İndirgenme Nedir? Elektron Alımı ve Redoks Örnekleri

Elektron alan tür nasıl tanınır?

İndirgenme, bir kimyasal türün elektron kazanmasıdır. Elektron negatif yüklü olduğundan, pozitif bir iyon elektron aldığında yükü daha az pozitif hâle gelir; nötr bir atom veya molekül elektron aldığında ise daha negatif bir tür oluşabilir.

Örneğin bakır(II) iyonunun indirgenme yarı tepkimesi şöyledir:

$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Burada $Cu^{2+}$ iki elektron alarak yüksüz bakıra dönüşür. Yük +2’den 0’a düştüğü için bakır iyonu indirgenmiştir. Genel olarak elektronlar yarı tepkimede girenler tarafındaysa o yarı tepkime indirgenme yarı tepkimesidir.

Elektron sayısı ile yük değişimi arasında doğrudan ilişki vardır. $Fe^{3+}$ iyonunun bir elektron alması $Fe^{2+}$ oluşturur:

$Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}$

Bu örnekte değişim +3’ten +2’ye olduğu için bir elektron alınmıştır. Elektron sayısını yalnızca formüle bakarak değil, başlangıç ve sonuç yüklerini karşılaştırarak belirlemek gerekir.

Yükseltgenme basamağıyla indirgenmeyi belirleme

Yükseltgenme basamağı, bir bileşikteki elektronların tamamen iyonik bağ oluşturacak biçimde dağıldığı varsayımıyla atoma verilen biçimsel değerdir. Bu nedenle her durumda atomun gerçekten sahip olduğu elektron sayısı olarak yorumlanmamalıdır; redoks değişimini izlemek için kullanılan bir hesap aracıdır.

Bir türün yükseltgenme basamağı tepkime boyunca azalırsa indirgenmiştir. Artarsa yükseltgenmiştir. Örneğin:

$Zn^{2+} \rightarrow Zn$

Çinko için basamak +2’den 0’a azalmıştır; dolayısıyla çinko iyonu indirgenmiştir. Buna karşılık:

$Zn \rightarrow Zn^{2+}$

değişiminde basamak 0’dan +2’ye yükselir ve çinko yükseltgenir.

Basamakları bulurken şu kurallar işe yarar:

• Elementel hâlde bulunan atomların yükseltgenme basamağı 0’dır. Örneğin $Zn$, $Cu$ ve $Cl_2$ için değer 0’dır.
• Tek atomlu iyonlarda yükseltgenme basamağı iyon yüküne eşittir. $Na^+$ için +1, $S^{2-}$ için -2’dir.
• Nötr bir bileşikte tüm atomların basamakları toplamı 0, çok atomlu bir iyonda ise iyonun toplam yüküne eşittir.
• Oksijen çoğu bileşikte -2, hidrojen çoğu ametalle yaptığı bileşiklerde +1 kabul edilir. Peroksitler ve metal hidrürleri gibi özel durumlarda bu yaygın değerler değişebilir.

Karar kuralı nettir: Başlangıç ve son basamağı karşılaştırın. Son değer daha küçükse indirgenme, daha büyükse yükseltgenme vardır. Değişim miktarı da alışveriş edilen elektron sayısını denkleştirmede kullanılır.

İndirgenen madde ile indirgen madde neden farklıdır?

İndirgenen madde, elektron alan ve kendi yükseltgenme basamağını azaltan türdür. İndirgen madde ise karşısındaki türün elektron almasını sağlayan, elektron veren türdür. Bu nedenle indirgen madde elektron verdiği için kendisi yükseltgenir.

Çinko ile bakır(II) iyonu arasındaki tepkimede:

$Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$

Çinko elektron verir:

$Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$

Bu nedenle çinko yükseltgenir ve indirgen maddedir. Bakır(II) iyonu elektron alır:

$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Bu nedenle bakır(II) iyonu indirgenir. Genellikle elektron alan tür yükseltgen madde, elektron veren tür indirgen maddedir. Ancak orantısızlaşmada aynı başlangıç türü hem elektron alıp hem elektron verebildiğinden iki rolü de üstlenebilir.

Elektron alan tür aynı zamanda yükseltgen madde olarak adlandırılır; çünkü karşı türün yükseltgenmesine neden olur ve bu sırada kendisi indirgenir. Özet karar tablosu şöyledir:

• Elektron alan tür: indirgenir, yükseltgenme basamağı azalır, yükseltgen maddedir.
• Elektron veren tür: yükseltgenir, yükseltgenme basamağı artar, indirgen maddedir.

Bu adlandırmalar yalnızca redoks tepkimesi içinde anlam kazanır. Bir maddenin tek başına formülüne bakarak hangi rolü üstleneceği, tepkimedeki karşı tür ve koşullar incelenmeden kesinleştirilemez.

Çözümlü örnekler: basamak değişiminden net denkleme

Örnek 1 — Çinko-bakır tepkimesinde indirgenen türü bulma

Verilenler: $Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$

1. Elementel çinkonun yükseltgenme basamağı 0’dır. Ürün olan $Zn^{2+}$ içinde çinkonun basamağı +2’dir. Değişim $0 \rightarrow +2$ olduğundan çinko yükseltgenmiştir.
2. $Cu^{2+}$ için başlangıç basamağı +2, elementel bakır için son basamak 0’dır. Değişim $+2 \rightarrow 0$ olduğundan bakır iyonu indirgenmiştir.
3. Çinko iki elektron verir: $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$.
4. Bakır iyonu iki elektron alır: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$.
5. Elektron sayıları zaten eşit olduğu için yarı tepkimeler doğrudan toplanır.

Sonuç: İndirgenen tür $Cu^{2+}$, indirgen madde $Zn$’dir. Tepkime denklemindeki atom ve toplam yük dengesi 1:1 katsayılarıyla sağlanır.

Örnek 2 — Klorun hem indirgenmesi hem yükseltgenmesi

Verilenler: $Cl_2 + 2OH^- \rightarrow Cl^- + ClO^- + H_2O$.

1. Elementel $Cl_2$ içindeki klorun basamağı 0’dır.
2. $Cl^-$ içindeki klorun basamağı -1’dir. Bu klor için değişim $0 \rightarrow -1$ olduğundan indirgenme gerçekleşmiştir.
3. $ClO^-$ iyonunda oksijen çoğu bileşikte -2’dir. İyonun toplam yükü -1 olduğuna göre klorun basamağı $+1$ olmalıdır: $x + (-2) = -1$, buradan $x = +1$.
4. Diğer klor için değişim $0 \rightarrow +1$ olduğundan yükseltgenme gerçekleşmiştir.

Sonuç: Aynı elementin bir bölümü elektron alırken başka bir bölümü elektron verir. Bu özel redoks türüne orantısızlaşma veya disproporcionation denir. Bu durum, 'aynı element yalnızca tek yönde değişir' varsayımının geçerli olmadığını gösterir.

Yarı tepkimelerde elektron sayısını eşitleme

Bir redoks denkleminde yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimelerinde verilen ve alınan elektron sayıları eşit olmalıdır. Çünkü elektronlar tepkimede yoktan oluşmaz veya kendiliğinden kaybolmaz; bir türün verdiği elektronları diğer tür alır.

Örneğin $Fe^{2+}$ iyonunun $Fe^{3+}$ iyonuna dönüşmesi bir elektron verilmesini gerektirir:

$Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^-$

Klor molekülü ise iki elektron alarak iki klorür iyonu oluşturur:

$Cl_2 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$

Elektronları eşitlemek için demir yarı tepkimesi 2 ile çarpılır:

$2Fe^{2+} \rightarrow 2Fe^{3+} + 2e^-$

Ardından iki yarı tepkime toplanır:

$2Fe^{2+} + Cl_2 \rightarrow 2Fe^{3+} + 2Cl^-$

Kontrol adımı önemlidir: demir atomları 2’ye 2, klor atomları 2’ye 2 eşittir; sol taraftaki toplam yük $+4$, sağ taraftaki toplam yük ise $+6 - 2 = +4$ olur. Böylece hem atom hem yük korunumu sağlanır. Moleküler denklemlerde gerekiyorsa iyonların karşı iyonları da eklenerek son denklem yazılır.

Sık yapılan hatalar ve karıştırılan sınır durumları

1. 'İndirgen madde indirgenir' demek: Yanlıştır. İndirgen madde elektron verir ve bu yüzden yükseltgenir. İndirgenen tür elektron alan karşı taraftır.

2. Yük ile yükseltgenme basamağını her bileşikte aynı sanmak: $Na^+$ gibi tek atomlu iyonlarda ikisi aynıdır. Ancak $H_2O$ veya $SO_2$ gibi bileşiklerde basamaklar biçimsel olarak hesaplanır; bileşiğin toplam yüküyle tek tek atomların basamağı birbirine eşit olmak zorunda değildir.

3. Yükseltgenme basamağının negatifleşmesini artış sanmak: Sayısal karşılaştırma yapılır. $+1$’den $-1$’e geçiş azalmadır ve indirgenmedir; $-2$’den $-1$’e geçiş ise artıştır ve yükseltgenmedir.

4. Elementel molekülleri gözden kaçırmak: $O_2$, $Cl_2$ ve $H_2$ gibi elementel moleküllerde atomların basamağı 0’dır. Molekülün iki atomlu olması bu değeri değiştirmez.

5. Oksijen ve hidrojen için yaygın değerleri istisnasız kullanmak: Oksijen peroksitlerde -1 olabilir; hidrojen metal hidrürlerinde -1 alınabilir. Soruda özel bileşik varsa önce bileşiğin türünü kontrol edin.

6. Sadece elektron alışını görüp denklemi kontrol etmemek: Redoks denklemi tamamlanmış sayılmadan önce atom sayısı, toplam yük ve verilen-alınan elektron sayısı denetlenmelidir.

7. Katot ve anot kavramlarını pilin türüne göre ezberlemek: İndirgenme katotta, yükseltgenme anotta gerçekleşir. Ancak katot veya anotun pozitif-negatif oluşu galvanik hücre ile elektroliz hücresine göre değişebilir. Bu nedenle elektrot işaretinden önce gerçekleşen redoks olayını belirleyin.