KİMYA VE ELEKTRİK. 1. BÖLÜM İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı. 2. BÖLÜM Elektrotlar ve Elektrokimyasal Hücreler

Transkript

1 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı. Elektrtlar ve Elektrkimyasal Hücreler. Ne Neyi Yükseltger/İndirger?. Kimyasallardan Elektrik Üretimi 5. Elektrliz 6. Krzyn KİMYA VE ELEKTRİK Benzin, mazt gibi sıvı yakıtlarla çalışan bir tmbil, yakıtta deplanan kimyasal enerjiyi kinetik enerjisine yaklaşık % 5 verimle çevirir. Ancak elektrik enerjisi ile hareket eden bir tmbilde enerjinin çevrilmesi sırasındaki verim yaklaşık üç kat daha fazladır. Ancak şimdiye kadar kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren teknljiler yeterince gelişmediğinden ve düşük maliyetli benzin elde edilebildiğinden, içten yanmalı mtrlarla çalışan araçların egemenliği devam etmektedir. Fsil yakıtların tüketilmesindeki artış ve çevre kirliliği de elektrik enerjisiyle çalışan tmbillerin önemini arttırmıştır. Bu ünitede istemli ve istemsiz indirgenme-yükseltgenme tepkimelerini, elektrik akımının luşmasını, elektrkimyasal hücreleri, pilleri, elektrlizi ve krzyn layını öğreneceğiz. SINIF KİMYA 1

2 1 KİMYA VE ELEKTRİK İÇERİK 1 İndirgenme - Yükseltgenme Nötr Redks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi İynik Redks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi Elektrik Enerjisi ve Tepkimenin İstemliliği İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı Demir, da kşullarında katı, yeni ke- silmiş yüzeyi parlak bir metaldir. Yeterli süre beklenildiğinde yüzeyi matlaşır ve metalin tamamı ksitlenerek demir pası hâline dönüşür. Demir metali mıknatıs tarafından çekilirken, tepkime snucunda yeni luşan Fe. xh yapısındaki pas mıknatıs tara- fından çekilmez. Demir metalinin paslana- rak demir pası haline gelmesi klay luşabilen bir tepkimedir. Ancak demir pasından demir metalinin luşması zr gerçekleşir. Bu bölümde indirgenme-yükseltgenme layı, yükseltgenme basamakları değişimi ve elektrnların izlenmesi, iynik redks tepkimelerinin denkleştirilmesi ve tepkime istemliliğinin elektrik enerjisini luşturmasını öğreneceğiz. 1 SINIF KİMYA

3 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı 1 İndirgenme - Yükseltgenme Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine veya elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşümünü inceleyen kimya alt dalına elektrkimya denir. Elektrkimyasal işlemler sırasında luşan tepkimeler indirgenme ve yükseltgenme laylarının gerçekleştiği redks tepkimeleridir. Sdyum metalinin [Na(k)] su ile verdiği şiddetli tepkime snucunda hidrjen gazı (H (g)) luşur. Resim 1 de görüldüğü gibi ekztermik tepkime snucunda açığa çıkan ısı enerjisi ile luşan H gazı alevli bir şekilde yanabilmektedir. Na(k) + H (s) NaH(suda) + H (g) Resim 1 Sdyum metalinin su ile tepkimesi Sdyum metalinin su ile verdiği bu tepkimede Na(k) elektrn kaybederken H bileşiğindeki H atmu da elektrn kazanır. Elektrn kaybeden veya kazanan elementleri belirleyebilmek için, tepkimedeki her elementin yükseltgenme basamağını görecek şekilde tepkimeyi tekrar yazalım. Na (k) + H + (s) Na + H + (suda) + H (g) Elektrnların bir türden başka bir türe aktarılması bir yükseltgenmedeki gerekli lay larak kabul edilir. Elektrnların göç ettiği atm veya iynlar dikkate alınmaksızın elektrn kaybı yükseltgenme larak tanımlanır. Elektrn kaybını, bir türün yükseltgenme basamağındaki artışı gözlemleyerek anlayabiliriz. Tepkimedeki sdyum metalinin yükseltgenme basamağı Na atmundaki sıfır değerinden Na + iynundaki +1 değerine artış göstermiştir. Sdyum metali bir elektrn kaybederek yükseltgenmiştir. Aynı tepkimede H mlekülünde bulunan hidrjen atmunun yükseltgenme basamağı (+) dır. H mlekülündeki H + iynu bir elektrn kazanarak yükseltgenme basamağını sıfır yapmıştır. Yükseltgenme layındakine benzer şekilde elektrnların göç ettiği atm veya iynlara bakılmaksızın elektrn kazanımı indirgenme larak tanımlanır. H + iynu bir elektrn kazanarak yüksüz hidrjen atmuna indirgenmiştir. SINIF KİMYA 15

4 KİMYA VE ELEKTRİK Sdyum metalinin H sıvısı ile lan tepkimesinde elektrn kaybı (yükseltgenme) ve elektrn kazanımı (indirgenme) lduğundan bu tepkime bir redks tepkimesidir. Bu tepkime snucunda luşan H gazı rtam sıcaklığının artışı nedeni ile havadaki gazı ile tepkime vererek alevli bir şekilde yanar. + - H ( g) + ( g) $ H ( g) Bu yanma tepkimesinde H mlekülündeki yüksüz H atmu elektrn kaybederek H mlekülündeki H + iynunu luşturur. Bu lay elektrn kaybı lduğundan yükseltgenmedir. mlekülündeki yüksüz atmu ise elektrn kazanarak H mlekülündeki iynunu luşturur. Bu lay ise elektrn kazanımı lduğundan indirgenmedir. H mlekülünün yanma tepkimesinde yükseltgenme ve indirgenme layları birlikte gerçekleştiğinden bu tepkime bir redks tepkimesidir. İndirgenme Latince reducti kelimesinden hareketle redüksiyn larak adlandırılırken, yükseltgenme rijinal larak ksijenle tepkime anlamında ksitlenme larak adlandırılır. Redüksiyn ve ksitlenme (ksidasyn) kelimelerinden indirgenme-yükseltgenme anlamında redks kelimesi türetilmiştir. Yükseltgenme layının elektrn kaybetme, indirgenme layının elektrn kazanma lduğunu öğrendik. Elektrnlar kütleli, gerçek taneciklerdir. Bir tür elektrn kaybediyrsa başka bir türün elektrn kazanması gerekir. Bu yüzden bir tür yükseltgendiğinde diğer bir tür indirgenir. Ayrı ayrı incelediğimiz yükseltgenme ve indirgenme layları birbirine eşlik eden laylardır. Bir kimyasal tepkimede yükseltgenme varsa kesinlikle indirgenme layı da vardır. Kaybedilen elektrnları kazanan bir tür kesinlikle bulunmalıdır. Etkinlik İndirgenme-Yükseltgenmenin İzlenmesi Ne Öğreneceğiz? Magnezyum metalinin ksijenle tepkimesindeki indirgenme ve yükseltgenme laylarının luşunu gözleyeceğiz. Araç ve Gereçler Magnezyum şeridi, pens, çakmak. Etkinlik Basamakları Magnezyum şeridinden -5 cm lik bir parça kesilir. Bir pens yardımı ile magnezyum parçası tutularak çakmak yardımı ile ısıtılır. Tutuşma sıcaklığına gelen magnezyum metali çk şiddetli ve parlak bir alevle tutuşarak yanar. luşan reaksiynun tepkime denklemi yazılarak denklem yrumlanır. 16 SINIF KİMYA

5 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı Yrum Magnezyum klaylıkla yükseltgenir. Su ve karbndiksit içinde bile yanmaya devam edebildiğinden magnezyum yangınlarının söndürülmesi ldukça zrdur. Mg(k) + (g) Mg(k) Resim de görülen bu tepkime havai fişeklerde beyaz kıvılcımlar luşturmak için kullanılır. Tepkime devam ederken katı Mg parçasındaki Mg atmları elektrn kaybederek Mg + iynlarını luştururken mleküler ksijendeki atmları elektrn alarak iynlarını luşturur. Bu tepkime Mg metalinin yükseltgenme tepkimesidir. Yanma sırasında mlekülündeki atmları da indirgenir. Tepkime bir redks tepkimesidir. Resim Beyaz ışık saçan havai fişek gösterilerinde magnezyum metalinin kullanılması Nötr Redks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi Her elemente bir yükseltgenme basamağı verilerek elektrnların izlenmesi sağlanabilir. Yükseltgenme, yükseltgenme basamağındaki artış, indirgenme ise yükseltgenme basamağındaki azalmadır. Fe (k) Fe + (suda) + e Fe elementin yükseltgenme basamağı 0, Fe + iynunun yükseltgenme basamağı + dir. Fe elementi tane elektrn vererek + yükseltgenme basamağına yükseltgenmiştir. - - $ CI ( g) + e CI ( suda) CI mlekülündeki sıfır yükseltgenme basamağındaki her bir CI atmu bir elektrn alarak 1 yükseltgenme basamağına indirgenmiştir. Yükseltgenmeye neden lan türler yükseltgen madde (yükseltgen), indirgenmeye neden lan türler ise indirgen madde (indirgen) larak tanımlanır. Yükseltgen madde indirgenen, indirgen madde yükseltgenendir. Bir yükseltgen madde yükseltgenen türün verdiği elektrnları alır, kendisi indirgenir. Bir indirgen madde ise indirgenen türe elektrn verir, kendisi yükseltgenir. SINIF KİMYA 17

6 KİMYA VE ELEKTRİK İndirgenme-yükseltgenme tepkimelerinin denkleştirilmesinin anahtarı, indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerini ayrı ayrı düşünmektir. Yükseltgenmenin elektrnların kaybedilmesi, indirgenmenin elektrnların kazanılması lduğu düşünülerek yarı tepkimeler yazılır. Bir yarı tepkime, bir tepkimenin sadece yükseltgenme veya indirgenme kısmıdır. Yükseltgenme yarı tepkimesi bir redks tepkimesinde yükseltgenen türden elektrn uzaklaşmasını gösterir. Zn (k) Zn + (suda) + e Zn atmunun Zn + iynuna yükseltgenmesini gösteren yükseltgenme yarı tepkimesinde verilen elektrn, denkliğin ürünler kısmında gösterilmiştir. + Ag ^sudah+ e $ Ag ( k) Ag + iynunun Ag atmuna indirgenmesini gösteren indirgenme yarı tepkimesinde alınan bir elektrn denkliğin girenler kısmında gösterilmiştir. Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimelerindeki türler rtaklaşa bir yükseltgenme-indirgenme çiftini luştururlar. Bu yarı tepkimeler birlikte gösterilirse bir redks tepkimesi yazılmış lur. Bu redks tepkimesinde atm sayıları ve yüklerin eşitliği dikkate alınarak denkleştirme yapılır. Bir kimyasal tepkimenin redks tepkimesi lup lmadığının belirlenebilmesi için tepkimeye giren türlerdeki her bir elementin yükseltgenme basamaklarının belirlenmesi gerekir. Bu nedenle bir redks tepkimesinin denkleştirilmesinde kullanmak için bazı anyn ve katynların yükseltgenme basamakları Tabl 1 de verilmiştir. Tabl 1 Bazı iynların yükseltgenme basamakları Yükseltgenme Basamağı +1 İynlar H +, H +, Li +, Na +, K +, Rb +, Cs +, Ag +, Cu +, NH +, Hg+ + Be +, Mg +, Ca +, Sr +, Ba +, Zn +, Fe +, Pb +, Hg +, Mn +, Sn +, Ni + + Al +, Bi +, C +, Fe +, Cr + + Pb +, Mn +, Sn + +6 Cr 6+, Mn 6+ 1 H, F, CI, Br, I, Mn, N, HS, HC, CN, H, N, CI, CH C, HC, S, S S Cr, C, C Mn, Cr, ( 7 ) P, P, N, C 18 SINIF KİMYA

7 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı Tabl 1 de bazı elementlerin birden fazla yükseltgenme basamağı aldığı görülmektedir. Bir ametal lan hidrjen 1 veya +1, belirli metallerde farklı pzitif yükseltgenme basamaklarında bulunabilir. Elementlerin yükseltgenme basamaklarının belirlenmesinde aşağıdaki kurallar bize klaylık sağlayacaktır: 1) Atmik veya mleküler yapıdaki bütün elementlerin yüseltgenme basamakları sıfırdır (Na, Cu, H, F, P, S gibi). 8 ) Tek atmlu iynların yükleri yükseltgenme basamaklarını verir. Na + iynunda yükseltgenme basamağı +1, iynunda yükseltgenme basamağı dir. ) Hidrjen, ametallerle yaptığı bileşiklerinde +1 yükseltgenme basamağına sahipken metallerle luşturduğu hidrür bileşiklerinde 1 yükseltgenme basamağında bulunur. Hidrjen; H, NH, CH, HN bileşiklerinde +1 yükseltgenme basamağında bulunurken; NaH, CaH, KH, MgH gibi hidrür bileşiklerindeki yükseltgenme basamağı 1 dir. ) ksijen bileşiklerinde genellikle yükseltgenme basamağında bulunurken, perksit bileşiklerinde 1 yükseltgenme basamağında, süperksit bileşiklerinde yükseltgenme basama- 1 ğında bulunur. Sadece F bileşiğinde ise + yükseltgenme basamağında bulunur. ksijen elementi; H, Na, N bileşiklerinde yükseltgenme basamağında; H, Na, Ca bileşiklerinde 1 yükseltgenme basamağında, Na ve K bileşiklerinde ise 1 yükseltgenme basamağında bulunur. 5) 17. grup elementleri lan haljenlerin genelde bileşiklerindeki yükseltgenme basamakları 1 dir. Ancak bir haljen kendinden daha elektrnegatif bir atmla bağ luşturduğunda +1 ile +7 arasında yükseltgenme basamağına sahip labilir. Elektrnegatifliği flrdan büyük element bulunmadığı için flr bütün bileşiklerinde sadece 1 yükseltgenme basamağında bulunur. 6) Mleküller veya iynik bütün bileşiklerdeki atmların yükseltgenme basamaklarının tplamı her zaman sıfırdır. H, H S, KMn bileşikleri dışarıya karşı sıfır yüklüdür. 7) Çk atmlu iynlardaki element atmlarının yükseltgenme basamaklarının tplamı iyn yüküne eşittir. C iynunda karbn ve ksijen C + ve yükseltgenme basamağında lduğundan C a k yapısındaki karbnat iynu iyn yüküne sahiptir. Benzer şekilde NH + iynunda azt ve hidrjen H + ve N yükseltgenme basamağında lduğundan (N H + )+ yapısındaki amnyum iynu +1 iyn yüküne sahiptir. SINIF KİMYA 19

8 KİMYA VE ELEKTRİK Örnek Aşağıda verilen bileşik ve iynlardaki kyu renkle gösterilen element atmlarının yükseltgenme basamaklarını hesaplayınız. a) K Cr 7 b) KMn c) S ç) C Çözüm a) K Cr 7 bileşiğinde elementlerin yükseltgenme basamaklarının tplamı sıfırdır. K ve elementlerinin yükseltgenme basamaklarını K + ve larak bildiğimizden Cr iynunun yükseltgenme basamağını X alarak hesaplayalım. [x (+1)] + X + [7 x ( )] = 0 X = +6 K Cr 7 bileşiğindeki Cr iynunun yükseltgenme basamağı +6 dır. b) KMn bileşiğinde elementlerin yükseltgenme basamaklarının tplamı sıfırdır. Mn iynunun yükseltgenme basamağını X alarak hesaplayalım X + [ x ( )] = 0 X = +7 KMn bileşiğinde Mn iynunun yükseltgenme basamağı +7 dir. c) S iynunda elementlerin yükseltgenme basamaklarının tplamı dir. S iynunun yükseltgenme basamağını X alarak hesaplayalım. S X + [ ( )] = X = + 6 iynundaki S elementinin yükseltgenme basamağı +6 dır. ç) C iynunda elementlerin yükseltgenme basamaklarının tplamı dir. C elementinin yükseltgenme basamağını X alarak hesaplayalım. X + [ x ( )] = X = + C - iynundaki C elementinin yükseltgenme basamağı + tür. Nötr bir redks tepkimesinin denkleştirilmesi için yarı-reaksiyn yöntemi kullanılabilir. Bu bölümde yapacağımız denkleştirmelerde tepkimelerdeki bütün bileşenler iyn yükü bakımından nötrdür. 0 SINIF KİMYA

9 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı Yarı-Reaksiyn Yöntemi Nötr rtamda yarı-reaksiyn yöntemi ile tepkime denklemlerinin denkleştirilme kurallarını aşağıda verilen redks tepkimesi üzerinde görelim: Cu(k) + HN (suda) Cu(N ) (suda) + N (g) + H (s) 1) Tepkimedeki her bir element atmunun yükseltgenme basamağı belirlenir Cu + H N + 5 Cu (N + - ) - + N - + H + ) Verilen tepkimede yükseltgenme basamağı değişen elementler ile indirgenme ve yükseltgenme yarı tepkimeleri yazılır. Cu Cu + + e N 5+ + e N + ) Yarı tepkimeler, elektrn sayılarını eşitlemek amacı ile uygun katsayılarla çarpılır ve taraf tarafa tplanır / Cu $ Cu + e / N + e $ N Cu + e + N $ Cu + e + N ) Bulunan katsayılar tplam tepkime denklemi üzerine aktarılır. Redksa katılmayan atmların denkliği ayrıca sayılarak yapılır. Örnek Cu(k) + HN (suda) Cu(N ) (suda) +N (g) + H (s) HN bileşiğindeki +5 yükseltgenme basamağındaki atmların tamamı N bileşiğindeki + yükseltgenme basamağına indirgenmediğinden HN bileşiğine katsayısı yazılmaz. Nötr rtamda gerçekleşen, C + H S C + S + H tepkimesini yarı-reaksiyn yöntemi ile denkleştiriniz. Çözüm Öncelikle tepkimedeki bütün element atmlarının yükseltgenme basamaklarını bulalım C + H + S - C - + S - + H + Yükseltgenme basamağı değişen elementlerle yarı tepkimeleri yazarak elektrn sayılarını eşitleyelim. Yarı tepkimeleri de taraf tarafa tplayalım. 1/ C $ C + e / S + e $ S C + S + e $ C + e + S Bulduğumuz katsayıları tplam tepkime üzerine aktararak redksa katılmayan atmların denkliğini yapalım. C + H S C + S + H SINIF KİMYA 1

10 KİMYA VE ELEKTRİK Öğrendiklerimizi Uygulayalım 1) Aşağıda verilen bileşiklerde ve iynlarda kyu renkle gösterilen element atmlarının yükseltgenme basamaklarını bulunuz. a) Cr (S ) b) NaH P c) As ç) CI ) Aşağıda verilen kimyasal tepkimelerdeki indirgen ve yükseltgen türleri belirleyiniz. a) H C + KMn + HCI KCI +MnCI + C + H b) Al + HN AI(N ) + NH N + H c) H S + KI K S + I + S + H ç) K Cr 7 + HCI KCI + CrCI + CI + H ) Nötr rtamda gerçekleşen aşağıdaki tepkimeleri yarı-reaksiyn yöntemi ile denkleştiriniz. a) Fe + KMn + H S Fe (S ) + MnS + K S + H b) KMn + S + H K S + MnS + H S c) KCI + S + H KCI + H S ç) NaN + NaH + Zn Na Zn + NH + H İynik Redks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi Redks tepkimeleri nötr rtamda gerçekleşebileceği gibi asidik veya bazik rtamda da gerçekleşebilir. Bu durumda rtamın asidik veya bazik lduğu belirtilmelidir. Asidik veya bazik rtamda gerçekleşen redks tepkimelerinin yarı-reaksiyn yöntemi ile denkleştirilmesi kurallarını aşağıda verilen asidik redks tepkimesi üzerinde görelim..1 Asidik Redks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi $ 7 As ( suda) + Cr ( suda) As ( suda) + Cr ( suda) 1) Tepkimedeki her bir element atmunun yükseltgenme basamağı belirlenir $ (As ) + (Cr ) (As ) + Cr 7 ) Tepkime, yükseltgenen ve indirgenen elementleri içeren türlerin tamamı alınarak iki yarı reaksiyna ayrılır. Bu yarı reaksiynlardaki hidrjen ve ksijen dışındaki elementlerin atm sayıları eşitlenir. Alınan ve verilen elektrn sayıları yarı reaksiynlarda gösterilir $ As + e As 6e + Cr $ Cr SINIF KİMYA

11 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı ) Yarı reaksiynlar elektrn sayıları eşitlenecek şekilde uygun katsayılarla çarpılır / As $ As + e 1/ 6e + Cr $ Cr ) Yarı reaksiynlarda ksijen atmunun eksik lduğu tarafa eksik lan ksijen atmu sayısı kadar H, hidrjen atmunun eksik lduğu tarafa ise eksik lan hidrjen atmu sayısı kadar H + eklenir. Yarı reaksiynlar taraf tarafa tplanarak sadeleştirmeler yapıldığında atm sayıları ve yük denkliği sağlanmış tepkime elde edilir. H+ As $ As + 6e + 6H 1H + 6e + Cr $ Cr + 7H H + As + 1H + 6e + Cr $ As + 6e + 6H + Cr + 7H 7 + 8H H As + 8H + Cr $ As + Cr + H. Bazik Redks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi Bazik rtamda gerçekleşen redks tepkimelerinin denkleştirilmesine asidik rtamda gerçekleşen redks tepkimeleri gibi başlanır. Tepkime asidik rtam gibi denkleştirildikten snra aşağıdaki işlemler uygulanır. 1) Denkliğin her iki tarafına tepkimede bulunan H + iynu sayısı kadar H iynu eklenir. ) H + ve H iynları denkliğin aynı tarafında ise H + + H H birleştirmesi yapılır. ) Gerekli sadeleştirmeler yapıldığında elde edilen tepkime bazik rtamda gerçekleşen denkleşmiş tepkimedir. Örnek Bazik rtamda gerçekleşen, AI(k) + N (suda) AI( H ) (suda) + NH (suda) tepkimesini yarı-reaksiyn yöntemi ile denkleştiriniz. Çözüm 1) Her bir element atmunun yükseltgenme basamağı belirlenir ) $ - 6 Al + ( H - + AI + ( N +N H ) Yükseltgenen ve indirgenen elementleri içeren türlerin tamamı alınarak yarı reaksiynlar yazılır. Yarı reaksiynlardaki hidrjen ve ksijen dışındaki elementlerin atm sayıları eşitlenir. Yarı reaksiynda alınan elektrn sayısı girenler, verilen elektrn sayısı da ürünler tarafına yazılır. Al $ AI_ Hi - + e e + N $ NH SINIF KİMYA

12 KİMYA VE ELEKTRİK ) Yarı reaksiynlar, elektrn sayıları eşitlenecek şekilde uygun katsayılarla çarpılır. 8/ / Al $ AI_ Hi e 8e + N $ NH ) Yarı reaksiynlarda, ksijen atmunun eksik lduğu tarafa eksik ksijen atmu sayısı kadar H, hidrjen atmunun eksik lduğu tarafa ise eksik hidrjen atmu sayısı kadar H + eklenir. Yarı reaksiynlar taraf tarafa tplanıp gerekli sadeleştirmeler yapıldığında asidik rtamda kabul edilen denkleştirme yapılmış lur H + 8Al $ 8AI_ Hi + e + H H + e + N $ NH + 9H H + 8Al + 7H + e + N $ 8AH _ i + e + H + NH + 9H H 5H - + H + 8AI + N $ 8Al_ Hi + 5H + NH 5) Elde edilen tepkimenin her iki tarafına 5 tane (H + iynu sayısı kadar) H iynu eklenir. Aynı tarafta bulunan H + ve H iynları yerine H yazılır. Sadeleştirmeler yapıldığında bazik rtamda denkleştirilmiş lan tepkime elde edilir H + Al + N + 5H $ 8Al_ Hi + 5H + 5H + NH ABBBBBBBBBBBC 18H 5H H + 8Al + N + 5H $ 8Al_ Hi + NH Öğrendiklerimizi Uygulayalım 1) Asidik rtamda gerçekleşen aşağıdaki reaksiynları denkleştiriniz a) CuS+ N $ Cu + S + N + b) AsH + Ag $ As+ Ag $ + c) Mn + HCN + I Mn + ICN - + ç) Mn + H C $ Mn + C ) Bazik rtamda gerçekleşen aşağıdaki reaksiynları denkleştiriniz. - - a) Mn + NH $ Mn + N b) S + Mn $ S + Mn - - $ - - c) As + HS As + S - - ç) Zn + CI $ ZnH _ i + CI SINIF KİMYA

13 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı Elektrik Enerjisi ve Tepkimenin İstemliliği Resim L. Galvani nin ünlü kurbağa deneylerinden birisini gözlemlerken tasvir edilmiş mermer heykeli 18. yüzyılın snlarında İtalyan bilim insanı L. Galvani (L. Galvani), (Resim ), ölü hayvan kaslarına elektrik yüklü çubukla dkunduğunda kasların seğirdiğini keşfetmiştir. Galvani elektriğin kaslardan luştuğunu düşünüyrdu. Aynı yüzyılın snunda diğer bir İtalyan bilim insanı A. Vlta (A. Vlta), ölü hayvan kaslarındaki kasılmanın iki farklı metal levha arasındayken çubuklarla dkunulduğunda luştuğunu ileri sürmüştür. Hazırladığı sdyum klrürün sulu çözeltisini kâğıt şeritlere emdirmiş, bu şeritlerle ayırdığı farklı metal levhalardan elektriğin luştuğunu ispatlamıştır. Resim te görülen Vlta pili sürekli elektrik akımı elde eden basit bir pildir. J.F. Daniell (J.F. Denyıl), Vlta nın luşturduğu ve ilk sürekli akımı elde ettiği pili geliştirerek daha kullanışlı hâle getirmiştir. Bakır levhayı bakır(ii) sülfat çözeltisine, çink levhayı çink sülfat çözeltisine batırıp luşturduğu iki yarı hücreyi iletken bir tel ve tuz köprüsü ile birbirine bağlayarak kullanılabilir elektrik enerjisi elde etmiştir. Çink ve bakır yarı hücrelerine çink-bakır hücresi (pili) veya Daniell pili denir. Vlta nın keşfedip, Daniell in geliştirdiği pil, dışarıdan bir etki lmaksızın kendiliğinden çalışan ve kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren sistemdir. Pil sisteminde indirgenme ve yükseltgenme layları ayrı kaplarda gerçekleşir. Kaplar bir iletken telle birbirine bağlandığında elektrnların akışı sağlanır. Elektrnların bir iletkenden akması ile elektrik akımı luşur. İstemli tepkimeler dışardan bir etki lmaksızın kendiliğinden gerçekleşen tepkimelerdir. İstemsiz bir tepkime ise kendiliğinden gerçekleşmez. İstemsiz tepkimenin gerçekleşmesi için dışardan sürekli bir etki yapılması gerekir. H bileşiği kendiliğinden H ve gazlarına ayrışmaz. H bileşiğinin, 1 H (s) H (g) + (g) tepkimesi gereğince H ve gazlarına ayrıştırılması sürekli larak elektrik enerjisi verilmesi ile lur. Böyle bir redks tepkimesi istemsizdir, kendiliğinden başlamaz ve devam etmez. Ancak H ve gazlarından H elde tepkimesi başladıktan snra kendiliğinden devam eder. Böyle bir redks tepkimesi istemlidir ve başladıktan snra dışarıdan bir etki lmaksızın devam eder. Zn metalinin aktifliği (elektrn verme yatkınlığı), Cu metalinin aktifliğinden büyüktür. Zn metalini 1M CuS sulu çözeltisinin içine batıralım. Resim Sürekli elektrik akımı elde etmek için hazırlanıp kullanılan ilk düzeneğe benzer bir pil sistemi SINIF KİMYA 5

14 KİMYA VE ELEKTRİK Zn(k) 1M CuS (suda) Şekil 1 Zn metali ve Cu + iynları arasındaki etkileşim Şekil 1 de görüldüğü gibi bir beherglasta bulunan 1M CuS (bakır(ii)sülfat) sulu çözeltisine metalik Zn batırıp bir süre beklendiğinde çink parçasının üzerinde kırmızı renkli Cu metalinin tplandığı, çözeltinin mavi renginin de kayblduğu gözlenir. Gözle görülür bu değişim kapta kimyasal bir değişimin lduğunu anlamına gelir. Aktifliği Cu elementinden daha fazla lan Zn metali Zn + iynlarına yükseltgenir, aktifliği Zn metalinden daha düşük lan Cu + iynları da indirgenerek Cu atmlarını luşturur ve Zn levhanın üzerinde tplanır. Bu layın tepkimesi şu şekildedir: Zn(k) + Cu + (suda) Zn + (suda) + Cu(k) Bu kimyasal değişim kendiliğinden gerçekleşmiş istemli bir redks tepkimesidir. Cu metalini 1M ZnS sulu çözeltisi içine batıralım. Cu(k) 1M ZnS (suda) Şekil Cu metali ve Zn + iynları arasındaki etkileşim 6 SINIF KİMYA

15 İndirgenme - Yükseltgenme Tepkimelerinde İstemlilik ve Elektrik Akımı Şekil de görüldüğü gibi bir beherglasta bulunan 1M ZnS sulu çözeltisine metalik Cu batırılıp bir süre beklendiğinde herhangi bir değişim lmadığı gözlenir. Zn + (suda) + Cu(k) Tepkime luşmaz. Zn metalinin elektrn verme yatkınlığı Cu metalinden büyüktür. Bunun için Zn + iynları indirgenmez, Cu atmları da Cu + iynlarına yükseltgenmez. Kimyasal bir değişimde indirgenecek ve yükseltgenecek türü belirlemek için sulu çözelti hazırlayıp metal levhayı batırmak gibi bir sistem kullanışlı değildir. Bunun için elementlerin indirgenme eğilimlerinden bahsedilir. Cu + ve Zn + iynlarının indirgenme eğilimlerine bakıldığında Cu + iynunun indirgenme eğiliminin Zn + iynunun indirgenme eğiliminden büyük lduğu görülür. Bu karşılaştırma bize Cu + iynlarının Zn + iynlarından daha klay indirgendiğini gösterir. Şekil 1 de luşan indirgenme ve yükseltgenme laylarında indirgenen ve yükseltgenen türler aynı kabın içinde temas hâlindedir. Elektrn vererek yükseltgenen türün verdiği elektrnları nunla temas hâlinde lan başka bir tür alır ve indirgenir. Daniell in çalışmalarında gerçekleştirdiği gibi indirgenme ve yükseltgenme layları farklı kaplar içinde gerçekleştirilip aralarında bir tuz köprüsü ve iletken bir telle bağlantı yapıldığında elektrik enerjisi elde edilebilir. İletken telden akan elektrnların luşturduğu elektrik enerjisi de sisteme bağlanacak bir vltmetrenin sapması ile gözlenebilir. Bu açıklamalar ışığında indirgenme ve yükseltgenme laylarının her zaman aynı kap içinde ve temas hâlinde lan türler arasında gerçekleşmesi zrunluluğu lmadığı söylenebilir. Daniell pilinde, farklı kaplarda luşan kimyasal değişimler kendiliğinden gerçekleşmiştir. İstemli redks tepkimelerinde kimyasal enerji, elektrik enerjisine dönüşür. Bu enerji de bir iletken telden akıtılarak elektrik akımı elde edilebilir. Bu şekildeki bir düzenekten pil larak bahsedilir. Ancak kendiliğinden gerçekleşmeyen istemsiz bir redks tepkimesinde dışardan enerji verilmesi gerekir. Tepkime istemsiz lduğu için elektrik enerjisi harcanarak yükseltgenme ve indirgenme gerçekleştirilir. Böyle bir redks tepkimesinde elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüşür. Böyle bir düzenek de elektrliz larak adlandırılır. SINIF KİMYA 7