Oksidasyon–redüksiyon: aynı reaksiyonun iki yüzü

Oksidasyon – Redüksiyon ve İndirgen Kavramı

1 • Oksidasyon Nedir?

Oksidasyon, bir türün elektron kaybetmesi anlamına gelir.

Metalurjik oksit sistemlerinde bunu çoğu zaman oksijen kazanma şeklinde de görebiliriz.

Örneğin:

2M + O₂ → 2MO

Metal M oksijenle birleşerek metal oksit oluşturur.

İyonik açıdan basitleştirilmiş olarak:

M → M²⁺ + 2e⁻

metal elektron kaybetmiştir.

Elektron verme = Oksidasyon

Metalurjik oksit reaksiyonlarında çoğu kez:
Oksijen kazanma = Oksidasyon

Oksidasyon yalnızca “paslanma” anlamına gelmez. Metalurjik proseslerde kontrollü oksidasyon bilinçli olarak kullanılan çok önemli bir işlemdir.

2 • Redüksiyon Nedir?

Redüksiyon, oksidasyonun tersidir.

Bir türün elektron kazanması redüksiyon olarak tanımlanır.

Metal oksitlerin indirgenmesinde bunu çoğu zaman oksijen kaybetme şeklinde gözlemleriz.

MO → M

Metal oksitten oksijen uzaklaştırılmıştır.

İyonik olarak:

M²⁺ + 2e⁻ → M

metal iyonu elektron kazanmıştır.

Elektron kazanma = Redüksiyon

Metal oksitlerde çoğu kez:
Oksijen kaybetme = Redüksiyon

3 • Fakat Oksijen Nereye Gitti?

Bir metal oksidin indirgenmesini yalnızca:

MO → M

şeklinde yazıp bırakamayız.

Çünkü MO'dan uzaklaştırılan oksijenin başka bir madde tarafından alınması gerekir.

Oksijeni alan bu maddeye indirgen denir.

Genel reaksiyon:

MO + R → M + RO

Burada:

MO: indirgenen metal oksit
M: üretilen metal
R: indirgen
RO: indirgenin oksitlenmiş hali

Redüksiyon

MO → M

Oksijen kaybeder

Oksidasyon

R → RO

Oksijen kazanır

Bir madde indirgeniyorsa başka bir madde aynı anda mutlaka oksitlenir.

4 • CO ile İndirgeme Örneği

FeO'nun karbon monoksitle indirgenmesini düşünelim:

FeO + CO → Fe + CO₂

FeO'ya ne oldu?

FeO → Fe

Oksijen kaybettiği için indirgenmiştir.

CO'ya ne oldu?

CO → CO₂

Oksijen kazandığı için oksitlenmiştir.

FeO → Fe = Redüksiyon

CO → CO₂ = Oksidasyon

CO = İndirgen

CO kendisi oksitlendiği halde FeO'yu indirgediği için “indirgen” olarak adlandırılır.

5 • Karbon Kullanırsak Ne Olur?

Örneğin:

FeO + C → Fe + CO

reaksiyonunu düşünelim.

FeO:

FeO → Fe

oksijen kaybettiği için indirgenir.

Karbon:

C → CO

oksijen kazandığı için oksitlenir.

FeO = indirgenen madde
C = indirgen
C kendisi oksitlenir

6 • Alüminyum Kullanırsak Ne Olur?

Bakır oksidin alüminyumla indirgenmesini düşünelim:

3Cu₂O + 2Al → 6Cu + Al₂O₃

Cu₂O:

Cu₂O → Cu

oksijen kaybettiği için indirgenir.

Alüminyum:

Al → Al₂O₃

oksijen kazandığı için oksitlenir.

Cu₂O = indirgenen oksit
Al = indirgen
Al₂O₃ = indirgenin oksitlenmiş ürünü

Bu örnek Ellingham diyagramıyla doğrudan bağlantılıdır. Al₂O₃ oluşum çizgisi Cu₂O çizgisinden daha aşağıdaysa, Al'ın oksijene ilgisi daha yüksektir ve Cu₂O'daki oksijeni alabilir.

7 • “İndirgen” Kelimesi Neden Karıştırılıyor?

“İndirgen” sözcüğü ilk öğrenildiğinde öğrenciyi şaşırtabilir.

Örneğin:

FeO + CO → Fe + CO₂

reaksiyonunda CO'nun kendisi oksitlenmektedir.

Buna rağmen CO'ya indirgen denir.

Neden?

İndirgen madde, kendisi indirgenen madde değildir. Karşısındaki maddeyi indirgediği için bu adı alır.

İndirgen → karşı tarafı indirger → kendisi oksitlenir

Oksitleyici → karşı tarafı oksitler → kendisi indirgenir

Bu ayrım redoks reaksiyonlarında en sık karıştırılan kavramlardan biridir.

8 • Metalurjide Kontrollü Oksidasyon Neden Kullanılır?

Üretim metalurjisinde her zaman indirgeme yapmak istemeyiz. Bazı proseslerde oksidasyonu özellikle kullanırız.

Örneğin sülfürlü bir cevherin kavrulması:

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

reaksiyonuyla gerçekleştirilebilir.

Buradaki amaç ZnS'yi sonraki üretim aşamalarına daha uygun olan ZnO formuna dönüştürmektir.

Benzer şekilde ergimiş metal içerisindeki bazı safsızlıklar kontrollü biçimde oksitlenerek cüruf fazına aktarılabilir.

Kontrollü oksidasyon şu amaçlarla kullanılabilir:

Kavurma
Cüruflaştırma
Safsızlık giderme
Rafinasyon

Oksidasyon metalurjide yalnızca istenmeyen bir olay değildir; üretim ve rafinasyon için kullanılan temel proses araçlarından biridir.

9 • Bunun Ellingham Diyagramıyla Bağlantısı Nedir?

Ellingham diyagramında aslında iki farklı oksidasyon eğilimini karşılaştırırız.

Hedef metalin oksidasyonu:

M + O₂ → MO

İndirgenin oksidasyonu:

R + O₂ → RO

Eğer R'nin oksidasyonu termodinamik olarak daha elverişliyse, oksijen MO'dan R'ye geçebilir.

MO + R → M + RO

Ellingham diyagramının temel sorusu aslında şudur:

“Oksijen hangi tarafa geçmek ister?”

Eğer R/RO oksidasyon çizgisi daha aşağıdaysa, R'nin oksijene ilgisi daha yüksektir ve MO'nun indirgenmesi termodinamik olarak mümkün olabilir.

10 • Öğrenci İçin En Kolay Redoks Ezberi

OKSİDASYON

Elektron verir
=
Oksijen alır

REDÜKSİYON

Elektron alır
=
Oksijen verir

En önemli kural:

İndirgen, karşı tarafı indirger; kendisi oksitlenir.

Örneğin:

FeO + CO → Fe + CO₂

FeO → Fe = REDÜKSİYON

CO → CO₂ = OKSİDASYON

CO = İNDİRGEN

Slaydın Ana Mesajı

MO + R → M + RO

MO → M

Oksijen kaybı
Elektron kazanımı

REDÜKSİYON

R → RO

Oksijen kazanımı
Elektron kaybı

OKSİDASYON

Oksidasyon ve redüksiyon ayrı reaksiyonlar değildir; aynı elektron ve oksijen transferinin iki tarafıdır.