Yükseltgenme ve indirgenme
Redoks tepkimeleri elektronların yeniden dağıtılmasıdır. Yükseltgenme elektron verme veya oksidasyon basamağının artması, indirgenme elektron alma veya oksidasyon basamağının azalmasıdır. İki süreç birbirinden ayrılamaz, çünkü elektronlar korunur. Oksidasyon basamakları, serbest elektronların genel denklemde görünmediği yanma, korozyon ve organik dönüşümlerde bile redoks değişimini izlemeyi sağlar.
Görsel model
Etkileşimli model
Yükseltgen ve indirgen maddeler
İndirgen madde elektron verir ve kendisi yükseltgenir; yükseltgen madde elektron alır ve kendisi indirgenir. Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu tepkimesinde Zn indirgen madde, Cu²⁺ yükseltgen maddedir. İsim, türün kendisine ne olduğu yerine karşı tür üzerinde ne yaptığını ifade ettiği için karışıklık yaratabilir; en güvenli yaklaşım önce elektron veren ve alan türleri belirlemektir.
Oksidasyon basamakları gizli redoksu gösterir
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O tepkimesinde C −4’ten +4’e çıkar ve yükseltgenir; O 0’dan −2’ye iner ve indirgenir. Oksidasyon basamakları biçimsel bir elektron muhasebesidir ve gerçek kısmi yüklerle aynı değildir, fakat kovalent tepkimelerde elektron yoğunluğunun hangi yönde değiştiğini güvenilir biçimde takip eder.
Asidik ortamda yarı tepkime yöntemi
MnO₄⁻ + Fe²⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺ için Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ ve MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O yarı tepkimeleri yazılır. Demir yarı tepkimesi 5 ile çarpılır, toplanır ve elektronlar yok edilir. Son denetimde her elementin atom sayısı ve toplam elektrik yükü iki tarafta da eşit olmalıdır.
Bazik ortam ve orantısızlaşma
Bazik çözeltide önce asidik yöntemle dengeleyip sonra her H⁺ için iki tarafa OH⁻ eklemek güvenilir bir yoldur; H⁺+OH⁻ suya çevrilir ve ortak H₂O’lar sadeleşir. Orantısızlaşmada aynı başlangıç oksidasyon basamağı hem yükselir hem düşer. 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ tepkimesinde O, −1’den hem −2’ye hem 0’a gider. Tersi süreç eşdeğerleşme veya komproportionation olarak adlandırılır.
Elektrokimyaya bağlantı
Elektrokimyasal hücrede yükseltgenme ve indirgenme farklı elektrotlarda gerçekleşir; elektronlar dış devreden akar. Yarı tepkimelerde kullandığımız aynı elektron ve yük korunumu, elektrik akımı ile hücre potansiyelinin temelini oluşturur. Böylece redoks denklemlerinin dengelenmesi ile pil gerilimi ve Gibbs serbest enerjisi aynı fiziksel elektron aktarımının farklı yüzleridir.
Alıştırmalar
Zn/Cu²⁺
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu tepkimesinde hangi tür yükseltgenir, hangisi indirgenir?
Çözüm: Zn 2e⁻ verir ve yükseltgenir; Cu²⁺ 2e⁻ alır ve indirgenir.
Oksidasyon basamağı
CH₄’te C −4’ten CO₂’de +4’e çıkıyor. Bir C başına kaç elektronluk değişime karşılık gelir?
Çözüm: 8 basamaklık artış, biçimsel olarak C başına 8e⁻ kaybına karşılık gelir.
Permanganat
Asidik ortamda MnO₄⁻ iyonunun Mn²⁺’ye indirgenmesi kaç elektron gerektirir?
Çözüm: 5e⁻: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O.