하는 척도를 감소 ^[1]잠재력이라고 합니다.아래 표는 부호를 반대로 하면 산화 전위로 바뀔 수 있는 몇 가지 환원 전위를 보여줍니다.환원제는 환원 전위 순위를 매겨 강도를 높여 순위를 매길 수 있다.환원제는 환원제에 의해 환원되는 것으로 알려진 산화제에 전자를 기증합니다.환원제는 음의 환원전위가 높을수록 강해지고 양의 환원전위가 높을수록 약해진다.환원 전위가 더 긍정적일수록 전자에 대한 종의 친화력과 감소 경향(즉, 전자를 받는 경향)이 더 커진다.아래 표에는 25°C에서 표시된 환원제의 환원 전위가 나와 있습니다.예를 들어 나트륨(Na), 크롬(Cr), 구리(Cu⁺) 및 염화물⁻(Cl) 중 가장 강한 환원제는 Na이며, Cl은⁻ 가장 약한 산화제이며⁺, Cl은 가장 강한 산화제이다.

다양한^[2] 반응의 감소 가능성 v

산화제		환원제	축소 잠재력(V)
${{Li+}+ e-}$	${\=}$	$(\displaystyle {Li})$	−3.04
$({displaystyle {{Na+}+ e-})$		$(\displaystyle\ce {Na})$	−2.71
$({displaystyle {{Mg^{2+}}+2e-}})$		$(\displaystyle\ce {Mg})$	−2.38
$({displaystyle {{Al^{3+}}+3e-}})$		${Al}$	−1.66
$({displaystyle {{2H2O(l)}+2e-}})$		$({displaystyle {{H2(g)}+2OH-}})$	−0.83
$({displaystyle {{Cr^{3+}}+3e-}})$		$(\displaystyle\cr})$	−0.74
$({displaystyle {{Fe^{2+}}+2e-}})$		${Fe}$	−0.44
$({displaystyle {{2H+}+ 2e-})$		$(\displaystyle {H2}})$	0.00
$({displaystyle {{Sn^{4+}}}+2e-}})$		$(\displaystyle {Sn^{2+}})$	0.15
$({displaystyle {{Cu^{2+}}+e-})$		$(\displaystyle {Cu+})$	0.16
${{Ag+}+ e-}$		$(\displaystyle\ce {Ag}$	+0.80
$({displaystyle {{Br2}+2e-})$		$(\displaystyle\ce {2Br-})$	+1.07
$({displaystyle {{Cl2}+2e-})$		$(\displaystyle\ce {2Cl-})$	+1.36
$({displaystyle {{MnO4^{-}}+{8H+}+5e-}})$		${{Mn^{2+}}}+4H2O}}$	+1.49
$({displaystyle {{F2}+2e-})$		$(\displaystyle\ce {2F-})$	+2.87

일반적인 환원제로는 금속 칼륨, 칼슘, 바륨, 나트륨 및 마그네슘과 H 이온을 포함한⁻ 화합물(NaH, LiH,^[3] LiAlH₄ 및 CaH₂)이 있다.

일부 원소 및 화합물은 환원제 또는 산화제일 수 있습니다.수소 가스는 비금속과 반응할 때는 환원제, 금속과 반응할 때는 산화제이다.

2_(s) Li + H_2(g) → 2 LiH_(s)^[a]

수소(환원전위가 0.0인 경우)는 환원제 리튬(환원전위가 -3.04)으로부터 전자공여를 받아 Li를 산화시키고 수소를 환원시키기 때문에 산화제로 작용한다.

H_2(g) + F_2(g) → 2 HF_(g)^[b]

수소는 전자를 불소에 기증하여 불소를 환원시키기 때문에 환원제 역할을 한다.

중요성

환원제 및 산화제는 부식, 즉 "전기화학적 ^[1]활성에 의한 금속의 분해"의 원인이 된다.부식이 일어나려면 양극과 음극이 필요합니다.양극은 전자(환원제)를 잃는 원소이므로 양극에서 항상 산화가 발생하고 음극은 전자(산화제)를 얻는 원소이므로 음극에서 항상 환원이 발생한다.산화 전위에 차이가 있을 때마다 부식이 발생합니다.이것이 존재하면 전기적 연결과 전해질의 존재로 인해 양극 금속이 열화되기 시작합니다.

산화환원반응의 예

OIL RIG 니모닉을^[4] 사용한 나트륨과 염소 간의 환원-산화 반응의 예

역사적으로 환원이란 화합물에서 산소가 제거되는 것을 의미하므로 '환원'^[5]이라는 이름이 붙었다.이 현상의 예는 위대한 악서 데이션 이벤트,에서 원래 허약한 감소 분위기( 고르와 함께 메탄(CH4)과 일산화 탄소(카이 트리아 오닐)처럼을 줄이는 기체를 함유하고 있는이 초기 지구의 대기에 추가되었다 분자 산소(dioxygen(O2), 산화제와 전자 받는 사람)biologically−produced 동안에 일어났다.her 전자 ^[6]공여체)와 실질적으로 산소가 없는 것은 생성된 모든 것이 이러한 환원제 또는 다른 환원제(특히 바닷물에 용해된 철과 반응하여 제거되기 때문이다.물을 환원제로 하여 수생 광합성 시아노박테리아가 폐기물로 이 분자산소를 ^[7]생성하였다.이 O는₂ 처음에 바다의 용해된 철 철(Fe(II) - 산화 상태의 철)을 산화하여 철(II)과 같은 불용성 철 산화물을 형성하였다(Fe(II) - 산화 상태의 철(II) - 산화 상태의 철(Fe(III) - 산화 상태의 철(Fe(I) - 산화 상태의 철(Fe(II) - 산화 상태의 철)이 되어 해저로 침전자를 형성됨).산소(및 철분)를 제거한다.산소의 생산 속도는 결국 산소를 제거하는 환원 물질의 가용성을 초과했고, 이것은 궁극적으로 지구가 풍부한 산소를 포함한 강한 산화 ^[8]대기를 얻도록 이끌었다.전자를 기증하는 현대적 감각은 다른 성분들이 산소와 유사한 화학적 역할을 할 수 있다는 것을 인정하면서, 이 생각을 일반화한 것입니다.

산화철(III)의 형성

4Fe + 3O₂ → 4Fe³⁺ + 6O²⁻ → 2FeO₂₃

상기 식에서 철(Fe)의 산화수는 반응 전 0, 반응 후 3+이다.산소(O)의 경우 산화 수치가 0으로 시작되어 2-로 감소했습니다.이러한 변경은 동시에 발생하는 두 가지 "반쪽 반응"으로 볼 수 있습니다.

산화 반반응:Fe⁰ → Fe³⁺ + 3e⁻
반작용 감소:O₂ + 4e⁻ → 2²⁻ O

철(Fe)은 산화수가 증가하여 산화되었습니다.철은 산소(O₂)에 전자를 주었기 때문에 환원제이다.산소(O₂)는 산화수가 감소했기 때문에 감소했고, 철(Fe)로부터 전자를 흡수했기 때문에 산화제이다.

공통 환원제

매우 강력한 환원제인 리튬₄ 수소화 알루미늄(LiAlH)
Red-Al(NaAlH₂(OCHCHOCH₂₂₃)),₂ 리튬 수소화 알루미늄의 보다 안전하고 안정적인 대안
적절한 촉매(예: 린들라 촉매)가 없거나 촉매가 있는 수소
나트륨아말감(Na(Hg))
나트륨납합금(Na+Pb)
아연 아말감(Zn(Hg))(Clemmensen 환원제)
디보란
수소화붕소나트륨(NaBH)₄
철과²⁺ 같은 Fe 이온을 함유하는 화합물II) 황산염
주석과 같은 Sn 이온을 포함하는²⁺ 화합물II) 염화물
이산화황(산화제로도 사용), 아황산염 화합물
디티오네이트(예₂₂₆: NaSO)
티오황산염, 예를 들어 NaSO₂₂₃(주로 분석 화학)^[9]
요오드화물, 예: KI(주로 분석 화학)
과산화수소(HO
₂
₂) – 대부분 산화제이지만 때때로 환원제 역할을 할 수 있습니다(일반적으로 분석 화학에서).
히드라진(볼프-키슈너 환원)
다이소부틸알루미늄수소화물(DIBAL-H)
옥살산(CHO
₂
₂
₄)
포름산(HCOOH)
아스코르브산(CHO₆₈₆)
환원당(예: 에리트로오스)은 알도스를 참조한다.
인산, 하이포인산 및 인산
Dithiothreitol(DTT) – S-S 결합을 피하기 위해 생화학 실험실에서 사용
일산화탄소(CO)
수화학 야금 공정의 시안화물
카본(C)
트리스-2-카르복시에틸포스핀염산염(TCEP)

「」를 참조해 주세요.

부식 – 환경과의 화학반응에 의한 물질의 점진적 파괴
전기화학 – 화학 분과
전해질 – 물에서 해리가 용액에서 전류를 전달하는 이온을 해방시키는 이온성 고체
전자수용체 – 전자를 수용할 수 있는 화학적 실체
전자 공여체 – 다른 실체에 전자를 공여할 수 있는 화학적 실체
전기합성
레독스 – 원자의 산화 상태가 변화하는 화학 반응
환원 등가
유기적 환원
산화제 – 화학반응에서 다른 물질을 산화시키기 위해 사용되는 화합물

메모들

^ 반반응: 2Li⁰_(s) → 2Li⁺_(s) + 2e⁻ :::: H₂⁰_(g) + 2e⁻ → 2H⁻_(g)
^ 반반응:H₂⁰_(g)₂⁰_(g) → 2 H⁺_(g) + 2⁻ e ::: F + 2 e⁻ → 2 F⁻_(g)

레퍼런스

^ ^a ^b "Electrode Reduction and Oxidation Potential Values". www.EESemi.com. Retrieved 12 July 2021.
^ "Standard Electrode Potentials". hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Retrieved 29 March 2018.
^ Aufray M, Menuel S, Fort Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (2009). "New Synthesis of Nanosized Niobium Oxides and Lithium Niobate Particles and Their Characterization by XPS Analysis" (PDF). Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (8): 4780–4789. doi:10.1166/jnn.2009.1087. PMID 19928149.
^ "Metals". Bitesize. BBC.
^ Olson, Maynard V. "oxidation-reduction reaction". Britannica. Retrieved 3 May 2022. In his Traité élémentaire de chimie, he clearly established that combustion consists of a chemical combination between oxygen from the atmosphere and combustible matter [...]. By the end of the century, his ideas were widely accepted and had been successfully applied to the more complex processes of respiration and photosynthesis. Reactions in which oxygen was consumed were classified as oxidations, while those in which oxygen was lost were termed reductions.
^ Kasting, J.F. (2014). "Modeling the Archean Atmosphere and Climate". Treatise on Geochemistry. Elsevier. pp. 157–175. doi:10.1016/b978-0-08-095975-7.01306-1.
^ Buick, Roger (August 27, 2008). "When did oxygenic photosynthesis evolve?". Philosophical Transactions of the Royal Society B. 363 (1504): 2731–2743. doi:10.1098/rstb.2008.0041. ISSN 0962-8436. PMC 2606769. PMID 18468984.
^ Sosa Torres, Martha E.; Saucedo-Vázquez, Juan P.; Kroneck, Peter M.H. (2015). "Chapter 1, Section 2: The rise of dioxygen in the atmosphere". In Kroneck, Peter M.H.; Sosa Torres, Martha E. (eds.). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences volume 15. Vol. 15. Springer. pp. 1–12. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_1. ISBN 978-3-319-12414-8. PMID 25707464.
^ "Cathodic Stripping Voltammetric Procedure for Determination of Some Inorganic Arsenic Species in Water, Soil and Ores Samples" (PDF).

추가 정보

"화학적 원리:Quest for Insight", 제3판.피터 앳킨스와 로레타 존스 p.F76

외부 링크

Wayback Machine에서의 환원제 강도를 정리한 표(2011년 6월 11일 아카이브)

[4] 반반응: 2Li⁰_(s) → 2Li⁺_(s) + 2e⁻ :::: H₂⁰_(g) + 2e⁻ → 2H⁻_(g)

[5] 반반응:H₂⁰_(g)₂⁰_(g) → 2 H⁺_(g) + 2⁻ e ::: F + 2 e⁻ → 2 F⁻_(g)

[sfe-1] "Electrode Reduction and Oxidation Potential Values". www.EESemi.com. Retrieved 12 July 2021.

[2] "Standard Electrode Potentials". hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Retrieved 29 March 2018.

[3] Aufray M, Menuel S, Fort Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (2009). "New Synthesis of Nanosized Niobium Oxides and Lithium Niobate Particles and Their Characterization by XPS Analysis" (PDF). Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (8): 4780–4789. doi:10.1166/jnn.2009.1087. PMID 19928149.

[6] "Metals". Bitesize. BBC.

[Britannica-7] Olson, Maynard V. "oxidation-reduction reaction". Britannica. Retrieved 3 May 2022. In his Traité élémentaire de chimie, he clearly established that combustion consists of a chemical combination between oxygen from the atmosphere and combustible matter [...]. By the end of the century, his ideas were widely accepted and had been successfully applied to the more complex processes of respiration and photosynthesis. Reactions in which oxygen was consumed were classified as oxidations, while those in which oxygen was lost were termed reductions.

[Kasting_2014_pp._157–175-8] Kasting, J.F. (2014). "Modeling the Archean Atmosphere and Climate". Treatise on Geochemistry. Elsevier. pp. 157–175. doi:10.1016/b978-0-08-095975-7.01306-1.

[Buick,_R._2008-9] Buick, Roger (August 27, 2008). "When did oxygenic photosynthesis evolve?". Philosophical Transactions of the Royal Society B. 363 (1504): 2731–2743. doi:10.1098/rstb.2008.0041. ISSN 0962-8436. PMC 2606769. PMID 18468984.

[10] Sosa Torres, Martha E.; Saucedo-Vázquez, Juan P.; Kroneck, Peter M.H. (2015). "Chapter 1, Section 2: The rise of dioxygen in the atmosphere". In Kroneck, Peter M.H.; Sosa Torres, Martha E. (eds.). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences volume 15. Vol. 15. Springer. pp. 1–12. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_1. ISBN 978-3-319-12414-8. PMID 25707464.

[11] "Cathodic Stripping Voltammetric Procedure for Determination of Some Inorganic Arsenic Species in Water, Soil and Ores Samples" (PDF).

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