Yükseltgenme Nedir? Elektron Kaybı ve Yükseltgenme Basamağı

Yükseltgenmenin tanımı

Yükseltgenme, bir elementin veya kimyasal türün yükseltgenme basamağının artmasıdır. Elektron alışverişinin açıkça görülebildiği tepkimelerde bu değişim elektron kaybı olarak ifade edilir. Elektron veren tür yükseltgenir; elektron alan tür ise indirgenir. Bu nedenle yükseltgenme, bir maddenin mutlaka oksijenle birleşmesini gerektirmez. Oksijen içeren bazı tepkimeler yükseltgenme örneği olabilir, ancak kavramın kapsamı bundan daha geniştir.

Örneğin sodyum ile klorun tepkimesinde sodyumun yükseltgenme basamağı elementel Na için 0 iken NaCl içinde +1 olur. Sodyum bu değişim sırasında yükseltgenmiş kabul edilir. Klorun basamağı ise Cl2 içinde 0’dan NaCl’de −1’e iner ve klor indirgenir. Böylece aynı tepkimede bir türün yükseltgenmesi, diğerinin indirgenmesiyle birlikte gerçekleşir.

Yükseltgenmeyi tanımak için önce tepkimeye giren ve oluşan maddelerde ilgili elementin durumuna bakılır. Yükseltgenme basamağı başlangıçtakinden daha büyük bir değere çıkıyorsa yükseltgenme vardır. Örneğin galyumun Ga hâlindeki basamağı 0 iken GaBr3 içinde +3’e yükselir; bu değişim galyumun yükseltgendiğini gösterir.

Elektron kaybı ile yükseltgenme ilişkisi

Elektron kaybı, özellikle iyonik tepkimelerde yükseltgenmeyi doğrudan gösteren ölçüttür. Bir atom ya da iyon elektron verdiğinde negatif yük azalabilir veya pozitif yük artabilir. Bu nedenle elektron verme ile yükseltgenme arasında “elektron veren yükseltgenir” ilişkisi kurulur. Elektronlar tepkimede yok olmaz; yükseltgenen türün verdiği elektronlar başka bir tür tarafından alınır.

Sodyum-klor tepkimesinde sodyum atomu bir elektron vererek sodyum iyonuna dönüşür: Na → Na+ + e−. Sodyumun elektron kaybetmesi onun yükseltgenmesidir. Klor molekülündeki klor atomları ise bu elektronları alarak klorür iyonlarına dönüşür. Dolayısıyla sodyum elektron kaybeden, klor ise elektron kazanan taraftır.

Elektron kaybı her zaman denklemde tek başına açıkça yazılmayabilir. Kovalent bileşiklerde elektronlar tamamen bir atomdan diğerine geçmek yerine ortaklaşa kullanılabilir; bu durumda elektron alışverişini yükseltgenme basamaklarındaki değişim üzerinden izleriz. Örneğin hidrojenin H2’deki yükseltgenme basamağı 0 iken HCl’de +1’e çıkar. Bu artış, hidrojenin yükseltgendiğini gösterir; elektronların açık bir iyon oluşumu şeklinde yazılmaması bu sonucu değiştirmez.

Yükseltgenme basamağındaki artış

Yükseltgenme basamağı, bir bileşikteki atomun bağ elektronları tamamen iyonikmiş gibi düşünüldüğünde sahip olacağı varsayımsal yüktür. Bu değer, atomun tepkime sırasında elektronları hangi yönde çektiğini veya verdiğini izlemeye yardımcı olur. Bir elementin yükseltgenme basamağı tepkime sonunda daha büyük bir değere çıkarsa o element yükseltgenmiştir; değer küçülürse indirgenmiştir.

Bu ölçüt, elektron transferinin doğrudan gözlenemediği kovalent tepkimelerde özellikle kullanışlıdır. Örneğin etilenin yanma tepkimesinde karbonun yükseltgenme basamağı C2H4 içinde −2’den CO2 içinde +4’e yükselir. Karbonun değeri arttığı için karbon yükseltgenmiştir. Aynı tepkimede moleküler oksijendeki oksijenin basamağı 0’dan su içinde −2’ye iner; oksijen indirgenmiştir. Bu değişimler, tepkimenin redoks tepkimesi olduğunu gösterir.

Yükseltgenme basamağı gerçek bir iyon yüküyle her zaman aynı değildir; bileşiklerde karşılaştırma yapmak için kullanılan bir hesaplama aracıdır. Bu nedenle bir tepkimede yükseltgenmeyi belirlerken işaretin tek başına pozitif veya negatif olmasına değil, başlangıç ve sonuç değerleri arasındaki değişime bakılır. Elementel maddelerde basamağın 0 olması, karşılaştırmanın başlangıç noktasını verir.

Yükseltgenen türün belirlenmesi

Bir tepkimede yükseltgenen türü belirlemek için önce her elementin tepkime öncesi ve sonrası yükseltgenme basamağı karşılaştırılır. Basamağı artan element, atom, iyon veya madde yükseltgenendir. Örneğin 2Na + Cl2 → 2NaCl tepkimesinde Na’nın basamağı 0’dan +1’e çıktığı için yükseltgenen tür sodyumdur. Cl’nin basamağı 0’dan −1’e indiği için klor indirgenmiştir. Birden fazla element değişiyorsa her element ayrı ayrı incelenmelidir; yalnızca tepkimede oksijen bulunup bulunmadığına bakmak yeterli değildir. Temel yükseltgenme basamağı kuralları, bu karşılaştırmanın başlangıç ve sonuç değerlerini bulmak için kullanılır.

Yükseltgenmenin indirgenme ve redoksla ilişkisi

Yükseltgenme ve indirgenme birbirini tamamlayan süreçlerdir. Bir tür elektron verdiğinde başka bir tür bu elektronları alır; bu yüzden elektron alışverişine dayalı bir tepkimede yükseltgenme tek başına gerçekleşmez. Yükseltgenme basamağı açısından da aynı ilişki görülür: bir elementin basamağı artarken en az bir başka elementin basamağı azalır. Bir veya daha fazla elementin yükseltgenme basamağının değiştiği tepkimelere redoks, yani yükseltgenme-indirgenme tepkimesi denir.

Örneğin 2Ga + 3Br2 → 2GaBr3 tepkimesinde galyumun basamağı 0’dan +3’e yükselerek yükseltgenir, bromun basamağı 0’dan −1’e düşerek indirgenir. Elektron veren ve karşı türü indirgeyen maddeye indirgen madde, elektron alan ve karşı türü yükseltgeyen maddeye yükseltgen madde denir; bu nedenle yükseltgenen madde aynı zamanda indirgen madde olarak adlandırılır. Yanma tepkimeleri de ısı ve bazen ışık açığa çıkaran redoks tepkimelerine örnek olabilir. Elektrokimyada pil, elektroliz ve korozyon bağlamındaki yükseltgenme ise ayrı bir konudur.