İçeriğe geç

12. sınıf · Kimya · 2. hafta (21-25 Eylül 2026)

Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi, Elektrik Enerjisi, Elektrotlar ve Elektrokimyasal Hücreler

1. ÜNİTE: KİMYA VE ELEKTRİK teması · Konu özeti

Etkinlikler
Bu hafta

Birinci hafta dersimizde yükseltgenme basamaklarını, elektron alışverişiyle gerçekleşen indirgenme ve yükseltgenme yarı tepkimelerini, yükseltgen ve indirgen maddeleri öğrenmiştik. Bu haftaki dersimizde ise karmaşık redoks tepkimelerinin yükseltgenme basamağı değişim yöntemi ve yarı tepkime yöntemi ile denkleştirilmesini, redoks tepkimelerinin elektrik enerjisi ve istemlilikle ilişkisini, elektrot, elektrolit, yarı hücre, tuz köprüsü ve galvanik hücre (elektrokimyasal pil) kavramlarını ve standart hidrojen elektrodu (SHE) inceleyeceğiz.

Yükseltgenme Basamağı Değişim Yöntemi ile Redoks Denkleştirme

Karmaşık indirgenme-yükseltgenme tepkimeleri deneme-yanılma yoluyla denkleştirilemez; denkleştirme alınan ve verilen toplam elektron sayılarının eşitlenmesi esasına dayanır. Yükseltgenme basamağı değişim yöntemi ile nötr ortamda denkleştirme yapılırken beş adım izlenir: 1. Tüm elementlerin yükseltgenme basamakları bulunur. 2. Değerliği değişen atomların aldığı ve verdiği elektron sayıları belirlenir. 3. Alınan ve verilen elektron sayıları uygun katsayılarla çarpılarak eşitlenir. 4. Bulunan katsayılar denklemde ilgili maddelerin önüne yazılır. 5. Redoksa katılmayan diğer atomlar ile hidrojen (H) ve oksijen (O) atomlarının sayıları eşitlenir.

Örneğin H₂S + HNO₃ → S + NO + H₂O tepkimesinde kükürt S2−'den S0'a 2 elektron verir, azot ise N5+'dan N2+'ya 3 elektron alır. Elektronları eşitlemek için H₂S ve S'nin katsayısı 3, HNO₃ ve NO'nun katsayısı 2 alınır; son adımda H ve O denkliği için H₂O'nun önüne 4 yazılarak 3H₂S + 2HNO₃ → 3S + 2NO + 4H₂O denklemi elde edilir. Bir redoks tepkimesinde birden fazla indirgen veya yükseltgen bulunabilir: As₂S₃ + HNO₃ + H₂O → H₃AsO₄ + S + NO tepkimesinde 2 tane As3+ atomu As5+'ya 4e⁻ verirken, 3 tane S2− atomu S0'a 6e⁻ verir (toplam 10e⁻ verilir); N5+ ise N2+'ya 3e⁻ alır. Katsayılar 3 ve 10 ile eşitlendiğinde denklem 3As₂S₃ + 10HNO₃ + 4H₂O → 6H₃AsO₄ + 9S + 10NO olur.

Redoks Denkleştirme 1: Yükseltgenme Basamağı Değişim Yöntemi 5 Adımda Denkleştirme (H₂S + HNO₃) 1. Değerlikleri bul: S²⁻ → S⁰ ve N⁵⁺ → N²⁺ 2. Alınan/verilen e⁻: S (2e⁻ verir), N (3e⁻ alır) 3. Elektronları eşitle: S × 3 ve N × 2 (6e⁻) 4. Katsayıları yaz: 3H₂S + 2HNO₃ → 3S + 2NO + H₂O 5. H ve O atomlarını eşitle (H₂O katsayısı = 4): 3H₂S + 2HNO₃ → 3S + 2NO + 4H₂O Birden Fazla Yükseltgenen Tür: As₂S₃ • As₂³⁺S₃²⁻ + HNO₃ + H₂O → H₃As⁵⁺O₄ + S⁰ + N²⁺O • 2 As atomu (+3 → +5): 2 × 2 = 4e⁻ verir • 3 S atomu (−2 → 0): 3 × 2 = 6e⁻ verir ⇒ 1 mol As₂S₃ toplam 10e⁻ verir; HNO₃ ise 3e⁻ alır. ⇒ Katsayılar 3 ve 10 ile çarpılır (30e⁻): 3As₂S₃ + 10HNO₃ + 4H₂O → 6H₃AsO₄ + 9S + 10NO

Yarı Tepkime (Yarı Reaksiyon) Yöntemi ile Redoks Denkleştirme

Redoks tepkimelerini nötr ortamda denkleştirmenin ikinci yolu yarı tepkime yöntemidir. Bu yöntemde: 1. Tepkime, yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimesi olarak iki ayrı satırda yazılır. 2. Yarı tepkimeler, alınan ve verilen elektron sayılarını eşitleyecek uygun tam sayılarla çarpılır. 3. Taraf tarafa toplanarak elektronlar yok edilir. 4. Redoksa katılmayan atomlar ile H ve O denkliği sayılarak tamamlanır.

Örneğin KClO₃ + SO₂ + H₂O → KCl + H₂SO₄ tepkimesinde yükseltgenme yarı tepkimesi SO₂ → H₂SO₄ + 2e⁻ (S4+ → S6+) ve indirgenme yarı tepkimesi KClO₃ + 6e⁻ → KCl (Cl5+ → Cl−) olarak yazılır. İlk yarı tepkime 3 ile çarpılıp toplandığında 3SO₂ + KClO₃ → 3H₂SO₄ + KCl elde edilir; H ve O atomlarını eşitlemek için girenlerdeki H₂O'nun katsayısı 3 alınarak 3SO₂ + KClO₃ + 3H₂O → 3H₂SO₄ + KCl bulunur. Benzer şekilde P + HNO₃ + H₂O → H₃PO₄ + NO tepkimesinde P → H₃PO₄ + 5e⁻ yarı tepkimesi 3 ile, HNO₃ + 3e⁻ → NO yarı tepkimesi 5 ile çarpılıp H₂O katsayısı 2 alındığında 3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO eşitliği elde edilir.

Redoks Denkleştirme 2: Yarı Tepkime (Yarı Reaksiyon) Yöntemi Örnek 1: KClO₃ + SO₂ + H₂O → KCl + H₂SO₄ 1. Yükseltgenme: SO₂ → H₂SO₄ + 2e⁻ (× 3) İndirgenme: KClO₃ + 6e⁻ → KCl (× 1) 2. Elektronlar (6e⁻) eşitlenip toplanır: 3SO₂ + KClO₃ → 3H₂SO₄ + KCl 3. H ve O denkliği için 3H₂O eklenir: 3SO₂ + KClO₃ + 3H₂O → 3H₂SO₄ + KCl Örnek 2: P + HNO₃ + H₂O → H₃PO₄ + NO 1. Yükseltgenme: P⁰ → H₃P⁵⁺O₄ + 5e⁻ (× 3) İndirgenme: HN⁵⁺O₃ + 3e⁻ → N²⁺O (× 5) 2. Elektronlar (15e⁻) eşitlenip toplanır: 3P + 5HNO₃ → 3H₃PO₄ + 5NO 3. H ve O denkliği için 2H₂O eklenir: 3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO

Redoks Tepkimeleri, Elektrik Enerjisi ve İstemlilik

Redoks tepkimelerinde elektron alışverişi aynı kap içinde doğrudan temasla veya iki ayrı kap arasında dolaylı yoldan gerçekleşebilir. Bir beherglastaki 1 M CuSO₄ çözeltisine Zn metali batırıldığında Zn metali 2 elektron vererek yükseltgenir, çözeltideki Cu2+ iyonları ise bu elektronları alarak indirgenir; Zn çubuk üzerinde kızılımsı kahverengi Cu katısı birikirken çözeltinin mavi rengi kaybolur. Ancak elektron alışverişi doğrudan temasla gerçekleştiği için bu düzenekten elektrik enerjisi elde edilemez. İngiliz bilim insanı John Frederic Daniell, Zn levhayı ZnSO₄ çözeltisine, Cu levhayı CuSO₄ çözeltisine batırıp iki yarı hücreyi iletken tel ve tuz köprüsüyle bağlayarak Daniell pilini (galvanik hücre) kurmuş ve dış devreden geçen elektronlarla kullanılabilir elektrik enerjisi üretmiştir.

Başladıktan sonra dışarıdan bir etki olmaksızın kendiliğinden devam eden tepkimelere istemli tepkime denir (örneğin H₂(g) + 12O₂(g) → H₂O(s) tepkimesi ve pil tepkimeleri). İstemli redoks tepkimelerinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşür. Kendiliğinden gerçekleşmeyen, gerçekleşmesi için dışarıdan sürekli enerji verilmesi gereken tepkimelere ise istemsiz tepkime denir (örneğin suyun H₂O(s) → H₂(g) + 12O₂(g) şeklinde ayrışması). İstemsiz redoks tepkimelerinde elektrik enerjisi harcanarak kimyasal enerjiye dönüştürülür.

Redoks Tepkimeleri ve Elektrik Enerjisi: Doğrudan ve Dolaylı Temas 1. Doğrudan Temas (Aynı Kapta) • CuSO₄ çözeltisine Zn çubuk batırıldığında: Zn(k) + Cu²⁺(suda) → Zn²⁺(suda) + Cu(k) • Zn üzerinde kızılımsı kahverengi Cu toplanır, çözeltinin mavi rengi zamanla kaybolur. • Elektron alışverişi doğrudan temasla olur; kullanılabilir elektrik akımı elde edilmez! 2. Dolaylı Temas (Daniell Pili ve İstemlilik) • John Frederic Daniell: Zn/ZnSO₄ ve Cu/CuSO₄ yarı hücrelerini tel ve tuz köprüsüyle bağladı. • İstemli Redoks (Galvanik Hücre / Pil): Kendiliğinden gerçekleşir (H₂ + ½O₂ → H₂O). Kimyasal Enerji → Elektrik Enerjisi • İstemsiz Redoks (Elektroliz): Dış etkiyle gerçekleşir (H₂O → H₂ + ½O₂). Elektrik Enerjisi → Kimyasal Enerji

Elektrot, Elektrolit, Tuz Köprüsü ve Galvanik Hücre Yapısı

Bir metalin kendi katyonunu içeren çözeltiye daldırılmasıyla oluşturulan düzeneğe yarı hücre; iki yarı hücrenin iletken bir tel ve tuz köprüsüyle birbirine bağlanmasıyla kurulan ve kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren düzeneğe ise galvanik hücre (elektrokimyasal pil) denir. Serbest iyon içererek elektrik akımını ileten çözeltilere elektrolit, elektrolit içine batırılan metal veya grafit çubuklara elektrot adı verilir. İndirgenme-yükseltgenme tepkimesine girmeyen, yalnızca elektron iletimini sağlayan platin (Pt), altın (Au) ve grafit gibi etkisiz iletkenlere ise inert (soy) elektrot denir.

Galvanik hücrede yükseltgenmenin gerçekleştiği elektroda anot, indirgenmenin gerçekleştiği elektroda ise katot adı verilir. Pil çalışırken negatif yüklü elektronlar anotta açığa çıktığı için anot '-' işaretiyle, katot ise '+' işaretiyle gösterilir ve dış devrede elektron akışı her zaman anottan katoda doğrudur. İçinde KNO₃, NaCl, KCl gibi suda çok çözünen tuzların doygun çözeltisi bulunan ve uçları gözenekli malzemeyle kapatılmış ters U borusuna tuz köprüsü denir. Tuz köprüsündeki anyonlar (− yüklü iyonlar) anot bölmesine, katyonlar (+ yüklü iyonlar) ise katot bölmesine göç ederek yük denkliğini sağlar ve devreyi tamamlar.

Bileşen / KutupGerçekleşen Olay ve İşaretiZamanla Gözlenen Değişimler
Anot Yarı HücresiYükseltgenme olur; '-' kutuptur.Elektrot kütlesi azalır (aşınır); çözeltideki katyon derişimi artar; tuz köprüsünden anyonlar gelir.
Katot Yarı Hücresiİndirgenme olur; '+' kutuptur.Elektrot üzerinde metal birikir (inert/gaz değilse kütle artar); çözeltideki katyon derişimi azalır; tuz köprüsünden katyonlar gelir.
Dış İletken Tel ve VoltmetreElektron iletimi sağlar.Elektronlar her zaman anottan katoda doğru akar; pil potansiyeli zamanla azalır.
Tuz Köprüsü (KNO₃, NaCl, KCl)İyon göçüyle yük denkliğini korur.Anyonlar (−) anoda, katyonlar (+) katoda geçerek çözeltilerin elektriksel nötrlüğünü korur.
Galvanik Hücre (Elektrokimyasal Pil) Yapısı ve Temel Kavramlar ANOT Yarı Hücresi (−) • Yükseltgenme gerçekleşir: Cu(k) → Cu²⁺(suda) + 2e⁻ • Elektron kaynağı olduğu için "−" kutup olarak gösterilir. • Elektrot kütlesi zamanla azalır. • Çözeltide katyon (Cu²⁺) artar. • Tuz köprüsünden anyon gelir. Dış Devre ve Tuz Köprüsü e⁻ akışı: Anot → Katot Tuz Köprüsü (KNO₃ / KCl): • Yük denkliğini korur. • Anyonlar (NO₃⁻) → Anoda • Katyonlar (K⁺) → Katoda • İnert elektrot: Pt, Au, Grafit KATOT Yarı Hücresi (+) • İndirgenme gerçekleşir: Ag⁺(suda) + e⁻ → Ag(k) • Elektronların gittiği kutup olup "+" işaretiyle gösterilir. • Elektrot kütlesi zamanla artar. • Çözeltide katyon (Ag⁺) azalır. • Tuz köprüsünden katyon gelir.

Cu-Ag ve Zn-Cu Pillerinde Zamanla Meydana Gelen Değişimler

Birinci örnek olarak Cu / Cu2+ ve Ag / Ag+ yarı hücrelerinden oluşan ve doygun KNO₃ tuz köprüsü içeren galvanik hücreyi inceleyelim: Cu metalinin yükseltgenme eğilimi Ag metalinden büyük olduğu için Cu elektrot anot (−), Ag elektrot ise katot (+) olur. Anotta Cu(k) → Cu2+(suda) + 2e⁻ yükseltgenmesi, katotta ise 2Ag+(suda) + 2e⁻ → 2Ag(k) indirgenmesi gerçekleşir. Pil çalışırken zamanla Cu metalinin kütlesi azalır, Ag metalinin kütlesi artar, Cu2+ iyon derişimi artar, Ag+ iyon derişimi azalır, tuz köprüsündeki NO₃− anyonları Cu yarı hücresine, K+ katyonları Ag yarı hücresine geçer ve pil potansiyeli zamanla azalır.

İkinci örnek olan Zn / ZnSO₄ ve Cu / CuSO₄ (Daniell pili) düzeneğinde ise Zn metali Cu metalinden daha aktif olduğundan Zn elektrot anot (−), Cu elektrot katot (+) olur. Anotta Zn(k) → Zn2+(suda) + 2e⁻ yarı tepkimesiyle Zn çubuk aşınır ve [Zn2+] derişimi artar; dış devreden Cu elektroda gelen elektronlarla katotta Cu2+(suda) + 2e⁻ → Cu(k) yarı tepkimesi gerçekleşir, Cu elektrodun kütlesi artarken [Cu2+] derişimi azalır. KCl içeren tuz köprüsünde Cl− iyonları anot (Zn) kabına, K+ iyonları katot (Cu) kabına göç eder.

Cu / Ag ve Zn / Cu Galvanik Hücrelerinde Zamanla Meydana Gelen Değişimler 1. Cu - Ag Elektrokimyasal Pili • Anot (−): Cu(k) → Cu²⁺(suda) + 2e⁻ • Katot (+): 2Ag⁺(suda) + 2e⁻ → 2Ag(k) • Cu elektrot kütlesi azalır, [Cu²⁺] derişimi artar. • Ag elektrot kütlesi artar, [Ag⁺] derişimi azalır. • KNO₃ tuz köprüsünde NO₃⁻ iyonları Cu kabına, K⁺ iyonları Ag kabına göç eder. • Pil potansiyeli zamanla azalır (Başlangıç: 0,460 V). 2. Zn - Cu Elektrokimyasal Pili (Daniell) • Anot (−): Zn(k) → Zn²⁺(suda) + 2e⁻ • Katot (+): Cu²⁺(suda) + 2e⁻ → Cu(k) • Zn elektrot aşınır (kütlesi azalır), [Zn²⁺] artar. • Cu elektrot üzerinde Cu birikir (kütlesi artar), çözeltideki [Cu²⁺] derişimi azalır. • KCl tuz köprüsünde Cl⁻ iyonları Zn yarı hücresine, K⁺ iyonları Cu yarı hücresine geçer.

Standart Pil Potansiyeli (E°pil) ve Standart Hidrojen Elektrot (SHE)

Net pil tepkimesinin potansiyeli; çözeltilerin derişimine, sıcaklığa ve gaz elektrot varsa gazın basıncına bağlıdır. 25 °C sıcaklıkta, iyon derişimleri 1 M (1 mol/L) ve gaz basıncı 1 atm alınarak oluşturulan pile standart pil, bu pilin başlangıç potansiyeline ise standart pil potansiyeli (E°pil) denir ve E°pil = E°yükseltgenme + E°indirgenme bağıntısıyla hesaplanır.

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri tek başına gerçekleşemediğinden yarı hücre potansiyelleri referans bir elektroda göre ölçülür. Tıpkı rakım ölçümlerinde deniz seviyesinin 0 m kabul edilmesi gibi, elektrokimyada referans olarak seçilen Standart Hidrojen Elektrodun (SHE) potansiyeli E° = 0,00 V kabul edilmiştir. SHE; 1 M H+ iyonu içeren asit çözeltisine daldırılmış inert bir platin (Pt) elektrot ve 25 °C'ta 1 atm basınçla gönderilen H₂ gazından oluşur. SHE anot olduğunda H₂(g) → 2H+(suda) + 2e⁻ (E° = 0,00 V), katot olduğunda ise 2H+(suda) + 2e⁻ → H₂(g) (E° = 0,00 V) yarı tepkimesi gerçekleşir.

Standart Pil Potansiyeli (E°pil) ve Standart Hidrojen Elektrot (SHE) Standart Koşullar ve E°pil • Sıcaklık: 25 °C | Basınç: 1 atm • Çözelti iyon derişimi: 1 M (1 mol/L) E°pil = E°yükseltgenme + E°indirgenme • Pil potansiyeli derişime, sıcaklığa ve gaz elektrot varsa gaz basıncına bağlıdır. Referans: Standart Hidrojen Elektrot (SHE) • 1 M H⁺ asit çözeltisine daldırılmış inert Pt elektrot ve 1 atm H₂(g) (25 °C) içerir. • Deniz seviyesinin 0 m kabul edilmesi gibi SHE potansiyeli E° = 0,00 V kabul edilir: • Anot ise: H₂(g) → 2H⁺(suda) + 2e⁻ (E° = 0,00 V) • Katot ise: 2H⁺(suda) + 2e⁻ → H₂(g) (E° = 0,00 V) • Zn-SHE pilinde E°pil = 0,763 V (Zn anot, Pt katot)

Örnekler

  1. Örnek 1H₂S(suda) + HNO₃(suda) → S(k) + NO(g) + H₂O(s) redoks tepkimesini yükseltgenme basamağı değişim yöntemini kullanarak en küçük tam sayılarla denkleştiriniz.

    Cevabı göster

    H₂S bileşiğindeki S2− atomu S0'a yükseltgenerek 2 elektron verir; HNO₃ bileşiğindeki N5+ atomu ise NO'daki N2+'ya indirgenerek 3 elektron alır. Alınan ve verilen elektronları eşitlemek için H₂S ve S'yi 3 ile, HNO₃ ve NO'yu 2 ile çarparız (6e⁻). Son adımda H ve O atomlarını eşitlemek için H₂O'nun önüne 4 yazdığımızda denklem 3H₂S + 2HNO₃ → 3S + 2NO + 4H₂O olarak denkleşir.

  2. Örnek 2As₂S₃(k) + HNO₃(suda) + H₂O(s) → H₃AsO₄(suda) + S(k) + NO(g) tepkimesinde 1 mol As₂S₃ toplam kaç mol elektron verir ve tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde H₂O'nun katsayısı kaç olur?

    Cevabı göster

    As₂S₃ içinde As'nin yükseltgenme basamağı +3, S'nin ise −2'dir. Ürünlerde As5+ ve S0 oluştuğundan: 2 tane As atomu (+3 → +5) toplam 2 × 2 = 4e⁻ verir; 3 tane S atomu (−2 → 0) toplam 3 × 2 = 6e⁻ verir. Böylece 1 mol As₂S₃ toplam 10 mol elektron verir. HNO₃ içindeki N5+ ise N2+'ya 3e⁻ alır. Katsayılar 3 ve 10 ile eşitlendiğinde 3As₂S₃ + 10HNO₃ + 4H₂O → 6H₃AsO₄ + 9S + 10NO olur; H₂O'nun katsayısı 4'tür.

  3. Örnek 3P(k) + HNO₃(suda) + H₂O(s) → H₃PO₄(suda) + NO(g) tepkimesini yarı tepkime yöntemiyle denkleştiriniz.

    Cevabı göster

    Yükseltgenme yarı tepkimesi P0 → H₃P5+O₄ + 5e⁻ ve indirgenme yarı tepkimesi HN5+O₃ + 3e⁻ → N2+O şeklinde yazılır. Elektron sayılarını 15e⁻'de eşitlemek için ilk yarı tepkime 3 ile, ikinci yarı tepkime 5 ile çarpılıp toplanır: 3P + 5HNO₃ → 3H₃PO₄ + 5NO. Ürünlerde 9 H ve 17 O bulunduğundan girenlerdeki H₂O'nun önüne 2 yazılarak 3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO elde edilir.

  4. Örnek 4Bi(k) + H₂SO₄(suda) → Bi₂(SO₄)₃(suda) + SO₂(g) + H₂O(s) tepkimesini en küçük tam sayılarla denkleştirerek H₂SO₄'ün katsayısını bulunuz.

    Cevabı göster

    Bizmut Bi0'dan Bi₂(SO₄)₃ içindeki Bi3+'ya yükseltgenir (1 Bi atomu 3e⁻ verir). Kükürt ise H₂SO₄ içindeki S6+'dan SO₂ içindeki S4+'ya indirgenir (1 S atomu 2e⁻ alır). Elektron denkliği için Bi 2 ile (Bi₂(SO₄)₃ katsayısı 1), SO₂ ise 3 ile çarpılır (6e⁻). Ürünlerde toplam 3 (tuzda) + 3 (SO₂'de) = 6 tane S atomu bulunduğundan H₂SO₄'ün katsayısı 6, H₂O'nun katsayısı da 6 olur: 2Bi + 6H₂SO₄ → Bi₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O.

  5. Örnek 5Cu(k) / Cu2+(suda) ve Ag(k) / Ag+(suda) yarı hücrelerinden ve KNO₃ tuz köprüsünden oluşan bir galvanik hücrede Cu elektrot anot, Ag elektrot katottur. Pil çalışırken zamanla elektrot kütlelerinde, iyon derişimlerinde ve tuz köprüsündeki iyon göçünde hangi değişimler gerçekleşir?

    Cevabı göster

    Anotta Cu(k) → Cu2+(suda) + 2e⁻ yükseltgenmesi olduğundan Cu elektrodun kütlesi azalır ve [Cu2+] derişimi artar. Katotta Ag+(suda) + e⁻ → Ag(k) indirgenmesi olduğundan Ag elektrodun kütlesi artar ve [Ag+] derişimi azalır. Dış devrede elektronlar Cu'dan Ag'ye akarken, tuz köprüsündeki NO₃− anyonları anot (Cu) kabına, K+ katyonları ise katot (Ag) kabına göç eder.

  6. Örnek 6Standart Hidrojen Elektrot (SHE) hangi bileşenlerden oluşur, standart potansiyeli kaç volttur ve neden referans elektrot olarak kullanılır?

    Cevabı göster

    Yarı pil tepkimeleri tek başına gerçekleşemediğinden yarı hücre potansiyellerini ölçmek için referans bir elektroda ihtiyaç duyulur. Standart Hidrojen Elektrot (SHE); 25 °C sıcaklıkta 1 M H+ iyonu içeren asit çözeltisine daldırılmış inert bir platin (Pt) elektrot ve çözeltiye 1 atm basınçta gönderilen H₂ gazından oluşur. Tıpkı deniz seviyesinin 0 m kabul edilmesi gibi SHE'nin standart yükseltgenme ve indirgenme potansiyeli E° = 0,00 V kabul edilmiştir.

Etkinlikler

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

  1. 1KClO₃(k) + SO₂(g) + H₂O(s) → KCl(suda) + H₂SO₄(suda) redoks tepkimesi en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde SO₂ ve H₂O bileşiklerinin katsayıları sırasıyla aşağıdakilerden hangisi olur?

  2. 2Zn / ZnSO₄ ve Cu / CuSO₄ yarı hücrelerinden oluşan bir Daniell pilinde (Zn anot, Cu katot) pil çalışırken aşağıdakilerden hangisi gerçekleşmez?

  3. 3Aşağıdaki tepkimelerden hangisi bir indirgenme-yükseltgenme (redoks) tepkimesi değildir?

  4. 4Bir elektrokimyasal hücrede indirgenme-yükseltgenme tepkimesine doğrudan katılmayan, yalnızca elektrik akımını (elektronları) iletmek amacıyla kullanılan platin (Pt), altın (Au) veya grafit çubuklara ne ad verilir?

  5. 5Aşağıdaki ifadelerin doğru (D) ya da yanlış (Y) olduğunu belirleyiniz.

    • Başladıktan sonra dışarıdan bir etki olmaksızın kendiliğinden gerçekleşen istemli redoks tepkimelerinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşür.
    • Galvanik bir hücrede yükseltgenme olayı katotta, indirgenme olayı ise anotta gerçekleşir.
    • Bir beherglastaki CuSO₄ çözeltisine Zn çubuk doğrudan batırıldığında elektron alışverişi aynı kapta doğrudan temasla gerçekleşir.
    • Standart Hidrojen Elektrodun (SHE) 25 °C sıcaklık, 1 M H+ derişimi ve 1 atm H₂ basıncındaki potansiyeli 1,00 V olarak kabul edilmiştir.
    • Tuz köprüsü, anot ve katot yarı hücrelerinin yük denkliğini koruyarak devrenin tamamlanmasını sağlar.

  6. 6Aşağıdaki elektrokimyasal kavramları tanımlarıyla eşleştiriniz.

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.

    1. Bir metalin kendi katyonunu içeren çözeltiye daldırılması ile hazırlanan düzeneğe hücre denir.
    2. İki yarı hücrenin iletken tel ve tuz köprüsüyle bağlanmasıyla oluşturulan elektrokimyasal pile hücre adı verilir.
    3. Galvanik bir hücrede dış devredeki elektron akışı her zaman kutbundan katot kutbuna doğrudur.
    4. Tuz köprüsündeki eksi yüklü iyonlar (anyonlar) yükseltgenme sonucu artan pozitif yükü dengelemek için bölmesine geçer.
    5. Kendiliğinden gerçekleşmeyen ve dışarıdan elektrik enerjisi harcanarak yürütülen tepkimelere tepkime denir.

  8. 81 M CuSO₄ çözeltisi bulunan tek bir beherglasa Zn çubuk daldırılması ile Zn/ZnSO₄ ve Cu/CuSO₄ yarı hücrelerinin iletken tel ve tuz köprüsüyle bağlanması (Daniell pili) arasındaki temel farkı elektron aktarımı ve enerji dönüşümü açısından açıklayınız.

Kısaca

  • Redoks tepkimeleri alınan ve verilen toplam elektron sayılarının eşit olması ilkesine göre yükseltgenme basamağı değişim yöntemi veya yarı tepkime yöntemi kullanılarak denkleştirilir.
  • Bir redoks tepkimesinde birden fazla element yükseltgenebilir veya indirgenebilir (örneğin As₂S₃ bileşiğinde hem As hem de S yükseltgenerek 1 mol As₂S₃ toplam 10 mol elektron verir).
  • İndirgen ve yükseltgen maddeler aynı kapta doğrudan temasla tepkimeye girdiğinde elektrik enerjisi elde edilemezken, John Frederic Daniell'in tasarladığı gibi iki ayrı yarı hücre iletken tel ve tuz köprüsüyle bağlandığında (Daniell pili) kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşür.
  • Kendiliğinden gerçekleşen istemli redoks tepkimelerinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşürken, kendiliğinden gerçekleşmeyen istemsiz redoks tepkimelerinde dışarıdan elektrik enerjisi harcanarak kimyasal değişim sağlanır.
  • Galvanik hücrede yükseltgenmenin olduğu elektrot anot (− kutup), indirgenmenin olduğu elektrot katot (+ kutup) olup dış devrede elektronlar anottan katoda doğru akar; tepkimeye girmeyen Pt, Au ve grafit gibi iletkenlere inert elektrot denir.
  • Ters U borusu şeklindeki tuz köprüsünde bulunan doygun tuz çözeltisindeki anyonlar anot kabına, katyonlar ise katot kabına göç ederek yarı hücrelerdeki yük denkliğini korur; yarı hücre potansiyelleri ise potansiyeli 0,00 V kabul edilen Standart Hidrojen Elektroda (SHE) göre ölçülür.

Bu dersin öteki kaynakları