Vad är redoxpotential?

Redoxpotential, även känd som standardelektrodpotential, är ett mått på hur lätt ett ämne förlorar eller får elektroner i en reduktion-oxidations- eller ”redox”-reaktion, en kemisk reaktion där en reaktant reduceras och den andra oxideras. Elektroner rör sig från reduktionsmedlet till oxidationsmedlet. Detta kan uttryckas som en elektrisk potential mellan de två och mäts i volt. Ett negativt värde indikerar ett reduktionsmedel, med en tendens att förlora elektroner, och ett positivt värde indikerar ett oxidationsmedel, med en tendens att ta emot elektroner. Redoxpotentialen betecknas ibland med E°.

Rent praktiskt kan redoxpotential endast mätas för par av ämnen, och om elektroner strömmar från eller till en given kemikalie beror på den andra medlemmen av paret. Det är därför ett relativt, snarare än ett absolut, värde. För att fastställa standardvärden för grundämnen, föreningar och joner, utförs redoxpotentialmätning mot en ”standard” av väte, som antas ha en E° på noll, så alla sådana värden är relativa till väte.

För att bestämma E° för ett givet ämne konstrueras en elektrokemisk cell bestående av två halvceller. Den ena består av H+-joner och neutralt väte i jämvikt och är känd som en standardväteelektrod. Den andra innehåller ämnet som ska testas, återigen med joniska och neutrala former i jämvikt. De två är sammanlänkade av en saltbrygga som innehåller en lämplig elektrolyt och cellen är ansluten till en voltmeter, vilket fullbordar kretsen. Där det finns en skillnad i redoxpotential, kommer elektroner att försöka flöda åt det ena eller andra hållet, vilket skapar en potentialskillnad som mäts av voltmetern – i det här fallet används en högresistansvoltmeter för att förhindra eventuella faktiska flöden av nuvarande, eftersom detta skulle minska potentialen.

Om elektroner strömmar från vätehalvcellen till den andra har ämnet en positiv redoxpotential och är i detta sammanhang ett oxidationsmedel. Om elektroner flyter åt andra hållet är E° negativ, vilket indikerar ett reduktionsmedel. Termerna ”oxiderande” och ”reducerande” som de används här är relaterade till väte – kemikalien som testas kan bete sig annorlunda jämfört med ett annat medel. Till exempel, i detta scenario fungerar väte som ett reducerande eller ett oxidationsmedel, beroende på vad som finns i den andra halvcellen.

På detta sätt har en standard redoxpotentialtabell sammanställts, som visar E°-värdena för olika ”halvreaktioner” som involverar tillsats av elektroner till ett givet medel, vilket skulle vara fallet i ena halvan av en redoxreaktion. Redoxpotentialen för en litiumjon som får en elektron visas till exempel som halvreaktionen: Li+ + e- -> Li med ett E°-värde på -3.05 volt, vilket indikerar att litium är ett starkt reduktionsmedel. Värdet för bildning av kloridjoner genom tillsats av elektroner till klor visas som Cl2 + 2e- ->2Cl- med en E° på +1.36 volt, så klor är ett oxidationsmedel. Genom att känna till redoxpotentialerna för två ämnen är det möjligt att förutsäga om en redoxreaktion mellan dem är teoretiskt möjlig.