Ana içerik

AP®︎/Üniversite Kimya

Konu: AP®︎/Üniversite Kimya > Ünite 4

Ders 5: Yükseltgenme - İndirgenme (Redoks) Tepkimeleri

Yükseltgenme - İndirgenme (Redoks) Tepkimeleri

İndirgenme - Yükseltgenme tepkimeleri nedir?

İndirgenme-yükseltgenme ya da redoks tepkimesi, kimyasal türler (tepkimeye giren atomlar, iyonlar ya da moleküller) arasında elektron alışverişi gerçekleşen tepkimelerdir. Redoks tepkimeleri her yerdedir: yakıtların yanması, metallerin aşınması hatta fotosentez ve hücresel solunum süreçleri de indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerini içerir. Aşağıda bu tepkimelerin bazı yaygın örneklerini görebilirsiniz.

CH_{4} (g) + 2 O_{2} (g) \to CO_{2} (g) + 2 H_{2} O (g) (metanın yanması)

2 Cu (s) + O_{2} (g) \to 2 CuO (s) (bakırın yükseltgenmesi)

6 CO_{2} (g) + 6 H_{2} O (l) \to C_{6} H_{12} O_{6} (s) + 6 O_{2} (g) (fotosentez)

Bir redoks tepkimesi sırasında, bazı türler yükseltgenir ya da elektron kaybederken, bazı türler de indirgenir ya da elektron kazanır. Örnek olarak, oksijen ve demir arasında gerçekleşen ve pas oluşumu ile sonuçlanan şu tepkimeyi ele alalım:

4 Fe (s) + 3 O_{2} (g) \to 2 Fe_{2} O_{3} (s) (demirin paslanması)

Bu tepkimede, nötr

Fe

, elektron kaybederek,

Fe^{3 +}

iyonunu, nötr

O_{2}

ise elektron kazanarak

O^{2 -}

iyonu oluşturur. Başka bir deyişle, demir yükseltgenmiş, oksijen ise indirgenmiştir. Daha da önemlisi, yükseltgenme ve indirgenme yalnızca metal ve ametaller arasında gerçekleşmez. Elektronlar, yukarıdaki fotosentez ve yanma tepkimelerinde de olduğu gibi, ametaller arasında da hareket edebilir.

Yükseltgenme basamağı

Bir tepkimenin, redoks tepkimesi olup olmadığına nasıl karar verebiliriz? Bazı durumlarda yalnızca tepkimeyi incelemek yeterli olacaktır. Örneğin, serbest elementler olan

Fe

O_{2}

'dan,

Fe^{3 +}

O^{2 -}

iyonlarının elde edildiğini görmek, demirin paslanma tepkimesinin, bir redoks tepkimesi olduğuna karar vermek için yeterlidir. Ancak özellikle de ametaller arasında gerçekleşen tepkimelerde, bu, bu kadar bariz olmayabilir.

Çok bariz olmayan redoks tepkimelerini belirlemek için, kimyacılar, tepkime öncesi ve sonrasındaki elektronların izini süren, yükseltgenme basamakları kavramını geliştirmişlerdir. Bir atomun yükseltgenme basamağı (ya da yükseltgenme sayısı), atomda bulunan tüm bağların iyonik bağ olduğunu varsaydığımızda, atomun sahip olacağı yüktür. Tepkimeye giren atomların yükseltgenme basamakları, aşağıdaki kurallara göre saptanabilir:

Serbest bir elementin atomunun yükseltgenme basamağı $0$ ‍'dır. Örneğin, $Cl_{2}$ ‍ molekülündeki her $Cl$ ‍ atomunun yükseltgenme basamağı $0$ ‍'dır. Aynı durum, $H_{2}$ ‍ molekülündeki her $H$ ‍ atomu, $S_{8}$ ‍ molekülündeki her $S$ ‍ atomu ve daha bir çok örnek için de geçerlidir.
Tek atomlu bir iyonun yükseltgenme basamağı, taşıdığı yüke eşittir. Örneğin, $Cu^{2 +}$ ‍'nin yükseltgenme basamağı $+ 2$ ‍, $Br^{-}$ ‍'nin ise $- 1$ ‍'dir.
Başka elementlerle birleştiklerinde, alkali metallerin (Grup $1 A$ ‍) yükseltgenme basamağı her zaman $+ 1$ ‍, toprak alkali metallerin (Grup $2 A$ ‍) ise, $+ 2$ ‍'dir.
Florun yükseltgenme basamağı, tüm bileşiklerinde $- 1$ ‍'dir.
Hidrojenin yükseltgenme basamağı, çoğu bileşiğinde $+ 1$ ‍'dir. Bu durumun en büyük istisnası, $NaH$ ‍ ya da $LiAlH_{4}$ ‍ örneklerinde de olduğu gibi, hidrojenin metallerle bir araya gelmesidir. Hidrojenin yükseltgenme basamağı bu durumlarda $- 1$ ‍ olur.
Oksijenin yükseltgenme basamağı, çoğu bileşiğinde $- 2$ ‍'dir. Bu durumun en büyük istisnası, oksijenin yükseltgenme basamağının $- 1$ ‍ olduğu peroksitlerdir ( $O_{2}^{2 -}$ ‍ içeren bileşikler). Yagın peroksitlere örnek olarak $H_{2} O_{2}$ ‍ ve $Na_{2} O_{2}$ ‍'yi verebiliriz.
Diğer halojenlerin ( $Cl$ ‍, $Br$ ‍ ve $I$ ‍) bileşiklerindeki yükseltgenme basamakları, eğer oksijen veya flor ile bir araya gelmiyorlarsa, $- 1$ ‍'dir. Örneğin, $O$ ‍'nun yükseltgenme basamağı $- 2$ ‍ ve iyonun genel yükü $- 1$ ‍ olduğu için, $ClO_{4}^{-}$ ‍ iyonundaki $Cl$ ‍'nin yükseltgenme basamağı $+ 7$ ‍'dir.
Nötr bir bileşikteki tüm atomların yükseltgenme basamaklarının toplamı sıfırken, çok atomlu bir iyondaki tüm atomların yükseltgenme basamaklarının toplamı, iyonun yüküne eşit olur. Çok atomlu $NO_{3}^{-}$ ‍ iyonunu ele alalım. İyondaki her $O$ ‍ atomunun yükseltgenme basamağı $- 2$ ‍'dir (toplam, $- 2 \times 3 = - 6$ ‍ olacak şekilde). İyonun yükü $- 1$ ‍ olduğu için, $N$ ‍ atomunun yükseltgenme basamağının $+ 5$ ‍ olması gerekir.

Yükseltgenme basamakları yazılırken,

+

-

işaretlerinin, rakamdan önce yazıldığına dikkatinizi çekmek isteriz. Bu işaretlerin rakamdan sonra yazıldığı, iyonlar için kullandığımız yazımın zıttıdır. Yükseltgenme basamaklarını belirleyeceğimiz bazı örneklere göz atmak ister misiniz?

Örnek 1: Yükseltgenme basamaklarının belirlenmesi

(a) $SF_{6}$ ‍, (b) $H_{3} PO_{4}$ ‍ ve (c) $IO_{3}^{-}$ ‍'de bulunan her bir atomun yükseltgenme basamaklarını belirleyin.

Her bir bileşikteki her bir atomun yükseltgenme basamaklarını belirlemek için, yukarıda sıraladığımız kuralların üzerinden geçelim.

(a)

F

'nin yükseltgenme basamağının

- 1

olduğunu biliyoruz (kural 4). Altı

F

atomunun yükseltgenme basamaklarının toplamı

- 6

SF_{6}

nötr bir bileşik olduğundan,

S

'nin yükseltgenme basamağı da

+ 6

olmalıdır:

\begin{aligned} S F_{6} \\ + 6 - 1 \end{aligned}

(b)

H

'nin yükseltgenme basamağının

+ 1

(kural 5) ve

O

'nun yükseltgenme basamağının da

- 2

olduğunu biliyoruz (kural 6). Bu basamakların toplamı

3 (+ 1) + 4 (- 2) = - 5

olarak ifade edilir. Since

H_{3} PO_{4}

'ün yükü olmadığı için,

P

'nin yükseltgenme basamağı da

+ 5

olmalıdır:

\begin{aligned} H_{3} P O_{4} \\ + 1 + 5 - 2 \end{aligned}

(c)

O

'nun yükseltgenme basamağı

- 2

olduğuna göre (kural 6), üç

O

atomunun yükseltgenme basamaklarının toplamı

- 6

olmalıdır.

IO_{3}^{-}

'nin net yükü

- 1

olduğu için de,

I

'nın yükseltgenme basamağı

+ 5

olmalıdır:

\begin{aligned} I O_{3}^{-} \\ + 5 - 2 \end{aligned}

Kavram kontrolü: $CO_{3}^{2 -}$ ‍'deki karbon atomunun yükseltgenme basamağı nedir?

[Bana cevabı gösterin]

Redoks tepkimelerini nasıl tanırız?

Yükseltgenme basamakları, redoks tepkimelerini belirlemek amacıyla nasıl kullanılır? Bunun için isterseniz, demir ve oksijen arasındaki tepkimeye, denklemdeki her bir atomun yükseltgenme basamaklarını belirleyerek bir kere daha göz atalım:

\begin{aligned} 4 Fe (s) + 3 O_{2} (g) \to 2 Fe_{2} O_{3} (s) \\ 0 0 + 3 - 2 \end{aligned}

Bu tepkimede yükseltgendiğini bildiğimiz demirin yükseltgenme basamağının

0

'dan

+ 3

'e nasıl değiştiğini gördünüz mü? Benzer bir şekilde, indirgendiğini bildiğimiz oksijenin yükseltgenme basamağı da

0

'dan

- 2

'ye değişti. Bunun sonucu olarak, yükseltgenme sırasında yükseltgenme basamağının artacağı, indirgenme sırasında ise düşeceğini söylemek mümkündür.

O halde, yükseltgenme basamaklarının tepkime sırasında nasıl değiştiklerini inceleyerek redoks tepkimelerini tanıyabiliriz. İsterseniz sıradaki örnekle bunu biraz daha pekiştirelim.

Örnek 2: Yükseltgenme ve indirgenmeyi tayin etmek için yükseltgenme basamaklarının kullanımı

Aşağıdaki tepkimeyi ele alalım:

4 NH_{3} (g) + 5 O_{2} (g) \to 4 NO (g) + 6 H_{2} O (g)

Bu bir redoks tepkimesi midir? Eğer öyle ise, hangi elementin yükseltgendiğini, hangisinin ise indirgendiğini belirleyebilir misiniz?

Bu makale, redoks tepkimeleri ile ilgili olduğuna göre, bu tepkime de muhtemelen bir redoks tepkimesidir. Yine de, denklemdeki elementlerdeki atomların yükseltgenme basamaklarını belirleyelim ve bunun böyle olduğundan emin olalım:

\begin{aligned} 4 NH_{3} (g) + 5 O_{2} (g) \to 4 NO (g) + 6 H_{2} O (g) \\ - 3 + 1 0 + 2 - 2 + 1 - 2 \end{aligned}

N

O

'nun yükseltgenme basamakları, denklemin iki tarafında da farklı olduğuna göre, bu bir redoks tepkimesidir!

N

'nin yükseltgenme basamağının

- 3

'teb

+ 2

'ye değişmesi, N'nin tepkime sırasında elektron kaybederek yükseltgendiğine işaret eder.

O

'nun yükseltgenme basamağının da

0

'dan

- 2

'ye değişmesi,

O

'nun tepkimes sırasında elektron kazanarak, indirgendiği anlamına gelir.

Özet

Yükseltgenme-indirgenme ya da daha basit adıyla redoks tepkimeleri, elektronların bir türden diğerine aktarıldığı tepkime çeşitleridir. Elektron kaybeden türler yükseltgenir, elektron kazanan türler ise indirgenir. Redoks tepkimelerini tanımanın bir yolu, yaptıkları tüm bağların iyonik olduklarını varsayarak moleküllerdeki atomların yükseltgenme basamaklarının bulunmasıdır. Tepkime sırasında yükseltgenme basamağının artması, yükseltgenmeye, düşmesi ise indirgenmeye işaret eder.

[Referanslar]

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap

Sıralama ölçütü:

Henüz gönderi yok.

İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.