YÜKSELTGENME-İNDİRGENME
( REDOKS) TEPKİMELERİ
Elektron
alış-verişinin olduğu tepkimelere yükseltgenme-indirgenme yada redoks
tepkimeleri denir.
Yükseltgenme Bir maddenin elektron vermesi olayıdır.
Zn0 --> Zn+2 + 2e-
burada Zn0 dan Zn+2 ye 2 e- vererek yükseltgenmiştir.
İndirgenme Bir maddenin elektron alması olayıdır.
Cu+2
+ 2e- --> Cu0
Cu0 bu olayda Cu+2' den 2e- alarak Cu0
a indirgenmiştir.
*Bu iki tepkimenin tek başına olması imkansızdır. Redoks tepkimelerinde
mutlaka en az bir indirgenen ve birde yükseltgenen madde olmalıdır.
5Fe+2
+ MnO4-1
+ 8H+ --> 5Fe+3 +
Mn+2 + 4H2O
yükseltgenme
indirgenme yükseltgenme
indirgenme
Yukarıdaki tepkime incelendiği zaman Fe+2 iyonu Fe+3 iyonuna yükseltgenirken
Mn+5 iyonu da 3 elektron alarak Mn+2 iyonuna indirgenmiştir. Burada Fe+2
iyonu indirgendir; Çünkü Mn+5 iyonunu Mn+2 iyonuna indirgemiştir. MnO4-
iyonu ise yükseltgendir; Çünkü Fe+2 iyonunu Fe+3 iyonuna yükseltgemiştir.
*Yukarıdaki ifadeye göre yükseltgenen madde inidirgen, indirgenen madde
yükseltgen özellik gösterir diyebiliriz.
* Elektron veren madde yükseltgenir.(indirgendir)
* Elektron alan madde indirgenir.(yükseltgendir)
* En iyi elektron veren metaller en aktiftir.
Pil Redoks tepkimelerinin elektrik enerjisi
üretebilecek şekilde düzenlenmesiyle yapılmış sistemlere elektrokimyasal
pil denir. Elektronun akış yönü
Zn
Cu
Anot
Katot
(elektrot)
(elektrot)
1 M Zn+2
1 M Cu+2
Tuz köprüsü
Elektrot Yükseltgenme ve inidirgenme olaylarının
olduğu kısımlardır.
Elektrolit Elektrik akımını
ileten iyonik çözeltilerdir. Yukarıdaki pilde Zn+2 ve Cu+2 çözeltileri
birer elektrolittirler.
Yukarıdaki pilin çalışabilmesi için anottan katota
sürekli bir elektron akışının sağlanması gerekir. Burada Zn(k)
çubuğun çözünerek Zn --> Zn+2 + 2e-
Zn elektron verecek ve zamanla Zn çubuğun kütlesi azalacak, 2. Kaptaki
Cu+2 iyonları da bu elektronları alarak Cu+2 + 2 e- -->
Cu tepkimesine göre Cu çubuğun üzerinde toplanacak ve katotun kütlesi
zamanla artacaktır.
Zn0 --> Zn+2 + 2e- Anot yarı tepkimesi (yükseltgenme) E0=
0,76 volt
Cu+2 + 2e- -->
Cu0 Katot yarı tepkimesi (indirgenme)E0= 0,34volt
----------------------------------------------------
Zn + Cu+2
---> Cu + Zn+2 (pil tepkimesi)
Epil =1,10volt
Tuz köprüsü Zn nun bulunduğu kapta zamanla
pozitif yük fazlalığı ve Cu ın bulunduğu kapta da negatif yük fazlalığı
olacaktır. Bu yükleri iyon akışıyla dengeleyebilmek için kurulan içi genellikle
iyonik tuzların çözeltisiyle dolu olan bir sistemdir.
Pil gerilimi Elektron alıp verme eğiliminin
ölçüsüne pil gerilimi denir.
Epil = Eanot + Ekatot
İki yarı pil tepkimesinin yükseltgenme potansiyelleri verildiği zaman
potansiyeli büyük olan her zaman anot, küçük olan ise katot olacak şekilde
tepkimeler düzenlenerek (küçük olan ters çevrilerek) pil tepkimesi ve
potansiyeli hesaplanabilir.
* Bir tepkime ters çevrildiğinde E0 işaret değiştirir.
* Bir tepkime bir sayıyla çarpıldığında E0 bu sayıyla
çarpılmaz, çünkü E0 pilin büyüklüğüne değil ortamdaki
maddelerin derişimine bağlıdır.
Örnek Zn -->
Zn+2 + 2e- E0 = 0,76 volt
Ag --> Ag+ + e-
E0 = -0,80 volt
pil tepkimesi ve pilin potansiyeli ne olur ?
Çözüm Yükseltgenme gerilimlerine
bakıldığı zaman Zn>Ag olduğu görülür. O zaman Zn anot (yükseltgenecek),
Ag ise katot(indirgenecek). Zn tepkimesi aynen alınırsa yükseltgenme olur,
Ag tepkimesi ters çevrilirse indirgenme olur. Redoks tepkimelerinde alınan
elektron sayısı verilen elektron sayısına eşit olmalıdır. Bu yüzden Ag
nin olduğu tepkime 2 ile çarpılmalı fakat E0 bu
sayıyla çarpılmamalıdır.
Zn --> Zn+2 + 2e-
E0 = 0,76 volt
2Ag+ + 2e- --> Ag
E0= 0,80 volt
Zn + 2Ag+ --> Zn+2
+ 2Ag Epil = 1,56 volt
*Yükseltgenme gerilimi büyük olan yükseltgenir, indirgenme gerlimi büyük
olan indirgenir.
* Epil >0 ise pil kendiliğinden çalışır, küçükse çalışmaz.
* Elektron daima anottan katota doğru akar.
* Kütlesi azalan anottur.
* + yüklü iyonlar tuz köprüsü vasıtasıyla her zaman anottan katota doğru
akar.
Derişim Pilleri Anot ve katotun aynı
maddelerden yapılmış olduğu pillerdir. Derişimi büyük olan kap anot küçük
olan ise katottur. Bu piller her iki kaptaki çözeltilerin derişimleri
eşit oluncaya kadar çalışırlar, derişimler eşit olunca pil gerilimi sıfır
olur.
e- akışı
Cr
Cr
Anot
Katot
2 M Cr+3
1 M Cr+3
Derişim pili
Elektroliz Kendiliğinden yürümeyen redoks
tepkimelerinin dışarıdan enerji verilmesiyle gerçekleştirilmesine elektroliz
denir. Elektroliz maddelerin saflaştırılmasında ve bileşiklerin elementlerine
ayrıştırılmasında kullanılan kimyasal bir yöntemdir.
e- akış yönü + dan -
üreteç
+
-
Anot Cl-
Na+ Katot
2Cl- --> Cl2 + 2e-
Na+ + e- --> Na
Şekilden de görüldüğü gibi anyonlar anoda, katyonlar katoda giderek
açığa çıkmaktadır. Eğer ortamda su varsa suyunda elektroliz olacağı unutulmamalıdır.
Suyun elektrolizinde anot ve katot reaksiyonları aşağıdaki
gibidir.
Anot reaksiyonu
: 2H2O --> 4H+ + O2(g) + 4e-
Katot reaksiyonu
: 2H2O + 2e- --> H2(g) + 2OH-
Bir tepkimede 1 Faradaylık akım 1 eşdeğer ağırlıkta madde açığa
çıkarır.
1 Faraday 1 mol elektron= = 96500 coulomb dur.
Eşdeğer Ağırlık = Atom ağırlığı/ etki değeri
Örnek 1 Faradaylık akımla NaCl çözeltisi
elektroliz edilse açığa çıkan Na miktarı = 23/1 = 23 gram .(Na=23)
Örnek 0,5 Faradaylık akımla CuCl2 çözeltisi elektroliz
edilse( Cu=64) 1 Faraday = 64/ 2=32 gram.
1 Faraday 32 gram açığa çıkardığına göre 0,5 Faraday 16 gram Cu açığa
çıkarır.
* Aktif olan element daima kendinden daha az aktif olan elementi serbest
hale geçirebilir.
M= Q= I.t 96500.n
ASİDİK VE BAZİK ORTAMLARDA REDOKS TEPKİMELERİNİN
DENKLEŞTİRİLMESİ
Redoks reaksiyonları elektron alış verişi olan reaksiyonlardır.
Bunlara yükseltgenme - indirgenme reaksiyonları da denir. Böyle reaksiyonlarda,
genellikle elektronun verildiği ve alındığı elementi bulmak için söz konusu
reaksiyona giren her elementin yükseltgenme basamağının bilinmesi gerekir.
1- Oksijen bir kaç istisnayla ( OF2, H2O2, KO2 de -1) bütün bileşiklerinde
-2 değerlik alır.
2- Hidrojen bir kaç istisnayla ( CaH2, UH3 de -1 ) bütün bileşiklerinde
+1 yükseltgenme basamağındadır.
3- Flor bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağındadır.
4- Cl, Br, I, oksijenli ve kendi aralarında verdikleri bileşikler hariç,
bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağındadır.
5- Alkali metaller (1A) +1, Toprak alkali (2A) metaller +2 yükseltgenme
basamağında bulunurlar.
6- Elementlerin yükseltgenme basamakları sıfırdır.
7- İyonların yükü yükseltgenme basamaklarının toplamına eşittir.
8- Moleküllerde yükseltgenme basamakları toplamı sıfırdır.
Asidik
Ortamda İyonik Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi :
1- İskelet reaksiyon üzerinde elementlerin yükseltgenme basamakları tayin
edilir.
2- Alınan ve verilen elektron sayıları belirlenir.
3- Redoks reaksiyonlarında alınan elektron verilen elektrona eşit olduğundan
elektron sayıları uygun sayılarla çarpılarak eşitlenir.
4- Yukarıda bulunan sayılar ilgili bileşik yada elementlere katsayı olarak
yazılır.
5- Redoks reaksiyonlarında atom sayılarının denkliğinden başka yük denkliğinin
de korunması gerekir. Bunun için de uygun tarafa H+ iyonu oksijenin eksik
olduğu tarafa da H2O eklenmelidir.
ÖRNEKLER
3x2 elektron
+6
+3
+5
1. Cr2O7-2 + NO2-1
--> NO3-1 + Cr+3 (asidik ortam)
Cr2O7-2 + 3NO2-1 --> 3 NO3-1
+ 2Cr+3
Yük denkliği -2 + (-1.3) = -5 -3 + (2.3)=
+3
Yük denkliğinin sağlanabilmesi içn sol tarafa 8 mol H+ iyonun eklenmesi
gerekir ki sol tarafta +3 olsun. Sağ tarafa da oksijen denkliği için 4
mol H2O eklenmelidir.
8 H+ + Cr2O7-2 + 3NO2-1 --> 3NO3-1 + 2 Cr+3 + 4H2O
+7
-1
+2
0
2. MnO4-1
+ H2O2 --> Mn+2
+ O2
(bazik ortam)
İndirgenme yükseltgenme İndirgenme
yükseltgenme ==>5 indirgenme; 2x1 yükseltgenme
2MnO4-1 + 5H2O2 --> 2 Mn+2 + 5O2 Yük denkliği
==>-2= 2x2 (denkliğin sağlanabilmesi
için sağ tarafa 6OH- sol tarafa ve hidrojen oksijen denkliği için
2H2O eklenmelidir)
2MnO4-1 + 5H2O2 --> 2 Mn+2 + 5O2 +
6OH- + 2H2O
|
