化学において、還元剤(還元物質、還元剤、または電子供与体とも呼ばれる)とは、電子を電子受容体(酸化剤、酸化剤、酸化剤、または電子受容体と呼ばれる)に「供与」する化学種のことである。
一般的な還元剤の例としては、水素、一酸化炭素、アルカリ金属、ギ酸[ 1 ] 、シュウ酸[ 2 ]、亜硫酸塩化合物などが挙げられる。
反応前の状態では、還元剤は余分な電子を持ち(つまり、還元されている)、酸化剤は電子を欠いています(つまり、酸化されている)。これは一般的に酸化状態によって表されます。物質の酸化状態は、電子の損失の度合いを表し、酸化状態が高いほど電子の数は少なくなります。したがって、反応前は、還元剤は通常、可能な低い酸化状態のいずれかにあります。反応中、還元剤の酸化状態は上昇し、酸化剤の酸化状態は低下します。このように、酸化状態が上昇し、「電子を失う/供与する」、「酸化される」、「還元する」物質は還元剤と呼ばれ、酸化状態が低下し、「電子を得る/受け取る/受け取る」、「還元される」、「酸化する」物質は酸化剤と呼ばれます。
例えば、好気性細胞呼吸の全体反応を考えてみましょう。
次の反応を考えてみましょう。
この反応における還元剤はフェロシアン化物([Fe(CN) 6 ] 4−)である。フェロシアン化物は電子を供与し、酸化されてフェリシアン化物([Fe(CN) 6 ] 3− )となる。同時に、その電子は酸化剤である塩素(Cl)に渡される。2 )は塩化物(Cl−)に還元される)
強力な還元剤は電子を容易に失う(または供与する)。原子半径が比較的大きい原子は、より優れた還元剤となる傾向がある。このような原子では、原子核から価電子までの距離が非常に長いため、これらの電子は強く引き付けられない。これらの元素は強力な還元剤となる傾向がある。優れた還元剤は、電気陰性度(原子または分子が結合電子を引き付ける能力)が低い原子で構成される傾向があり、イオン化エネルギーが比較的小さい種も優れた還元剤として機能している。
物質の還元能力の尺度は、還元電位として知られています。[ 3 ]下の表はいくつかの還元電位を示しており、符号を反転させることで酸化電位に変換できます。還元剤は、還元電位をランク付けすることで、強さの順にランク付けできます。還元剤は酸化剤に電子を与え(つまり「還元」し) 、酸化剤は還元剤によって「還元される」と言われます。還元剤は、還元電位がより負の値であるほど強く、還元電位がより正の値であるほど弱くなります。還元電位がより正の値であるほど、その物質の電子に対する親和性と還元される傾向(つまり、電子を受け取る傾向)が大きくなります。次の表は、25 °C における各還元剤の還元電位を示しています。たとえば、ナトリウム(Na)、クロム(Cr)、銅(Cu + )、塩化物(Cl − ) の中で、Na が最も強い還元剤であり、Cl −が最も弱い還元剤です。言い換えれば、Na + はこのリストの中で最も弱い酸化剤であり、Cl が最も強い酸化剤です。
一般的な還元剤には、カリウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、マグネシウムなどの金属、および水素化物H −イオンを含む化合物(NaH 、 LiH 、 [ 5 ] LiAlH 4 、 CaH 2など)が含まれます。
元素や化合物の中には、還元剤と酸化剤の両方の性質を持つものがある。水素ガスは、非金属と反応する際には還元剤として働き、金属と反応する際には酸化剤として働く。
水素(還元電位は0.0)は、還元剤であるリチウム(還元電位は-3.04)から電子供与を受けるため、酸化剤として作用し、リチウムが酸化され、水素が還元される。
水素は還元剤として働き、フッ素に電子を与えることでフッ素の還元を促す。
還元剤と酸化剤は腐食の原因となるものであり、腐食とは「電気化学的活動の結果としての金属の劣化」である。[ 3 ]腐食には陽極と陰極が必要である。陽極は電子を失う元素(還元剤)であり、したがって陽極では常に酸化が起こり、陰極は電子を得る元素(酸化剤)であり、したがって陰極では常に還元が起こる。酸化電位に差があるときはいつでも腐食が起こる。この差が存在すると、電気的接続と電解質の存在を前提として、陽極金属が劣化し始める。

歴史的に、還元とは化合物から酸素を取り除くことを指していたため、「還元」という名前が付けられました。[ 7 ]この現象の一例は、大酸化イベント中に発生しました。このイベントでは、生物学的に生成された分子状酸素(二酸素(O2)、酸化剤および電子受容体)が、もともとメタン(CH4)や一酸化炭素(CO)などの還元性ガス(および他の電子供与体)を含む弱還元性大気であった初期の地球の大気に加わりました。 [ 8 ]生成された酸素は、これらの還元剤や他の還元剤(特に海水に溶けた鉄)と反応して除去されるため、実質的に酸素は存在しませんでした。水生光合成シアノバクテリアは、水を還元剤として使用して、この分子状酸素を老廃物として生成しました。[ 9 ]このO 2 は、最初は海洋に溶解した二価鉄(Fe(II) − は +2 の酸化状態の鉄を意味する) を酸化して、不溶性の三価鉄酸化物 (Fe(II) は酸化剤に電子を奪われて Fe(III) − は +3 の酸化状態の鉄を意味する) を形成し、それが海底に沈殿して縞状鉄鉱層を形成し、それによって酸素 (と鉄) が除去されました。酸素の生成速度は、最終的に酸素を除去する還元物質の利用可能性を上回り、その結果、地球は酸素が豊富な強い酸化性大気 (現代の大気のように) を獲得しました。[ 10 ]電子を供与するという現代の意味は、この考え方の一般化であり、他の成分も酸素と同様の化学的役割を果たすことができることを認めています。
酸化鉄(III)の生成;
上記の式において、鉄(Fe)の酸化数は反応前は0、反応後は3+です。酸素(O)の酸化数は反応前は0、反応後は2−に減少します。これらの変化は、同時に起こる2つの「半反応」と見なすことができます。
鉄(Fe)は酸化数が増加したため酸化されました。鉄は酸素(O₂)に電子を与えたため還元剤です。酸素(O₂ )は酸化数が減少したため還元され、鉄(Fe)から電子を奪ったため酸化剤です。
彼の
『化学の基礎論』
の中で、
彼は
燃焼が大気中の酸素と可燃物との化学結合から成ることを明確に確立した[...]。世紀末までに、彼の考えは広く受け入れられ、呼吸や光合成といったより複雑なプロセスにもうまく応用された。酸素が消費される反応は酸化に分類され、酸素が失われる反応は還元と呼ばれた。