alierbulut
43 Takipçi | 16 Takip
18 02 2008

Redoks Tepkimeleri

Redoks Tepkimeleri

Yükseltgenme-İndirgenme (Redoks) Tepkimeleri

 http://fag.utdanning.no/files/images/batteri%20redoks.preview.jpg

Elektron alış-verişinin olduğu tepkimelere yükseltgenme-indirgenme

yada redoks tepkimeleri denir.

Yükseltgenme Bir maddenin elektron vermesi olayıdır.

Zn0 → Zn+2 + 2e- burada Zn0 dan Zn+2 ye 2 e- vererek yükseltgenmiştir.

İndirgenme Bir maddenin elektron alması olayıdır.

Cu+2 + 2e- → Cu0 Cu0 bu olayda Cu+2' den 2e- alarak Cu0 a indirgenmiştir.

*Bu iki tepkimenin tek başına olması imkansızdır. Redoks tepkimelerinde

mutlaka en az bir indirgenen ve birde yükseltgenen madde olmalıdır.

5Fe+2 + MnO4-1 + 8H+ → 5Fe+3 + Mn+2 + 4H2O
yükseltgenme indirgenme yükseltgenme indirgenme


Yukarıdaki tepkime incelendiği zaman Fe+2 iyonu Fe+3 iyonuna

yükseltgenirken Mn+5 iyonu da 3 elektron alarak Mn+2 iyonuna

indirgenmiştir. Burada Fe+2 iyonu indirgendir; Çünkü Mn+5 iyonunu

Mn+2 iyonuna indirgemiştir. MnO4- iyonu ise yükseltgendir;

Çünkü Fe+2 iyonunu Fe+3 iyonuna yükseltgemiştir.

*Yukarıdaki ifadeye göre yükseltgenen madde indirgen,

 indirgenen madde yükseltgen özellik gösterir diyebiliriz.                                                   

* Elektron veren madde yükseltgenir.(indirgendir)
* Elektron alan madde indirgenir.(yükseltgendir)
* En iyi elektron veren metaller en aktiftir.

Pil Redoks tepkimelerinin elektrik enerjisi üretebilecek

yari-hucre

şekilde düzenlenmesiyle yapılmış sistemlere elektrokimyasal pil denir.

Elektronun akış yönü

Zn                         Cu

Anot                   Katot
(elektrot)    (elektrot)
1 M Zn+2     1 M Cu+2
Tuz köprüsü
Elektrot Yükseltgenme ve indirgenme olaylarının olduğu kısımlardır.
Elektrolit Elektrik akımını ileten iyonik çözeltilerdir.

Yukarıdaki pilde Zn+2 ve Cu+2 çözeltileri birer elektrolittirler.

Yukarıdaki pilin çalışabilmesi için anottan katota sürekli bir elektron akışının

sağlanması gerekir. Burada Zn(k) çubuğun çözünerek Zn → Zn+2 + 2e- Zn

elektron verecek ve zamanla Zn çubuğun kütlesi azalacak, 2. Kaptaki Cu+2 iyonları

da bu elektronları alarak Cu+2 + 2 e- → Cu tepkimesine göre

Cu çubuğun üzerinde toplanacak ve katotun kütlesi zamanla artacaktır.

Zn0 → Zn+2 + 2e- Anot yarı tepkimesi (yükseltgenme) E0= 0,76 volt

Cu+2 + 2e- → Cu0 Katot yarı tepkimesi (indirgenme)E0= 0,34volt ----------------------------------------------------
Zn + Cu+2  → Cu + Zn+2 (pil tepkimesi) Epil =1,10volt

Tuz köprüsü Zn nun bulunduğu kapta zamanla pozitif yük fazlalığı ve

Cu 'ın bulunduğu kapta da negatif yük fazlalığı olacaktır.

Bu yükleri iyon akışıyla dengeleyebilmek için kurulan içi

genellikle iyonik tuzların çözeltisiyle dolu olan bir sistemdir.

Pil gerilimi Elektron alıp verme eğiliminin ölçüsüne pil gerilimi denir.

Epil = Eanot + Ekatot

İki yarı pil tepkimesinin yükseltgenme potansiyelleri verildiği

zaman potansiyeli büyük olan her zaman anot, küçük olan ise

 katot olacak şekilde tepkimeler düzenlenerek (küçük olan

ters çevrilerek) pil tepkimesi ve potansiyeli hesaplanabilir.

* Bir tepkime ters çevrildiğinde E0 işaret değiştirir.
* Bir tepkime bir sayıyla çarpıldığında E0 bu sayıyla çarpılmaz,

çünkü E0 pilin büyüklüğüne değil ortamdaki maddelerin derişimine bağlıdır.

Örnek Zn → Zn+2 + 2e-  E0 = 0,76 volt

          Ag → Ag+ + e-     E0 = -0,80 volt

pil tepkimesi ve pilin potansiyeli ne olur ?


Çözüm:
Yükseltgenme gerilimlerine bakıldığı zaman Zn>Ag olduğu görülür.

O zaman Zn anot (yükseltgenecek), Ag ise katot(indirgenecek).

Zn tepkimesi aynen alınırsa yükseltgenme olur, Ag tepkimesi ters

çevrilirse indirgenme olur. Redoks tepkimelerinde alınan

elektron sayısı verilen elektron sayısına eşit olmalıdır.

Bu yüzden Ag nin olduğu tepkime 2 ile çarpılmalı fakat

 E0 bu sayıyla çarpılmamalıdır.

Zn→ Zn+2 + 2e-      E0 = 0,76 volt

2Ag+ + 2e- → Ag     E0= 0,80 volt

Zn + 2Ag+ → Zn+2 + 2Ag Epil = 1,56 volt

*Yükseltgenme gerilimi büyük olan yükseltgenir, indirgenme gerlimi büyük olan indirgenir.
* Epil >0 ise pil kendiliğinden çalışır, küçükse çalışmaz.
* Elektron daima anottan katota doğru akar.
* Kütlesi azalan anottur.
* + yüklü iyonlar tuz köprüsü vasıtasıyla her zaman anottan katota doğru akar.


Derişim Pilleri Anot ve katotun aynı maddelerden yapılmış

olduğu pillerdir. Derişimi büyük olan kap anot küçük olan

ise katottur. Bu piller her iki kaptaki çözeltilerin derişimleri

eşit oluncaya kadar çalışırlar, derişimler eşit olunca pil gerilimi sıfır olur.

       e- akışı
Cr                       Cr

Anot                 Katot

2 M  Cr+3      1 M  Cr+3

Derişim pili

Elektroliz Kendiliğinden yürümeyen redoks tepkimelerinin

dışarıdan enerji verilmesiyle gerçekleştirilmesine elektroliz denir.

 Elektroliz maddelerin saflaştırılmasında ve bileşiklerin

 elementlerine ayrıştırılmasında kullanılan kimyasal bir yöntemdir.

e- akış yönü + dan -  ye doğrudur.

üreteç
+                      -

Anot Cl-      Na+ Katot


2Cl- → Cl2 + 2e-       Na+ + e- → Na

Şekilden de görüldüğü gibi anyonlar anoda, katyonlar

 katoda giderek açığa çıkmaktadır. Eğer ortamda su

 varsa suyunda elektroliz olacağı unutulmamalıdır.

 Suyun elektrolizinde anot ve katot reaksiyonları aşağıdaki gibidir.

Anot reaksiyonu : 2H2O → 4H+ + O2(g) + 4e-

Katot reaksiyonu : 2H2O + 2e- → H2(g) + 2OH-

Bir tepkimede 1 Faradaylık akım 1 eşdeğer ağırlıkta madde açığa çıkarır.
1 Faraday 1 mol elektron  = 96500 coulomb dur.

Eşdeğer Ağırlık = Atom ağırlığı/ etki değeri


Örnek 1 Faradaylık akımla NaCl çözeltisi elektroliz edilse açığa

çıkan Na miktarı = 23/1 = 23 gram .(Na=23)

Örnek 0,5 Faradaylık akımla CuCl2 çözeltisi elektroliz edilse

( Cu=64) 1 Faraday = 64/ 2=32 gram.

1 Faraday 32 gram açığa çıkardığına göre 0,5 Faraday 16 gram Cu açığa çıkarır.

* Aktif olan element daima kendinden daha az aktif olan elementi serbest hale geçirebilir.
M= Q= I.t 96500.n

ASİDİK VE BAZİK ORTAMLARDA REDOKS

TEPKİMELERİNİN DENKLEŞTİRİLMESİ
Redoks reaksiyonları elektron alış verişi olan reaksiyonlardır.

Bunlara yükseltgenme - indirgenme reaksiyonları da denir.

Böyle reaksiyonlarda, genellikle elektronun verildiği ve alındığı

elementi bulmak için söz konusu reaksiyona giren her elementin

 yükseltgenme basamağının bilinmesi gerekir.

1- Oksijen bir kaç istisnayla ( OF2, H2O2, KO2 de -1) bütün

bileşiklerinde -2 değerlik alır.
2- Hidrojen bir kaç istisnayla ( CaH2, UH3 de -1 ) bütün

bileşiklerinde +1 yükseltgenme basamağındadır.
3- Flor bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağındadır.
4- Cl, Br, I, oksijenli ve kendi aralarında verdikleri bileşikler hariç, bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağındadır.
5- Alkali metaller (1A) +1, Toprak alkali (2A) metaller +2 yükseltgenme basamağında bulunurlar.
6- Elementlerin yükseltgenme basamakları sıfırdır.
7- İyonların yükü yükseltgenme basamaklarının toplamına eşittir.
8- Moleküllerde yükseltgenme basamakları toplamı sıfırdır.

Asidik Ortamda İyonik Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi :

1- İskelet reaksiyon üzerinde elementlerin yükseltgenme basamakları tayin edilir.
2- Alınan ve verilen elektron sayıları belirlenir.
3- Redoks reaksiyonlarında alınan elektron verilen elektrona eşit olduğundan elektron sayıları uygun sayılarla çarpılarak eşitlenir.
4- Yukarıda bulunan sayılar ilgili bileşik yada elementlere katsayı olarak yazılır.
5- Redoks reaksiyonlarında atom sayılarının denkliğinden başka yük

denkliğinin de korunması gerekir. Bunun için de uygun tarafa

H+ iyonu oksijenin eksik olduğu tarafa da H2O eklenmelidir.

ÖRNEKLER
3x2 elektron
    +6            +3            +5
1. Cr2O7-2 + NO2-1 → NO3-1 + Cr+3 (asidik ortam)

Cr2O7-2 + 3NO2-1 → 3 NO3-1 + 2Cr+3

Yük. denkliği -2 + (-1.3) = -5 -3 + (2.3)= +3
Yük. denkliğinin sağlanabilmesi içn sol tarafa 8 mol H+ iyonun

eklenmesi gerekir ki sol tarafta +3 olsun. Sağ tarafa da oksijen

denkliği için 4 mol H2O eklenmelidir.
8 H+ + Cr2O7-2 + 3NO2-1 → 3NO3-1 + 2 Cr+3 + 4H2O

    +7               -1           +2      0
2. MnO4-1 + H2O2 → Mn+2 + O2 (bazik ortam)
İndirgenme yükseltgenme İndirgenme yükseltgenme ==>5 indirgenme; 2x1 yükseltgenme
2MnO4-1 + 5H2O2 → 2 Mn+2 + 5O2 Yük denkliği ==>-2= 2x2 (denkliğin sağlanabilmesi için sağ tarafa 6OH- sol tarafa ve hidrojen oksijen denkliği için 2H2O eklenmelidir)
2MnO4-1 + 5H2O2 → 2 Mn+2 + 5O2 + 6OH- + 2H2O

 3.Asidik ortam

Asidik ortamda, genel reaksiyonu dengelemek için yarı-reaksiyonlara H+ iyonları ve su ilave edilir. Örneğin, manganez sodyum bizmutat ile reaksiyona girdiğinde;

Dengelenmemiş reaksiyon: mbox{Mn}^{2+}(aq) + mbox{NaBiO}_3(s)rightarrowmbox{Bi}^{3+}(aq) + mbox {MnO}_4^{-}(aq) ,

Oksidasyon: mbox{4H}_2mbox{O}(l)+mbox{Mn}^{2+}(aq)rightarrowmbox{MnO}_4^{-}(aq) + mbox{8H}^{+}(aq)+mbox{5e}^{-},

Redüksiyon: mbox{2e}^{-}+ mbox{6H}^{+}(aq) + mbox{BiO}_3^{-}(s)rightarrowmbox{Bi}^{3+}(aq) + mbox{3H}_2mbox{O}(l),

Nihayet reaksiyon, redüksiyon yarı-reaksiyonundaki elektron sayısı ile oksidasyon yarı-reaksiyonunu, ve oksidasyon yarı-reaksiyonundaki elektron sayısı ile redüksiyon yarı-reaksiyonunu çarparak dengelenir.

mbox{8H}_2mbox{O}(l)+mbox{2Mn}^{2+}(aq)rightarrowmbox{2MnO}_4^{-}(aq) + mbox{16H}^{+}(aq)+mbox{10e}^{-}, mbox{10e}^{-}+ mbox{30H}^{+}(aq) + mbox{5BiO}_3^{-}(s)rightarrowmbox{5Bi}^{3+}(aq) + mbox{15H}_2mbox{O}(l),

ve dengelenmiş reaksiyon:

mbox{14H}^{+}(aq) + mbox{2Mn}^{2+}(aq)+ mbox{5NaBiO}_3(s)rightarrowmbox{7H}_2mbox{O}(l) + mbox{2MnO}_4^{-}(aq)+mbox{5Bi}^{3+}(aq)+mbox{5Na}^{+}(aq),

şeklinde gösterilebilir.

4.Alkali ortam

Alkali ortamda, genel reaksiyonu dengelemek için, yarı reaksiyonlara OH- iyonları ve su ilave edilir. Örneğin, potasyum permanganat ile sodyum sülfit arasındaki reaksiyonda:

Dengelenmemiş reaksiyon: mbox{KMnO}_{4}+mbox{Na}_{2}mbox{SO}_3+mbox{H}_2mbox{O}rightarrowmbox{MnO}_{2}+mbox{Na}_{2}mbox{SO}_{4}+mbox{KOH},

Redüksiyon: mbox{23e}^{-}+mbox{2H}_{2}mbox{O}+mbox{MnO}_{4}^{-}rightarrowmbox{MnO}_{2}+mbox{4OH}^{-},

Oksidasyon: mbox{2OH}^{-}+mbox{SO}^{2-}_{3}rightarrowmbox{SO}^{2-}_{4}+mbox{H}_{2}mbox{O}+mbox{2e}^{-},

Asidik ortamdakine benzer şekilde, zıt yarı reaksiyonların elektron sayıları ile çarpılarak genel reaksiyon dengelenir.

mbox{6e}^{-}+mbox{4H}_{2}mbox{O}+mbox{2MnO}_{4}^{-}rightarrowmbox{2MnO}_{2}+mbox{8OH}^{-}, mbox{6OH}^{-}+mbox{3SO}^{2-}_{3}rightarrowmbox{3SO}^{2-}_{4}+mbox{3H}_{2}mbox{O}+mbox{6e}^{-},

Dengelenmiş denklem:

mbox{2KMnO}_{4}+mbox{3Na}_{2}mbox{SO}_3+mbox{H}_2mbox{O}rightarrowmbox{2MnO}_{2}+mbox{3Na}_{2}mbox{SO}_{4}+mbox{2KOH}, 5.Nötr ortam

Asidik ortamda kullanılan metot izlenir. Örneğin, propan gazının tam yanma reaksiyonunun, elektron iyon metodu kullanılarak dengelenmesi gibi:

Dengelenmemiş reaksiyon: mbox{C}_{3}mbox{H}_{8}+mbox{O}_{2}rightarrowmbox{CO}_{2}+mbox{H}_{2}mbox{O},

Redüksiyon: mbox{4H}^{+} + mbox{O}_{2}+ mbox{4e}^{-}rightarrowmbox{H}_{2}mbox{O}+mbox{H}_{2}mbox{O},

Oksidasyon: mbox{6H}_{2}mbox{O}+mbox{C}_{3}mbox{H}_{8}rightarrowmbox{3CO}_{2}+mbox{20e}^{-}+mbox{20H}^{+},

Asidik ve bazik ortamlardakine benzer şekilde, zıt yarı reaksiyonların elektron sayıları ile çarpılarak genel reaksiyon dengelenir.

mbox{20H}^{+}+mbox{5O}_{2}+mbox{20e}^{-}rightarrowmbox{5H}_{2}mbox{O}+mbox{5H}_{2}mbox{O}, mbox{6H}_{2}mbox{O}+mbox{C}_{3}mbox{H}_{8}rightarrowmbox{3CO}_{2}+mbox{20e}^{-}+mbox{20H}^{+},

Dengelenmiş denklem:

mbox{C}_{3}mbox{H}_{8}+mbox{5O}_{2}rightarrowmbox{3CO}_{2}+mbox{4H}_{2}mbox{O},  

2561
0
0
Yorum Yaz