Opprinnelig ble ordet reduksjon i kjemien brukt om prosesser hvor malm blir redusert til metall. Det ble kalt reduksjon fordi malmen har et større volum og masse enn den klumpen metall man får. På slutten av 1700-tallet ble det klart at mange malmer var metalloksider, og at et oksid kunne fremstilles fra et metall ved å reagere med oksygengass. Reaksjoner med oksygen ble kalt oksidasjon. Da innså kjemikere at reduksjon og oksidasjon var motsatte prosesser. Ved reduksjon blir oksygen fjernet og ved oksidasjon blir oksygen tilført metallet.
Et eksempel er fremstilling av jern fra jern(III)oksid ved reduksjon med karbon i form av trekull:
2Fe2O3(s) + 3C(s) → 4Fe(s) + 3CO2(g)
Ser vi nærmere på denne reaksjonen, så vil vi oppdage at her skjer to reaksjoner. Jern(III)oksidet blir redusert til jern, men samtidig blir karbonet oksidert til karbondioksid. At det alltid er to koblete reaksjoner gjelder generelt. Vi kaller derfor en slik reaksjon en redoksreaksjon.
En redoksreaksjon kan utvides til flere reaksjoner om vi konsentrerer oss om hva som skjer med elektronene i prosessen. Antar vi at jern(III)oksid består av ionene Fe3+ og O2- og karbondioksid av ionene C4+ og O2-, vil det viktigste som skjer være dette:
Fe3+ + 3e- → Fe
C → C4+ + 4e-
Ganger vi den øverste ligningen med 4, den nederste med 3 og legger dem sammen får vi:
4F3+ + 3C + 12 e- → 4Fe + 3C4+ + 12e-
Stryker vi elektronene på hver side av pilen får vi:
4Fe3+ + 3C → 4Fe + 3C4+
Legger vi til 6O2- på hver side av pilen og trekker sammen får vi ligningen øverst.
Vi kan nå endre definisjonen at reduksjon og oksidasjon til:
reduksjon er opptak av elektroner
oksidasjon er avgivelse av elektroner
Skal en forbindelse kunne ta opp elektroner og dermed bli redusert, må det samtidig være til stede en forbindelse som kan avgi elektroner og dermed bli oksidert (red-okssystem). De to prosessene må foregå samtidig.
Vi kan nå se på en redoksreaksjon hvor oksygen ikke er med. Settes en sinkstav ned i en løsning som inneholder kobberioner Cu2+, f.eks. en løsning av kobbersulfat, CuSO4, vil sinkatomer løses som sinkioner Zn2+og kobberatomer utfelles på sinkstaven:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e− (oksidasjon)
Cu2+(aq) + 2 e− → Cu(s) (reduksjon)
Totalreaksjonen er: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq)+ Cu(s)
Reaksjonen mellom Zn og Cu2+ er en spontan prosess. Slike kan utnyttes i galvaniske elementer og batterier.
Et reduksjonsmiddel er et stoff som kan redusere et annet og derved selv bli oksidert. I den første reaksjonen ovenfor er karbon reduksjonsmiddelet som reduserer jern(III)oksidet til jern. Samtidig blir karbonet selv oksidert til karbondioksidgass.
Tilsvarende er et oksidasjonsmiddel et stoff som kan oksidere et annet og derved selv bli redusert. I den første reaksjonen ovenfor er jern(III)oksidet oksidasjonsmiddelet som oksiderer karbonet til karbondioksid.