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 Tepkimesinin Tanınması
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 tepkime redoks tepkimesidir.
Yükseltgenme basamakları belirlemek için aşağıdaki özellikler dikkate alınır:
- Serbest halde bulunan element atomlarının (Fe, Cu, Zn..) ve element moleküllerinin () yükseltgenme basamağı sıfırdır.
- Bileşiklerde metaller pozitif yükseltgenme basamağına sahiptpr. 1A grubu metalleri her zaman +1 (…), 2A grubu metalleri her zaman +2 (, ….) yükseltgenme basamağındadır.
- Bileşiklerde oksijen yükseltgenme basamağı genellikle -2’dir. Peroksit bileşiklerinde -1 (,, …), bileşiğinde ise +2’dir.
- Hidrojenin yükseltgenme basamağı genellikle +1’dir. Hidrojen sadece metallerle yaptığı hidrür bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağına sahiptir (, , …).
- 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.
- 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.
- Köklerde (,) yani çok atomlu iyonlarda yükseltgenme basamağı toplam iyon yüküne eşittir.
Yukarıdaki maddeler dikkate alınarak bir örnek yaparsak bileşiğinde azotun yükseltgenme basamağı
Hatırlatıcı Not:
- Bir atomun bileşik yaparken aldığı, verdiği ya da bağ yapmak için kullandığı elektron sayısına yükseltgenme basamağı denir.
Bir redoks tepkimesinde elektron verme yükseltgenme, elektron alma ise indirgenme olarak tanımlanır.
Yükseltgen ve İndirgen Madde Kavramları
Redoksta belki de en çok karıştırılan ve sıkça sorulan iki kavram yükseltgen ve indirgen maddelerdir.
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.
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.
Diğer Kavramlar
Aşağıdaki kavramları doğru yorumlayabilmek soruyu anlamanızı kolaylaştırır.
- 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
Yükseltgenme basamağı bölümü için Yükseltgenme Basamakları yazımızı ziyaret ediniz.
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 denkleştirlirken genellikle yarı tepkime yöntemi kullanılır. Bu yöntem ile redoks tepkimesi denkleştirilirken aşağıdaki adımlar uygulanır:
- Yükseltgenme basamağı değişen türler belirlenerek yükseltgenen ve indirgenen maddeler bulunur.
- Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri ayrı ayrı yazılır.
- Her iki yarı tepkimede atom sayıları ve alınan, verilen elektron eşitlenir.
- Yarı tepkimeler toplanarak yük denkliği sağlanır.
- H ve O atom sayıları eşitlenir.
Örneğin, redoks (yükseltgenme -indirgenme) tepkimesi aşağıdaki gibi denkleştirilir:
- Tepkimedeki atomların yükseltgenme basamağı denkleştirilir.
- Yükseltgenme yarı tepkimesi:
- İndirgenme yarı tepkimesi
- Alınan ve verilen elektronları eşitlemek için yarı tepkimeler uygun sayılar ile çarpılır
- Yarı tepkimeler toplanır
- Son olarak O ve H atomları eşitlenerek işlem tamamlanmış olur.
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
a) Asidik Ortamda Gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi
Bu yöntemde şu adımlar izlenir:
- Yükseltgenme ve indirgenen maddeler belirlenir
- Hidrojen ve oksijen haricindeki atom sayıları denkleştirilir
- Alınana ve verilen elektron sayıları eşitlenir.
- Yük denkliğini sağlamak amacıyla yükün eksik olduğu tarafa H+ eklenir.
- 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:
- Yükseltgenen ve indirgenen maddeler belirlenir.
- Hidrojen ve oksijen hariç diğer atomların sayısı eşitlenir.
- Alınan ve verilen elektron sayıları eşitlenir.
- Yük denkliği sağlanması için yükün fazla olduğu tarafa eklenir.
- Hidrojenin az olduğu tarafa yeterli miktarda eklenir.
Örnek olarak aşağıdaki tepkimeyi inceleyelim
redoks tepkimesi bazik ortamda gerçekleşmekte ise tepkimeyi yükseltgenme basamağı değiştirme yöntemi ile denkleştiriniz.
- Yükseltgen ve indirgen maddeler belirlenir.
- Hidrojen ve oksijen dışındaki atomlar eşit olduğu için alınan ve verilen elektronlar denklenir.
- Yük denkliği sağlamak içim bazik ortamda yükün fazla olduğu tarafa OH ilavesi yapılır.
- Tepkimenin her iki tarafındaki atom sayıları, H eksikliği su ilavesi ile tamamlanır.
İyon-Elektron Eşitleme (Yarı Tepkime) Yöntemi
a) Asidik Ortamda gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi
Bu yönteme göre denkleştirme yapılırken aşağıdaki adımlar izlenir
- Tepkime iki ayrı yarı tepkime şeklinde yazılır.
- Her bir yarı tepkimede atom sayıları eşitlenir. O atomu eksiği su ilavesi ile tamamlanır.
- H ilavesi ile hidrojen denkliği sağlanır.
- Elektron ilavesi ile yük denkliği sağlanır.
- Alınan ve verilen elektronlar eşitlenir.
- Tepkimeler alt alta yazılıp toplanır.
Bazik Ortamda Gerçekleşen Tepkimenin Denkleştirilmesi
Bu yönteme göre denkleştime yapılırken aşağıdaki adımlar uygulanır:
- Tepkime iki yarı tepkime halinde yazılır.
- Her iki yarı tepkimedeki atom denkliği sağlanır.Oksijen eksikliği su ilavesi ile tamamlanır.
- H ilavesi ile hidrojen denkliği sağlanır.
- Elektron ilavesi ile yük denkliği sağlanır.
- Alınan ve verilen elektronlar eşit olduğu için iki yarı tepkime toplanır.
- Tepkimenin iki tarafına da H iyonlarını nötürleyecek şekilde 2mol OH iyonu eklenerek ortamın bazikliği sağlanır.
Redoks ve Elektrik
Elektriğin elektron hareketinin etkisiyle oluştuğu bilinmektedir. Redoks tepkimelerinde de elektron hareketliliği (alış verişi) vardır. Redoks tepkimelerinde elektron alışverişi doğrudan temas yoluyla ya da dolaylı yolla gerçekleşmektedir.
Doğrudan temasla gerçekleşen elektron alışverişinde indirgen 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 bu duruma verilebilecek örneklerdir.
Dolaylı yoldan gerçekleşen elektron alışverişlerinde indirgen ve yükseltgen arasında iletken bir nesne vardır. Elektron iletimi bu nesne aracılığı ile yapılmaktadır. Dolayısıyla redoks tepkimesi sonucu elektron akımı oluşur. Bu tepkimelerin doğası 18. yüzyıl sonlarında İtalyan bilim insanı Luigi Galvani sayesinde anlaşılmıştır. Galvani sinirlerde elektrik boşalımıyla karşı duyarlılıkla ilgili araştırma yapmıştır. Bir tür elektrik makinesinin yanında ölü hayvan kaslarına neşter ile dokunduğunda kaslarda seğirme ve elektrik makinesinde kıvılcım oluştuğunu gözlemlemiştir. Fakat bu elektriğin kaslardan dolayı oluştuğunu düşünmüş ve bunu hayvansal elektrik olarak nitelemiştir.
Başka bir bilim insanı olan Alessandro Volta yine aynı yüzyılda, kaslar iki farklı metal arasındayken çubuklarla kaslara dokunduğunda elektrik oluştuğunu öne sürmüştür. Volta, çinko ve bakır disklerden oluşan sıralı bir yığın oluşturmuş ve her bir bakır çinko fitilini tuz çözeltisine batırmış bir parça kağıt ile ayırmıştır. Bu sistemin uçlarındaki bakır ve çinko disklere birer tel bağlamıştır. Bu teller birbirine temas ettirildiğinde kıvılcım oluşmuştur ki bu kıvılcım elektrik akımıdır. Çinko ile bakır arasında dolaylı yoldan elektron alışverişi meydana gelmiştir ve bir redoks tepkimesidir. Volta’nın geliştirdiği bu düzenek, tarihte elektrik depolama özelliğine sahip ilk cihaz olarak bilinir.
İstemli ve İstemsiz Redoks Tepkimeleri
Doğada gerçekleşen olayları istemli ve istemsiz olarak sınıflandırmak mümkündür. Doğadaki istemli ya da istemsiz tüm olaylar başlamak için dışarıdan bir etkiye 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. İstemli tepkimenin tersi istemsiz bir tepkimedir. İstemsiz redoks tepkimelerinin gerçekleşmesi sırasında dışarıdan sürekli olarak enerji vermek gerekir.
