Konu Anlatımı
Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?
Bazı tepkimelerde bir madde diğerine elektron verir, bazılarında elektron alır. İşte bu iki temel eğilimin adı sırasıyla yükseltgenme ve indirgenmedir. Bir elementin oksijen sayısı yükseldiğinde yükseltgenme basamağını geçirmiş, azaldığında ise indirgenme basamağını geçirmiş sayılır. Bu bakış açısı, tepkimelerin çok sayıda benzer görünmesine rağmen aslında tek bir mantığa dayandığını gösterir.
Bu konuda önce iki kavramı net biçimde tanımlayacağız: yükseltgenmede madde elektron verir ve oksijen sayısı artar; indirgenmede madde elektron alır ve oksijen sayısı azalar. Sonra bir tepkimenin iki tarafını da inceleyip hangi türün yükseltgenen, hangisinin indirgenen olduğunu belirleyeceğiz. Ardından oksijen sayısı hesabını ve karbonhidratlarda kullanılan oksijen eşdeğeri hesabını yapacağız. Son olarak demirin paslanması, kömürün yanması gibi günlük hayat olaylarını bu basamaklarla açıklayacağız.
Ön Bilgi: Oksijen Sayısı ve Denklem Okuma
Oksijen sayısı, bir bileşikteki bir atomun oksijene ait değeridir ve oksijen atomu için eksi iki kabul edilir. Bu değer nötr bir bileşikte her atom için kendi değerlerinin toplamının sıfır olması gerektiği kuralından bulunur. Bu nedenle oksijen sayısı bir molekül için bir tam sayı ya da ondalıktır ve değişimi kolayca izlenebilir.
Denklem okuma alışkanlığı da bu konunun temelidir. Bir tepkimenin bir tarafında oksijen sayısı artan bir tür varsa, diğer tarafta onu kabullayan bir tür bulunur. Yani bir yükseltgenme basamağı her zaman bir indirgenme basamağıyla birlikte bulunur; tek başına var olamaz. Bu eşleşmeyi kurmak, tepkimelerde hangi türün ne yaptığını söylemenin en güvenli yoludur.
Temel Kurallar
Yükseltgenmede oksijen sayısı artar. Bunun iki yolu vardır: madde elektron verir ya da oksijene bağlanır. Demirin paslanması ve kükürtün yanması bu basamağa örnektir.
İndirgenmede oksijen sayısı azalır. Madde elektron alır veya oksijenden yoksun kalır. Bakır oksidin bakıra indirgenmesi ve kömür dioksidin koksu indirgenmesi bu basamağa örnektir.
Bir tepkimede iki basamak birlikte bulunur. Yükseltgenen türün verdiği elektron, indirgenen türün aldığı elektronla eşittir. Bu yüzden yükseltgenme ya da indirgenmeyi tek başına bir tepkimede aramak mümkün değildir.
Oksijen sayısı değişimi sayısal olarak ölçülür. Bir atom un oksijen sayısındaki bir birimlik değişim, bir elektron aktarımına karşılık gelir. Bu ilişki, madde miktarından gereken elektron miktarının hesaplanmasını sağlar.
Oksijen eşdeğeri yalnızca karbonhidratlarda tanımlıdır. Karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan bir bileşiğin oksijen eşdeğeri, karbon sayısının iki katı ile hidrojen sayısının toplamının ikiye bölünmesiyle bulunur. Bu değer yakıt değerlendirmesinde kullanılır.
Elektroliz, iki basamağı ayrı ayrı gösteren bir düzenektir. Anotta yükseltgenme, katotta indirgenme gerçekleşir. Bu nedenle elektroliz sorularında anot ve katot ayrımı doğrudan verim hesabına bağlanır.
Kavram Karşılaştırma Tablosu
Aşağıdaki tablo iki temel basamağı, gözlenen değişimleri ve günlük hayattan örnekleriyle karşılaştırır. Bir olayın hangi basamak olduğunu belirlemek için oksijen sayısının yönüne bakmak yeterlidir.
| Özellik | Yükseltgenme | İndirgenme |
|---|
| Elektron aktarımı | Elektron verir | Elektron alır |
| Oksijen sayısı | Artar | Azalır |
| Oksijenle etkileşim | Oksijene bağlanır | Oksijenden yoksun kalır |
| Oksitleyici olarak adlandırılan tür | Evet | Hayır |
| Örnek olay | Demirin paslanması | Bakır oksitin bakıra indirgenmesi |
| Elektrolizdeki yeri | Anot | Katot |
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Adım 1 — Oksijen sayılarını hesapla. Önce bileşiklerdeki her atomun oksijen sayısı bulunur. Toplamların sıfır olması kuralı, metale ait değerleri tek tek belirler ve hata yapma olasılığını azaltır.
Adım 2 — Değişim yönünü izle. Hangi atomun değeri arttı, hangisinin azaldı? Artan atom yükseltgenmiş, azalan atom indirgenmiş sayılır. Bu iki tür aynı tepkimede birlikte bulunmalıdır.
Adım 3 — Elektron sayımını yap. Bir atomun oksijen sayısındaki bir birimlik düşüş, o atomun aldığı elektron sayısına eşittir. Bu değer madde miktarıyla çarpılarak toplam elektron miktarı bulunur.
Adım 4 — Sonucu denetle. Yükseltgenen türün verdiği toplam elektron, indirgenen türün aldığı toplam elektronla eşit olmalıdır. Eşitlik sağlanmıyorsa sayımda hata vardır.
Sık Yapılan Hatalar
Yükseltgenme ve indirgenme sorularında en çok puan kaybettiren hatalar şunlardır. Hatalar genellikle oksijen sayısının yönünü ters almaktan ve elektron sayımını atlamaktan kaynaklanır.
- Oksijen sayısı yönünü ters almak: Oksijene bağlanan tür her zaman oksijen sayısını artırır ve yükseltgenir. Oksijenden yoksun kalan tür ise oksijen sayısını kaybettiği için indirgenir. Oksijen sayısı her zaman oksijenli bileşiklerde daha büyüktür.
- Tek başına yükseltgenme aramak: Bir tepkimede yalnızca yükseltgenme ya da yalnızca indirgenme olamaz. Verilen elektronu alacak bir tür bulunmadığında denklem kurulamaz; iki basamak daima çift hâlde bulunur.
- Elektron sayımını atlamak: Oksijen sayısındaki bir birimlik değişim bir elektron aktarımına karşılık gelir. Bu ilişkiyi kullanmadan yalnızca madde miktarını yazmak, sorunun istediği büyüklüğü bulmaz.
- Oksijen eşdeğerini yanlış kurgulamak: Oksijen eşdeğeri karbon sayısının iki katı ile hidrojen sayısının toplamının ikiye bölünmesiyle bulunur. Karbonun iki katı alınmazsa sonuç yarı yarıya küçük çıkar.
- Oksijen sayısını atom kütlesi sanmak: Oksijen sayısı kütle değil, elektrona ilişkin işaretli bir sayıdır ve negatif olabilir. Kütleyle karıştırıldığında büyüklük karşılaştırmaları bozulur.
- Anot ve katotu ters bağlamak: Elektrolizde anot yükseltgenmenin, katot indirgenmenin gerçekleştiği elektrottur. Bu eşleşme ters kurulursa elektron akışı ve ürün miktarı yanlış bulunur.
Özet
Yükseltgenme oksijen sayısını artırır, indirgenme azaltır; ikisi daima çift hâlde bulunur. Yükseltgenme, bir türün elektron vererek oksijen sayısını artırmasıdır; indirgenme ise elektron alarak oksijen sayısını azaltmasıdır. Bir tepkimede bu iki basamak daima birlikte görülür ve verilen toplam elektron, alınan toplam elektronla eşittir. Oksijen sayısı, bir bileşikte her atom için nötrlük koşulundan hesaplanır; oksijen atomuna eksi iki değer verilir. Bir atomun oksijen sayısındaki bir birimlik değişim bir elektron aktarımına karşılık geldiğinden, madde miktarından gereken elektron miktarı kolayca hesaplanır. Karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan bileşiklerde oksijen eşdeğeri, karbon sayısının iki katına hidrojen sayısının eklenip ikiye bölünmesiyle bulunur ve yakıt değeri hesaplarında kullanılır. Elektrolizde anot yükseltgenme, katot indirgenme yeridir. Demirin paslanması, kükürtün yanması ve karbonun tam yanması yükseltgenme örneğidir; bakır oksidin bakıra indirgenmesi ise indirgenme örneğidir.
Kendi kendine dene: Şu dört olayın her birinde yükseltgenen ve indirgenen türü belirle ve oksijen sayısı yönünü yaz. (1) Demir levhanın nemli ortamda kızıl renkli bir tabaka oluşturması, (2) Kömürün kazan içinde yanması, (3) Bakır oksidin yüksek ısıda bakıra dönüşmesi, (4) Bitki yapraklarında fotosentez sırasında karbon dioksitten glikoz oluşması. Ardından bir bileşikte oksijen sayısının nasıl hesaplandığını yazarak, metallerin oksijen sayısının neden genellikle pozitif, oksijenin neden negatif olduğunu açıkla.
Ne Öğreneceğiz
Yükseltgenme ve indirgenme basamaklarını oksijen sayısı ve elektron aktarımı üzerinden tanımak; yükseltgenen ve indirgenen maddeyi belirlemek; redoks tepkimelerinde elektron sayımı yapmak, oksijen sayısı ve oksijen eşdeğeri hesaplamak ve günlük hayattaki yükseltgenme örneklerini gerekçesiyle açıklamak. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- Yükseltgenme ve indirgenme basamaklarını oksijen sayısı değişimiyle tanımlar.
- Bir tepkimede yükseltgenen ve indirgenen maddeyi elektron aktarımına göre belirler.
- Redoks tepkimelerinde yükseltgenen ve indirgenen türün madde miktarını hesaplar.
- Oksijen sayısını hesaplayarak bir bileşiğin yükseltgenme eğilimini tartışır.
- Oksijen eşdeğeri hesabını karbonhidrat örnekleri üzerinde yapar.
- Metal oksitlenmesi ve yanma gibi günlük hayat olaylarını bu basamaklarla açıklar.
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: 20 g demirin tamamen oksitlenmesi sonucu kütlesi 32 g olan bir ürün oluşmuştur. Bağlanan oksijen kaç gramdır?
- Oksitlenmede metal oksijene bağlanır.
- Ürün kütlesi, metal kütlesi ile bağlanan oksijenin toplamıdır.
- Bağlanan oksijen, iki kütlenin farkından bulunur.
Sonuç/cevap: 12 g
Kendini Dene
Soru: Bir demir eşyası nemli bir ortamda bırakıldığında yüzeyinde kızıl renkli bir tabaka oluşuyor. Bu olayda hangi tür yükseltgenmiş, hangi tür indirgenmiştir; oksijen sayısı değişimlerini yazarak gerekçe veriniz ve olayın gözleseydiniz hangi ölçümü yapacağınızı anlatınız.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Olayın oksijen sayısını artıran türün yükseltgenmesi, azaltan türün indirgenmesi olduğu yazılır (5 puan). Demirin oksijene bağlanarak metal oksit oluşturduğu, oksijenin ise elektron alarak indirgendiği belirtilir (6 puan). İki türün oksijen sayısı değişiminin büyüklüğünün eşit olduğu vurgulanır (4 puan). Pas tabakasının kalınlığı ya da numunun kütle artışı gibi bir ölçümün kütle korunumuyla bağlantısı kurularak önerilir (5 puan).
