11. Sınıf Kimya Yükseltgenme-İndirgenme tepkimeleri

11. Sınıf Kimya Yükseltgenme-İndirgenme tepkimeleri konusunu ve diğer tüm lise ders notları için bizi takip edin.

YÜKSELTGENME-İNDİRGENME (REDOKS) TEPKİMELERİ

Hem yükseltgenme hem de indirgenme olaylarının bir arada gerçekleştiği kimyasaltepkimelere“Redoks(İndirgenme-Yükseltgenme)tepkimeleri” denir.

Bir atom veya iyonun elektron alarak değerliğinin azalması olayına “İndirgenme”, atom veya iyonun elektron vererek değerliğinin artması olayına ise “Yükseltgenme”denir.

Örnek

Fe_(k)      +  2e  Tepkimesinde demir atomu iki elektron vererek yükseltgenmiştir.

F_2(g)  +  2e      Tepkimesinde flor molekülü iki elektron alarak indirgenmiştir.

İndirgenme ve yükseltgenme olaylarındaki değerlik değişimini sayı doğrusu üzerinde gösterelim.

İndirgenme-yükseltgenme (redoks) tepkimelerinde maddelerden biri elektron vererek yükseltgenirken, bir diğeri de bu elektronları alarak indirgenir.

 Redoks tepkimelerinin özellikleri:

 Tepkimede elektron transferi olur.

 Elektron veren madde değerlik artışına uğrayarak yükseltgenir.

 Elektron alan madde değerlik azalmasına uğrayarak indirgenir.

 Tepkimede alınan ve verilen elektron sayıları birbirine eşittir. Başka bir ifadeyle toplam elektron sayısı korunur.

 Yükseltgenmeye uğrayan madde diğer maddenin indirgenmesine neden olduğundan“İNDİRGEN”, indirgenmeye uğrayan madde ise diğer maddenin yükseltgenmesine neden olduğundan “YÜKSELTGEN” olarak ifade edilir.

 Tüm kimyasal tepkimelerde olduğu gibi redoks tepkimelerinde de atomların cinsi, sayısı, toplam elektron sayısı ve toplam yük korunur.

 Redoks tepkimeleri nötr, asidik ve bazik ortamlarda gerçekleşebilir.

 Tepkimelerde elementlerin tüm allotropik hallerinin değerlikleri sıfırdır.

     (Li⁰, Na⁰, K⁰, Mg⁰, H₂⁰, O₂⁰, N₂⁰, P₄⁰, S₆⁰...)

 Bileşiklerinde alkali metaller (1A) +1, toprak alkali metaller (2A) +2, toprak metalleri (3A) +3, halojenler (7A) genellikle 1, hidrojen 1 ve +1, oksijen genellikle 2 değerlik alır, Peroksit bileşiklerinde iki oksijen 2 değerlik alır , F₂O bileşiğinde oksijen +2 değerlik alır.

Bir metalin elektron vererek yükseltgenme eğiliminin ölçüsüne “AKTİFLİK” denir.

Zn daha aktif bir metal olduğundan elektron vererek Zn⁺² iyonlarına yükseltgenerek çözeltiye geçer.

Zn_(k)      +  2e

Böylece zamanla Zn çubuğunun kütlesi azalır.

Çözeltide bulunan Cu⁺² iyonları ise çinkonun verdiği elektronları alarak indirgenir.

 +  2e    Cu_(k)

Böylece zamanla Zn çubuk üzerinde kırmızı renkli bakır katısı birikir.

Çözelti ortamında oluşan indirgenme ve yükseltgenme yarı tepkimelerini taraf tarafa toplarsak,

+  Zn_(k)      +  Cu_(k) net tepkimesi elde edilir.

Net tepkime üzerinde elektron yer almaz.

Tepkimede atom cinsi ve sayısı ile birlikte toplam yük ve toplam elektron sayısı da korunur.

İndirgenme ve yükseltgenme olaylarını yarı tepkimeler şeklinde gösterebileceğimiz gibi net tepkime üzerinde de gösterebiliriz.

Bu olay sırasında,

 Cu⁺² iyonları elektron alarak indirgendi.

      Cu⁺² iyonları, Zn katısının yükseltgenmesine neden olduğundan “yükseltgen”dir.

 Zn katısı elektron vererek yükseltgendi.

      Zn katısı, Cu⁺² iyonlarının indirgenmesine neden olduğundan “indirgen”dir.

Öyleyse redoks tepkimeleri, maddeler arasında elektron transferine dayanır, denilebilir. Elektron transferinin olmasının nedeni maddelerin aktifliklerinin farklı olmasıdır.

*************** YUSUF'UN DERS NOTLARI ***************

REDOKS TEPKİMELERİNİN DENKLEŞTİRİLMESİ

Redoks tepkimeleri denkleştirilirken sırasıyla aşağıda verilen yollar izlenir.

1.  Tepkimede yer alan her bir maddenin değerliği bulunarak değerliği değişen elementler tespit edilir.

2.  Değerliği değişen elementlerin sayısında eşitsizlik varsa ilk etapta bu elementler uygun katsayılar ile çarpılarak eşitlik sağlanır.

3.  Alınan-verilen elektron sayıları bulunarak en küçük tam sayıda eşitlenir.

4.  H ve O atomları dışındaki diğer atomların sayısının eşitliği sağlanır.

5.  Asidik ortamda yük denkliğini sağlamak için H⁺ iyonu, bazik ortamda yük denkliği için OH iyonu uygun tarafa eklenirken H ve O atomları sayısının da eşitlenmesi için uygun tarafa H₂O eklenir.

Şimdi Nötr, Asidik ve Bazik ortamda gerçekleşen redoks tepkimelerinin denkleştirilmesini örnekler üzerinde görelim.         

Nötr ortamda gerçekleşen,

S  +  HNO₃    SO₂  +  NO  +  H₂O

tepkimesi en küçük tam sayılar ile denkleştirildiğinde suyun katsayısı kaç olur?

A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

    Tepkimedeki elementlerin değerliğini bularak, değerliği değişen elementleri tespit edelim.

S⁰  +        +    +  

    Alınan verilen elektron sayılarını belirleyip, en küçük tam sayılarda eşitleyelim.

    Değerliği değişen elementlerin katsayılarını yazarak, diğer elementlerin denkliğini sağlayalım.

      3S  +  4HNO₃    3SO₂  +  4NO  +  ? H₂O

    Tepkimede giren yönünde 4 tane H atomu olduğuna göre, ürün yönünde de 4 tane H atomu olmalıdır.

Suyun katsayısı 2 olur.

     Yanıt  B

Asidik ortamda gerçekleşen,

Fe⁺²  +      Fe⁺³  +  N₂O₃

tepkimesi en küçük tam sayılar kullanılarak denkleştirildiğinde suyun katsayısı kaç olur?

A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

    Tepkimede değerliği değişen N atomu sayısını giren ve ürün yönünde eşitledikten sonra, alınan–verilen elektron sayılarını belirleyerek en küçük tam sayılarla eşitleyelim.

    Değerliği değişen elementlerin katsayılarını yazarak, giren ve ürün yönündeki toplam yük denkliğini sağlayalım.

      4Fe⁺² +   4Fe⁺³ + N₂O₃

      [4 × (+2)] + [2 × (1)]  ?  [4 × (+3)] + [1 × (0)]

 (+8) + (2)  ?   (+12)

 +6  +12

    Asidik ortamda yük denkliğini sağlamak için giren yönüne 6 tane H⁺ iyonu ekleyelim.

      6H⁺¹ + 4Fe⁺² +   4Fe⁺³ + N₂O₃

    H atomu sayılarını eşitlemek için ürün yönüne 3 tane H₂O molekülü ekleyelim.

6H⁺¹ + 4Fe⁺² +   4Fe⁺³ + N₂O₃ + 3H₂O

Böylece O atomları sayısı da giren ve ürün yönünde eşitlenmiş olur. Tepkimede suyun katsayısı 3 olur.

Yanıt  C

DERİŞİM PİLLERİ

Aynı metal elektrotların, farklı derişimlerdeki aynı tür çözeltilere batırılması ile oluşturulan pillere“DERİŞİM PİLLERİ” denir.

Derişim pilleri, sistemin dengeye ulaşma eğilimi prensibi ile çalışır.

Sistem dengeye ulaşıncaya kadar, derişimi küçük olan çözeltinin bulunduğu kapta yükseltgenme sonucu derişim artarken, derişimi büyük olan çözeltinin bulunduğu kapta indirgenme sonucu derişim azalır. Yani derişimi küçük olan kap anot, derişimi büyük olan kap katot olur.

Çözelti derişimleri eşitlendiğinde, sistem dengeye ulaşır ve pil çalışmaz. Denge anında pil potansiyeli sıfır olur.

Aşağıda verilen sistemde bir derişim pili görülmektedir.

*************** YUSUF'UN DERS NOTLARI ***************

ELEKTROLİZ

Elektrokimyasal piller kendiliğinden oluşan redoks tepkimeleri sayesinde kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. Bunun tersine elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesine“ELEKTROLİZ” denir.

Bir metal telden elektrik akımı geçerken kimyasal bir değişme olmaz. Ancak iyonlar içeren bir sıvıdan elektrik akımı geçirilirse (+) yüklü iyonlar indirgenirken, () yüklü iyonlar yükseltgenebilir. Böylece bir redoks tepkimesi gerçekleştirilmiş olur. Pillerde olduğu gibi elektroliz kaplarında da yükseltgenmenin olduğu kutba “ANOT”, indirgenmenin olduğu kutba ise “KATOT” denir.

*************** YUSUF'UN DERS NOTLARI *************** 

ERİMİŞ TUZLARIN ELEKTROLİZİ

Elektroliz işlemi sayesinde bileşikler elementlerine ayrıştırılabilir.

 

Üretecin () kutbuna bağlanmış olan Pt elektrot katot, (+) kutbuna bağlanmış olan Pt elektrot ise anot olur.

Katot: +  2e    Ca_(k)

Katotta gerçekleşen tepkime sonucu ortamda bulunan Ca⁺² iyonları elektron alarak indirgenir.

Anot:   CI_2(g)  +  2e 

Anotta gerçekleşen tepkime sonucu ortamda bulunan CI iyonları elektron vererek yükseltgenir. Bu elektrot çevresinden CI₂ gazı çıkışı gözlenir.

Böylece CaCI₂ bileşiği Ca ve CI₂ elementlerine ayrıştırılmış olur.

CaCI_2(s)    Ca_(k)  +  CI_2(g)

*************** YUSUF'UN DERS NOTLARI ***************

SAF SUYUN ELEKTROLİZİ

Saf suyun iyonlaşma sabiti oldukça küçük olduğundan içerisinde bulunan H⁺ ve OH iyon derişimleri oldukça küçüktür. Elektrolizin gerçekleşebilmesi için sıvının elektriği iletmesi gerektiğinden saf su içerisine iletkenliği arttırıcı H₂SO₄ veya Na₂SO₄ gibi maddeler az miktarda katılır.

Suyun elektrolizinde,

Katyon (H⁺) katoda göç ederek burada in-dirgenir.

Katot:  +  2e    H_2(g)

Anyon (OH^–) ise anota göç ederek burada yükseltgenir.

Anot:   O_2(g)  +  H₂O_(s)  +  2e

Sonuç olarak katotta H₂ gazı, anotta ise O₂ gazı açığa çıkar.

*************** YUSUF'UN DERS NOTLARI ***************

SULU ÇÖZELTİLERİN ELEKTROLİZİ

Sulu çözeltilerin elektrolizinde, çözeltide bulunan (+) yüklü iyonlar katoda göç eder. Bu iyonlardan indirgenme eğilimi büyük olan burada indirgenir.

Çözeltide bulunan () yüklü iyonlar ise anota göç eder. Bu iyonlardan yükseltgenme eğilimi büyük olan burada yükseltgenir.

Sulu çözeltilerin elektrolizinde genel olarak anot ve katotta hangi maddelerin öncelikle oluşacağı için hatırlatma:

  Katotta aktif metaller (Na⁺, K⁺, Ca⁺², Mg⁺², ...) olduğu sürece, önce H₂ gazı açığa çıkar. Eğer soy metal iyonları (Cu⁺², Hg⁺², Ag⁺) varsa, öncelikle soy metaller açığa çıkar.

  Anotta öncelikle I, Br, CI iyonları açığa çıkar. F nin elektron verme isteği çok azdır.  

*************** YUSUF'UN DERS NOTLARI ***************