KİMYASAL DENKLEMLER VE FORMÜLLER

Transkript

1 KİMYASAL DENKLEMLER VE FORMÜLLER Kimyasal Tepkimeler ve Kimyasal Denklemler Kimyasal tepkimeleri anlayabilmek için, kimyasal maddelerin yapılarında nasıl bir değişiklik olabileceğini gözlememiz gerekir. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi Fe ve S elementlerinin ayrı ayrı görünümleri başlangıç aşamasında görüldüğü gibidir. Kükürt açık arı renkte, Fe ise siyah renkte manyetik özellikleri olan toz halinde bir maddedir. Bu elementler kimyasal tepkimeye girdiklerinde oluşan demir priti, kükürte ve demire benzemeyen bir yapıda ve renktedir. Oluşan maddenin manyetik özelliği de yoktur. Elementler kimyasal tepkimeye girerek bileşik oluşturduklarında, özelliklerini kaybederek, yeni özelliklere sahip bir maddeyi oluşturmuşlardır. Bileşikler, kendilerini oluşturan elementlerin özelliklerinden farklı özelliklere sahip saf maddelerdir. Atomik seviyede bir kimyasal değişimin nasıl olduğunu evlerimizde kullandığımız doğalgazın(metan gazı-ch 4) yanmasını inceleyelim. Metan gazı oksijen gazı ile yakılınca karbondioksit gazı ve su buharı oluşur. Aşağıdaki şekil metan gazının yanmasını atomik seviyede sembolize etmektedir. Bir elementin ya da bileşiğin oksijenle birleşmesi tepkimelerine yanma tepkimeleri adı verilir. Hidrokarbon bileşiklerinin(metan gibi) tümünün yanma ürünleri karbondioksit ve sudur. Metan gazı ve oksijene tepkimeye giren maddeler(reaktif maddeler), karbondioksit gazı ve su buharına tepkimede oluşan ürünler denir. Aradaki ok işareti ise tepkimeye giren maddelerin değişiminin yönünü göstermektedir. Denklemlerin Katsayıları ve Kütlenin Korunumu Yasası Bütün kimyasal tepkimeler kütlenin korunumu yasasına uymak zorundadırlar. Bu durumda, tepkimenin başlangıcındaki ve sonundaki toplam atom sayısının eşit olması gerekir. Kimyasal tepkimelerde atomların sayısı korunmalıdır. Tepkimelerdeki atom sayılarının korunması için denklemlerin atom sayıları bakımından eşitlenmesi gerekir. Denkleştirme işlemi, girenlerin ve ürünlerin moleküllerinin katsayılarındaki değişikliklerle gerçekleştirilir. Metan gazının yanmasındaki örnekte olduğu gibi denklemin denkleştrilmesi için O 2 ve H 2O moleküllerinin katsayısı 2 olarak alınmış ve denklem denkleştirilmiştir.

2 Aşağıdaki örnekte, çakmaklarda kullanılan bir yakıt olan bütan gazının(c 4H 10) yanma denklemi denkleştirilmiştir. Bütan gazının molekülleri incelendiğinde, her molekülün 4 C atomu ve 10 H atomu içerdiği görülür. Toplamda denklemin sol tarafındaki C atomları sayısı 8, H atomları sayısı 20 olur. Denklemin sağ tarafındaki C ve H atomları sayısının aynı olması gerekmektedir. 2 tane C 4H 10 molekülün yakılması durumunda, oluşması gereken CO 2 molekülü sayısı, her bir CO 2 molekülü 1 C atomu içerdiği için 8, H 2O molekülü sayısı ise, herbir H 2O molekülü 2 H atomu içerdiği için 10 olmalıdır. Solda ve sağda bu eşleştirmeler yapıldıktan sonra sağ taraftaki oksijen atomlarının toplam sayısı 26 olur. Soldaki oksijen atomlarının eşit olması için O 2 molekülünün önüne 13 katsayısı getirilir. Böylece denklemdeki tüm atomların denkleşmesi sağlanır. Tepkime denklemlerinin denkleştirilmesi ve çeşitleri ile ilgili detaylı bilgiler ilerleyen bölümlerde verilecektir. Örnek: Aşağıda molekül modeliyle verilmiş tepkime denklemi denkleşmiş midir? Kimyasal tepkime denklemlerinde genellikle tepkimeye giren ve ürünlerinin formüllerinin yanında parantez içerisinde maddenin fiziksel durumu, katı için(k), sıvı için(s) ve gaz için(g) olarak gösterilir. Sulu çözeltilerde, suda çözünen bir maddenin durumu ise (suda) ile gösterilir. Örneğin, aşağıdaki denklemde çinko metali asit çözeltisi içerisine atılırsa, hidrojen gazı ve çinko klorür sulu çözeltisi oluşur. Tepkimenin denklemi aşağıdaki gibi yazılır. Zn(k) + 2 HCl(suda) ZnCl 2(suda) + H 2(g) 18. yüzyılda, Fransız bilim insanı Antoine Lavoisier kütlenin korunumu yasasını oluşturdu. Bu yasa Dalton tarafından atom modeli oluşturulurken modelin oluşumuna katkıda bulundu. Lavoisier, kimyasal tepkimelerde kütlenin korunduğunu ispatladı. Bu durumda tepkimeden önce giren taneciklerin toplam atom sayısıyla, ürünlerin toplam atom sayılarının aynı olması gerekir. Çünkü atomların kütleleri çekirdeklerinde toplanmıştır. Bu durumda atom sayıları korunduğu için kütle korunmuştur denilebilir.

3 Kimyasal Tepkime Çeşitleri Pek çok basit anorganik kimyasal tepkime birleşme ya da sentez, ayrışma ya da bozunma, yer değiştirme ya da değişim tepkimesi olarak gruplandırılabilir. Bu tepkimelerin çeşitleri k onusunda bilgi sahibi olmak, tepkimelerin gerçekleşmesi sırasında nasıl değişmeler olabildiğini görebilmemizi sağlaması açısından önemlidir. Örneğin, aşağıdaki kimyasal tepkimeye baktığımızda tepkime denkleminin bize ne anlattığını görebilmemiz gerekir. Cl 2(g) + 2 KBr(suda) 2 KCl(suda) + Br 2(s) Tepkime denklemini kağıt üzerinde görmek yerine, tepkimenin içeriğini iyi kavramak gerekir. Bu tepkimede klor gazı, potasyum bromür sulu çözeltisi ile karıştırılıyor ve tepkime sonunda potasyum klorür sulu çözeltisi ile birlikte sıvı brom üretiliyor. Tepkimede bu durumda brom ile klorun yer değiştirmiş olduğunu rahatlıkla görebiliriz. Başka bir deyişle yukarıda verilen tepkime bir yer değiştirme tepkimesidir. Klor çözelti içerisinde potasyum bromürdeki brom ile yer değiştirerek potasyum klorüre dönüşmüş, brom ise ayrılarak serbest hale geçmiştir. Kimyasal tepkime denklemlerine bu şekilde bir yorum getirildiğinde, tepkimenin çeşidinin bulunabilmesinin ezberlemekten çok daha kolay olduğu görülür. Pek çok kimyasal tepkime bu şekilde okunarak tanınabilir. Yalnızca genel denklem çeşitlerinin nasıl tanınacağının iyi bilinmesi gerekir. Birleşme(Sentez) Tepkimeleri Birleşme tepkimelerinde iki ya da daha fazla madde biraraya gelerek tek bir madde oluştururlar. 7A grubu elementleri olan halojenler ve oksijen pek çok elementle bu şekilde birleşme tepkimesi gerçekleştirirler. O zaman tepkimeye giren maddelerden biri oksijen ya da halojense, diğeri de bir elementse tepkimeler, sentez tepkimeleri olur. Bir metalin oksijenle sentez tepkimesi sonucunda oluşan iyonik bileşiğe metal oksit denir. Her iyonik bileşik gibi, metal oksitler de elektriksel olarak nötr maddelerdir. Metal iyonunun pozitif yükü bilinirse oluşan bileşiğin formülü de tespit edilebilir. Örneğin, 3A grubunda yer alan Al elementi Al 3+ yüklü iyon oluşturarak oksijenle birleşir ve oksijenin O 2- yüklü iyon haline gelmesini sağlar ve Al 2O 3 bileşiği oluşur(2 Al 3+ iyonuyla 3 O 2- iyonu birleşir). 4 Al(k) + 3 O 2(g) 2 Al 2O 3(k) Halojenler, metal atomlarıyla birleşerek iyonik bileşikler oluştururlar. Halojenler metallerle bileşik oluşturduklarında 1- yüklü iyon haline gelirler. Örneğin sodyum elementi klor ametali ile birleştiğinde, ya da çinko metali iyot ametali ile birleştiğinde 1- yüklü halojen iyonu içeren bileşikler oluşur. 2 Na(k) + Cl 2(g) 2 NaCl(k) Zn(k) + I 2(k) ZnI 2(k) Ametal atomlarının oksijenle ya da halojenlerle birleşmesi sonucunda moleküler bileşikler oluşur. Örneğin, 6A grubunda yer alan kükürt oksijenle birleştiğinde SO 2 ve SO 3 olmak üzere iki çeşit oksit oluşturur. S 8(k) + 8 O 2(g) 8 SO 2(g) tepkimesi sonucunda oluşan SO 2 gazı, renksiz, boğucu kokusu olan bir gazdır. 2SO 2(g) + O 2(g) 2 SO 3(g) tepkimesi sonucunda oluşan SO 3 gazı da renksiz ve daha boğucu kokusu olan bir gazdır.

4 Organik bir madde olan asetilen gazının, brom gazı ile birleşerek dibrometen oluşturması da sentez tepkimelerine örnek olarak verilebilir. C 2H 2(g) + Br 2(s) C 2H 2Br 2(g) Örnek: Aşağıdaki sentez tepkimelerinin denkleşmiş olup olmadığını kontrol ederek, denkleşmemişse denkleştiriniz. a) Cu + O 2 CuO b) Cr + Br 2 CrBr 3 c) S F 2 SF 6 Ayrışma(bozunma) Tepkimeleri Sentez tepkimelerinin tersi olan tepkimelere ayrışma tepkimeleri adı verilir. Ayrışma tepkimelerinde bir madde iki ya da daha fazla madde oluşturarak ayrışır. Ayrışma tepkimelerinin genel denklemi aşağıdaki gibidir. Birçok bileşik, normal koşullarda kararlı bir yapıya sahip oldukları için kendiliğinden ayrışmaz. Bu maddelerin ayrışabilmesi için sıcaklığın yükseltilmesi gerekir. Maddelerin sıcaklık yükseltildiğinde bozunmalarına termal bozunma adı verilir. Az sayıda metal oksit termal bozunma sonucunda ayrışır. En çok bilinen termal bozunma örneklerinden birisi Joseph Priestley'in 1775 yılında oksijeni keşfettiği HgO bileşiğinin bozunmasıdır. 2 HgO(k) 2 Hg(s) + O 2(g) Bir başka önemli bozunma tepkimesi çeşiti de metal karbonatlardan kalsiyum karbonatın bozunması tepkimesidir. Metal karbonatlar yüksek sıcaklıkta ısıtıldıklarında metal oksite dönüşürken karbondioksit gazı oluşur. CaCO 3(k) CaO(k) + CO 2(g) Kalsiyum karbonat Kalsiyum oksit + Karbondioksit Nitrogliserin gibi bazı bileşikler yeterince kararsız oldukları için ısıtıldıklarında, bozunma tepkimesi patlama şeklinde gerçekleşir. Nitrogliserin moleküler bir bileşiktir ve yapı formülü ve top çubuk modeli aşağıdaki gibidir. Nitrogliserin, sallamaya ve titreşimlere çok duyarlı olduğu için bozunması çok şiddetli gerçekleşir. 4 C 3H 5(NO 3) 3(s) 12 CO 2(g) + 10 H 2O(g) + 6 N 2(g) + O 2(g)

5 Su kararlı bir bileşiktir ve bozunması çok çok yüksek sıcaklıklarda ya da doğrudan elektrik enerjisi kullanılarak elektroliz işlemiyle gerçekleştirilebilir. 2 H 2O(s) 2 H 2(g) + O 2(g) Örnek: Aşağıdaki tamamlanmamış tepkimelerdeki boşlukları doldurunuz ve tepkimenin çeşitini yazınız.. a) 2 Fe(k) + 3 (g) 2 FeCl 3(k) b) Cu(OH) 2(k) CuO(k) + (s) c) P 4(k) + 5 O 2(g) (k) d) CaSO 3(k) (k) + SO 2(g) e) (g) + 2 O 2(g) 2 NO 2(g) f) 4 Fe(k) + 3 (g) 2 Fe 2O 3(k) g) 2 Na 3N(k) 2 Na(k) + 3 (g) Yer değiştirme Tepkimeleri Bir element, bir bileşikle tepkimeye giriyor ve tepkime sonucunda yeni bir bileşik ve başka bir element oluşuyorsa tepkime bir yer değiştirme tepkimesidir. Metalik sodyumun su ile tepkimesi yer değiştirme tepkimesine örnek olarak verilebilir. 2 Na(k) + 2 H 2O(s) 2 NaOH(suda) + H 2(g) Verilen denklem incelenirse, sodyumun sudaki hidrojen ile yer değiştirdiği görülür. Bütün alkali metaller aktif oldukları için, su ile yukarıdakine benzer bir yer değiştirme tepkimesi verirler. Yer değiştirme tepkimelerine bir başka örnek olarak, metalik bakır ile gümüş nitratın sulu çözeltisinin tepkimesi verilebilir. Cu(k) + 2 AgNO 3(suda) Cu(NO 3) 2(suda) + 2 Ag(k) Bu tepkimede, bakır atomları çözelti içerisindeki Ag + iyonlarıyla yer değiştirmiş ve bakır(ii) nitrat çözeltisi oluşurken ag metali açığa çıkmıştır. Bu tepkimede daha aktif olan metal, aktifliği az olan metalin yerine geçmiştir. Metallerin aktiflik serisi kullanılarak metallerin kullanıldığı tepkimelerde hangi maddelerin yer değiştireceği tespit edilebilir.

6 İkili Yer Değiştirme Tepkimeleri İki bileşiğin tepkimesi sırasında bileşikteki maddelerin birbiriyle yer değiştirmesi sonucunda gerçekleşen tepkimelere ikili yer değiştirme tepkimeleri adı verilir. Örneğin, kurşun(ii) nitrat ve potasyum kromat çözeltilerinin karıştırılmalarıyla ikili yer değiştirme gerçekleşir ve suda çözünmeyen bir katının oluşmasıyla tepkime gerçekleşmiş olur. Çözeltiler içerisindeki Pb 2+ ve K + iyonları birlikte oldukları anyonları değiştirecekler, bu durumda suda çözünmeyen kurşun(ii) kromat çökerken, potasyum nitrat suda çözünmüş olarak kalacaktır. Pb(NO 3) 2(suda) + K 2CrO 4(suda) PbCrO 4(k) + 2 KNO 3(suda) Aslında ikili yer değiştirme tepkimeleri pekçok tepkime türünü içinde barındırır. İkili yer değiştirme tepkimeleri iyonik bileşikler arasında gerçekleşirken, başlangıçtaki iyonlar çözeltiden üç farklı şekilde ayrılabilirler. Oluşan madde, Suda çözünmeyen bir katı madde(çökelek) olarak, Moleküler bir bileşik olarak, bir gaz olarak, çözeltiden ayrılabilir. Bu bölümle ilgili detaylı bilgi ilerleyen bölümlerde verilecektir. Örnek: Aşağıdaki tepkimelerin çeşitlerini yazınız. a) 2 Al(k) + 3 Br 2(s) Al 2Br 6(k) b) 2 K(k) + H 2O(s) 2 KOH(suda) + H 2(g) c) AgNO 3(suda) + NaCl(suda) AgCl(k) + NaNO 3(suda) d) NH 4NO 3(k) N 2O(g) + 2 H 2O(g) e) 2 Al(OH) 3(k) Al 2O 3(k) + 3 H 2O(s) f) Na 2O(k) + H 2O(s) 2 NaOH(suda) g) S 8(k) + 24 F 2(g) 8 SF 6(g) h) 3 NaOH(suda) + H 3PO 4(suda) Na 3PO 4(suda) + 3 H 2O(s) ı) 3 C(k) + Fe 2O 3(k) 3 CO(g) + 2 Fe(s) i) Cu(k) + O 2(g) 2 CuO(k) j) AgNO 3(suda) + KCl(suda) AgCl(k) + KNO 3(suda) k) Mg(k) + 2 HCl(suda) MgCl 2(suda) + H 2(g) l) C (k) + O 2(g) CO 2(g)

7 m) 2 KClO 3(k) 2 KCl(k) + 3 O 2(g) n) BaCl 2(suda) + K 2SO 4(suda) BaSO 4(k) + 2 KCl(suda) o) Mg(k) + CoSO 4(suda) MgSO 4(suda) + Co(k) p) PbCO 3(k) PbO(k) + CO 2(g) r) Cu(k) + 4 HNO 3(suda) Cu(NO 3) 2(suda) + 2 H 2O(s) + 2 NO 2(g) s) 2 Zn(k) + O 2(g) 2 ZnO(k) ş) Pb(NO 3) 2(suda) + 2 KI(suda) PbI 2(k) + 2 KNO 3(suda) t) Mg(k) + FeCl 2(suda) MgCl 2(suda) + Fe(k) u) ZnCO 3(k) ZnO(k) + CO 2(g) ü) 2 C (k) + O 2(g) 2 CO(g) v) CaCl 2(suda) + Na 2CO 3(suda) CaCO 3(k) + 2 NaCl(suda) y) H 2S(suda) + Cl 2(suda) S 8(k) + HCl(suda) z) 2 NaHCO 3(k) Na 2CO 3(k) + CO 2(g) + H 2O(g) İkili Yer Değiştirme Tepkimeleri ve Net İyon Denklemleri Birçok iyonik bileşik suda kolaylıkla çözünerek iyonlarına ayrışırken, bir kısmı nispeten az çözünmekte, bir kısmı da suda ihmal edilebilecek derecede az çözünmektedir. Bir iyonik bileşik suda çözündüğünde iyonlarına ayrışır ve iyonların etrafı su molekülleri tarafından çevrelenir. İyonik bir madde olan NaCl bileşiği suda çözünürken aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi iyonlarına ayrışır ve iyonlar su molekülleri ile sarılırlar. Moleküler bir madde olan CH 3OH ise suda çözündüğünde, aşağıda görüldüğü gibi, iyon oluşmamakta ve çözünme moleküler olarak gerçekleşmektedir.

8 Suda çözünebilen iyonik bileşikler kuvvetli elektrolit çözelti(iyon içeren ve elektriği iyi iletebilen çözelti) olarak adlandırılırlar. Kuvvetli elektrolit maddeler suda çözündüklerinde tamamıyla iyonlarına ayrışırlar. Suda çözünebilen birçok moleküler bileşik iyonlarına ayrışmadığı için, çözeltisi elektriği iletmez. Yukarıda verilen şekilde bu durum gösterilmiştir. İyonik bileşiklerin içerdikleri iyon çeşitlerine göre sudaki çözünürlükleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bir bileşik tabloda verilen çözünebilir maddelerinden en az birini yapısında taşıyorsa, suda çözünebilir bir yapıda olduğu söylenebilir. Örneğin, NiSO 4 bileşiğinin suda çözünüp çözünmediğini anlayabilmek için tabloya bakılması gerekir. Tabloda Ni 2+ iyonu ile ilgili bir bilgi olmadığı için bileşiğin içerdiği diğer iyona bakılması gerekir. iyonu için tabloya bakıldığında hangi katyonlarla suda çözünmeyen bileşikler oluşturduğu bulunur. Ni 2+ iyonu bu katyonlar içinde yer almadığından NiSO 4 bileşiğinin suda çözünebildiğini söyleyebiliriz. İyonik Bileşikler İçin Çözünürlük Kuralları Genellikle Çözünebilenler 1A grubu : Li +, Na +, K +, Rb +, Cs +, Bütün 1A grubu(alkali metal) ve amonyum tuzları suda iyi çözünürler. Nitratlar : Bütün nitratlar suda iyi çözünürler. Klorürler, Bromürler ve İyodürler : Cl -, Br -, I - AgCl, Hg 2Cl 2, PbCl 2; AgBr, Hg 2Br 2, PbBr 2; AgI, Hg 2I 2, PbI 2 haricindeki tüm klorürler, bromürler ve iyodürler suda iyi çözünürler. Sülfatlar : CaSO 4, SrSO 4, BaSO 4 ve PbSO 4 hariç diğer sülfatların çoğu suda iyi çözünürler. Kloratlar : Tüm kloratlar suda iyi çözünürler. Perkloratlar : Tüm perkloratlar suda iyi çözünürler. Asetatlar : CH 3COO - Tüm asetatlar suda iyi çözünürler. Genellikle Çözünmeyenler Fosfatlar : ve 1A grubunun iyonlarıyla(alkali metal iyonları) oluşturduğu bileşikler hariç suda çözünmezler. Karbonatlar : ve 1A grubunun iyonlarıyla(alkali metal iyonları) oluşturduğu bileşikler hariç suda çözünmezler. Hidroksitler : OH - ve 1A grubunun iyonlarıyla(alkali metal iyonları) oluşturduğu bileşikler hariç suda çözünmezler. Sr(OH) 2, Ba(OH) 2 ve Ca(OH) 2 bileşikleri az da olsa iyonlaşırlar. Okzalatlar : ve 1A grubunun iyonlarıyla(alkali metal iyonları) oluşturduğu bileşikler hariç suda çözünmezler. Sülfürler : S 2- ve 1A grubunun iyonlarıyla(alkali metal iyonları) ve 2A grubu(mgs, CaS ve BaS az çözünür) hariç suda çözünmezler. Örnek: Aşağıdaki bileşiklerden hangileri suda iyi çözünür? a) CaCl 2 b) Fe(OH) 3 c) NH 4NO 3 d) CuCO 3 e) Ni(ClO 3) 2 f) Ca(CH 3COO) 2 g) SrCl 2 h) MgO ı) PbCl 2 i) HgS j) NaCl

9 İkili yer değiştirme tepkimelerinde tepkimeye girenler ve ürünler suda çözünebilen iyonik bileşiklerse, net bir tepkime gerçekleşmez. Yukarıdaki gibi AD ve XZ maddeleri karıştırıldığında, oluşan çözelti A, D, X ve Z iyonlarını içerir. Bu durumda tüm iyonlar çözelti içerisinde kalmaya devam edecekleri için bir tepkime olmaz. Ca(NO 3) 2 gibi suda çözünebilen bir maddenin sulu çözeltisiyle, yine suda çözünebilen NaCl tuzunun sulu çözeltisi karıştırıldığında nasıl bir durum ortaya çıkar? Her iki iyonik madde de suda çözünebildiği için, oluşan karışım Na +, Cl -, Ca 2+ ve iyonları vardır. Bu karışımda bir tepkimenin olup olmadığını anlayabilmek için iyonların birleşerek bir bileşik oluşturup oluşturmadığına bakmak gerekir. İkili yer değiştirme kuralına göre, Ca 2+ ile Cl - arasında ve Na + ile arasında bileşik oluşması gerekir. Oluşan bu bileşiklerin ikisi de verilen tabloya göre, suda iyi çözündüklerinden aralarında bir tepkime gerçekleşmez. Tepkime sonucu oluşan bileşiklerden birisi suda çözünmüyorsa çözeltiden ayrılır, böylece bir tepkime gerçekleşir. Bu gibi durumlarda, sulu çözeltilerde gerçekleşen ikili yer değiştirme tepkimelerinde, tepkime sonunda üç tür ürün elde edilebilir. 1. Suda çözünmeyen iyonik bir bileşik oluşabilir. AgNO 3(suda) + KCl(suda) KNO 3(suda) + AgCl(k) 2. Çözelti içerisinde kalabilen moleküler bir madde oluşabilir. Asit baz tepkimeleri sonucunda oluşan su bu tür maddelere bir örnektir. H 2SO 4(suda) + 2 NaOH(suda) Na 2SO 4(suda) + 2 H 2O(s) 3. Çözeltiden oluşumu sonucunda ayrılan gaz halindeki moleküler bir bileşik oluşabilir. Çökelme Tepkimeleri 2 HCl(suda) + Na 2S(suda) 2 NaCl(suda) + H 2S(g) Baryum klorür ve sodyum sülfat sulu çözeltilerinin karıştırılması sonucunda ikili yer değiştirme kurallarına göre, çözeltide bir tepkimenin gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini araştıralım. BaCl 2(suda) + Na 2SO 4(suda)? +? Baryum iyonları ve sodyum iyonları yanlarındaki anyonları değiştirirse BaSO 4 ve NaCl iyonik bileşikleri oluşur. Denklemdeki soru işaretleri yerine oluşan bu maddeler hangi durumda oldukları belirtilmeden yazılır. BaCl 2(suda) + Na 2SO 4(suda) BaSO NaCl Tepkime sonunda oluşan maddelerden birisi suda çözünmüyorsa, bir çökelti oluşacaktır. Tablo incelendiğinde BaSO 4 bileşiğinin suda çözünmediği görülür(ba 2+ iyonunun sülfat tuzu suda çözünmez).bu durumda tepkime aşağıdaki gibi yazılır. BaCl 2(suda) + Na 2SO 4(suda) BaSO 4(k) + 2 NaCl(suda) Örnek: Aşağıda formülleri verilen iyonik bileşik çiftlerinin sulu çözeltileri karıştırıldığında hangilerinde bir çökelme gözlenir? a) (NH 4) 2S ve Cu(NO 3) 2 b) ZnCl 2 ve Na 2CO 3 c) CaCl 2 ve KNO 3 d) NiCl 2 ve NaOH e) K 2CO 3 ve CaBr 2

10 Net İyon Denklemleri İkili yer değiştirme tepkimelerinde şu ana kadar tüm tepkime denklemi yazılarak gerçekleşen yer değiştirmeler anlatılmıştır. Kimyasal tepkime olarak gerçekleşen kısım başka bir biçimde de yazılabilir. Bir çökelme olması durumunda, çökecek maddeyi oluşturan iyonların çözeltiden ayrıldığı bilindiğine göre diğer iyonlar çözeltide kalacaklar ve tepkimenin solunda ve sağında bu iyonlardan eşit sayıda bulunacaktır. Bu iyonlara seyirci iyonlar adı verilir; çünkü bu iyonlar tepkimeye girmeden çözeltide dolaşmayı sürdürürler. Tepkime denkleminde gerekli sadeleştirmeler yapılırsa, izleyici iyonlar birbirini götüreceği için geriye çökelecek katıyı oluşturan iyonların girenler kısmında, çöken maddenin ürünler kısmında kaldığı net bir tepkime denklemi ortaya çıkar. Bu denkleme net iyon denklemi adı verilir. Net iyon denklemini daha iyi anlayabilmek için NaCl ve AgNO 3 sulu çözeltilerinin karıştırılmasıyla gerçekleşen tepkimeyi inceleyelim. 1. Doğru bileşik formülleri ve katsayılarıyla tepkime denklemi ikili yer değiştirme kuralına uygun olarak yazılır. AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3 Tepkime denkleminin denkliği kontrol edildiğinde her iki taraftaki atom sayılarının ve türlerinin eşit olduğu görülür. 2. Tablo kullanılarak tepkimeye giren maddelerin ve ürünlerin sudaki çözünürlükleri kontrol edilir ve tepkime denkleminde durumları belirtilir. AgNO 3(suda) + NaCl(suda) AgCl(k) + NaNO 3(suda) 3. Suda çözünebilen bileşiklerin tümünün suda iyonlaşmasıyla oluşturduğu iyonlar kontrol edilir. AgNO 3(suda) Ag + (suda) + (suda) NaCl(suda) Na + (suda) + Cl - (suda) NaNO 3(suda) Na + (suda) + (suda) 4. İyonları kullanarak denklem iyonlarla tam olarak yazılır. Çökelen madde kimyasal formülüyle yazılır. Ag + (suda) + (suda) + Na + (suda) + Cl - (suda) AgCl(k) + Na + (suda) + (suda) 5. Net iyon denklemini elde edebilmek için, izleyici iyonların denklemin her iki tarafında aynı sayıda olduğuna göre birbirini götürmesi gerekir. Ag + (suda) + (suda) + Na + (suda) + Cl - (suda) AgCl(k) + Na + (suda) + (suda) Böylece net iyon denklemi ortaya çıkmış olur. Ag + (suda) + Cl - (suda) AgCl(k) 6. Kimyasal tepkimelerde tepkimenin sol ve sağ tarafındaki yüklerin birbirine eşit olması gerekir. Yük denkliği kontrol edilerek tepkimenin doğruluğu kontrol edilir. Tepkimenin sol tarafındaki toplam yük (1+) + (1-) = 0 ve sağ tarafındaki yük, bileşik nötr olduğu için 0 olduğuna göre net iyon denklemi yazılmış olur. Örnek: Aşağıda verilen iyonik bileşik çiftleriyle oluşturulan ikili yer değiştirme tepkimelerinin net iyon denklemlerini yazınız. a) BaCl 2 ve Na 2SO 4 b) (NH 4) 2S ve FeCl 2 Asitler ve Bazlarda İkili Yer değiştirme Tepkimeleri Asitler ve bazlar iki önemli bileşik sınıfıdır. Asit ve bazlarla ilgili detaylı bilgiler ilerleyen bölümlerde verilecektir. Burada asitler ve bazlar arasındaki tepkimeler ve genel birtakım özellikler incelenecektir. Asitler ve bazların genel özellikleriyle ilgili bilgiler aşağıdaki gibidir.

11 Asit çözeltileri likenlerden elde edilen bir boya olan turnusol boyasının rengini maviden kırmızıya çevirirler. Baz çözeltileri kırmızı turnusol boyasının rengini maviye çevirirler. Asit çözeltileri sentetik bir boya olan fenolftaleini renksiz yaparken, baz çözeltileri fenolftaleinle pembe renkli olurlar. Bir asit turnusol boyasını kırmızıya çevirirken, asit üzerine baz eklenirse kırmızı renk maviye dönüşür. Bir baz, asitin etkisini nötralize eder ve bir asitte bir bazın etkisini nötralize eder. Asitlerle bazların birbirleriyle etkileşmesi tepkimelerine nötrleşme tepkimeleri adı verilir. Asitlerin tadı ekşi, bazlarınki acıdır. Limon asit, sabun bazdır. Asitler aktif metallerle etkileştiklerinde hidrojen gazı oluştururlar. Bazlar, metal iyonlarıyla, genellikle suda çözünmeyen metal hidroksitler oluştururlar. Bu tür çökelekler üzerine asit eklenirse suda çözünebilen maddeler oluşur. Asitler Suda çözündüğünde, hidrojen iyonu(h + ) konsantrasyonunu artıran maddelere asit adı verilir. Asidik çözeltilerin özellikleri, ile H + (suda) özellikleri ortaktır. H + (suda) iyonu elektronunu kaybetmiş bir protondur ya da H atomunun çekirdeğidir denilebilir. Bir atomun çekirdeğinin çapı, atomun çapı yanında çok küçük olduğu için, H + iyonunun boyutu, H atomunun boyutundan çok küçüktür ve artı yükünün boyutuna oranı H atomuna göre çok büyüktür. Çok yoğunlaşmış bu artı yük, sudaki oksijen atomunun elektronlarıyla çok kuvvetli bir etkileşim içerisine girer ve H 2O ile birleşerek hidronyum iyonunu(h 3O + ) oluşturur. Diğer su molekülleri de oluşan H 3O + ile etkileşerek daha büyük kümeler oluştururlar. H + + H 2O H 3O + Büyük kümeler ve H 3O + iyonları, daha kolay olduğu için H + (suda) ile gösterilir. Suda çözündüğünde tamamen iyonlaşabilen asitler kuvvetli elektrolit ya da kuvvetli asit olarak adlandırılırlar. HCl bir kuvvetli asittir ve tamamen iyonlaşarak H + (suda) ve Cl - (suda) iyonlarını oluşturur. HCl(suda) H + (suda) + Cl - (suda) Aslında, HCl'nin suda çözünme denklemi daha karmaşıktır ve aşağıda gösterildiği gibidir. HCl(suda) + H 2O(s) H 3O + (suda) + Cl - (suda) Suda çok az iyonlaşabilen asitler ve diğer maddeler zayıf elektrolittir. Sulu çözeltisinde çok az iyonlaşabilen asitlere zayıf asitler denir. Aşağıdaki tabloda bazı asitlerin ve bazların kuvvetli ya da zayıf olanları gruplandırılmıştır. Örneğin asetik asit(ch 3COOH) suda çözündüğünde, taneciklerinin %5'ten daha azı iyonlaşabilir. Kalan tanecikler iyonlaşmadan çözeltide çözünmüş halde bulunurlar. Bu nedenle asetik asit zayıf elektrolit bir maddedir ve zayıf asit olarak gruplandırılır. CH 3COOH(suda) H + (suda) + CH 3COO - (suda) Denklemdeki çift yönlü ok, bu olay sırasında dinamik bir denge durumunun oluştuğunu ve iyonlaşan kısmın tekrar biraraya gelerek moleküler yapıya dönüştüğünü ve bu dönüşümün sürekli olduğunu gösterir. Dinamik denge ile ilgili detaylı bilgi ilerleyen bölümlerde verilecektir.

12 Tablo. Bazı asitler ve Bazlar Kuvvetli asitler(kuvvetli elektrolitler) Kuvvetli Bazlar(Kuvvetli elektrolitler) HCl Hidroklorik asit LiOH Lityum hidroksit HNO 3 Nitrik asit NaOH Sodyum hidroksit H 2SO 4 Sülfürik asit KOH Potasyum hidroksit HClO 4 Perklorik asit Ca(OH) 2 Kalsiyum hidroksit HBr Hidrobromik asit Ba(OH) 2 Baryum hidroksit HI Hidroiyodik asit Sr(OH) 2 Stronsiyum hidroksit Zayıf Asitler(Zayıf elektrolitler) Zayıf Bazlar(Zayıf elektrolitler) H 3PO 4 Fosforik asit NH 3 Amonyak CH 3COOH Asetik asit CH 3NH 2 Metilamin H 2CO 3 Karbonik asit HCN Hidrosiyanik asit HCOOH Formik asit C 6H 5COOH Benzoik asit Organik asitlerin birçoğu zayıf özellikte asitlerdir. Amino(-NH 2) grubu içeren organik bileşiklerin birçoğu zayıf baz özelliktedir. Kalsiyum, baryum ve stronsiyumun hidroksitleri aslında suda çok az çözünürler, ama çözünen kısımlarının tamamı iyonlaşabildiği için kuvvetli baz özellik gösterirler. H 2SO 4 gibi bazı asitler suda çözündüklerinde mol başına, 1 molden fazla H + iyonu oluştururlar. H 2SO 4(suda) H + (suda) + (suda) (suda) H + (suda) + (suda) İlk iyonlaşma basamağında, %100 iyonlaşma gerçekleşir ve 1 mol asit başına 1 mol H + iyonu oluşur. Oluşan (suda) iyonu ikinci iyonlaşmada çok az iyonlarına ayrışır bu nedenle oluşturduğu H + iyonu çok az olur. Toplamda üretilen H + iyonu 1molden biraz fazla olur. Bu nedenle H 2SO 4 kuvvetli asit özellik gösterirken, oluşturduğu hidrojen sülfat iyonu( (suda) zayıf asit özellik göstermiş olur. Bazlar Suda çözündüğünde, çözeltideki OH - (suda) derişimini artıran maddelere baz adı verilir. NaOH ve KOH gibi OH - iyonunu içeren maddeler kuvvetli bazlardır; çünkü sulu çözeltilerinde %100 iyonlaşırlar. Amonyak ise, formülünde OH - içermemesine rağmen, suyla etkileşerek, çözeltisinde OH - iyonu oluşturabilir. NH 3 maddesi sulu çözeltisinde çok az iyonlaşabildiği için zayıf baz özelliktedir. NH 3(suda) + H 2O(s) (suda) + OH - (suda) NH 3 ile (suda) ve OH - (suda) iyonları arasında dinamik bir denge kurulduğunda, iyonlaşmanın %5'ten daha az olduğu görülür. Bu durumda amonyak zayıf baz ya da zayıf elektrolit olarak adlandırılır. Kuvvetli elektrolit maddeler sulu çözeltilerinde tümüyle iyonlarına ayrışırlar. Bu maddeler iyonik bileşikler(tuzlar veya kuvvetli bazlar) olabileceği gibi kuvvetli asit özellik gösteren moleküler maddeler de olabilirler (NaCl iyonik, HCl moleküler bileşiği gibi). Zayıf elektrolit maddeler zayıf asit veya zayıf baz özellik gösteren moleküler bileşiklerdir(nh 3 gibi). Elektrolit olmayan maddeler ise suda iyonlaşmayan moleküler yapıdaki bileşiklerdir(c 12H 22O 11 gibi). Nötrleşme Tepkimeleri Kuvvetli bir asitle(hcl), kuvvetli bir bazın(naoh) sulu çözeltileri karıştırıldığında, çözeltide bulunan iyonlar asitten gelen H + (suda) ve bir anyon(cl - (suda)), bazdan gelen OH - (suda) ve bir katyon(na + (suda)) olur. Çökelme tepkimelerinde olduğu gibi, ikili yer değiştirme sonucunda bu iyonlardan ikisi biraraya gelir ve kimyasal bir tepkime gerçekleşir ve iyonlar çözeltiden ayrılırlar. Asit baz tepkimelerinde, tepkimeye giren iyonlar H + (suda) ve OH - (suda) olur ve tepkime sonucunda su oluşur. Kuvvetli bir asitle kuvvetli bir baz tepkimeye girdiklerinde birbirlerini nötrleştirirler. Tepkimede hidrojen iyonları ve hidroksit iyonlarının birleşmesiyle moleküler bir bileşik(su) ve katyonu bazdan, anyonu asitten gelen iyonik bir

13 bileşik(tuz) oluşur. Oluşan çözeltiden su buharlaştırılırsa geriye tuz kalır. Kuvvetli bir asitle kuvvetli bir bazın tepkimeye girerek iyonik bir bileşik(tuz) ve moleküler bir bileşik(su) oluşturması tepkimesine nötrleşme tepkimesi adı verilir. Nötrleşme tepkimelerinin genel denklemi aşağıdaki gibi olur. HX(suda) + MOH(suda) H 2O(s) + MX(suda) Asit Baz Su Tuz Oluşan tuzun ne olduğu tepkimeye giren asit ve bazın ne olduğuna bağlı olarak değişir. Yukarıda verdiğimiz örnekteki gibi HCl ve NaOH tepkimeye girince, NaCl tuzu ve H 2O oluşur. HCl(suda) + NaOH(suda) H 2O(s) + NaCl(suda) Kullanılan baz Mg(OH) 2 ve asitte HCl olursa oluşan ürünler aşağıdaki gibi olur. 2 HCl(suda) + Mg(OH) 2 MgCl 2(suda) + 2 H 2O(s) Asetik asit veya propanoik asit gibi asitler bazlarla tepkimeye girdiklerinde karboksil grubunda(-cooh) yer alan H, asidik hidrojen olarak davranır ve bazdan gelen hidroksit iyonu ile birleşerek su oluşturur. Asitten hidrojen iyonu ayrılınca kalan anyon(-coo - ), bazdan gelen katyonla birleşerek tuz oluşturur. Örneğin propanoik asit(ch 3CH 2COOH), NaOH ile tepkimeye girdiğinde tepkime aşağıdaki gibi gerçekleşir. CH 3CH 2COOH(suda) + NaOH(suda) H 2O(s) + CH 3CH 2COONa(suda) Organik asitlerin nötrleştirme denklemlerinde asitte yer alan tüm hidrojenlerin değil, yalnızca karboksil grubunda yer alan hidrojenin(-cooh) ayrıldığına dikkat edilmelidir. Örnek: 2 HNO 3(suda) + Ca(OH) 2(suda) Ca(NO 3) 2(suda) + 2 H 2O(s) Asit Baz Tepkimelerinde Net İyon Denklemleri H 3PO 4(suda) + 3 NaOH(suda) Na 3PO 4(suda) + 3 H 2O(s) HClO 4(suda) + KOH(suda) KClO 4(suda) + H 2O(s) Ca(OH) 2(suda) + H 2SO 4(suda) CaSO 4(suda) + 2 H 2O(s) H 2CO 3(suda) + Mg(OH) 2(suda) MgCO 3(suda) + 2 H 2O(s) Asit baz tepkimelerindeki net iyon denklemi yazılımı, çökelme tepkimelerindeki net iyon denklemlerinin yazılımı gibi gerçekleştirilir. Örneğin, Mg(OH) 2 ile HCl arasındaki nötrleşme tepkimesi ele alınırsa, nötrleşme tepkimesi aşağıdaki gibi yazılır. 2 HCl(suda) + Mg(OH) 2 MgCl 2(suda) + 2 H 2O(s) Yukarıdaki tepkimenin net iyon denklemi için asit ve bazın sudaki iyonlaşma denklemleri ayrı ayrı yazılır. 2 HCl(suda) 2 H + (suda) + 2 Cl - (suda) Mg(OH) 2(suda) Mg 2+ (suda) + 2 OH - (suda) Katsayıların kullanılmasının nedeni denklemlerin denkleştirilmesidir. Yukarıda verilen denklemleri kullanarak, şimdi net iyon denklemi için genel denklem yazılır. Mg 2+ (suda) + 2 OH - (suda) + 2 H + (suda) + 2 Cl - (suda) Mg 2+ (suda) + 2 Cl - (suda) + 2 H 2O(s) Tepkime kalan kısmıyla tekrar yazılırsa net iyon denklemi elde edilir. 2 OH - (suda) + 2 H + (suda) 2 H 2O(s)

14 ya da basitleştirilmiş haliyle net iyon denklemi, şeklinde yazılır. OH - (suda) + H + (suda) H 2O(s) Yukarıda yazılan net iyon denklemi tüm kuvvetli asit ve kuvvetli baz nötrleşmelerinde gerçekleşen net tepkimeyi göstermektedir. Net iyon denklemi dikkatlice incelenirse her iki taraftaki toplam yükün sıfır((1+)+(1-) 0) olduğu ve tepkimede yüklerin korunduğu görülür. Bir zayıf asit ile kuvvetli bazın nötrleşme tepkimesi incelenirse durumun biraz farklı olduğu görülür. Burada bu tür bir tepkimenin net iyon denklemi bir örnekle gösterilecektir. Konuyla ilgili geniş bilgi, ilerleyen bölümlerde detaylı olarak işlenecektir. HCN bir zayıf asittir ve suda çok az iyonlaşır; bu nedenle HCN çözeltisinde HCN moleküllerinin sayısı çok fazla olacaktır(h + çok az olduğu için genel denklemde yazılmıyor). KOH ise kuvvetli bir bazdır ve tamamen iyonlarına ayrışacaktır. KCN bileşiği de suda yüzde yüz iyonlarına ayrışacaktır. İki madde arasındaki tepkime açık bir biçimde yazıldığında aşağıdaki gibi bir denklem elde edilir. Bu durumda net tepkime denklemi, HCN(suda) + K + (suda) + OH - (suda) K + (suda) + CN - (suda) + H 2O(s) HCN(suda) + OH - (suda) CN - (suda) + H 2O(s) şeklinde olur. Bir zayıf asitin, kuvvetli bir bazla nötrleşme tepkimesinde asitin moleküler yapısı ve tuzun anyonu bulunur. Bu net tepkime yukarıdaki kuvvetli asit-baz nötrleşme tepkimesinin net tepkime denkleminden farklıdır. Aynı şekilde kuvvetli bir asitle zayıf bir bazın nötrleşme tepkimesinde de bazın moleküler yapısı ile tuzun katyonu bulunacaktır. Yukardaki net tepkime denklemi incelendiğinde, yükler toplamının her iki tarafta da eşit olduğu görülecektir. Örnek: CH 3COOH ile Ca(OH) 2 sulu çözeltilerinin karıştırılması ile gerçekleşen nötrleşme tepkimesinin net iyon denklemini yazınız. Yanıt: CH 3COOH(suda) + OH - (suda) CH 3COO - (suda) + H 2O(s) Gaz Oluşumuyla Gerçekleşen İkili Yer Değiştirme Tepkimeleri İkili yer değiştirme tepkimelerinde gaz oluşumu ile gerçekleşen tepkimelerde oluşan moleküler yapıdaki gaz ortamdan uzaklaşır. Çözeltiden gaz çıkışının olması, çözeltideki iyonların ayrılmasına neden olur. Gaz oluşumlu ikili yer değiştirme tepkimelerinde, genellikle asit kullanılır. Bir metal karbonatın asit ile etkileşmesi, gaz oluşumu(co 2) gerçekleşen ikili yer tepkimelerine en güzel örnektir. Yanda görülen şekildeki mercan kabuğu CaCO 3 maddesinden yapılmıştır. Mercan kabuğu asit içerisine atıldığında gerçekleşen tepkime sonucunda CO 2 gazı oluşur. CaCO 3(k) + 2 HCl(suda) CaCl 2(suda) + H 2CO 3(suda) H 2CO 3(suda) H 2O(s) + CO 2(g) Net Tepkime: CaCO 3(k) + 2 HCl(suda) CaCl 2(suda) + H 2O(s) + CO 2(g) Asit, metal karbonatla etkileşince oluşan H 2CO 3 kararsız bir yapıya sahip olduğu için hızla su ve CO 2 gazına ayrışır. Tepkime açık bir kapta gerçekleştirilirse gaz çıkışı gaz kabarcıkları izlenerek gözlenebilir.

15 Metal karbonatların ya da metal bikarbonatların asitlerle etkileşmesi sonucunda ikili yer değiştirmeyle CO 2 gazı çıkışına en güzel örneklerden birisi de midede HCl derişimi arttığında kullanılan asit giderici tabletlerin alınmasıyla midede gerçekleşen tepkimelerdir. Örneğin, Alka- Seltzer(NaHCO 3) alınırsa midedeki HCl ile aşağıdaki tepkime gerçekleşir(bakınız şekil). NaHCO 3(suda) + HCl(suda) NaCl(suda) + H 2O(s) + CO 2(g) Asitler, metal sülfitlerle ya da sülfürlerle tepkimeye girdiklerinde de ikili yerdeğiştirme sonucunda SO 2 ya da H 2S(sülfürlerle sadece bu gaz) gazı oluşur. CaSO 3(suda) + 2 HCl(suda) CaCl 2(suda) + H 2O(s) + H 2S(g) Na 2S(suda) + 2 HCl(suda) 2 NaCl(suda) + H 2S(g) Örnek: Aşağıda verilen tepkime denklemlerinde oluşan ürünleri yazarak denklemleri denkleştiriniz. a) Na 2CO 3(suda) + H 2SO 4(suda) b) FeS(k) + HCl(suda) c) K 2SO 3(suda) + HCl(suda) d) NiCO 3(s) + H 2SO 4(suda) e) Sr(OH) 2(suda) HNO 3(suda) f) BaCl 2(suda) + Na 2Cr 2O 7(suda) g) PbCO 3(k) + H 2SO 4(suda) İndirgenme Yükseltgenme Tepkimeleri Bir kimyasal tepkime sırasında elektronlarla neler gerçekleştiğinin bulunması gerekebilir. İndirgenme ve yükseltgenme kelimeleri kimyasal tepkimeler için yüzyıllardır kullanılmaktadır. Eski medeniyetlerde insanlar, metal oksitlerin veya metal sülfürlerin nasıl metale dönüştürüleceğini(indirgeneceğini) biliyorlardı. Örneğin, kasiterit(kalay(iv) oksit-sno 2) bileşiğinin kalaya indirgenmesi için karbonla ısıtılması gerektiğini bulmuşlardı. Bu tepkimede SnO 2 cevherinden indirgenme ile kalay metali elde ediliyordu. SnO 2, karbon tarafından indirgenirken oksijen kalaydan ayrılarak karbona ekleniyor ve karbon oksitlenmiş (yükseltgenmiş) oluyor. Gerçekte, oksijenin bir başka maddeye eklenmesi olayına yükseltgenme adı verilir. Magnezyum havada yandığında, yükseltgenerek magnezyum oksite dönüşür. İndirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri için yapılan deneysel gözlemler ile aşağıdaki sonuçlara ulaşılır.

16 Bir tepkimede maddelerden biri yükseltgeniyorsa, aynı tepkimede başka bir maddenin de indirgeniyor olması gerekir. Bu nedenle, bu tür tepkimelere indirgenme yükseltgenme tepkimeleri veya kısaca redoks tepkimeleri adı verilir. Yükseltgenme, indirgenmenin tersidir. Bu durumda bir maddeye oksijen eklenmesi yükseltgenme ise, maddeden oksijen çekilmesi ya da uzaklaştırılması da indirgenmedir. İndirgenme yükseltgenme tepkimeleri yalnızca maddeye oksijen eklenmesi ya da maddeden oksijen uzaklaştırılması demek değildir. İndirgenme yükseltgenme tepkimesi bundan daha fazlasını da içermektedir. İndirgenme Yükseltgenme Tepkimeleri ve Elektron Transferi İndirgenme yükseltgenme tepkimeleri, tepkimeye giren bir atom, molekül ya da iyondan, yine tepkimeye giren bir başka atom, molekül veya iyona elektron transfer edilmesidir. Bir madde elektron alıyorsa indirgeniyor demektir. (Y + e - Y - ) Bir madde elektron veriyorsa yükseltgeniyor demektir. (X X + + e - ) Her redoks tepkimesinde, tepkimeye giren maddelerden biri yükseltgenirken, aynı anda bir başkası indirgenmektedir. İndirgenme, bir atomun, molekülün ya da iyonun görünen ya da gerçek elektrik yükünde bir azalmanın(indirgenmenin) olması demektir. Örneğin, aşağıdaki tepkimede Ag + iyonları, Cu atomlarından elektron alarak Ag atomlarına indirgenirken elektrik yükü 1+'dan sıfıra inmektedir. Aynı şekilde, Cu metali de elektron vererek yükseltgeniyor ve yükü sıfırdan 2+'ye yükseliyor. Magnezyumun oksijen ile tepkimesinde her oksijen atomu elektron kazanarak negatif yüklü iyon haline gelirken, yükü 0'dan 2-'ye inmekte, böylece indirgenmektedir. Her magnezyum atomu da 0'dan 2+'ya yükselmekte, böylece yükseltgenmektedir.

17 Başka bir örnek olarak aşağıdaki tepkime incelenebilir. 2 Al(k) + Fe 2O 3(k) Al 2O 3(k) + 2 Fe(k) Örnek: Aşağıdaki indirgenme yükseltgenme tepkimelerinde elektron alışverişlerini şema ile gösteriniz. a) 2 Al(k) + 3 I 2(k) 2 AlI 3(k) b) 2 Cs(k) + F 2(g) 2 CsF(k) Çözüm: a) 2 Al(k) + 3 I 2(k) 2 AlI 3(k) b) 2 Cs(k) + F 2(g) 2 CsF(k)

18 İndirgenme tepkimelerinde indirgenmeye neden olan maddeye yükseltgen madde, yükseltgenmeye neden olan maddeye de indirgen madde adı verilir. Bir redoks tepkimesi gerçekleşirken indirgen madde yükseltgenmekte, yükseltgen madde ise indirgenmektedir. Yukarıda, Mg ile O 2 arasında gerçekleşen tepkimede, Mg atomları yükseltgendiği için indirgen, O 2 indirgendiği için yükseltgen maddedir. İndirgen ve yükseltgen maddeler, her zaman tepkimeye girenler tarafındaki maddelerdir; ürünler tarafında bulunan maddeler değildir. M elektron kaybediyor. M yükseltgeniyor. M indirgen maddedir. X elektron kazanıyor. X indirgeniyor. X yükseltgen maddedir. Halojenler de, oksijen gibi kuvvetli yükseltgen maddelerdir ve birçok metalle ve çoğu ametalle tepkimelerinde yükseltgen özellik gösterirler. Örneğin, Na metali ile Cl 2 tepkimesinde, Na metali yükseltgenirken, Cl 2 indirgenmekte ve yükseltgen özellik göstermektedir. Halojenlerin indirgenme tepkimesi, X halojeni gösterrecek şekilde aşağıdaki gibi genelleştirilebilir. İndirgenme tepkimesi X e - 2 X - Halojen, metali yükseltgeyerek metal halojenür oluşturur ve matal ile halojenin oluşturduğu bileşiğin formülü metalin ve halojenin yüküne göre yazılabilir. Halojenlerin yükseltgenliklerinin azalış sırası aşağıdaki tabloda verildiği gibidir. Yükseltgen İndirgenme Ürünü F 2(en kuvvetli) F - Cl 2 Cl - Br 2 Br - I 2(en zayıf) I - Halojenlerin birbirlerine göre yükseltgen özellikleri karşılaştırıldığında kuvvetli yükseltgen olan halojen kendinden aşağıda olan daha zayıf halojen iyonunu yükseltger. Örneğin Br 2, kendisinden daha zayıf yükseltgen özellikteki I - iyonunu yükseltger; kendisi indirgenirken I - 'den elektron alır. Br 2(suda) + 2 I - (suda) 2 Br - (suda) + I 2(suda) Klor suyun temizlenmesinde yükseltgen madde olarak kullanılır. Organik maddelerin bozunmasıyla ya da yeralti mineral depolarından suya karışan ve bozuk yumurta gibi kokan H 2S bileşiğinin sudan uzaklaştırılmasında klor indirgen olarak kullanılınca H 2S yükseltgenerek suda çözünmeyen S 8 elementini oluşturur ve sudan kolayca uzaklaştırılır. 8 Cl 2(g) + 8 H 2S(suda) S 8(k) + 16 HCl(suda)

19 Kimyasal tepkimelerde, kuvvetli bir yükseltgen ile kuvvetli bir indirgen biraraya geldiklerinde indirgenme yükseltgenme tepkimesi çok şiddetli ve kolay gerçekleşir. Bu nedenle kuvvetli indirgen ve kuvvetli yükseltgen maddelerin bilinmesi tepkimenin şiddeti hakkında da bir fikir oluşturulabilmesine olanak sağlar. Aşağıdaki maddeler ve sonrasında verilen tablo bu olayla ilgili rehber özelliktedir. Oksijen ile birleşen bir element yükseltgenmektedir. O 2'deki her atom, diğer elementten 2e - kazanarak O 2- iyonu haline gelir. Bu durumda oksijen indirgenmiştir ya da yükseltgen maddedir. Halojen(X 2), X - iyonu haline gelirken indirgenir. Halojenle birleşen element ise yükseltgenir. Bu durumda halojen yükseltgen madde olurken, diğer element indirgen madde olur. Bir metal elementi iyonik bileşik oluşturuyorsa, metal atomu yükseltgeniyor demektir. Bu durumda metal atomu elektron kaybederek indirgen özellik gösterir. Pek çok metal kuvvetli indirgen özellik gösterirler. Özellikle 1A, 2A ve 3A gruplarındaki metaller kuvvetli indirgen özelliktedir. Diğer kuvvetli indirgen ve yükseltgen özellik gösteren maddeler tabloda gösterilmiştir. Tabloda verilen maddelerden birisi bir tepkimede yer alıyorsa, tepkime bir indirgenme yükseltgenme tepkimesidir denilebilir. Burada nitrik asit bir istisna olarak alınmalıdır. Nitrik kuvvetli yükseltgen özellikte bir madde olmasına rağmen aynı zamanda bir asittir ve metal karbonatlarla tepkimesindeki gibi tepkimeleri indirgenme yükseltgenme tepkimesi değildir. Aşağıda verilen tepkimede HNO 3 kuvvetli yükseltgen özellik göstermiş ve bakır metalini yükseltgemiştir. Cu(k) + 4 H + (suda) + 2 (suda) Cu 2+ (suda) + 2 NO 2(g) + 2 H 2O(s) indirgen yükseltgen Tablo. Bazı İndirgen ve Yükseltgen Maddeler Yükseltgen İndirgenme Ürünü İndirgen Yükseltgenme Ürünü Madde(İndirgenen) Madde(Yükseltgenen) O 2 O 2- veya oksijen içeren H 2 veya hidrojen içeren H + veya H 2O moleküler bir bileşik moleküler bir bileşik H 2O 2 H 2O(s) Metal oksitleri indirgemek CO ve CO 2 için C F 2, Cl 2, Br 2, I 2 F -, Cl -,Br -, I - Na, K, Fe, Al gibi metaller Na +, K +, Fe 3+, Al 3+ gibi iyonlar Asit çözeltisinde Cr 3+ Asit çözeltisinde Mn 2+ Metaller, yükseltgenebilme özellikleri olduğu için kuvvetli indirgen maddelerdir. Metaller kuvvetli indirgen özellikte olunca, iyonlarının da yükseltgen özellikte olması beklenir. Buna karşılık, bazı metal iyonları da kuvvetli indirgen özellik gösterirler. Örneğin Fe 2+ iyonları yükseltgenerek Fe 3+ iyonlarını oluşturarak yükseltgenebilirler. Aşağıdaki tepkimede, Fe 2+ iyonları, Fe 3+ iyonlarına yükseltgenirken, indirgenmektedirler. iyonları Mn 2+ iyonlarına 5 Fe 2+ (suda) + (suda) + 8 H + (suda) 5 Fe 3+ (suda) + Mn 2+ (suda) + 4 H 2O(s) Metalleri cevherlerdeki bileşiklerinden elde etmek için endüstride karbon elementi kullanılır ve karbon, metal oksitleri metallere indirgeyerek serbest halde elde edilmelerini sağlar. Örneğin Titanyum elementi elde etmek için TiO 2 içeren mineral karbon ve klor ile etkileştirilir. TiO 2(k) + C(k) + 2 Cl 2(g) TiCl 4(s) + CO 2(g) Tepkimede karbon titanyum(iv) oksiti, titanyum metaline indirgerken, klor titanyumu titanyum(iv) klorüre yükseltger. Oluşan TiCl 4 kolaylıkla gaz haline gelebildiği için karışımdan ayrılır. Elde edilen TiCl 4, başka bir metalle(magnezyum gibi) indirgenerek Ti metali elde edilir. TiCl 4(s) + 2 Mg(k) Ti(k) + 2 MgCl 2(k)

20 Hidrojen gazı, yine indirgen madde olarak kullanılan bir maddedir. Laboratuvarda ve endüstride indirgen olarak sıkça kullanılır. Örneğin, Bakır(II) oksitten bakır metali hidrojen kullanılarak elde edilir. H 2(g) + CuO(k) Cu(k) + H 2O(g) Kuvvetli bir indirgen ile kuvvetli bir yükseltgen maddeyi tedbir almadan bir anda karıştırmak, çok şiddetli bir tepkimeye(patlama) neden olacağından tehlikelidir. Bu nedenle laboratuvarlarda kimyasal maddeler alfabetik sıraya göre raflara dizilmezler. Raflarda dizilim yapılırken kuvvetli indirgen ve kuvvetli yükseltgen maddelrin yanyana bulunmalarını engelleyecek şekilde bir sıralama yapılır. Örneğin, Yüzme havuzlarının temizliğinde kullanılan ve kuvvetli yükseltgen özellikteki kloru içeren kimyasal maddeler, çok kolay yükseltgenebilen amonyak gibi maddelerin yanına konulmazlar. Örnek:Aşağıda verilen tepkimelerden hangileri indirgenme yüksltgenme tepkimesidir? İndirgen ve yükseltgen maddeleri belirleyiniz. a) NaOH(suda) + HNO 3(suda) NaNO 3(suda) + H 2O(s) b) 4 Cr(k) + 3 O 2(g) 2 Cr 2O 3(k) c) NiCO 3(k) + 2 HCl(suda) NiCl 2(suda) + H 2O(s) + CO 2(g) d) Cu(k) + Cl 2(g) CuCl 2(k) Yükseltgenme Basamağı ve İndirgenme Yükseltgenme Tepkimeleri Metal ve ametal atomları arasında elektron alışverişi sonucunda iyonik bileşikler, ametal-ametal atomları arasında ise elektron ortaklığına dayalı kimyasal bağlar kurularak kovalent yapılı(moleküler) bileşikler oluşur. İyonik bileşiklerde metal atomu elektron vererek (+) yüklü katyon haline dönerken, ametal atomu da elektron alarak (-) yüklü anyon haline dönüşür. Kovalent bağ oluşurken ametal atomları elektronları ortak kullandıkları için net bir şekilde elektron alan ya da veren atom şeklinde bir belirleme yapılamaz. Örneğin, su molekülleri oluşurken oksijen atomu iki hidrojen atomunun herbirinin bir elektronunu ortak kullanır ve son yörüngesindeki elektron sayısını sekiz yapmış olur. Bu iki elektronu hidrojenden tümüyle koparmamış olmasına rağmen, son enerji seviyesindeki bu fazladan iki elektron nedeniyle oksijen 2- yükseltgenme basamağına sahip olur. Hidrojenlerin her biri birer elektronlarını oksijenin paylaşmasına izin verdikleri için herbirinin yükselgenme basamağı 1+ olur. Bu durumda kovalent yapılı bileşiklerde, iyon yükü yerine, atomların bileşik içerisindeki durumlarını daha iyi açıklayabileceğimiz yükseltgenme basamağı tanımlamasını kullanmak daha doğru olur. Yükseltgenme basmaklarının belirlenmesi sırasında bazı kurallara uyulması gerekir. Bu kuralların uygulanması sırasında dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, elektriksel olarak nötr olan bileşiklerde yükseltgenme basamakları toplamı sıfır olmalıdır. İyon yapılı bir madde için, yükseltgenme basamaklarının toplamı iyonun yüküne eşit olacaktır.yükseltgenme basamağı bulunurken aşağıdaki kurallar sırasıyla takip edilerek herbir elementin yükseltgenme basamağı belirlenir. 1. Element atomlarının yükseltgenme basamağı sıfırdır. Na(k), O 2(g), O 3(g), Hg(s) gibi element haldeki maddelerin yükseltgenme basamağı sıfırdır. 2. Bir monoatomik iyonun yükseltgenme basamağı iyon yüküne eşittir. Na + iyonunun yükseltgenme basamağı 1+'dır. 3. Flor elementinin bileşiklerindeki yükseltgenme basamağı 1-'dir. 4. 1A grubu elementleri(li, Na, K, Rb gibi) bileşiklerinde 1+ yükseltgenme basamağına sahiptirler. 5. 2A grubu elementleri(mg, Ca, Ba gibi) bileşiklerinde 2+ yükseltgenme basamağına sahiptirler. 6. 3A grubu elementleri(al) bileşiklerinde 3+ yükseltgenme basamağına sahiptir. 7. Hidrojen elementi bileşiklerinde genellikle 1+ yükseltgenme basamağına sahiptir; ancak metallerle bileşik oluşturduğunda(metal hidrürlerinde) 1- yükseltgenme basamağına sahip olur.

21 8. Oksijen elementi bileşiklerinde genellikle 2- yükseltgenme basamağına sahiptir; ancak peroksitlerinde yükseltgenme basamağı 1- iken, süperoksitlerinde 1/2- dir. Oksijen yalnızca flor ile oluşturduğu bileşiklerde + yükseltgenme basamağına sahiptir(of 2 bileşiğinde oksijenin yükseltgenme basamağı 2+'dır). 9. 7A grubu elementlerinin yükseltgenme basamağı genellikle 1-'dir A grubu elementlerinin yükseltgenme basamağı genellikle 2-'dir A grubu elementlerinin yükseltgenme basamağı genellikle 3-'dir. 12. Yükseltgenme basamağının belirlenmesinde, bu kurallar arasında bir çakışma olursa, düşük numaralı kural doğru kabul edilerek yükseltgenme basamağı belirlenmelidir. Aşağıda verilen tabloda indirgenme yükseltgenme tepkimelerinin tanınması için denklemlerde gözlenmesi gereken değişiklikler açıklanmıştır. Tablo. İndirgenme Yükseltgenme Tepkimelerinin Tanınması Yükseltgenme İndirgenme Oksijen cinsinden tanıma Oksijen kazanılması Oksijen kaybedilmesi Hidrojen cinsinden tanıma Hidrojen kaybedilmesi Hidrojen kazanılması Halojen cinsinden tanıma Halojen kazanılması Halojen kaybedilmesi Elektron cinsinden tanıma Elektron kaybedilmesi Elektron kazanılması Yukarıda verilen kuralları sentez ve yer değiştirme tepkimelerinde aşağıdaki gibi kullanabiliriz. Yukarıda verilen denklemlerin tammamı indirgenme yükseltgenme tepkimesidir. Tepkimeye giren ve oluşan ürünlerin yapısındaki atomların yükseltgenme basamaklarında değişmeler gerçekleşmiştir. Serbest haldeki bir elementin bir bileşik oluşturması tepkimelerinin tamamı indirgenme yükseltgenme tepkimesidir. Serbest haldeki elementin yükseltgenme sayısı başlangıç değeri olan sıfırdan büyük veya küçük olacaktır. Bir elementin başka bir elementle yer değiştirdiği sentez ve yerdeğiştirme tepkimelerinin tamamı, indirgenme yükseltgenme tepkimeleridir. Element halde gaz oluşumuyla gerçekleşen ayrışma veya bozunma tepkimeleri de indirgenme yükseltgenme tepkimesidir. Gübre olarak kullanılan amonyum nitratın ısıtılmasıyla gerçekleşen bozunma tepkimesi sonucunda element halde oksijen gazı ve azot gazı oluşmaktadır. 2 NH 4NO 3(k) 2 N 2(g) + 4 H 2O(s) + O 2(g) Öyleyse bu bir indirgenme yükseltgenme tepkimesidir. Amonyum nitrat aynı zamanda iki farklı yükseltgenme sayısı olan, indirgen ve yükseltgen özelliği aynı bileşikte gösteren bir element(n) içerdiği için, patlayıcı özellik göstermektedir. Birçok patlayıcı amonyum nitrattaki gibi bir özelliğe sahip oldukları için patlayıcı özellik gösterirler. Azotun amonyum nitrattaki yükseltgenme basamağı incelenirse, amonyum iyonundaki yükseltgenme basamağı 3-, nitrat iyonundaki yükseltgenme basamağı ise 5+'dır. Bu nedenle, amonyum nitrat bozunup N 2 oluşturduğunda, amonyum iyonundaki azot, 3- yükseltgenme basamağından 0'a yükseltgenmekte ve indirgen özellik göstermektedir. Nitrat iyonundaki azot, 5+ yükseltgenme basamağından 0'a indirgenmekte ve yükseltgen özellik göstermektedir.

22 Örnek: Aşağıdaki denklemlerde bulunan elementlerin yükseltgenme basamaklarını belirleyiniz. İndirgen ve yükseltgen maddeleri yazınız. a) Sb 2S 3(k) + 3 Fe(k) 3 FeS(k) + 2 Sb(k) b) Cu 2S(k) + O 2(g) 2 Cu(k) + SO 2(g) c) PbO(k) + CO(g) Pb(k) + CO 2(g) Sulu çözeltilerde iyonik bileşikler arasında gerçekleşen ikili yer değiştirme tepkimeleri indirgenme yükseltgenme tepkimesi değildir. Maddelerin yükseltgenme basamaklarında bu tepkime sırasında bir değişme olmaz. Örneğin, baryum klorür ve sülfürik asit sulu çözeltileri karıştırılırsa, baryum sülfat katısı dibe çöker ve net iyon denklemi aşağıdaki gibi olur. Tepkimenin tüm atomların yükseltgenme basmakları incelenirse bir değişme olmadığı ve bu nedenle tepkimenin bir indirgenme yükseltgenme tepkimesi olmadığı söylenir. Ba 2+ (suda) + 2 Cl - (suda) + 2 H + (suda) + (suda) 2 H + (suda) + 2 Cl - (suda) + BaSO 4(k) Net iyon denklemi, Ba 2+ (suda) + (suda) BaSO 4(k) Tekli Yer Değiştirme Tepkimeleri, İndirgenme Yükseltgenme ve Aktiflik Serileri Tekli yer değiştirme tepkimeleri yukarıdaki sembolik tepkimede olduğu gibi gerçekleşir. Tekli yerdeğiştirme tepkimeleri de sentez tepkimeleri gibi indirgenme yükseltgenme tepkimesidir. Örneğin Demirin hidroklorik asitle tepkimesi bir yer değiştirme tepkimesidir. Fe(k) + 2 HCl(suda) FeCl 2(suda) + H 2(g) Tepkime aynı zamanda bir indirgenme yükseltgenme tepkimesidir. Demir metali indirgen maddedir ve yükseltgenmektedir. Demirin yükseltgenme basamağı 0 iken, FeCl 2'de 2+ olmaktadır. Hidroklorik asitteki H + iyonunun yükseltgenme basamağı 1+ iken, oluşan hidrojen gazında hidrojenin yükseltgenme basamağı 0 olmuş ve hidrojen indirgenmiştir. Pekçok metalle yapılan kapsamlı çalışmalarda, metallerin aktiflik sırası ile ilgili çalışmalar yapılmış ve sonuçta metallerin tepkimeler sırasındaki davranışlarının incelenebileceği bir aktiflik sıralaması oluşturulmuştur. Çok aktif olan ve kuvvetli indirgen özellikteki metal en üstte olacak şekilde yapılan sıralamada, aktiflik yukarıdan aşağıya azalacak şekilde bir düzenleme yapılmıştır. Serinin altında yer alan metaller en zayıf indirgen maddelerdir(au, Ag); ancak bu metallerin katyonlarının(ag +, Au + ) güçlü yükseltgen özellikleri vardır. Aktiflik sıralamasında üstte yer alan bir metal, bir bileşik içerisinde yer alan ve aktiflik sıralamasında daha aşağıda olan metal katyonuyla yer değiştirir. Örneğin, Zn metali, bakır(ii) sülfat çözeltisine batırıldığında, aktiflik sıralamasında üstte olduğu için bakır iyonlarıyla yer değiştirecek, bakır metali, AgNO 3 çözeltisine batırıldığında daha indirgen özellikte olduğu için Ag metalinin açığa çıkmasını sağlayacaktır. Zn(k) + CuSO 4(suda) ZnSO 4(suda) + Cu(k) Cu(k) + AgNO 3(suda) Cu(NO 3) 2(suda) + Ag(k) Her iki tepkimede de element haldeki metaller indirgen madde, Cu 2+ ve Ag + iyonları ise yükseltgen madde olarak etki etmişlerdir. Aktiflik serisinde hidrojenin üzerinde yer alan metaller, anyonları yükseltgen özellikte olmayan asitlerle etkileştiklerinde hidrojen gazı oluştururlar. Tepkimede, asitin anyonu ile metal katyonu biraraya gelerek metalin tuzunu oluştururlar. Örneğin,HCl ve HBr asitlerinin, demir ve çinko metalleriyle tepkimeleri sonucunda hidrojen gazı oluşur.