Kimyasal Aktiflik

Redoks Reaksiyonlarında İstemlilik (Aktiflik)

Bulunduğu koşullarda kendiliğinden gerçekleşen olaylar istemli olaylar olarak tanımlanır.

Oda koşullarında su kendiliğinden donmaz ve bu olay istemsiz bir olaydır. Dondurucuda suyun donması ise istemli bir olaydır.
Açık havada kalan demir bir süre sonra kendiliğinden paslanır ve bu olay istemli bir olaydır. Yine asit ve baz çözeltileri karşılaştırıldığında nötralleşme olayı kendiliğinden gerçekleşir ve istemli bir olaydır.

Redoks tepkimelerinden bazıları istemli tepkimeler, bazıları istemsiz tepkimelerdir. Örneğin \(Cu(NO_3)_2\) nin sulu çözeltisine Zn çubuk batırılırsa Zn yükseltgenir ve çözeltide \(Zn^{2+}\) iyonları oluşur. Bu arada çözeltideki \(Cu^{2+}\) iyonları indirgenir ve Zn çubuğun üzerinde Cu metali olarak toplanır. Bu olayın tepkime denklemi aşağıdaki gibidir.

\(\ce{Zn(k) + Cu^{2+}(aq) -> Zn^{2+}(aq) + Cu(k)}\)

Bu olayda çinko çubuk aşınır ve üstünde bakır birikir. Olay dışarıdan herhangi bir enerji verilmezksizin kendiliğinden gerçekleştiğinden istemli bir olaydır.

Aktif olan metal (Bu örnekte Zn), çözeltideki pasif metal iyonunun (Bu örnekte Cu) yerine geçer.

\(Zn^{2+}\) iyonu içeren bir çözeltiye Cu metali daldırılsaydı hiçbir tepkime gözlenmezdi. Bu durumda olay istemsiz bir olaydır. Kendiliğinden gerçekleşmeyip, dışarıdan enerji verildiğinde gerçekleşir.

Zn metali aktiftir ve yükseltgenmek ister. Zaten yükseltgenmiş olduğu için de pasif metal ile tepkime gerçekleştirmez.

Bir redoks tepkimesinin istemli olması için gerekli şartlar vardır.

\(\ce{Zn(k) + Cu^{2+}(aq) -> Sn^{2+}(aq) + Cu(k)}\)

Yukarıdaki tepkimenin kendiliğinden gerçekleşmesinin nedeni yükseltgenen Zn metalinin, indirgenen Cu metalinden daha aktif olmasıdır.

Bir metalin aktifliğinin başka bir metalden daha büyük olmasının nedeni ise, elektron verme eğiliminin daha büyük olmasıdır. Yani Zn metalinin elektron verme eğilimi, Cu metalininkinden yüksektir.

Sıklıkla kullanılan metallerin ve hidrojenin aktifliklerinin karşılaştırılması aşağıda verilmiştir.

\(Li > K > Ba > Sr > Ca > Na > Mg > Al > Mn > Zn > Cr > Fe > Co > Ni > Sn > Pb > H > Cu > Hg > Ag > Pt > Au\)

Bir metal kendinden daha pasif bir metalin tuzunun sulu çözeltisine daldırılırsa metal çubuk aşınır.

Bir metal kendinden daha pasif metalin tuzunun çözeltisinde çözünür.
Bir metalin tuzunun sulu çözeltisi, kendinden daha aktif bir metali çözer. Bu nedenle metal bir kapta kendinden daha pasif bir metalin tuz çözeltisi saklanamaz. Çünkü kap aşınır.

Hidrojenden aktif metaller asit çözeltileriyle (\(H^+\) içeren çözeltiler) \(H_2\) gazı oluşturacak şekilde tepkime verir.

Cu, Hg, Ag, Pt, Au gibi hidrojenden pasif metaller asit çözeltileriyle tepkime vermez ve \(H_2\) gazı oluşturmazlar. Bu metallerden Cu, Hg ve Ag kuvvetli oksi asitler olan \(HNO_3\) ve \(H_2SO_4\) ile tepkime verse bile \(H_2\) gazı oluşmaz.

Aktif olan metal, daha pasif bir metal iyonunun bulunduğu bir çözeltiye daldırıldığında yükseltgenirken, pasif metal iyonu da indirgenir.

İndirgenme-Yükseltgenme Potansiyelleri

Metallerin aktifliklerinin karşılaştırılması için yükseltgenme ve indirgenme potansiyellerinden yararlanılır.

Yükseltgenme Potansiyeli: Bir elementin elektron vermesi sonucunda oluşan potansiyeldir. Yükseltgenme potansiyeli büyük olan metallerin elektron verme eğilimi ve aktiflikleri büyüktür.
İndirgenme Potansiyeli: Bir elementin elektron alması sonucunda oluşan potansiyeldir. İndirgenme potansiyeli büyük olan metallerin elektron verme eğilimi ve aktiflikleri küçüktür.

Maddelerin yükeltgenme-indirgenme potansiyelleri yarı pil potansiyeli veya elektrot potansiyeli olarak adlandırılır.

Yarı pil potansiyelleri \(E\degree\) sembolüyle gösterilir. E harfi üzerinde bulunan "\(\degree\)" işareti ise ölçümün standart koşullarda yani oda koşullarında yapıldığını gösterir.

Yarı pil potansiyelinin birimi Volt (V) tur.

Elementlerin yükseltgenme veya indirgenme potansiyelleri tek başına ölçülemez. Elementler birbiriyle karıştırılarak aralarındaki potansiyel farkı ölçülür.

Yükseltgenme potansiyellerinin belirlenmesinde referans olarak kabul edilen (potansiyeli 0,00V alınan) element hidrojendir. Diğer tüm elementlerin yükseltgenme potansiyeli hidrojene göre belirlenir.

Elementlerin birbiriyle karşılaştırılarak aralarındaki potansiyel farkın ölçülmesinde standart yarı hücrelerden yararlanılır. Standart koşullar 1 atm basınç, 0 \(\degree C\) sıcaklık ve 1 molar katyon derişimidir.

\(\ce{2H+(aq) -> H2(g) + 2e-};\quad E_{pil} = 0,00V\)
\(\ce{H2(g) ^ 2e- -> 2H+(aq)};\quad E_{pil} = 0,00V\)
Standart hidrojen yarı hücresinde hem yükseltgenme hem de indirgenme potansiyeli sıfırdır.

Bazı maddelerin yükseltgenme potansiyelleri aşağıdaki gibidir.

Eğer hidrojen 0,00V değil de -0,10V kabul edilseydi, örneğin Pb'nin yükseltgenme yarı potansiyeli +0,026 olurdu.

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri ve redoks tepkimeleri ile ilgili üç temel kural vardır.

Tepkime denkleminin yönü değişirse potansiyel değerinin işareti değişir.

Tepkime bir katsayı ile çarpılırsa potansiyel değerlerinde bir değişim olmaz.

\(\ce{Ni(k) -> Ni^{2+}(aq) + 2e-};\quad E\degree = +0,25V\)

\(\ce{2Ni(k) -> 2Ni^{2+}(aq) + 4e-};\quad E\degree = +0,25V\)

Tepkimeler toplandığında pil potansiyelleri de toplanır.

\(\ce{Ca(k) -> Ca^{2+}(aq) + 2e-};\quad E\degree = +2,86V\)

\(\ce{Pb^{2+}(aq) + 2e- -> Pb(k)};\quad E\degree = -0,126V\)

\(\ce{Ca(k) + Pb^{2+}(aq) <=> Ca^{2+} + Pn(k)};\quad E\degree=+2,734V\)

Toplam pil potansiyeli pozitif olan redoks tepkimeleri istemli (kendiliğinden) gerçekleşir. Aşağıdaki tepkime istemli bir tepkimeye örnektir.

\(\ce{2Al^{3+}(aq) + 3Mg(k) <=> 2Al(k) + 3Mg^{2+}(aq)};\quad E\degree = +0,71V\)

Questions

B kabında tepkime gerçekleşir fakat H2 gazı çıkmaz.

-1 değil -3 ile çarpman gerekirdi. Sonucu değiştirmese de işlemleri doğru yapmak önemli.

İkinci öncülde ürünlerdeki \(O_2\) molekülünün indirgen (yükseltgenmiş) olduğu iddia edilmiştir.
Ürünler tarafındaki bir molekülün indirgenmiş mi yükseltgenmiş mi olduğunu bulabilmemiz için denkleme tersten bakmamız gerekir.
Ok ürünlerden girenlere doğru gibi kabul edildiğinde, O2 molekülünün indirgen değil yükseltgen olduğu görülür. Bu sebeple 2. öncül yanlıştır.
Cevap C şıkkı (1 ve 3) olmalıdır.

Fe içeren çözeltiden 0,1 mol değil, 0,3 mol oluşur. Yazım hatası yapmışım.
Demirin yükseltgenip gümüşün yerine geçmesi, demirin gümüşten aktif olduğunu gösterir. Yani yarı pil potansiyeli de gümüşten daha büyüktür.