İndirgenme-Yükseltgenme Tepkimeleri ve Yarı Tepkimeler

Konu Anlatımı

Ne Öğreneceğiz?

Bu konuda elektron alışverişiyle yürüyen redoks tepkimelerini, yani indirgenme ile yükseltgenme olaylarını ve bu tepkimelerin iki parçaya ayrılarak yazılan yarı tepkimeleri inceleyeceğiz. Bir atomun yükseltgenme sayısının nasıl bulunduğunu, oksitleyici ile indirgeyicinin nasıl tanındığını, iyon-elektron yöntemiyle tam tepkimenin nasıl kurulduğunu ve asidik ortam ile bazik ortam arasındaki yazım farkını öğreneceksin. Yarı tepkime kavramı elektrokimyasal hücrelerin de temelidir; çünkü her elektrotun görevi bir yarı tepkimeyle tanımlanır.

Ön Bilgi: Yükseltgenme Sayısı

Yükseltgenme sayısı, bir atomun elektronlarının nasıl sayılacağını belirleyen bir işaretlemedir. Uygulanan kural şudur: bağ elektronları elektronegatif olan atoma tamamen verilir; eşit elektronegatiflik varsa elektronlar paylaştırılır ya da bir atoma yazılır. Bu işlem sonunda her atom için tek bir sayı kalır ve bu sayı yükseltgenme sayısıdır. Nötr bir molekülde tüm yükseltgenme sayılarının toplamı sıfır olmalıdır; yüklü bir ionda ise toplam, iyonun yüküne eşittir. Toplam kuralı, özellikle bileşik formülü bilinen ama atom sayıları bilinmeyen durumlarda tek denklemle sonuca ulaşmayı sağlar.

Bazı elementlerin sayıları değişkendir ve bu durum sınavda özellikle sorulur. Hidrojen, metal hidrürlerinde −1, diğer bileşiklerde +1 sayılır. Oksijen oksitlerde −2, peroksitlerde −1, serbest hâlde ise 0 olur. Kükürt, azot ve karbon gibi örneklerde ise sayı bileşikten bileşiğe değişebilir.

İndirgenme ve Yükseltgenme Tepkimeleri

Redoks tepkimesi, en az bir atomun yükseltgenme sayısının artması ve en az bir atomunkinin azalmasıyla tanımlanır. İndirgenme, türün elektron almasıdır; elektron sayısı artar, yükseltgenme sayısı düşer. Yükseltgenme ise elektron vermedir; elektron sayısı azalır, yükseltgenme sayısı artar. Elektron alan tür oksitleyici, elektron veren tür indirgeyici olarak adlandırılır. İki terim karıştırılırsa denklem doğru yazılsa bile yorum yanlış olur; bu yüzden elektron yönünü şema ile göstermek alışkanlık hâline getirilmelidir.

Tepkimedeki değişmeyen atomlar, yükseltgenme sayısı değişmediği için ne yükseltgenme ne de indirgenme örneğidir. Örneğin Zn + 2AgNO₃ tepkimesinde çinko yükseltgenir, gümüş iyonu indirgenir; azot ve oksijen ise yalnızca mevcut konumlarını korur.

Yarı Tepkime ve İyon-Elektron Yöntemi

Redoks tepkimesi iki bağımsız elektron aktarımına ayrılabilir; her birine yarı tepkime denir. Elektron alan yarı tepkime indirgenme, elektron veren yarı tepkime yükseltgenmedir. Yazarken önce yükseltgenme sayıları bulunur, sonra sayı değişimi kadar elektron denkleme yazılır. İki yarı tepkime toplanırken elektron sayıları eşitlenir; sayılar eşit değilse en küçük ortak katla çarpılır. Toplamada indirgenme yarı tepkimesi katot, yükseltgenme yarı tepkimesi anot tarafına yazılır.

Doğru yazılmış bir yarı tepkimenin üç denetimi vardır: sağ ve sol taraftaki yükler ayrı ayrı toplanıp karşılaştırılır, atomlar tek tek sayılır ve yükseltgenme sayılarının toplamı kontrol edilir. Bu denetimlerden biri tutmazsa denklem kesinlikle hatalıdır. Bir yarı tepkimenin ters yönde yazılması yükseltgenme tepkimesini verir; indirgenme potansiyeli (eski adı elektrot potansiyeli) ile yükseltgenme potansiyeli birbirinin ters işaretlidir.

Asidik ve Bazik Ortamda Yarı Tepkimeler

Ortam, yarı tepkimede hangi türün kullanılacağını belirler. Asidik ortamda H⁺ iyonu, gerektiğinde ayrıca H₂O kullanılır; bazik ortamda OH⁻ iyonu kullanılır. Aynı olayın iki ortamdaki yarı tepkimesi bu yüzden farklıdır. Yanlış ortamda denge kurulmaya çalışılırsa yük toplamı genellikle sıfır vermez ve denklem dengeye getirilemez. Sınavlarda ortam koşulu bir cümleyle verilir; bu cümleyi okumadan denge işlemine geçmek en sık yapılan hatadır.

Basit Bir Örnek

Çinko ile bakır(II) iyonları arasında önce iki yarı tepkime yazılır: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (indirgenme) ve Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (yükseltgenme). İki yarı tepkimenin elektron sayıları zaten eşit olduğundan doğrudan toplanır ve Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu tam tepkimesi elde edilir. Burada çinko yükseltgenme sayısını 0 değerinden +2 değerine çıkarırken bakır +2 değerinden 0 değerine iner.

İleri Örnek: Asidik Ortamda Permanganat

Permanganat iyonunun indirgenme yarı tepkimesi asidik ortamda MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O biçimindedir. Mangandan yükseltgenme sayısı +7 değerinden +2 değerine düşer ve beş elektron alınır; sekiz H⁺ ile dört H₂O atomları dengeler. Bu yarı tepkime, Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ biçiminde yazılan yükseltgenme yarı tepkimesiyle birleştirildiğinde elektron sayıları eşlenir ve MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O tam tepkimesi oluşur.