ELEKTROKİMYA YÜKSELTGENME BASAMAKLARI
Bileşiklerdeki elementlerin veya iyonların yükseltgenme sayılarını belirlemek için aşağıdaki kurallardan yararlanırız:
Serbest ve birleşmemiş tüm elementlerin yükseltgenme sayısı sıfırdır.
(Fe,Cu,Zn,Na vb.)
Bir iyonun yükseltgenme sayısı, yüküne eşittir.Mesela Na+1 iyonunda yükseltgenme sayısı +1 sayısıdır.
Hidrojenin bileşiklerinde yükseltgenme sayısı genellikle (+1) dir. Örneğin, H2O, H2O2, NH3 gibi bileşiklerde .
Ancak hidrojenin metal bağlanarak hidrür oluşturduğu durumlarda yükseltgenme sayısı (-1) dir. Örnek olarak sodyum hidrür NaH, kalsiyum hidrür CaH2 gibi bileşikler verilebilir.
Oksijenin bileşiklerinde yükseltgenme sayısı genellikle (-2) dir.
Halojenlerin bileşikler içinde yükseltgenme sayısı genellikle (-1) dir
Bir molekül veya bileşikteki atomların hepsinin yükseltgenme sayıları toplamı sıfırdır.
Çok atomlu iyonlarda, atomların yükseltgenme sayılarının toplamı iyonun yüküne eşittir.
UYGULAMA SORUSU : H2SO4,PO4-3
,KMnO4 maddelerinde altı çizili elementlerin yükseltgenme basamaklarını bulıunuz.
SORU : Aşağıda verilen iyon ve bileşiklerde altı çizili elementlerin yükseltgenme basamağını bulunuz.
a) CaO2
b) HSO3–
c) SO4-2
d)S2O3-2
YÜKSELTGENME,YÜKSELTGEN,İNDİRGENME,İNDİRGEN KAVRAMLARI Bu bölümde elektron alışverişi ile gerçekleşen tepkimeleri öğreneceksiniz. Bu tepkimelerde indirgenme ve yükseltgenme adı verilen iki ayrı olay gerçekleşir. Bir atom ya da iyonun e–
(elektron) almasıyla gerçekleşen olaya indirgenme, bu olayın gösterildiği tepkimeye indirgenme yarı tepkimesi denir.Ayrıca indirgenen maddeye ise yükseltgen adı verilir.
2H+ (suda) + 2e– H2 (g) İNDİRGENME 2H+ maddesi indirgenmiş aynı zamanda yükseltgendir.
Bir atom ya da iyonun e– vermesiyle gerçekleşen olaya yükseltgenme, bu olayın gösterildiği tepkimeye yükseltgenme yarı tepkimesi denir.Yükseltgenen maddeye ise indirgen adı verilir.
Zn (k) Zn (suda) 2+ + 2e– YÜKSELTGENME Zn (k) maddesi yükseltgenmiş aynı zamanda indirgendir.
Yükseltgenme ve indirgenme tepkimelerinin aynı anda gerçekleştiği olaylara REDOKS TEPKİMELERİ denir.
UYARI : Redoks tepkimelerinde yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri bağımsız
düşünülemez biri varsa diğeride vardır.Ayrıca bir tepkimede serbest halde element oluşmuşsa bu tepkime redoks tepkimesidir.
Yanma ve Analiz tepkimeleri redoks reaksiyonudur.
NOT : Redoks kelimesi, redüksiyon (indirgenme) ve oksidasyon (yükseltgenme) kelimelerinin kısaltılıp birleştirilmesi ile elde edilmiş bir terimdir. Bu terim elektron alışverişinin gerçekleştiği tepkimeleri belirtmek için kullanılır
SORU : Aşağıdaki tepkimeleri yükseltgenme veya indirgenme tepkimesi olarak sorgulayınız.
Fe+2 + 2e- → Fe+2 Ag+ + 1 e- → Ag
SORU : Cr O + I → Cr + I tepkimesinde yükseltgen ve indirgen maddeleri bulunuz
Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi
Tepkimeye giren ve tepkimede oluşan maddelerdeki bütün elementlerin yükseltgenme basamakları bulunarak yükseltgenme basamağı değişen elementler belirlenir.
Alınan ve verilen elektron sayıları belirlenir.
Alınan ve verilen elektronlar uygun katsayılar ile çarpılarak eşitlenir.
Elektronların çarpıldığı sayılar, o elektronun ait olduğu elementi içeren taneciğin katsayısı olarak yazılır ve bu şekilde yükseltgenme basamağı değişen elementler denkleştirilir.
Yükseltgenme basamağı değişmeyen diğer elementler uygun katsayılar kullanılarak denkleştirilir.
H ve O atomlarının denkleştirilmesini sona bırakmaya önem gösterilir.
UYGULAMA SORUSU :
P + HNO3 + H2O H3PO4 + NO tepkimesini denkleştiriniz.
SORU :
Cu + H2SO4 CuSO4 + SO2 + H2O tepkimesini uygun katsayılarla
denkleştiriniz.
SORU :
KMnO4+HCl KCl+MnCl2+H2O + Cl2
tepkimesini denkleştiriniz
STANDART ELEKTROT POTANSİYELİ
Bir galvanik hücrede elektrotlar arasındaki gerilim farkına hücre potansiyeli denir.
Hücre potansiyeli, elektromotor kuvveti(emk) olarak da adlandırılır ve galvanik hücreler için bu değer daima pozitiftir. Voltmetre ile ölçülür ve SI’ da potansiyelin birimi volt’dur.
Galvanik hücrenin iki elektrodu arasına yerleştirilen bir voltmetre, tek tek elektrot potansiyellerini değil; elektrot potansiyelleri arasındaki farkı ölçer.
Elektrot potansiyellerini belirleyebilmek için referans bir elektroda ihtiyaç vardır.
Bu ihtiyacı karşılamak için, standart hidrojen elektrodu kullanılır.
Hangi yarı pilin gerilimi saptanmak isteniyorsa istenen yarı pil standart hidrojen yarı piline bağlanarak bağıl olarak saptanır.Mesela,Şekil E-1 i incelersek,
ANOT: Zn → Zn( ) + 2e E / =?
KATOT: 2H( ) + 2e → H (!) "# /#
$
% = %, %%% '
TOPLAM:Zn(() + 2H( )→ Zn( )+H (!) ")ü*+,% = +0,763 V
Elektrot potansiyelleri indirgenme potansiyeli şeklinde yazılır.Dolayısıyla Zn elektrotun standart indirgenme potansiyeli E = − 0,763 V’ tur.
ŞEKİL E-1
SORU :
Aşağıdaki tepkimeler kendiliğinden oluşmaktadır.
Z( ) + X(( /ı)→ X( ) + Z(( /ı) X( ) + Y(( /ı)→ Y( ) + X(( /ı) Y( ) + K(( /ı) → K( ) + Y(( /ı) Buna göre, X(( /ı), Y(( /ı), Z(( /ı)ve K(( /ı) yükseltgenme yarı
tepkimeleri elektron verme eğilimine göre küçükten büyük olana doğru nasıl sıralanır?
A) Z, X, Y, K B) X, Y, K, Z
C) Y, K, Z, X D) K, Z, Y, X E) Z,Y, X,K
AKTİFLİK
Metallerin elektron verme, ametallerin elektron alma yatkınlıklarına aktiflik denir. Yani bir metal ne kadar kolay elektron veriyorsa bir ametal ne kadar kolay elektron alıyorsa o kadar aktifdir.
Bırada aktiflik kıyaslanırken biz yükseltgenme potansiyelini kullanıcaz.
1-YÜKSELTGENME POTANSİYELİ
Diğer sayfada bu potansiyellerin değerleri verilmiştir.
1. Yükseltgenme potansiyeli büyük olanlar daha aktifdir.
2. Yükseltgenme potansiyeli pozitif olanlar hidrojenden daha aktif olduklarından asitlerle H2 açığa çıkarırlar.
3. Yükseltgenme potansiyeli (–) olanlar hidrojenden pasif olduklarından bu metaller asitlerle H2 gazı açığa çıkarmazlar.
2. İNDİRGENME POTANSİYELİ Yükseltgenme potansiyelinin tam tersidir.
NOT : Aktiflik değerleri bir metalin bir çözeltide çözünüp çözünemeyeceğini belirler.
NOT : Hidrojenden pasif metaller bir asit çözeltisinde hidrojen gazı açığa çıkaramaz
NOT : Cu, Hg ve Ag pasif metalleri HNO3 ve H2SO4 gibi oksijenli asitlerle tepkime verir.
• Derişik HNO3 kullanılırsa NO2 gazı, seyreltik HNO3 kullanılırsa NO gazı oluşur.
• H2SO4 derişik ve sıcak ise tepkime vererek SO2 gazı açığa çıkarır.
SORU :
Yukarıda verilen kapların hangilerinde a) Aşınma gerçekleşir?
b) H2 gazı çıkışı gözlenir?
(Metallerin aktiflik sıralaması Fe > H2 >
Cu > Ag şeklindedir.)
SORU :
Cu, Zn, Mg metallerinin hangilerinde aşınma olur? (Mg > Zn > Cu )
GALVANİK HÜCRE
Yarı hücrelerin metalik iletken ve tuz köprüsüyle birleştirilmesinden oluşan ve kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bütüne ise galvanik hücre (pil ) denir.
ANOT: Zn Zn+2 + 2e- YÜKSELTGENME
KATOT: Cu+2 + 2e- Cu İNDİRGENME
Galvanik hücrede gerçekleşen kimyasal olayı tersine döndürmek için sisteme enerji vermek gerekir.
ELEKTROLİTİK HÜCRE
Elektrik enerjisi yardımıyla zorlamalı yürütülen redoks olaylarının gerçekleştiği sistemlere elektrolitik hücre adı verilir. Galvanik hücre ve elektrolitik hücrenin her ikisinde de elektrokimyasal bir değişiklik meydana geldiği için bu hücrelere
elektrokimyasal hücre denir.
Elektrolitik hücre ve galvanik hücrenin her ikisinde de yükseltgenmenin olduğu elektrot anot, indirgenmenin olduğu elektrot katottur. Ancak elektrotları pozitif ve negatif uçlar olarak düşünecek olursak negatif uç, galvanik hücrede anot;elektrolitik hücrede ise katottur. Pozitif uç, galvanik hücrede katot; elektrolitik hücrede ise anottur. Elektrolitik hücrede de galvanik hücrede de elektrik akım yönü anottan katoda doğrudur.
Elektrolit:Elektriği ileten, içinde iyonlaşan madde bulunan çözeltilerdir
Elektrot :Uzun bir metal tel, kafes veya levha elektrokimyasal çalışmalarda çözeltilere daldırılarak kullanıldığında elektrot adını alır.
Anot: Yükseltgenmenin olduğu elektrot
Zamanla anot kütlesi azalır
Çözelti derişimi artar
Anot elektrot eksi yüklüdür.
Aktif olan metal anotdur.
Katot : İndirgenmenin olduğu elektrotdur.
Zamanla katod kütlesi artar(gaz çıkışı hariç)
Çözelti derişimi azalır.
Katot elektrot artı yüklüdür.
Pasif olan metal katotdur.
Pilde elektronun akış yönü her zaman anotdan katoda doğrudur.
Kullanılan tuz köprüsü,iyon denkliğini sağlamak ve devreyi tamamlamak için kullanılır.Tuz köprüsündeki anyonlar anoda katyonlar ise katoda gider
SORU :
Mn( ) + 2e → Mn(() E0 = -1.18 V Pb( ) + 2e → Pb(() E0 = -0.13 V
Şekildeki pil sisteminde; standart pil gelimi kaç volttur?
SORU
a) Anot ve katot yarı hücrelerini yazınız?
b) Hangi yarı hücrede katyon derişimi artar?
c) I. kaba su eklenirse pil gerilimi nasıl değişir?
ç) Pil tepkimesi ne zaman sona erer?
d) Tuz köprüsündeki anyonlar hangi kaba doğru hareket eder?
NOT :İndirgenme potansiyellerine tablodan bakınız
:
SORU :
Bu pille ilgili aşağıdaki bilgilerden hangisi yanlıştır?
A) Zn elektrodu anottur.
B) Katot yarı hücresinde H2 gazı açığa çıkar.
C) Elektron akışı Pt elektrottan Zn elektroda doğrudur.
D)Pil tepkimesi,
Zn(k) + 2H (g) Zn (suda) 2+ + H2(g) şeklindedir.
E) Pil potansiyeli 0,763 V’tur.
Demekki,
Yükseltgenme potansiyeli (gerilimi, voltajı) yardımıyla,
• Metallerin aktiflikleri,
• Metallerde aşınma olup olmayacağı,
• Metallerin asitler ile tepkime verip vermeyeceği, tepkime veriyorsa H2 gazı oluşup oluşmayacağı,
• Verilen bir tepkimenin istemli olup olmadığı yorumlanabilir
Bilinmesi gereken kavramlar Elektrolit:
Elektriği ileten, içinde iyonlaşan madde bulunan çözeltilerdir.
Elektrot:
Uzun bir metal tel, kafes veya levha elektrokimyasal çalışmalarda çözeltilere daldırılarak kullanıldığında elektrot adını alır.
Yükseltgenmenin olduğu elektroda anot, indirgenmenin olduğu elektroda ise katot denir.
Yarı Hücre:
Her elektrot ile daldırıldığı çözeltinin oluşturduğu sisteme ise yarı hücre denir.
Tuz köprüsü:
İki yarı hücreyi birleştiren ve derişik tuz çözeltisi içeren U borusu şeklindeki bölüme tuz köprüsü denir.
Her iki kapta yükseltgenme ve indirgenmeden dolayı bozulan iyon yük denkliğinin yeniden oluşmasını sağlar.
Tuz köprüsündeki anyonlar anoda, katyonlar ise katoda gider
