Redoks reaksiyonları

Oksidasyon-indirgeme reaksiyonları – temel kavramlar

Paslanma durumu

Bir kimyasal elementin oksidasyon durumu, eğer bu bileşikteki tüm kimyasal bağlar iyonik olsaydı, kimyasal bir bileşikte bulunan belirli bir elementin atomunda birikebilecek varsayımsal yüktür. Uygulamada bu durum her zaman meydana gelmez (bir bileşiğin bireysel katyonlara ve anyonlara ayrışması), dolayısıyla oksidasyon durumu geleneksel bir kavram olarak ele alınmalıdır. Oksidasyon durumu belirli bir iyonun yüküne eşittir, dolayısıyla pozitif veya negatif değerler alır. Bir kimyasal elementin sembolünden sonra gelen Romen rakamıyla gösterilir. Farklı oksidasyon durumlarındaki elementler farklı oksidasyon-indirgeme özelliklerine sahiptir.

Oksidasyon

Oksidasyon (deelektronizasyon) sırasında indirgeyici oksidasyon durumunu arttırır, yani oksidana elektron verir. Ne oksidasyon ne de indirgeme bağımsız olarak ilerleyemez çünkü zıt reaksiyonun gerçekleşmesi için bir kimyasal varlık tarafından bağışlanan elektronların diğeri tarafından hemen kabul edilmesi gerekir.

Kesinti

İndirgeme (elektronasyon) sırasında oksidan, elektronları kabul ederek oksidasyon durumunu düşürür, yani indirgeme elektronların alınmasıyla ilgilidir. Bunu yapan kimyasal elementlere oksidanlar denir.

Orantısızlık reaksiyonu (dismutasyon)

Orantısızlık reaksiyonu redoks reaksiyonlarının türlerinden biridir. Literatürde dismutasyon reaksiyonu terimini de bulabilirsiniz. Karakteristik özelliği, bir redoks reaksiyonu sırasında aynı elementin aynı anda hem oksitlenmesi hem de indirgenmesidir. Orantısızlığın oluşabilmesi için söz konusu elementin en az üç farklı oksidasyon durumuna sahip olması gerekir. Bu koşul karşılanırsa ara oksidasyon durumundaki bileşik diğer iki duruma göre çok daha az kararlıdır. orantısızlık reaksiyonları kendiliğinden ilerler. Kükürt, nitrojen, fosfor veya manganez gibi atomlar bu tip redoks reaksiyonuna duyarlıdır.

Senkrorasyon reaksiyonu

Orantısızlık gibi eş orantılama reaksiyonu da bir tür redoks reaksiyonudur. Bu işlem, farklı oksidasyon durumlarında aynı elementi içeren iki farklı kimyasal bileşiğin birbiriyle reaksiyona girmesiyle ortaya çıkar. Yükseltgenme-indirgenme reaksiyonu sonucunda, o elementi yeni bir oksidasyon durumunda içeren başka bir bileşik oluşur.

Elektron dengesi

Meydana gelen her yükseltgenme-indirgeme reaksiyonunda aynı sayıda elektron değiştirilir. Belirli bir süreçte indirgeyici örneğin iki elektron bağışlarsa, çiftin diğeri olan oksidan da elektron kabuğuna iki elektron kabul edecektir. Bu duruma reaksiyonun elektron dengesi denir. Redoks reaksiyonunun tamamı için bu denge sıfır olmalıdır.

Redoks reaksiyonları nasıl oluşur?

Herhangi bir redoks reaksiyonunun temeli oksidasyon ve indirgemedir. Bunları dikkate alarak herhangi bir süreç, yalnızca elektron veren veya kabul eden atomların belirtildiği yarı denklemler kullanılarak yazılabilir. Dolayısıyla redoks reaksiyonunun tamamı bir bakıma elektron verme ve almayla ilgilidir. Yalnızca kimyasal bileşiklerde birden fazla oksidasyon durumunda meydana gelen elementler bunu yapabilir. Redoks reaksiyonlarını doğru bir şekilde yazmak ve dengelemek için bireysel kimyasal varlıklardaki durumlarını bilmek önemlidir. Elektronları dengelerken yarı denklemlerin doğru yazılmasının yanı sıra yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları ile sırasıyla yükseltgen ve indirgeyici belirtilmelidir. Oksidanlar en yaygın olarak yüksek elektronegatif elementleri ( periyodik tablonun 16 ve 17. grupları), daha yüksek oksidasyon durumlarındaki metal iyonlarını, soy metal iyonlarını ve oksitleyici asitleri (örneğin nitrik (V) asit , sülfürik (VI) asit ve bunların diğer olmayanlarla karışımlarını) içerir. -oksitleyici asitler). En yaygın _{oksidanlar KMnO4 , K2Cr207 , KClO3 veya K2S2O8} gibi bileşiklerdir. İndirgeyiciler ise elektropozitif elementler (genellikle periyodik tablonun 1. ve 2. gruplarından), sıfır oksidasyon durumundaki metaller, moleküler hidrojen, karbon, karbon monoksit ve inorganik asitlerin anyonlarıdır. En popüler indirgeyiciler şunlardır: Na, Mg, Fe2 ⁺ , ^Cl- , ^Br- , ^SCN- . Redoks reaksiyonu formülü ayrıca işlemde değiştirilen elektronların sayısını da gösterir. Bu elektron değişiminin seyri, ilgili reaktanların redoks potansiyeli tarafından belirlenir. Başka bir deyişle yarı hücre potansiyeli veya elektron potansiyeli olarak adlandırılabilir. Tanım gereği, sistemdeki potansiyel fark ne kadar büyük olursa, tüm oksidasyon-indirgeme reaksiyonunun itici gücü de o kadar büyük olur.

Redoks reaksiyonları günlük hayatta gözlemlenebilir mi?

Redoks reaksiyonlarının yalnızca okul ders kitaplarının sayfalarında ve kimya derslerinde göründüğü görülebilir. Ancak hiçbir şey bundan daha ileri gidemez. Bu tür tepkiler her gün bize eşlik ediyor. Çevremizdeki süreçleri ve çevreyi daha iyi anlamak için gözlemlemek onlar hakkında daha fazla şey öğrenmeye değer. Aşağıda her birimizin mutlaka karşılaştığı günlük redoks reaksiyonlarının örnekleri verilmiştir:

• Metallerin korozyonu – metallerin ve alaşımlarının en yaygın bozulma sürecidir. Söz konusu malzemenin yüzeyinin çevre ve atmosferik koşullarla teması sonucu ortaya çıkar. Korozyon süreçlerinin mekanizmaları açısından en yaygın olanı, elektrolit ortamda, nemli gazlarda veya nem seviyesi yüksek toprakta meydana gelen elektrokimyasal korozyondur. Korozyonun meydana geldiği yerde, elektrot oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarının gerçekleştiği korozyon hücresi adı verilen bir hücre oluşur. Metal bozulması her zaman anodik bölgede meydana gelir. Orada, oksitlenen ve iyonlar halinde elektrolit çözeltisine geçen metal tarafından elektronlar bağışlanır. Açığa çıkan yükler katoda doğru hareket eder. Orada elektron kabul etme kabiliyetine sahip iyonlarla veya atomlarla birleşirler. Bunlar çoğunlukla havadaki oksijen atomlarıdır (katotta hidroksit iyonlarına indirgenirler) veya hidrojen iyonlarıdır (moleküler hidrojene indirgenirler). Katotta bu işlemlerin herhangi biri veya her ikisi aynı anda gerçekleşebilir.
• Fotosentez – bize her gün eşlik eden bir süreçtir. Fotosentez sırasında hücreler, güneş enerjisini kullanarak atmosferdeki karbondioksiti ve suyu glikoz ve oksijene dönüştürür. Canlı organizmalarda meydana gelen birçok biyokimyasal süreç gibi, fotosentez de reaktanları oluşturan elementlerin oksidasyon durumlarının değiştirilmesini içerir. Bu redoks reaksiyonunda su molekülündeki oksijen atomu moleküler oksijene oksitlenir. Bu nedenle su molekülü elektron donörü veya indirgeyicidir. Ortaya çıkan yükün veya oksidantın alıcısı karbondioksittir. Dördüncü oksidasyon durumundaki kurucu karbon atomları sıfır oksidasyon durumuna indirgenir.
• Galvanik hücreler – hücreler, aynı elektrolite (veya farklı elektrolitlere) daldırılmış ve harici bir devre aracılığıyla birbirine bağlanan iki elektrottan oluşan düzenlemelerdir. Kendi elektrolitine (yarım hücre) daldırılan her elektrot belirli bir potansiyel sergiler. Ortaya çıkan potansiyel farkı, yani akımın (elektronların) akışı, oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarından kaynaklanır. Her elektrotta yarım işlemler gerçekleşir. Anotta, oksidasyon reaksiyonunun bir sonucu olarak, elektronlar bağışlanır ve bunlar daha sonra indirgeme reaksiyonunda ikinci elektrotta (katotta) kabul edilir. Galvanik hücreleri kullanan en yaygın cihazlar, örneğin arabalar için enerji kaynağı olan pillerdir. En yaygın kurşun-asit iki elektrottan oluşur. Biri saf kurşun, diğeri ise kurşun (IV) oksitle kaplanmıştır. Her ikisi de %37 sülfürik (VI) asit içerisine daldırılmıştır. Katot ve anot arasında serbest elektron alışverişine izin verir. Pilin çalışması sırasında oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları gerçekleşmeye başlar. Bu durumda anot kurşun elektrottur. Kurşun oksitlenmeye başlar ve sıfır oksidasyon durumundan ikinci oksidasyon durumuna geçer. Aynı anda iki elektron serbest bırakılır ve elektrolit yoluyla katoda doğru hareket eder. Burada kurşunun dördüncü oksidasyon durumundan kurşun (II)’ye indirgenmesi süreci başlar, yani kurşun (IV) oksit, kurşun (II) sülfata dönüştürülür. Pil durumunda redoks reaksiyonu, birçok cihaza güç sağlamak için kullanılabilen bir enerji kaynağıdır.