YÜKSEK TÜRK ! SENİN İÇİN YÜKSEKLİĞİN HUDUDU YOKTUR. İŞTE PAROLA BUDUR.

YÜKSELTGENME-İNDİRGENME REAKSİYONLARI Yrd. Doç. Dr. Ahmet Emin ÖZTÜRK

Örnek­lerde, karışıklığı önlemek amacıyla tepkimeye girenlerin ve ürünlerin fiziksel hali yazılmayacaktır. Ayrıca H3O+ veya H+ (aq) yerine H + sim­gesi kullanılacaktır.

Yükseltgenme; oksijenle birleşme, oksidasyon, Bir atomun yükseltgenme sayısının matematiksel olarak arttığı bir işlem İndirgenme; oksijenin ayrılması, redüksiyon, Bir atomun yükseltgenme sayısının matematiksel olarak azaldığı bir işlem

Her atomun yükseltgenme sayısı o atomun simgesinin üzerine yazılır. +4 –2 O2 S SO2 S atomunun yükseltgenme sayısı 0 dan +4 e arttığından S yük­seltgenmiştir. O atomunun yükseltgenme sayısı 0 dan -2 ye düştü­ğünden oksijen indirgenmiştir.

Aşağıdaki tepkimede ise hiç bir atomun yükseltgenme sayısı değişmediğinden yükseltgenme-indirgenme yoktur. +4 –2 +1 –2 +1 +4 –2 H2SO3 SO2 H2O

Ne yükseltgenme ne de indirgenme kendi kendine meydana geleme­z Yükseltgenme sayısındaki toplam artış, yükselt­genme sayısındaki toplam azalmaya eşit olmalıdır

Hiçbir madde bir diğer madde yükseltgenmedikçe indirgenemeye­ceğinden indirgenen madde, yükseltgenmeden sorumludur. Bu nedenle bu maddeye yükseltgeme maddesi veya yükseltgen denir. İki işlem bir­birine bağımlı olduğundan kendisi yükseltgenen maddeye indirgeme maddesi veya indirgen denir. +4 –2 S O2 SO2 Yükseltgenen İndirgenen İndirgen Yükseltgen

1 2 Yükseltgenme-indirgenme tepkimelerin denkleştirilmesi Yükseltgenme sayıları yöntemi İyon-elektron yöntemidir. 1 2

Yükseltgenme sayıları yöntemi

Tüm atomların yükseltgenme sayıları bulunur. 1 Yükseltgenen ve indirgenen atomlar tespit edilir. 2 Yükseltgenen atomların verdiği elektron sayısı belirlenir. 3 İndirgenen atomların aldığı elektron sayısı belirlenir. 4 Alınan ve verilen elektron sayıları uygun katsayılar kullanılarak eşitlenir. 5 Diğer atomların sayıları uygun katsayılar kullanılarak eşitlenir. 6

HNO3 H2S NO S H2O

1 Atomların yükseltgenme sayıları bulunur. +1 +5 –2 +1 –2 +2 –2 +1 –2 HNO3 H2S NO S H2O Azot indirgenmiş (+ 5 den, + 2 ye; 3 azalmış) Kükürt yükseltgenmiş (-2 den 0 a, 2 artmış).

Yükseltgenme sayısındaki toplam artış ve toplam azalışın birbirine eşit olması için denkleme katsayılar ilave edilir. 2 3x2=6 +5 +2 2 HNO3 3 H2S 2 NO 3 S H2O –2 2x3=6

Bu yöntem yalnızca yükseltgenme sayısı değişen maddeleri denkleştirir. 3 Denkleştirme işlemi sınama-yanılma ile tamamlanır. Bu örnekte kullanılan yöntem H2O nun katsayısı için bir değer ver­mez. Bununla birlikte denklemin solunda 8 H atomu olduğunu görürüz. H2O nun katsayısını 4 yazarak denklemin sağında da aynı sayıda H ato­mu olmasını sağlayabiliriz. 2 HNO3 3 H2S 2 NO 3 S 4 H2O

Son olarak denkleştirilmiş denklemin her iki tarafında her atom­dan aynı sayıda olup olmadığı kontrol edilir ve işlem böylece tamamlanmış olur. 4 2 HNO3 3 H2S 2 NO 3 S 4 H2O Reaktant Ürün H 2+6 8 N 2 O 6 2+4 S 3

Yükseltgenme-sayısı yöntemi, yalnızca iyonların ve moleküllerin gösterildiği net iyonik denklemlerin denkleştirilmesinde de kullanıla­bilir. H2O I2 ClO3 ¯ IO3 ¯ Cl ¯ H+

K+ iyonu tepkimede yer almadığından denklemde gösterilmemiştir 1 -1-(+5)= - 6 +1 –2 +5 –2 +5 –2 –1 +1 H2O I2 ClO3 ¯ IO3 ¯ Cl ¯ H+ +5-(0)=+5 2x5 = +10

2 6 ve 10 nun en küçük ortak katı 30 dur. Bu nedenle tepkimede, 3I2 mo­lekülü (toplam 30 artış) ve 5 ClO3 iyonu (toplam 30 azalma) bu­lunmalıdır. Bundan sonra IO3ˉ ve Clˉ nin katsayıları bulunur. H2O 3 I2 5 ClO3 ¯ 6 IO3 ¯ 5 Cl ¯ H+ Katsayı yalnızca I ve Cl atomu sayılarını eşitlemek için kullanılmıştır.

3 Solda 15 oksijen atomu, sağda ise 18 ok­sijen atomu bulunur. Sol tarafa gerekli 3 oksijen atomu 3 H2O molekülünden sağlanır. H2O moleküllerindeki hidrojen atomları­nı denkleştirmek için H+ nın katsayısı 6 olmalıdır. 3 H2O 3 I2 5 ClO3 ¯ 6 IO3 ¯ 5 Cl ¯ 6 H+

- 5 -5 Reaktant Ürün H 6 O 3+15 18 I Cl 5 Reaktant Ürün Yük 0+0+(-5) 4 3 H2O 3 I2 5 ClO3 ¯ 6 IO3 ¯ 5 Cl ¯ 6 H+ Reaktant Ürün H 6 O 3+15 18 I Cl 5 İyonik bir denklem kütle denkliği kadar yük denkliğini de gös­termelidir. Reaktant Ürün Yük 0+0+(-5) (-6)+(-5)+(+6) Toplam Yük - 5 -5

İyon – elektron yöntemi

Elektron alış-verişi ile olan tepkimeler de yükseltgenme-indirgenme tepkimelerine örnektir.

Sodyum ve klor arasındaki tep­kimede, sodyum atomu değerlik elektronunu klora verir. ¯ +1 –1 2 Na Cl2 2 Na+ 2 Cl ¯ Elektron kaybı bir tür yükseltgenme, elektron kazancı ise bir tür indirgenmedir. Bu denklem yarım tepkimeleri gösteren iki kıs­mi denkleme ayrılabilir. Yükseltgenme 2 Na 2 Na+ 2 e ¯ İndirgenme 2 Cl2 2 Cl ¯ e ¯

Ana denklem, H2O, H+ ve OH‾ nin gösterilmediği iki yarı tepkimeye ayrılır. 1 Gerekli katsayılar kullanılarak H ve O haricindeki atomların sayıları eşitlenir. 2 Ortamın asidik yada bazik oluşuna göre H ve O sayıları eşitlenir. 3 Yük denkliğini sağlamak üzere gerekli tarafa elektron/elektronlar eklenir. 4 Denklemler belli katsayılarla çarpılarak, alınan-verilen elektron sayıları eşitlenir. 5 İki denklem taraf tarafa toplanarak ana denklem yeniden elde edilir. 6

İyon-elektron yöntemi ile asidik çözeltide gerçekle­şen tepkimeler için : Önce O in eksik olduğu tarafa, her oksijen için bir H2O eklenir. Sonra H in eksik olduğu tarafa, her hidrojen için bir H+ eklenir. Bu işlemde sıra önemlidir.

İyon-elektron yöntemi ile bazik çözeltide gerçekle­şen tepkimeler için : O in eksik olduğu tarafa , her oksijen için 2 tane OH¯ , karşı tarafa bir H2O eklenir. H in eksik olduğu tarafa , her hidrojen için bir H2O, karşı tarafa 1 tane OH¯ eklenir. Bu işlemde sıra önemli değildir.

Cr2O72 ¯ Cr3+ Cl ¯ Cl2 Asidik çözeltide gerçekleşen bir tepkime

Cr2O72 ¯ Cl ¯ Cr3+ Cl2 (Bu denkleştirilmemiş ifadede H2O ve H+ gösterilmemiştir. ) 1 Yarım tepkimeler için iki kısmi iskelet denklem yazılır. Kısmi denklemlerin merkez elementleri (H ve O dışındaki elementler) denkleştirilir. Cr2O72 ¯ 2 Cr3+ 2 Cl ¯ Cl2

2 Bu adımda H ve O atomları denkleştirilir. Tepkime asidik çö­zeltide gerçekleştiğinden, gerekli olan yerlere H2O ve H+ yazı­lır. O atomlarının eksik olduğu tarafa H2O yazılır. Hidrojen ise H + eklenerek denkleştirilir. 14 H+ Cr2O72 ¯ 2 Cr3+ 7 H2O 2 Cl ¯ Cl2

Bu adımda kısmi denklemler elektriksel olarak denk­leştirilir. 3 Birinci kısmi denklemin sol tarafında net +12 yük [(+14 + ( 2)], sağ tarafında ise net +6 yük vardır. Buna göre sol tarafa altı elektron eklenmelidir [+12 + ( 6) = +6]. Bu şekilde her iki tarafındaki net yük 6 + olacaktır. 6 14 H+ Cr2O72 ¯ 2 Cr3+ 7 H2O e ¯ İkinci kısmi denklem ise sağ tarafa 2 elektronun eklenmesi ile denkleştirilir. 2 Cl ¯ Cl2 2 e ¯

4 Kazanılan elektron sayısı, kaybedilen elektron sayısına eşit ol­malıdır. Bu yüzden ikinci kısmi denklemin 3 le çarpılması ge­rekir. 6 14 H+ Cr2O72 ¯ 2 Cr3+ 7 H2O e ¯ 6 Cl ¯ 3 Cl2 6 e ¯

5 İki kısmi denklemin taraf tarafa toplanmasıyla denkleştirilmiş son denklem el­de edilir. 14 H+ Cr2O72 ¯ 6 Cl ¯ 2 Cr3+ 3 Cl2 7 H2O Toplama sırasında elektronlar birbirini götürmelidir.

Reaktant Ürün H 14 Cr 2 O 7 Cl 6 Yük 14+(-2)+(-6) 6+0+0 Toplam Yük + 6 ¯ 6 Cl ¯ 2 Cr3+ 3 Cl2 7 H2O Reaktant Ürün H 14 Cr 2 O 7 Cl 6 Yük 14+(-2)+(-6) 6+0+0 Toplam Yük + 6

Mn2+ MnO4 ¯ As4O6 H3AsO4 Asidik çözeltide gerçekleşen bir tepkime

MnO4 ¯ As4O6 Mn2+ H3AsO4 1 Denklem iki kısmi iskelet denkleme ayrılır. Merkez atomlar denkleştirilir. Mn2+ MnO4 ¯ As4O6 4 H3AsO4 2 Kısmi denklemler H+ ve H2O ek­lenerek kütlece eşitlenir. 8 H+ MnO4 ¯ Mn2+ 4 H2O 10 H2O As4O6 4 H3AsO4 8 H+

3 Net yükleri denkleştirmek için elektronlar eklenir. Mn2+ 5 8 H+ MnO4 ¯ 4 H2O e ¯ 10 H2O As4O6 4 H3AsO4 8 H+ 8 e ¯ 4 Kaybedilen elektron sayısının, kazanılan elektron sayısına eşit olması için birinci kısmi denklem 8 ile ve ikinci kısmi denklem 5 ile çarpılmalıdır. 40 64 H+ 8 MnO4 ¯ 8 Mn2+ 32 H2O e ¯ 50 H2O 5 As4O6 20 H3AsO4 40 H+ 40 e ¯

4 Bu iki kısmi denklem taraf tarafa toplanarak en küçük tam sayılarla denkleştirilmiş net denklem elde edilir. 18 H2O 24 H+ 8 MnO4 ¯ 8 Mn2+ 5 As4O6 20 H3AsO4

Reaktant Ürün H 36+24 60 O 18+32+30 80 Mn 8 As 20 Yük 0+24+(- 8)+0 MnO4 ¯ 5 As4O6 8 Mn2+ 20 H3AsO4 Reaktant Ürün H 36+24 60 O 18+32+30 80 Mn 8 As 20 Yük 0+24+(- 8)+0 16+0 Toplam Yük + 16

N2H4 MnO2 MnO4 ¯ N2 Bazik çözeltide gerçekleşen bir tepkime Bazik çözeltilerde oluşan tepkimeleri denkleştirmek için H+ kullanılamaz.

1 Denklem iki kısmi denkleme ayrılır. MnO4 ¯ MnO2 N2H4 N2 2 Bazik çözeltilerde gerçekleşen tepkimelerde oksijen ve hidrojeni denkleştirmek için OH¯ ve H2O kullanılır. Birinci kısmi denklemde sağ tarafta 2 oksijen atomu eksik­tir. 2 H2O MnO4 ¯ MnO2 4 OH ¯ İkinci kısmi denklemde sağ tarafta dört hidrojen atomu eksiktir. 4 OH ¯ N2H4 N2 4 H2O

3 Yük denkliğini sağlamak için elektronlar eklenir. MnO2 3 2 H2O MnO4 ¯ 4 OH ¯ e ¯ 4 OH ¯ N2H4 N2 4 H2O 4 e ¯ 4 3 ve 4 ün en küçük ortak katı 12 dir. Buna uygun olarak elektron sayısı eşitlenir. 8 H2O 4 MnO4 ¯ 4 MnO2 12 16 OH ¯ e ¯ 12 OH ¯ 3 N2H4 3 N2 12 H2O 12 e ¯

- 4 Reaktant Ürün Mn 4 O 16 8+4+4 N 6 H 12 8+4 Yük (- 4)+0 0+0+0+(- 4) 5 Kısmi denklemler, elektronlarda olduğu gibi OH ¯ iyonları ve H2O molekülleri de birbirlerini sadeleştirecek şekilde toplanır ve son denklem elde edilir. 4 MnO4 ¯ 3 N2H4 4 MnO2 3 N2 4 H2O 4 OH ¯ Reaktant Ürün Mn 4 O 16 8+4+4 N 6 H 12 8+4 Yük (- 4)+0 0+0+0+(- 4) Toplam Yük - 4

Br2 BrO3 ¯ Br ¯ Bazik çözeltide gerçekleşen bir tepkime Bu tepkimede aynı madde yani Br2 hem yükseltgenmekte hem de in­dirgenmektedir. Bu tür tepkimeler, disproporsiyon veya oto yükseltgen­me-indirgenme (kendi kendine yükseltgenme-indirgenme) tepkimeleri olarak isimlendirilir.

Br2 BrO3 ¯ Br ¯ Br2 2 BrO3 ¯ 1 Br2 2 Br ¯ 12 OH ¯ Br2 2 BrO3 ¯ 6 H2O 2 Br2 2 Br ¯ 12 OH ¯ Br2 2 BrO3 ¯ 6 H2O 10 e ¯ 3 2 Br2 2 Br ¯ e ¯

4 12 OH ¯ Br2 2 BrO3 ¯ 6 H2O 10 e ¯ 10 5 Br2 10 Br ¯ e ¯ 5 12 OH ¯ 6 Br2 2 BrO3 ¯ 10 Br ¯ 6 H2O Bu denklemin bütün katsayıları 2 ile bölünebilece­ğinden katsayılar alabilecekleri en küçük değere düşürülmelidir. 6 OH ¯ 3 Br2 BrO3 ¯ 5 Br ¯ 3 H2O 6 1 5 ¯ ¯ ¯ Yük Denkliği 6 6 ¯ ¯

Yarım tepkimeler tek başlarına gerçekleşmeyeceklerinden kısmi denk­lemler tam bir kimyasal değişmeyi göstermez. İki yarım tepkimenin farklı elektrotlarda oluştuğu elektrokimyasal pillerde bile, her iki ya­rım tepkime daima aynı anda gerçekleşir.

Kısmi denklemler, bir elektrokimyasal pilde gerçekleşen yükselt­genme-indirgenme tepkimesinin oluş şeklini genel olarak göstermekle birlikte, aynı tepkime bir beherde aynı şekilde oluşmayabilir. Bu yön­tem, tepkimenin doğru mekanizmasını mutlaka veren bir yöntem ola­rak yorumlanmamalıdır. Bazen bir tepkimenin bir elektron alış-verişi (değişimi) tepkimesi olup olmadığını anlamak zordur.

+4 –2 +5 –2 +6 –2 +3 –2 SO32 ¯ ClO3 ¯ SO42 ¯ ClO2 ¯ tepkimesi bir elektron-alışverişi tepkimesine benzemektedir. Bu tepki­me bir elektrokimyasal pilde gerçekleştirilebilir ve iyon-elektron yön­temi ile denkleştirilebilir. Bununla birlikte bu tepkimenin elektron alış­verişi ile değil de doğrudan oksijen alış verişi ile (Cl03 den SO4 2 ye) olduğu gösterilmiştir.