12. Sınıf Redoks Tepkimeleri ve Elektrokimya — Konu Anlatımı

Turuncudan Yeşile

Eski tip alkol ölçerlerde nefes, turuncu renkli potasyum dikromat ($\mathrm{K_2Cr_2O_7}$) emdirilmiş bir tüpten geçerdi. Nefeste etanol varsa turuncu renk yeşile dönerdi. Rengi değiştiren şey kromun elektron almasıdır: turuncu dikromattaki krom, yeşil $\mathrm{Cr^{3+}}$ iyonuna dönüşür. Etanol ise elektron vererek etanoik aside çevrilir.

Biri elektron veriyor, öteki alıyor. Elektron aktarımıyla yürüyen bu tür tepkimelere indirgenme-yükseltgenme (redoks) tepkimesi denir. Kromun elektron aldığını nereden biliyoruz? Yükseltgenme basamağını hesaplayarak.

Basamak Hesabının Kuralları

• Element hâlindeki atom: 0 ($\mathrm{Zn}$, $\mathrm{O_2}$, $\mathrm{Cl_2}$).
• 1A metalleri +1, 2A metalleri +2, alüminyum +3.
• Hidrojen genellikle +1; metal hidrürlerde ($\mathrm{NaH}$) −1.
• Oksijen genellikle −2; peroksitlerde ($\mathrm{H_2O_2}$) −1.
• Nötr bileşikte basamakların toplamı 0, çok atomlu iyonda iyonun yüküdür.

Çözümlü örnek 1: $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$'de krom kaçtır? $2(+1) + 2x + 7(-2) = 0 \Rightarrow 2x = 12 \Rightarrow x = +6$. Yeşil $\mathrm{Cr^{3+}}$'te +3. Her krom atomu 3 elektron almış, yani indirgenmiş.

Çözümlü örnek 2: $\mathrm{MnO_4^-}$ iyonu $\mathrm{Mn^{2+}}$'ya dönüşüyor. $x + 4(-2) = -1 \Rightarrow x = +7$. Basamak +7'den +2'ye iner: 5 birim düşüş, 5 elektron alınmış. Bu bir indirgenmedir.

Kısa yol: basamak artıyorsa yükseltgenme, azalıyorsa indirgenme. Elektron negatif yüklü olduğu için elektron almak basamağı düşürür; ilk bakışta ters gelen bu nokta, mantığı görülünce oturur.

Kim İndirgen, Kim Yükseltgen?

$\mathrm{Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu}$ tepkimesinde çinko 0'dan +2'ye çıkar; indirgendir. Bakır iyonu +2'den 0'a iner; yükseltgendir. Alkol ölçerde ise dikromat yükseltgen, etanol indirgendir.

Mini soru: $\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$ bir redoks tepkimesi midir? Basamaklara bakın: H +1, Cl −1, Na +1, O −2 tepkimenin iki yanında da aynı. Hiçbir basamak değişmediği için bu bir asit-baz tepkimesidir, redoks değildir.

Yarı Tepkime Yöntemiyle Denkleştirme

Asidik ortamda $\mathrm{MnO_4^-}$ ile $\mathrm{Fe^{2+}}$ tepkimesini denkleştirelim.

1. Yarı tepkimeleri ayır: $\mathrm{Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^-}$ ve $\mathrm{MnO_4^- \rightarrow Mn^{2+}}$.

2. Oksijeni suyla, hidrojeni $\mathrm{H^+}$ ile denkleştir: $\mathrm{MnO_4^- + 8H^+ \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O}$.

3. Yükü elektronla denkleştir: sol taraf $-1 + 8 = +7$, sağ +2; soldan 5 elektron eklenir: $\mathrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O}$.

4. Elektronları eşitle ve topla: demir yarı tepkimesi 5 ile çarpılır.

$\mathrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5Fe^{2+} \rightarrow Mn^{2+} + 5Fe^{3+} + 4H_2O}$

Denetim: yük solda $-1 + 8 + 10 = +17$, sağda $+2 + 15 = +17$. Atomlar ve yükler tutuyor. Alkol ölçer tepkimesi de aynı yolla denkleşir: $\mathrm{2Cr_2O_7^{2-} + 3C_2H_5OH + 16H^+ \rightarrow 4Cr^{3+} + 3CH_3COOH + 11H_2O}$ (4 krom × 3 elektron = 12 elektron; 3 etanol × 4 elektron = 12 elektron).

Aktiflik ve Paslanan Çivi

Metallerin elektron verme eğilimi farklıdır: Mg > Zn > Fe > Cu > Ag. Daha aktif metal, daha az aktif metalin iyonunu indirger. Çinko çubuk bakır sülfat çözeltisinde kızıl bakırla kaplanır; bakır çubuk çinko sülfat çözeltisinde hiç değişmez.

Nemli havada bırakılan demir çivide kırmızımsı kahverengi bir tabaka oluşur ve çivinin kütlesi artar, çünkü demir havadaki oksijenle birleşir: $\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}$ (pas aslında sulu $\mathrm{Fe_2O_3 \cdot xH_2O}$'dur). Demir yükseltgenir, oksijen indirgenir.

Toprak altındaki çelik boru hatlarına bağlanan magnezyum bloklar bu bilgiyi kullanır: magnezyum demirden aktiftir, önce o yükseltgenir ve zamanla aşınır. Demir elektron almaya zorlanan tarafta kalır ve korunur. Buna katodik koruma denir. Aynı redoks mantığı, dışarıdan akım verilerek istemsiz tepkimeleri yürüten elektrolizin (erimiş NaCl'den sodyum ve klor elde etmek gibi) de temelidir; ayrıntısı elektrokimya anlatımlarında.

Yanılgılar ve AYT İpucu

Sık yapılan hata 1: İndirgen ile yükseltgeni ters adlandırmak. İndirgen madde elektron veren, yani kendisi yükseltgenen maddedir. Ad, karşısındakine yaptığı işi söyler.

Sık yapılan hata 2: "Oksijen yoksa yükseltgenme de yoktur." Adı oksijenden gelse de yükseltgenme elektron kaybıdır. $\mathrm{Zn + Cu^{2+}}$ tepkimesinde hiç oksijen yoktur ama çinko yükseltgenir.

Sık yapılan hata 3: Basamağı atom başına değil formül başına düşünmek. $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$ → $\mathrm{2Cr^{3+}}$ dönüşümünde 3 değil, 2 × 3 = 6 elektron alınır.

AYT'de alınan-verilen elektron sayısı sorulursa: basamak değişimi × o atomdan kaç tane olduğu. Denkleştirmenin sonunda yük denetimini atlamayın; seçeneklerin çoğu atom sayısı tutan ama yükü tutmayan denklemlerdir.

Sık sorulanlar