Ana içerik

Konu: AP®︎/Üniversite Kimya > Ünite 4

Ders 5: Yükseltgenme - İndirgenme (Redoks) Tepkimeleri

Redoks Denklemlerini Eşitleyelim

Giriş

Yükseltgenme - İndirgenme ya da redoks tepkimeleri, kimyasal türler arasında elektron alışverişinin gerçekleştiği tepkimelerdir (Küçük bir tekrar için redoks tepkimeleri hakkındaki bu makaleyi gözden geçirebilirsiniz). Yükseltgenme - indirgenme tepkimelerine ait denklemlerin hem kütle hem de yük açısından denkleştirilmesi gerekir, ve bu durum, tepkimelerin kolaylıkla denkleştirilmeleri önünde bir engeldir. Bu makalede, özellikle de sulu çözeltilerde gerçekleşen redosk tepkimelerini denkleştirme için yarı tepkime yönteminin nasıl kullanıldığını öğreneceğiz.

Redoks tepkimelerini denkleştirmek için yarı tepkime yöntemi nasıl kullanılır?

Bir redoks tepkimesini yarı tepkime yöntemi ile denkleştirmek için, denklemi öncelikle, biri yükseltgenmeyi, diğeri de indirgenmeyi temsil eden iki yarı tepkimeye ayırmamız gerekir. Sonrasında yarı tepkimelere ait denklemleri, hem kütle hem de yük açısından dengeler; eğer gerekli ise, her denklemde aktarılan elektron sayısının eşit olması için de düzenleriz. Son olarak, yarı tepkime denklemleri birbirine eklenir (ya da toplanır) ve böylelikle tepkimenin denkleştirilmiş tam denklemini elde ederiz.

Öncelikle bu prosedürün daha basit bir redoks tepkimesi için nasıl işlediğine göz atalım. Örnek olarak,

Co^{3 +}

ve nikel metali arasındaki tepkimeyi ele alaım:

Co^{3 +} (a q) + Ni (s) \to Co^{2 +} (a q) + Ni^{2 +} (a q)

Bu tepkime denkleştirilmiş midir? Denklemin iki tarafında da, bir

Co

ve bir

Ni

atomu yer aldığı için, denklemin kütle açısından dengede olduğunu söyleyebiliriz. Ancak, aynı durum, yük açısından geçerli değildir: denklemin sol tarafındaki net yük

3 +

iken, sağ tarafındaki net yük

4 +

. Denklemin, yük açısından da dengede olması için yarı tepkime yöntemini kullanabiliriz.

İlk olarak, denklemi yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimelerine ayırmamız gerekiyor:

Yükseltgenme yarı tepkimesi: Yükseltgenme yarı tepkimesi, yükseltgenme aşamasına katılan tepkimeye giren maddeleri ve ürünleri gösterir.

Ni

metali, tepkimede

Ni^{2 +}

olacak şekilde yükseltgendiğinden, bu kısmı yazarak başlayabiliriz:

Yükseltgenme: Ni (s) \to Ni^{2 +} (a q)

Ancak bunun yükseltgenme yarı tepkimesinin tamamı olduğunu söyleyemeyiz! Tam denklem gibi, yarı tepkime de kütle açısından dengede ancak yük açısından dengede değil. İki taraftaki net yükün de eşit ve

0

olması için, denklemin sağ tarafına iki elektron ekleyebiliriz:

Yükseltgenme: Ni (s) \to Ni^{2 +} (a q) + 2 e^{-}

Yükseltgenme yarı tepkimesi dengede olduğuna göre, yükseltgenen her bir nikel atomu için iki elektron elde edeceğimizi biliyoruz. Peki bu elektronlar nereye gidiyorlar? Elektronların izini indirgenme yarı tepkimesinde sürmeye devam edebiliriz.

İndirgenme yarı tepkimesi: İndirgenme yarı tepkimesi, indirgenme aşamasına katılan tepkimeye giren maddeler ve ürünleri gösterir. Bu örnekte, denklemin

Co^{3 +}

'ün,

Co^{2 +}

olacak şekilde indirgendiğini görmemiz gerekiyor. Yüklerin dengelenmesi için, denklemin sol tarafında bir tane de elektron görmemiz gerekiyor:

İndirgenme: Co^{3 +} (a q) + e^{-} \to Co^{2 +} (a q)

Denkleştirilmiş indirgenme yarı tepkimesi, indirgenen her

Co^{3 +}

için bir elektronun harcandığını gösteriyor. Bu süreçte kullanılan elektronların, yükseltgenme yarı tepkimesinden geldiklerini de eklememiz lazım.

Sonrasında, denkleştirilmiş tam denklemi elde etmek için bu iki yarı tepkimeyi toplamamız gerekiyor. Ancak bundan önce, etrafta başı boş dolaşan elektronlar olamayacağına göre, yarı tepkimeleri birbirine eklediğimizde elektronların birbirini götüreceğinden emin olmamız gerekiyor. Bu noktaya gelene kadar, yükseltgenme yarı tepkimesinde iki elektronun , indirgenme yarı tepkimesinde ise yalnızca bir elektronun aktarıldığını gördük. Bu da, indirgenme yarı tepkimesini

2

'yle çarmamız gerektiği anlamına gelir:

\begin{aligned} 2 [Co^{3 +} (a q) + e^{-} \to Co^{2 +} (a q)] \\ 2 Co^{3 +} (a q) + 2 e^{-} \to 2 Co^{2 +} (a q) \end{aligned}

Şimdi de, her iki taraftaki elektronları eleyerek, yarı tepkimeleri toplayalım:

\begin{aligned} Ni (s) \to Ni^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \\ 2 Co^{3 +} (a q) + 2 e^{-} \to 2 Co^{2 +} (a q) \\ \overset{―}{} \\ Ni (s) + 2 Co^{3 +} (a q) \to Ni^{2 +} (a q) + 2 Co^{2 +} (a q) \end{aligned}

Sonuç olarak elde ettiğimiz denklemin iki tarafında, her bir atomdan eşit sayıda yer aldığını (

1

Ni

2

Co

) ve net yükün de eşit olduğunu (

6 +

) görüyoruz. Bu, denklemin hem kütle hem de yük açısından dengede olduğu anlamına gelir!

Asidik ve bazik çözeltilerinde gerçekleşen redoks tepkimelerini denkleştirmek

Basit bir redoks tepkimesini denkleştirmek için yarı tepkime yönteminin nasıl kullanıldığını gördük. Ancak sulu çözeltilerde gerçekleşen tepkimeler gördüğümüz örnekten çok daha karmaşıktır. Böylesi durumlarda, denklemi denkleştirmek adına,

H_{2} O

moleküllerini, asidik çözeltilerde gerçekleşen tepkimeler için

H^{+}

iyonlarını, bazik çözeltilerde gerçekleşen tepkimeler için de

OH^{-}

iyonlarını toplamamız gerekir. Örnek 1, asidik çözeltide gerçekleşen bir tepkimeye, Örnek 2 ise bazik çözeltide gerçekleşen bir tepkimeye örnektir.

Örnek 1: Asidik çözeltilerde gerçekleşen redoks tepkimelerini denkleştirmek

Asidik bir çözelti içinde bakır metali ile nitrat iyonu arasında gerçekleşen tepkimeyi denkleştirin.

Cu (s) + NO_{3}^{-} (a q) \to Cu^{2 +} (a q) + NO_{2} (g)

Denklemi denkleştirmek için, öğrendiğimiz yarı tepkime yöntemini kullanalım. Tepkime asidik tepkimede gerçekleştiği için, denkleştirme adına

H^{+}

iyonlarını ve

H_{2} O

moleküllerini kullanabiliriz.

1. Adım: Denklemi yarı tepkimelerine ayıralım

Denkleştirilmemiş denklemi, yarı tepkimelerine ayırarak başlayacağız:

\begin{aligned} Yükseltgenme: Cu (s) \to Cu^{2 +} (a q) \\ İndirgenme: NO_{3}^{-} (a q) \to NO_{2} (g) \end{aligned}

Yarı tepkimelerin dengede olmadıklarını görüyorsunuz değil mi? O halde öncelikle bunu halletmemiz gerekecek.

2. Adım: Yarı tepkimeyi kütle ve yük açısından dengeleyelim

Yükseltgenme yarı tepkimesi, kütle açısından dengede olduğundan, yük açısından dengelememiz yeterli olacak. Bunu gerçekleştirmek için, denklemin sağ tarafına iki elektron ekleyerek, iki tafataki net yükü eşit ve

0

yapmamız gerekiyor:

Yükseltgenme: Cu (s) \to Cu^{2 +} (a q) + 2 e^{-}

İndirgenme yarı tepkimesine de bakalım! Bu yarı tepkimenin, hem kütle hem de yük açısından dengede olmadığını görüyoruz. İşe kütle açısından dengeleme ile başlayalım: denklemin iki tarafında da birer adet olduğu için

N

atomları dengede. Ancak bu durum

O

atomları için geçerli değil.

O

atomlarını dengelemek için denklemin sağ tarafına bir

H_{2} O

molekülü ekleyebiliriz:

NO_{3}^{-} (a q) \to NO_{2} (g) + H_{2} O (l)

Denklemin sağ tarafında dengelenmemiş iki

H

atomu bulunuyor. Tepkime, asidik bir çözeltide gerçekleştiği için, bu atomları dengelemek için sol tarafa

H^{+}

iyonları ekleyebiliriz:

NO_{3}^{-} (a q) + 2 H^{+} (a q) \to NO_{2} (g) + H_{2} O (l)

Sıra yükleri dengelemeye geldi. Bunun için de, iki tarafın net yükünün

0

olması için, denklemin sol tarafına bir elektron eklememiz gerekiyor:

İndirgenme: NO_{3}^{-} (a q) + 2 H^{+} (a q) + e^{-} \to NO_{2} (g) + H_{2} O (l)

3. Adım: Aktarılan elektron sayılarını eşitleyelim

Yükseltgenme yarı tepkimesinde iki elektron kaybı, indirgenme yarı tepkimesinde ise bir elektron kazancı olduğundan, indirgenme yarı tepkimesini

2

ile çarpmamız gerekiyor:

\begin{aligned} 2 [NO_{3}^{-} (a q) + 2 H^{+} (a q) + e^{-} \to NO_{2} (g) + H_{2} O (l)] \\ 2 NO_{3}^{-} (a q) + 4 H^{+} (a q) + 2 e^{-} \to 2 NO_{2} (g) + 2 H_{2} O (l) \end{aligned}

4. Adım: Yarı tepkimeleri toplayalım

İKi yarı tepkimeyi toplayıp, elektronları elediğimizde, aşağıdaki denklemi elde ederiz:

\begin{aligned} Cu (s) \to Cu^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \\ 2 NO_{3}^{-} (a q) + 4 H^{+} (a q) + 2 e^{-} \to 2 NO_{2} (g) + 2 H_{2} O (l) \\ \overset{―}{} \\ Cu (s) + 2 NO_{3}^{-} (a q) + 4 H^{+} (a q) \to Cu^{2 +} (a q) + 2 NO_{2} (g) + 2 H_{2} O (l) \end{aligned}

İşte bu kadar! Son olarak yaptıklarımızı bir de kontrol edelim: denklemin iki tarafındaki atom sayıları birbirine eşit (

1

Cu

2

N

6

O

4

H

) iki taraftaki net yük de eşit olduğuna göre(

2 +

), denklemin denkleştirilmiş olduğunu söyleyebiliriz!

Örnek 2: Bazik çözeltilerde gerçekleşen redoks tepkimelerini denkleştirmek

Bazik bir çözelti içinde permanganat ile iyot iyonları arasında gerçekleşen tepkimeyi denkleştirin.

MnO_{4}^{-} (a q) + I^{-} (a q) \to MnO_{2} (s) + I_{2} (a q)

Bu denklemi denkleştirmek için de yarı tepkime yöntemini kullanacağız. Ancak bu defa tepkime bazik çözeltide gerçekleştiği için, denkleştirmek için

OH^{-}

iyonlarını ve

H_{2} O

moleküllerini kullanacağız.

1. Adım: Denklemi yarı tepkimelerine ayıralım

Bu tepkimede, iyot iyonu yükseltgenirken, permanganat iyonu indirgeniyor:

\begin{aligned} Yükseltgenme: I^{-} (a q) \to I_{2} (a q) \\ Reduction : MnO_{4}^{-} (a q) \to MnO_{2} (s) \end{aligned}

2. Adım: Yarı tepkimeyi kütle ve yük açısından dengeleyelim

Hem kütle hem de yük açısından dengelenmesi gereken yükseltgenme yarı tepkimesi ile başlayacağız. Kütlenin dengelenmesi için öncelikle

I^{-}

'nin önüne

2

katsayısını koymamız gerekiyor:

2 I^{-} (a q) \to I_{2} (a q)

Sonrasında, yüklerin de dengelenmesi için denklemin sağ tarafına iki elektron eklememiz gerekiyor:

Yükseltgenme: 2 I^{-} (a q) \to I_{2} (a q) + 2 e^{-}

Sırada indirgenme yarı tepkimesi var! Bu yarı tepkimenin de kütle ve yük açısından dengede olmadığını görüyoruz. İsterseniz kütleyle başlayalım: denklemin her iki tarafında da birer

Mn

atomu olduğu için,

O

atomlarını dengelememiz yeterli olacak. Bunun için, denklemin iki tarafına deneme yanılma yöntemi ile

OH^{-}

iyonları ve

H_{2} O

molekülleri eklemeyi deneyebiliriz ancak bu hem kafa karışıklığı hem de zaman kaybı anlamına gelebilir. Bunun yerine, yarı tepkimeyi asidik çözeltide gerçekleştiğini varsayarak denkleştirmeyi deneyebiliriz.

MnO_{4}^{-} (a q) + 4 H^{+} (a q) \to MnO_{2} (s) + 2 H_{2} O (l)

Sonrasında, yarı tepkimenin aslında bazik bir çözeltide gerçekleştiğini hesaba katmak için, denklemin iki tarafına da

H^{+}

'yi nötralize edecek

OH^{-}

iyonları ekleyelim.

\begin{aligned} MnO_{4}^{-} (a q) + \underset{⏟}{4 H^{+} (a q) + 4 OH^{-} (a q)} \to MnO_{2} (s) + 2 H_{2} O (l) + 4 OH^{-} (a q) \\ 4 H_{2} O (l) \\ MnO_{4}^{-} (a q) + 2 H_{2} O (l) \to MnO_{2} (s) + 4 OH^{-} (a q) \end{aligned}

Denklemin sol tarafındaki

H^{+}

OH^{-}

'nin bir araya getirip yeni

H_{2} O

molekülleri oluşturduğumuzu ve sonrasında, denklemin iki tarafındaki bu

H_{2} O

moleküllerini elediğimizi görüyorsunuz değil mi?

Son olarak, yarı tepkimeyi bir de yük açısından dengelememiz gerekiyor. Bunun için de, denklemin her iki tarafının net yükünün eşit ve

4 -

olması adına, denklemin ol tarafına üç elektron ekleyeceğiz.

İndirgenme: MnO_{4}^{-} (a q) + 2 H_{2} O (l) + 3 e^{-} \to MnO_{2} (s) + 4 OH^{-} (a q)

3. Adım: Aktarılan elektron sayılarını eşitleyelim

İki yarı tepkimede aktarılan elektronların sayılarını eşitlemek için, yükseltgenme yarı tepkimesini

3

, indirgenme yarı tepkimesini de

2

'yle çarpmamız lazım. Bu sayede, her iki yarı tepkimede de toplam altı elektron elde edeceğiz.

\begin{aligned} 3 [2 I^{-} (a q) \to I_{2} (a q) + 2 e^{-}] \\ 6 I^{-} (a q) \to 3 I_{2} (a q) + 6 e^{-} \\ 2 [MnO_{4}^{-} (a q) + 2 H_{2} O (l) + 3 e^{-} \to MnO_{2} (s) + 4 OH^{-} (a q)] \\ 2 MnO_{4}^{-} (a q) + 4 H_{2} O (l) + 6 e^{-} \to 2 MnO_{2} (s) + 8 OH^{-} (a q) \end{aligned}

4. Adım: Yarı tepkimeleri toplayalım

Ve sona geldik! İki yarı tepkimeyi toplayalım ve her iki denklemdeki elektronları elediğimizden emin olalım:

\begin{aligned} 2 MnO_{4}^{-} (a q) + 4 H_{2} O (l) + 6 e^{-} \to 2 MnO_{2} (s) + 8 OH^{-} (a q) \\ 6 I^{-} (a q) \to 3 I_{2} (a q) + 6 e^{-} \\ \overset{―}{} \\ 2 MnO_{4}^{-} (a q) + 6 I^{-} (a q) + 4 H_{2} O (l) \to 2 MnO_{2} (s) + 3 I_{2} (a q) + 8 OH^{-} (a q) \end{aligned}

Bir de yaptıklarımızı kontrol edelim mi? Denklemin her iki tarafında da

2

Mn

12

O

8

H

6

I

atomu bulunduğunu, ek olarak net yükün de

8 -

olduğunu görüyoruz. O halde denklemi denkleştirdik!

Özet

Sulu çözeltilerde gerçekleşen redoks tepkimelerini denkleştirmek için yarı tepkime yöntemini kullanabiliriz. Bu yöntemde, redoks tepkimesi biri yükseltgenme diğeri de indirgenme olmak üzere iki yarı tepkimeye ayrılır. Yarı tepkimelerin ikisi de hem kütle hem de yük açısından dengelenir ve elektronların elenmesini sağlayacak katsayılar kullanılarak toplanır. Daha karmaşık redoks tepkimelerini denkleştirmek için, tepkime eğer asidik çözeltide gerçekleşiyorsa

H^{+}

iyonlarını

H_{2} O

moleküllerini, bazik çözeltide gerçekleşiyorsa da

OH^{-}

iyonlarını ve

H_{2} O

eklemek gerekebilir.

Brown, L. T., LeMay, Jr., H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., and Stoltzfus, M. W. (2015). Balancing Redox Equations. In Chemistry: The Central Science (13th ed., pp. 860–865). Upper Saddle River, NJ: Pearson.

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Oxidation-Reduction Reactions. In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (9th ed., pp. 896-903). Stamford, CT: Cengage Learning.

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.