Elektrokimya 1 pdf dergi

www.kimyahocam.com
ELEKTROKİMYA – I
Bu konuyu aşağıdaki alt başlıklarla inceleyeceğiz.
x İndirgenme–yükseltgenme (redoks) tepkimeleri
x Elementlerin aktiflikleri
x Elektrokimyasal piller
x Elektroliz
İNDİRGENME–YÜKSELTGENME (REDOKS)
TEPKİMELERİ
Elektron alışverişiyle gerçekleşen tepkimelere indirgenme–yükseltgenme (redoks) tepkimeleri denir.
İndirgenme, bir taneciğin elektron alması olayıdır. Elektron alan atom ya da iyonun değerliği azalır. Elektron alan
taneciğe indirgenen denir.
(suda)
3
+
(suda)
3e– o AI(katı)
Yükseltgenme, bir taneciğin elektron vermesi olayıdır.
Elektron veren atom ya da iyonun değerliği artar. Elektron
veren taneciğe yükseltgenen denir.
2H
+
(suda)
H2O(sıvı) o 1/2O2(gaz) +
Na(katı) o
: Mg, Ca, Ba, Zn,}
x +3 değerlikli olanlar
: AI
x Oksijensiz bileşiklerde halojenler : F, CI, Br ve I –1 değerlik alır.
x Oksijen bileşiklerinde –2 değerliklidir (peroksitlerde –1
dir.).
x Hidrojen, ametallerle yaptığı bileşiklerde +1, metallerle
yaptığı bileşiklerde –1 değerliklidir.
nin değerliği kaçtır?
tepkimeleri indirgenmedir.
Na
(suda)
x +2 değerlikli olanlar
ÖRNEK 12
H2Cr2O7 bileşiğinde Cr nin ve Zn3(PO4)2 bileşiğinde P
CI2(gaz) + 2e– o 2CI
AI
Bazı önemli elementlerin yükleri :
x +1 değerlikli olanlar : Li, Na, K, Ag,}
–
2e
–
+ 1e
tepkimeleri yükseltgenmedir.
Redoks tepkimelerinde, elektron alarak indirgenen madde, diğer bir taneciği yükseltgediği için yükseltgen; elektron vererek yükseltgenen madde, diğer bir taneciği indirgediği için indirgen olarak adlandırılır.
ÇÖZÜM
Bu bileşiklerde H+1, O–2, Zn+2 değerliklidir. Bileşiklerde
iyonların toplam yükü sıfırdır.
H21Cr2XO72 0
Ÿ (+2) + 2X + (–14) = 0
X = +6 Ÿ Cr, +6 değerliklidir.
ª Zn2 P YO 2
4
«¬ 3
2 º»¼
0
Ÿ ( 2).3 (Y 8).2
Y = +5 Ÿ P, +5 değerliklidir.
Yanıt : Cr, +6 ; P, +5
ÖRNEK 11
2Na + Br2 o 2NaBr
ÖRNEK 13
tepkimesinde, indirgen ve yükseltgen maddeler hangileridir?
ÇÖZÜM
ÇÖZÜM
(+1) + (2X) + (–8) = –1
X = +3 Ÿ C, +3 değerliklidir.
–1e–
2Na0 + Br 0 o 2Na 1Br 1
2
–
+1e
tepkimede Na atomu, Na+1 iyonu haline gelirken 1e– vererek yükseltgenmiş; Br atomu, Br–1 iyonu haline gelirken
1e– alarak indirgenmiştir.
Bu nedenle, Na elementi indirgen madde, Br2 elementi ise
yükseltgen maddedir.
Yanıt : İndirgen madde Na, yükseltgen madde Br2
DEĞERLİK (YÜKSELTGENME SAYISI)
Redoks tepkimelerinde elektron alışverişini belirleyebilmek için, bileşiklerdeki ve çok atomlu iyonlardaki elementlerin değerliklerinin belirlenmesi gereklidir. Değerliklerin
belirlenmesinde aşağıdaki kurallar geçerlidir:
x Serbest durumdaki atomların yükü sıfırdır.
x Bileşiklerin içerdiği iyonların yükleri toplamı sıfırdır.
x Çok atomlu iyonlarda, atomların yükleri toplamı iyonun
yüküne eşittir.
0
HC O1 iyonunda C nin değerliği kaçtır?
2
4
H1C2XO42 1
Yanıt : C, +3
ÖRNEK 14
Aşağıda bazı tepkimelerin denklemleri verilmiştir.
I. Zn + 2HCI o ZnCI2 + H2
II. NaOH + HCI o NaCI + H2O
III. 2Ag+ + SO2 o Ag2SO4
4
Buna göre, bu tepkimelerden hangileri bir redoks tepkimesidir?
ÇÖZÜM
I. tepkime : I. tepkime: Zn0 2HCI o Zn2CI1 H0
2
2
Zn0 o Zn+2, H+ o H0 değişmeleri olmuştur. Tepkime redoks tepkimesidir.
II. ve III. tepkimelerde elementlerin değerlikleri değişmemiştir. Bu tepkimeler redoks tepkimesi değildir.
Yanıt : Yalnız I
www.kimyahocam.com
ÖRNEK 15
ÇÖZÜM
Redoks tepkimeleri, indirgenme yarı tepkimesi ve yükseltgenme yarı tepkimesinden oluşur.
2CI2 + 4OH– o 3CI– + CIO + 2H2O
2
tepkimesinde indirgenen ve yükseltgenen element
türleri nedir?
Bu tepkimede,
ÇÖZÜM
Her bir atomun değerliğini bulalım:
CI– o CI0 dönüşümü yükseltgenmedir.
7
O
2
4
o Mn+2 dönüşümü indirgenme,
2
2CI0 4(O2H1) o 3CI CI3O2 2H1O2
2
Mn
2
2
+1e
Yükseltgenme yarı tepkimesi,
2CI– o CI2 + 2e– dir.
Yanıt : C
–3e
Bu tepkimede, CI atomları hem 1 elektron alarak indirgenmiş hem de 3 elektron vererek yükseltgenmiştir. Diğer
elementlerin (O ve H nin) değerlikleri değişmemiştir. Öyleyse, elektron alışverişi aynı elementin (CI nin) atomları
arasında olmuştur.
Yanıt : Hem yükseltgenen hem de indirgenen element
CI
Not : Bir redoks tepkimesinde elektron alışverişi aynı
elementin atomları arasında olabilir.
ÖRNEK 18
FeS + NO + H+ o NO + SO2 + Fe+3 + H2O
4
3
tepkimesinde hangi elementler redoksa katılmıştır?
(FeS bileşiğinde Fe, +2 değerliklidir.)
A) Fe, O
B) Fe, S, N
D) S, N, O
ÇÖZÜM
Denklemi yazarak her bir taneciğin değerliğini bulalım.
2 2
5 2
3
Fe S N O
ÖRNEK 16
İndirgenme–yükseltgenme (redoks) tepkimeleri ile ilgili,
I. Yükseltgen tanecik elektron alır.
II. İndirgenen tanecik elektron alır.
III. Toplam elektriksel yük korunur.
açıklamalarından hangileri doğrudur?
C) Fe, N, H
E) Fe, S, O
2 2
H oN O
6 2
4
S O
2
3
2
2
Fe H O
Fe+2 1e– vererek Fe+3 e, S–2 8 e– vererek S+6 ya yükseltgenmiş; N+5, 3 e– alarak N+2 ye indirgenmiştir. O–2 ve H+
nın değerlikleri değişmemiştir.
Fe, S ve N elementleri redoksa katılmıştır.
Yanıt : B
ÖRNEK 19
4MnO2 + 10OH– o X + 3MnO 3 + 5H2O
ÇÖZÜM
İndirgenen (yükseltgen) tanecik elektron alır. Yükseltgenen (indirgen) tanecik elektron verir. Bütün kimyasal tepkimelerde toplam elektriksel yük korunur. Redoks tepkimelerinde de alınan elektron sayısı, verilen elektron sayısına eşit olduğu için toplam elektriksel yük korunur.
Öyleyse, üç açıklama da doğrudur.
Yanıt : I, II ve III
3
tepkimesi ile ilgili, aşağıdaki açıklamalardan hangisi
yanlıştır?
A) Bazik ortamda gerçekleşen bir redoks tepkimesidir.
B) MnO2 hem indirgen hem de yükseltgen özellik gösterir.
C) Alınan ve verilen elektron sayıları eşittir.
D) MnO3 teki Mn nin değerliği +3 tür.
3
E) X in formülü MnO2 dir.
4
ÖRNEK 17
2 5
MnO 5CI 8H o Mn CI 4H O
4
2
2 2
redoks tepkimesinde yükseltgenme yarı tepkimesi
aşağıdakilerden hangisidir?
A)
B)
MnO
4
MnO
4
–
+
–
+2
+ 8H + 5e o Mn
+ 4H2O
+ 8H+ o Mn+2 + 4H2O + 5e–
C) 2CI o CI2 + 2e–
D) 2CI– + 2H+ o 2HCI
E) 2CI– + 2e– o CI2
ÇÖZÜM
Atom sayılarının ve toplam elektriksel yüklerin korunumundan yararlanarak X in formülünü bulalım.
4MnO2 + 10OH–
X + 3MnO 3 + 5H2O
o
3
Mn o 4
O o 18
H o 10
Elektrik yükü = –10
Mn o 3
O o 14
H o 10
Elektrik yükü = –9
Öyleyse, X in formülü MnO dir.
4
www.kimyahocam.com
Tepkime, bazik ortamda gerçekleşen bir redoks tepkimesidir. Redoks tepkimelerinde, alınan elektron sayısı, verilen elektron sayısına eşittir.
MnO2 de Mn+4, MnO de Mn+7, MnO3 Mn+3 değerlikli4
+4
3
+4
+7
–
dir. Mn hem yükseltgenmiş (Mn o Mn + 3e ),
hem de indirgenmiştir (Mn+4 + e– o Mn+3). MnO2 hem
indirgen hem de yükseltgen özellik gösterir.
Yanıt : E
ELEMENTLERİN AKTİFLİKLERİ
Aktiflik, atom ya da iyonun elektron alma ya da verme eğiliminin bir ölçüsüdür. Başka bir tanımla tepkimeye girme
eğilimidir. Metallerin aktifliği, metalin elektron verme eğilimi, ametallerin aktifliği, ametalin elektron alma eğilimi
ile tanımlanmıştır. Metallerde elektron verme (yükseltgenme) eğilimi fazla olan, ametallerde elektron alma (indirgenme) eğilimi fazla olan daha aktiftir.
Örneğin, AI, Zn ve Ag metallerinin elektron verme eğilimleri (aktiflikleri) AI > Zn > Ag dir. Bu metallerin elementel
halleri ve iyonları ile ilgili tepkimelerin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini inceleyelim:
x 2AI + 3Zn+2 o 2AI+3 + Zn
tepkimesinde AI yükseltgenmiş, Zn+2 indirgenmiştir.
Yükseltgenme eğilimleri AI > Zn olduğundan, bu tepkime kendiliğinden gerçekleşir.
x 2Ag + Zn+2 o 2Ag+ + Zn
tepkimesinde Ag yükseltgenmiş, Zn+2 indirgenmiştir.
Yükseltgenme eğilimleri Zn > Ag olduğundan, bu tepkime kendiliğinden gerçekleşemez.
ÖRNEK 20
X, Y, Z metalleri ve iyonları ile ilgili,
I. X + Y+2 o X+2 + Y
II. Y + 2Z+1 o Y+2 + 2Z
III. X + 2Z+1 o X+2 + 2Z
tepkimelerinden II. ve III. tepkimeler kendiliğinden gerçekleşiyor, I. tepkime ise kendiliğinden gerçekleşmiyor.
Buna göre, X, Y ve Z nin yükseltgenme eğilimlerini
(aktifliklerini) karşılaştırınız.
ÇÖZÜM
Kendiliğinden gerçekleşen tepkimelerde yükseltgenen tanecik, diğerine göre daha aktiftir.
Öyleyse, II. tepkime gereğince Y nin aktifliği, Z nin aktifliğinden, III. tepkime gereğince X in aktifliği, Z nin aktifliğinden fazladır.
Kendiliğinden gerçekleşmeyen tepkimelerde ise, yükseltgenen elementin aktifliği daha azdır. Öyleyse I. tepkimede
X in aktifliği, Y nin aktifliğinden daha azdır.
Buna göre, X, Y ve Z nin yükseltgenme eğilimleri (aktiflikleri), Y > X > Z dir.
Yanıt : Y > X > Z
ÖRNEK 21
X, Y ve Z halojenlerinden X in indirgenme eğilimi, Y ile Z
nin indirgenme eğiliminden daha büyüktür.
Z2 + 2Y– o 2Z– + Y2
tepkimesi kendiliğinden gerçekleşmektedir.
Buna göre, X, Y ve Z nin atom numaralarını karşılaştırınız.
ÇÖZÜM
Halojenlerin, diğer ametallerde olduğu gibi aktifliği elektron alma (indirgenme) eğilimlerinin büyüklüğü ile ilgilidir.
Z halojeni indirgenirken, Y– yükseltgendiğine göre, Z nin
aktifliği, Y nin aktifliğinden fazladır. Öyleyse aktiflikleri, X >
Z > Y dir. 7A grubunda aşağıdan yukarıya doğru çıkıldıkça, ametal aktifliği artar, atom numarası küçülür. Bu nedenle, aktifliği en fazla olan X in atom numarası en küçüktür. Buna göre, X, Y ve Z halojenlerinin atom numaraları,
Y > Z > X tir.
Yanıt : Y > Z > X
Metallerin Hidrojen Elementine Göre Yükseltgenme
Eğilimleri
Yükseltgenme eğilimleri H elementinden daha fazla olan
elementlere aktif metal denir. Na, K, Ca, Mg, AI, Zn, Fe}
gibi metaller, aktif metaldir. Yükseltgenme eğilimi H elementinden daha düşük olan metallere soy metal denir.
Cu, Hg, Ag, Pt, Au} gibi metaller, soy metaldir.
Aktif metaller, sulu çözeltilerde H+ iyonunu kolayca indirgedikleri için, asitlerle tepkime vererek H2 gazı açığa çıka-
rır. Soy metaller ise, sulu çözeltilerde asitlerle tepkime vererek H2 gazı oluşturamazlar.
ÖRNEK 22
I. X + H+ o
II. Y + X+2 o
III. Z + H+ o
Tepkimelerinden yalnızca III. tepkime kendiliğinden gerçekleşmez.
Buna göre, X, Y ve Z metalleri ile ilgili, aşağıdaki açıklamalardan hangisi yanlıştır?
A) Y nin elektron verme eğilimi, X ve Z nin elektron verme
eğiliminden büyüktür.
B) X, Y den daha güçlü bir indirgendir.
C) X metali, Z+2 iyonunu indirger.
D) Z nin yükseltgenme eğilimi en düşüktür.
E) X ve Y, aktif metaldir.
ÇÖZÜM
Kendiliğinden gerçekleşen tepkimelerde, yükseltgenen taneciğin elektron verme eğilimi, diğer taneciğe göre daha
fazla olduğundan, elementlerin yükseltgenme eğilimleri,
Y > X > H > Z dir.
Bu nedenle,
x Yükseltgenme eğilimleri H den daha fazla olan X ve Y,
aktif metaldir.
x Yükseltgenme eğilimi (aktifliği) daha fazla olan X metali, Z+2 iyonunu indirger.
x Yükseltgenme eğilimi daha fazla olan Y metali, X ve Z
metallerine göre daha güçlü indirgendir.
Yanıt : B
www.kimyahocam.com
KONU TESTİ
1.
5.
Elektron alışverişi ile gerçekleşen tepkimeler için,
aşağıdaki açıklamalardan hangisi doğrudur?
Fe
2
2e o Fe
1e o Ag
suda Ag
suda 3
AI
suda A)
B)
C)
D)
İndirgenen atom elektron vermiştir.
Elektron veren tanecik yükseltgenir.
Elektriksel yük korunmaz.
Kimyasal tepkimeler daima elektron alışverişi ile
gerçekleşir.
E) Elektron alan tanecik indirgendir.
E0 = +1,66 volt
3e o AI
katı
Yukarıda bazı iyonların indirgenme yarı tepkimeleri
ve standart indirgenme gerilimleri verilmiştir.
I
II
III
Fe+2
AI+3
I. CI 12OH o 2CIO 6H O 10e 2
3
2
II. Cu2O o Cu + CuO
–
Fe kap
BrO
2
–
III. 2BrO o Br +
A) Yalnız I
B) Yalnız III
D) I ve III
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) Yalnız III
E) I ve III
C) I ve II
E) II ve III
Ca + Fe+2 o Ca+2 + Fe
Cu + 2Ag+ o Cu+2 + 2Ag
Zn + NaNO3 + NaOH o Na2ZnO2 + NH3 + H2O
tepkimesinde yükseltgenen ve indirgenen element atomu aşağıdakilerden hangisinde doğru
olarak verilmiştir?
tepkimeleri kendiliğinden gerçekleşmekte,
Cu + Fe+2 o Cu+2 + Fe
Yükseltgenen
A)
B)
C)
D)
E)
tepkimesi kendiliğinden gerçekleşmemektedir.
Buna göre,
I. En güçlü yükseltgen Ag+ iyonudur.
II. Fe, Cu dan daha aktiftir.
III. En güçlü indirgen Ca metalidir.
7.
yargılarından hangileri doğrudur?
D) II ve III
Ag kap
D) I ve II
6.
A) Yalnız I
AI kap
Buna göre, yukarıda verilen metal kapların hangilerinde aşınma olur?
Yukarıdaki değişmelerden hangileri indirgenme –
yükseltgenme (redoks) tepkimesidir?
3.
E0 = +0,80 volt
katı
Ag+
2.
E0 = –0,44 volt
katı
İndirgenen
Zn
O
Zn
N
H
N
H
H
O
N
X2 + 2Y– o 2X– + Y2
Z2 + 2X– o 2Z– + X2
B) Yalnız II
C) I ve II
E) I, II ve III
tepkimeleri kendiliğinden gerçekleşmektedir.
X2, Y2 ve Z2 birer halojen olduğuna göre,
4.
Ağzı açık bir kapta bulunan renksiz H2SO4 asit çözel-
I. Z2 + 2Y– o 2Z– + Y2
tisine Ni metali atıldığında çözelti fazında yeşil renk
oluşmakta ve gaz çıkışı olmaktadır.
tepkimesi kendiliğinden gerçekleşir.
II. Z nin atom numarası, X ve Y nin atom numarasından büyüktür.
III. X2 nin elektron alma eğilimi, Z2 nin elektron alma
Buna göre, bu tepkime ile ilgili, aşağıdaki açıklamalardan hangisi yanlıştır?
eğiliminden küçük, Y2 nin elektron alma eğilimin-
A) Tepkime, heterojen ortamda gerçekleşmiştir.
B) Bir indirgenme–yükseltgenme tepkimesi olmuştur.
C) Kaptaki toplam kütle değişmemiştir.
D) Ni metali, indirgendir.
E) Ni metali elektron vermiştir.
1.B
2.E
3.E
den büyüktür.
açıklamalarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız II
4.C
B) Yalnız III
C) I ve II
D) I ve III
E) I, II ve III
5.D
6.A
7.D