Redoks (İndirgenme – Yükseltgenme) Tepkimeleri

Tepkimeye giren maddelerin birbirine elektron verdiği kimyasal tepkimelere indirgenme-yükseltgenme veya redoks tepkimeleri denir. Redoks tepkimeleri, sanayide ve günlük hayatta çoğu yerde karşılaşılan tepkime türleridir. Örneğin;

• Metal filizlerinden metal üretimi
• Her türlü yanma tepkimesi
• Asitlerin metallerle verdiği tepkimeler
• Saç beyazlaması
• Fotosentez
• Solunum

Gibi olaylar redoks tepkimesidir. Kelime yapısı olarak Redoks (İndirgenme-yükseltgenme), redüksiyon (İndirginme) ve oksidasyon (Yükseltgenme) kavramlarından türetilmiştir.

Redoks Tepkimelerinde Kullanılan Kavramlar

Redoksta belki de en çok karıştırılan ve sıkça sorulan iki kavram yükseltgenme ve indirgenme maddelerdir.

• Yükseltgenme elektron verilir değerlik artar
• İndirgenme elektron alınır değerlik azalır

• Yükseltgenen elektron verir değerlik artar
• İndirgenen elektron alır değerlik azalır

• Yükseltgen elektron alır değerlik azalır
• İndirgen elektron verir değerlik artar

• İndirgenme Yarı Tepkimesi: İndirgenme olayının gerçekleştiği tepkimeye denir. Girenlerde elektron bulunan yarı tepkimedir.
• Yükseltgenme Yarı Tepkimesi: Yükseltgenme olayının gerçekleştiği tepkimeye denir. Çıkanlarda elektron bulunan yarı tepkimedir.

İndirgen Madde

Redoks tepkimesinde indirgenmeye sebep olan türlere indirgen madde denir. İndirgen maddenin kendisi yükseltgendir. Başka bir ifade ile redoks tepkimelerinde elektron veren madde indirgendir. Kimyada yaygın indirgen meddelere örnek gösterilebilir.

Yukarıdaki tepkimede azota elektron vererek onun indirgenmesine neden olmuştur. Bu demek oluyor ki indirgendir.

Yükseltgen Madde

Redoks tepkimesinde yükseltgenmeye sebep olan türlere yükseltgen madde denir. Yükseltgen maddenin kendisi indirgenir. Başka bir ifade ile redoks tepkimelerinde elektron alan madde yükseltgendir. Yaygın olan yükseltgen maddelere , , , örnek verilebilir.

Yukarıda yazılı olan tepkimede antimondan (Sb) elektron alarak antimonun yükseltgenmesine () neden olmuştur. bu tepkimede yükseltgendir.

📝 Önerilen Ders Notu: Yükseltgenme Basamakları

Redoks Reaksiyonuna Bazı Örnekler

Redoks Tepkimesinin Diğer Tepkimelerden Ayırt Edilmesi

Redoks tepkimelerinin tanınması için yükseltgenme basamakları kullanılır. Bir bileşikteki herhangi bir atomun yük değeri, yükseltgenme basamağı (değerliği) olarak tanımlanır. Bir tepkimenin redoks tepkimesi olup olmadığını anlamak için tepkimedeki her bir elementin yükseltgenme basamağına bakılır.

✍ Elementlerin yükseltgenme basamakları değişiyorsa; o tepkime bir redoks tepkimesidir.

Yükseltgenme basamakları belirlemek için aşağıdaki özellikler dikkate alınır:

1. Serbest halde bulunan element atomlarının (Fe, Cu, Zn..) ve element moleküllerinin () yükseltgenme basamağı sıfırdır.
2. Bileşiklerde metaller pozitif yükseltgenme basamağına sahiptpr. 1A grubu metalleri her zaman +1 (…), 2A grubu metalleri her zaman +2 (, ….) yükseltgenme basamağındadır.
3. Bileşiklerde oksijen yükseltgenme basamağı genellikle -2’dir. Peroksit bileşiklerinde -1 (,, …), bileşiğinde ise +2’dir.
4. Hidrojenin yükseltgenme basamağı genellikle +1’dir. Hidrojen sadece metallerle yaptığı hidrür bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağına sahiptir (, , …).
5. Halojenlerin metallerle oluşturduğu bileşiklerde yükseltgenme basamağı -1 iken oksijenli bileşiklerde yükseltgenme basamağı +1 ile +7 arasında olabilir. Örneğin , , , bileşiklerinde klorun (Cl) yükseltgenme basamağı sırasıyla -1, +1, +3, +5,’tir. Flor ise bileşiklerinde daima -1 yükseltgenme basamağına sahiptir.
6. Bileşikler elektriksel bakımdan nötral olduğundan bir bileşikteki atomların yükseltgenme basamaklarının toplamı sıfır olur. Bu bilgiden ve sabit değerlikli elementlerden faydalanarak değerliği bilinmeyen bir elementin bileşikteki yükseltgenme basamağı hesaplanabilir.
7. Köklerde (,) yani çok atomlu iyonlarda yükseltgenme basamağı toplam iyon yüküne eşittir.

Yukarıdaki maddeler dikkate alınarak bir örnek yaparsak bileşiğinde azotun yükseltgenme basamağı

Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi

Redoks tepkimeleri denkleştirilirken öncelikle tepkimenin her iki tarafındaki atom sayısı, alınan-verilen elektron sayısı ile tepkimeye giren maddelerin ve ürünlerin yük toplamı kontrol edilir.

Eğer öncelikle atom ve elektron sayıları denkleştirilir ise yük denkliği de kendiliğinden sağlanmış olur. İyon bulunmayan redoks tepkimeleri denkleştirilirken genellikle yarı tepkime yöntemi kullanılır. Bu yöntem ile redoks tepkimesi denkleştirilirken aşağıdaki adımlar uygulanır:

1. Yükseltgenme basamağı değişen türler belirlenerek yükseltgenen ve indirgenen maddeler bulunur.
2. Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri ayrı ayrı yazılır.
3. Her iki yarı tepkimede atom sayıları ve alınan, verilen elektron eşitlenir.
4. Yarı tepkimeler toplanarak yük denkliği sağlanır.
5. H ve O atom sayıları eşitlenir.

İyonik Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi

Redoks tepkimelerinin büyük çoğunluğu sulu çözeltilerde, yani iyonlar arasında gerçekleşir. Sulu çözeltilerde ortamın asitliği ve bazlığı önemlidir. İyonlar arasında meydana gelen bu tepkimeleri denkleştirirken iki yöntem kullanılır.

Yükseltgenme Basamağı Değişim Yöntemi

Asidik Ortamda Gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi

Bu yöntemde şu adımlar izlenir:

1. Yükseltgenme ve indirgenen maddeler belirlenir

2. Hidrojen ve oksijen haricindeki atom sayıları denkleştirilir

3. Alınana ve verilen elektron sayıları eşitlenir.

4. Yük denkliğini sağlamak amacıyla yükün eksik olduğu tarafa H+ eklenir.

5. Hidrojen eksik olan tarafa yeterli miktarda su eklenir.

Bazik ortamda Gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi

Yükseltgenme sayısı değişimi yöntemi ile redoks tepkimesi denkleştirilmesinde şu adımlar takip edilir:

1. Yükseltgenen ve indirgenen maddeler belirlenir.
2. Hidrojen ve oksijen hariç diğer atomların sayısı eşitlenir.
3. Alınan ve verilen elektron sayıları eşitlenir.
4. Yük denkliği sağlanması için yükün fazla olduğu tarafa eklenir.
5. Hidrojenin az olduğu tarafa yeterli miktarda eklenir.

İyon-Elektron Eşitleme (Yarı Tepkime) Yöntemi

Asidik Ortamda Gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi

Bu yönteme göre denkleştirme yapılırken aşağıdaki adımlar izlenir

1. Tepkime iki ayrı yarı tepkime şeklinde yazılır.

2. Her bir yarı tepkimede atom sayıları eşitlenir. O atomu eksiği su ilavesi ile tamamlanır.

3. H ilavesi ile hidrojen denkliği sağlanır.

4. Elektron ilavesi ile yük denkliği sağlanır.

5. Alınan ve verilen elektronlar eşitlenir.

6. Tepkimeler alt alta yazılıp toplanır.

Bazik Ortamda Gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi

Bu yönteme göre denkleştime yapılırken aşağıdaki adımlar uygulanır:

1. Tepkime iki yarı tepkime halinde yazılır.

2. Her iki yarı tepkimedeki atom denkliği sağlanır.Oksijen eksikliği su ilavesi ile tamamlanır.

3. H ilavesi ile hidrojen denkliği sağlanır.

4. Elektron ilavesi ile yük denkliği sağlanır.

5. Alınan ve verilen elektronlar eşit olduğu için iki yarı tepkime toplanır.

6. Tepkimenin iki tarafına da H iyonlarını nötürleyecek şekilde 2mol OH iyonu eklenerek ortamın bazikliği sağlanır.

Redoks ve Elektrik

Elektrik olarak bilinen enerji çeşidinin elektron hareketinin etkisiyle oluştuğu bilinmektedir. Redoks tepkimelerinde de elektron hareketliliği (alış verişi) bulunmaktadır. Redoks tepkimelerinde elektron alışverişi doğrudan temas yoluyla olabildiği gibi dolaylı yolla gerçekleşmektedir.

Doğrudan Temasla Gerçekleşen Redoks Tepkimeleri

İndirgen ve yükseltgen arasındaki mesafe atomik veya moleküler boyuttadır. Tanecikler, tepkimeyi gerçekleştirirken birbiriyle çarpışır ve bu esnada tanecikler arası elektron alışverişi olur.

Yanma tepkimeleri, asitlerin metaller ile olan tepkimeleri, solunum ve fotosentez olayları doğrudan temasla gerçekleşen redoks tepkimelerine örnek verilebilir.

Dolaylı Yoldan Gerçekleşen Redoks Tepkimeleri

İndirgen ve yükseltgen arasında iletken bir nesne vardır. Elektron iletimi bu nesne aracılığı ile yapılmaktadır. Dolayısıyla redoks tepkimesi sonucu elektron akımı oluşur.

Bilim insanları uzun uğraşlar sonucunda dolaylı yoldan gerçekleşen redoks tepkimelerinden yararlanarak pil üretebilmiştir. Bu bilim insanlarından biri olan John Frederic Daniell yaptığı çalışmalarda çinko çubuğu çinko sülfat (ZnSO₄ ) çözeltisine, bakır çubuğu ise bakır(II) sülfat (CuSO₄ ) çözeltisine batırmış ve kaplarda herhangi bir tepkime olmadığını gözlemiştir. Kapları iletken bir tel ve tuz köprüsü yardımıyla birbirine bağladığında sistemde redoks tepkimesinin gerçekleştiğini ve sistemin elektrik enerjisi ürettiğini ölçmüştür. Çinko ve bakır metalleri kullanılarak oluşturulan bu sisteme Daniell pili denir

İstemli ve İstemsiz Redoks Tepkimeleri

✍ Doğada kendiliğinden gerçekleşen olayları istemli ve istemsiz olarak sınıflandırmak mümkündür.

Doğadaki istemli ya da istemsiz tüm olaylar başlamak için enerjiye gereksinim duyar. İstemli tepkimeler başladıktan sonra devam etmek için dış etkiye ihtiyacı duymazken istemsiz tepkimeler hem başlamak hem de devam etmek için dış etkiye ihtiyacı duyar.

Örnek olarak bir küre cisim eğik düzlem tepesine çıkarılırken sürekli kuvvete ihtiyaç vardır. Fakat eğik düzlemden aşağı inmesi için sadece itmek yeterli olacaktır. Eğik düzlemin tepesine çıkarma işlemi istemsiz iken aşağı inme olayı istemlidir.

Redoks tepkimelerini de istemli ve istemsiz şekilde sınıflandırılabilir.

• İstemli gerçekleşen redoks tepkimelerinde ısı ve elektrik enerjisi açığa çıkar. Bu tepkimeler bir defa başladığında dışarıdan bir etki ihtiyacı yoktur.
• İstemsiz redoks tepkimelerinin gerçekleşmesi sırasında dışarıdan sürekli olarak enerji vermek gerekir.

Elektroliz ve Elektrolitik Hücre

Elektrik enerjisi yardımıyla bir bileşik ya da karışımın elementlerine ayrıştırılmasına elektroliz, elektrolizin gerçekleştiği hücreye elektrolitik hücre denir.

Elektrolitik hücrelerde yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri istemsiz tepkimeler olduğu için kendiliğinden gerçekleşmez. Bu tepkimeler hücreye verilen elektrik enerjisi yardımıyla gerçekleşir. Böylece elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüşür.