Redoks Olayı, Denge Sistemi, Termodinamik

REDOKS OLAYI
Dr. Serkan SAYINER
[email protected]
Prof. Dr. Meryem EREN’e teşekkürlerimle...
REDOKS OLAYI
 Parçacıkların (atom, molekül ya da iyonlar) elektron aldıkları
olaylara redüksiyon, elektron verdikleri olaylara ise
oksidasyon adı verilir.
 Elektron alan bir parçacık elektronu bir başka parçacıktan
alabilir. Bu nedenle redüksiyon ve oksidasyon olayları
birbirlerine bağlı olarak oluşurlar (Redoks olayı).
A
(redükte
edici
ajan)
B
(okside
edici
ajan)
e-
A
(oksitlen
miş)
e-
ee-
B
(redüklen
miş)
REDOKS OLAYI
 Eskiden redoks olayları yanma, bu olay metaller üzerinde
gerçekleşirse paslanma olarak isimlendirilmekteydi. Yine aynı
şekilde insan ve hayvan organizmasında redoks olayı, gıda
maddelerinin yavaş yavaş yanması olarak tanımlanmıştır.
 Konjuge redoks çifti:
• Redüksiyon
Oksidasyon+ne-
• ne-+oksidasyon vasıtası
• 5e-+MnO4+8H+
redüksiyon
Mn+++H2O
REDOKS OLAYI
Tanımlar
 Redüksiyon
Anlamı ve Örnek
 Elektron Alınması (Oksidasyon sayısında azalma)
• Cl + e-  Cl-1
 Oksidayson
 Elektron verilmesi (Oksidasyon sayısının yükselmesi)
• Na0  Na+1 + e-
 Redoks Olayı
 Elektron taşınması (aktarılması)
• Na0 + Cl0  Na+1Cl-1
Redüksiyon vasıtası
Elektron vericisi
Burada Na0
Oksidasyon vasıtası
Elektron alıcısı
Burada Clo
Redoks çifti (konjuge)
Red
Oks + ne-
REDOKS OLAYI
 BİYOKİMYASAL ÖNEMİ
• Hayatın sürekliliği gıdalardan kazanılan kimyasal enerjinin diğer
enerji formlarına dönüştürülmesi ile sağlanır.
• Bu dönüşümler gıda maddelerinin oksidasyonu ile sağlanır.
• Dönüşüm mitokondriyumlarda gerçekleşir.
• En önemli oksidasyon vasıtası oksijendir.
• Kömür ya da petrol gibi fosil yakıtların yanmaları sırasında S’ lü
bileşiklerden SO2 oluşur.
REDOKS OLAYI
 BİYOKİMYASAL ÖNEMİ
• SO2 havadaki nem ile karşılaştığında H2SO3 oluşturur.
• Hidrojen sülfür de oksitlenmeye devam ederek H2SO4’ e dönüşür.
• H2SO4 binaların karbonatlı malzemeleri ile reaksiyon vererek bunların
parçalanıp dağılmalarına yol açar.
• Yağmur suları ile toprağa ulaşan H2SO4 ağır metal iyonları ile suda
çözünür kükürtlü bileşikleri oluşturur. Oluşan bu bileşikler birçok
bitkinin kökleri için zararlıdır ve orman ölümlerine yol açar.
ÇOK FAZLI SİSTEMLERDE DENGE
Diffüzyon, Ozmotik Basınç, Dializ, Yüzey Gerilimi, Adsorbsiyon, Donnan Zar Dengesi
DİFFÜZYON
 Moleküllerin eriyiğin her tarafında eşit olarak kendiliklerinden
yayılması olayına diffüzyon denir.
 Bu olayda parçacıklar küçüldükçe ve ısı arttıkça
diffüzyonun hızı artar.
 Diffüzyonda iki faz arasında herhangi bir zar yoktur.
 Geçiş çok yoğun çözeltiden az yoğuna doğrudur.
DİFFÜZYON
Yüksek konsantrasyon
Düşük konsantrasyon
DİFFÜZYON
 ÖNEMİ;
• Diffüzyon organizmanın madde alışverişinde,
• Oksijenin havadan kana ve kandan dokulara geçmesinde,
• Besin maddelerinin kandan dokulara geçmesinde,
• İlaçların enjekte edildikleri yerde etrafa yayılmasında büyük rol
oynar.
Kaynak: Wiki
OZMOZ VE OZMOTİK BASINÇ
 Suyun yarı geçirgen bir zarı geçerek çözeltiye katılmasına
Ozmoz denir.
 Düşük yoğunluktaki çözünmüş bir maddenin yüksek
yoğunlukta çözünmüş bir maddeye ozmoz gösteren su veya
bir çözücünün neden olduğu basınçtır.
 Ozmoz olayları sırasında bizzat iş gören ozmotik değere
«Ozmotik Basınç» denir. Diğer bir ifade ile hücrenin sahip
olduğu sitoplazma yoğunluğundan kaynaklanan emme
kuvvetidir
Kaynak: Chemwiki.UCDavis
Kaynak: Wiki
Seyreltik tuzlu
çözeltisinde
hücreler
Distile su
içinde hücreler
Kaynak: Chemwiki.UCDavis
Yoğun tuzlu
çözeltisinde
hücreler
OZMOZ VE OZMOTİK BASINÇ
 ÖNEMİ;
• İnsan ve hayvanlarda hücre içi ve hücre dışı sıvılarının ozmotik
basınçları %0.09’ luk NaCl çözeltisinin ozmotik basıncına denktir.
• Hücreler ve kan hücreleri normal çalışmalarını bu ozmotik basınca
yakın nötr ortamlarda sürdürürler.
• Hastalara verilen serumların ve damar içi enjeksiyonlarının daima bu
ozmotik basınca sahip çözeltiler olması gerekir.
• Göz ve burun boşlukları gibi narin membranların ilaçla tedavisinde su
yerine serum fizyolojik kullanılması herhangi bir ağrı duyulmasını
önler.
DİALİZ
 Sudan başka küçük ve
basit moleküllerin veya
iyonların geçmesine
izin veren bir zar
aracılığı ile büyük
kompleks moleküllerin
ayrılması olayıdır.
Kaynak: SchoolWorkHelper
DİALİZ
 ÖNEMİ;
• Laboratuvarlarda elektroforez tekniklerinin hazırlayıcı bir
basamağı olarak kullanılır.
• Yapay böbrek cihazlarının prensibini oluşturur.
• Artık maddelerin vücuttan atılması kısmen bu olaya dayanır.
• Laboratuvarda difteri ve tetanoz antitoksinleri, fazla
elektrolitlerinden dializle atılır.
YÜZEY GERİLİMİ
 Yüzey gerilimi yüzeylerdeki dengelenmemiş
intermoleküler çekim güçlerinden ileri gelen
bir olaydır.
 Homojen bir sıvının iç molekülleri,
çevrelerindeki moleküller tarafından, bütün
yönlerden eşit olarak çekildikleri ve bu
karşılıklı çekim güçleri birbirini dengelediği
için, her yöne ve serbestçe hareket
edebilirler.
YÜZEY GERİLİMİ
 Yüzeyde yer alan moleküller;
• Bunlar yatay yönlerden yine karşılıklı olarak birbirini dengeleyen
çekim güçlerinin etkisinde kalırlar ve yatay doğrultularda
serbestçe yer değiştirebilirler.
• Düşey yönde etkileyen çekim güçleri ise dengelenemez. Çünkü,
yukarı doğru hava moleküllerinin pek küçük olan çekimleri
hesaba alınmazsa hemen hiçbir çekim gücü ile
karşılaşmamaktadırlar.
• Bu nedenle iç moleküller gibi serbestçe hareket edemezler ve
birarada tutularak adeta yüzeyde bir zar oluştururlar.
YÜZEY GERİLİMİ
 ÖNEMİ;
• Bir jilet yada bir toplu iğnenin su yüzeyine yavaşça
bırakıldıklarında batmamaları,
• Küçük böceklerin su yüzeyinden batmadan yürüyebilmeleri,
• Suyun ince cam borularda ve süzgeç kağıdında,
• Gazın lamba fitilinde yükselmesi gibi olaylar yüzey gerilimi ile
ilişkili görünümlerdir.
• Yüzey gerilimini artıran maddeler: İnorganik maddeler.
• Yüzey gerilimini azaltan maddeler: Yağ, sabun, safra gibi organik
maddeler.
ADSORBSİYON
 Yüzey gerilimi ile ilişkili bir olaydır.
 Bir ortamda yer alan bütün yüzeylerde dengelenmemiş kuvvet
alanları ve serbest valanslar bulunur.
 Bu yüzeyler diğer molekülleri kendilerine bağlayabilirler. Bu
olaya adsorbsiyon adını veriyoruz.
 Adsorpsiyon yüzey genişliği ve adsorbe edici maddenin
miktarıyla doğru orantılıdır, çevre ısısı ile ters orantılıdır.
 Başka maddeleri yüzeylerinde tutma nitelikleri belirgin olan
maddelere adsorban diyoruz.
ADSORBSİYON
 Adsorpsiyona dayanan bazı yöntemler, karışımlardan belirli
maddelerin ayrılması ve saflaştırılmasında çok kullanılır.
 Adsorbsiyon metotları biyokimyada çok kullanılmaktadır.
• Büyük moleküllü ve renkli maddeler, hayvan kömürü ve diğer
adsorbanlar tarafından adsorbe edilirler ve bu suretle çözeltilerden
ayırt edilirler.
• İdrarın rengi, iyi bir adsorban madde olan hayvansal kömür ile
çalkalanarak yok edilebilir.
• Hormonlar ve enzimler Al2O3 tarafından belirli pH’ da adsorbe edilirler
ve pH değiştiği zaman birbirinden ayrılabilirler.
DONNAN ZAR DENGESİ ve ZAR POTANSİYELİ
 Bir kap bir zar ile ortadan ayrılır ve kabın her iki
yanına elektrolit çözeltisi ilave edilirse, elektrolit
çözeltisi zarın porlarını geçebiliyorsa kabın her iki
yanına eşit konsantrasyonlarda dağılır.

Bu olayda denge;
• K+=K+ ve Cl-=Cl- şeklindedir.
DONNAN ZAR DENGESİ ve ZAR POTANSİYELİ
 Zarın ayırdığı boşluğun birisi Cl- iyonları yerine bir polianyon
içerirse (örn; Poly 10-), polianyonlar zarı geçemezler ve dengeli
olmayan bir iyon dağılımı meydana gelir.
 Öncelikle Cl- iyonları içermeyen, boşluğa geçen Cl- iyonları K+
iyonları ile birlikte bir konsantrasyon dengesi oluştururlar. Bu
dengede;
 K+ II/ K+ I= Cl- I/ Cl-II şeklinde gösterilebilir.
 Bir iyon türü zarı geçemezse (örneğin, bir polianyon) eşit
olmayan bir iyon dağılımı ortaya çıkar (Donnan zar dengesi).
DONNAN ZAR DENGESİ ve ZAR POTANSİYELİ
 Canlı hücreleri protein içermeleri nedeniyle donnan zar
dengesine göre ekstrasellüler boşluktan daha fazla iyon
konsantrasyonuna sahiptirler.
 Örneğin, hücre içindeki H+ iyon konsantrasyonu hücre
dışından daha yüksektir.
 Ayrıca yarı geçirgen bir zarın her iki yanındaki iyon
konsantrasyonlarının farklı olması bir zar potansiyelinin
oluşumuna yol açar.
• Plazma membranının her
iki tarafındaki farklı iyon
konsantrasyonu nedeniyle
membran potansiyeli
oluşur.
• Membran potansyeli -40
mV ile -80 mV arasındadır.
Kaynak: WikiBooks
TERMODİNAMİK
Enerji formları/sistemler/durum değişimleri, İç enerji ve entalpi, Serbest
Entalpi ve Entropi
ENERJİ FORMLARI/SİSTEMLER/DURUM
DEĞİŞİMLERİ
 Bir kimyasal reaksiyon sırasında enerji kullanılabilir, üretilebilir,
taşınabilir (örneğin ısıtma ve soğutma) ya da enerji formları
birbirlerine dönüşebilir.
• Isı enerjisi
Mekanik enerji (buhar makinası, tren)
• Kimyasal enerji
Isı enerjisi (Yanma)
• Kimyasal enerji
Mekanik enerji (benzin motoru)
• Işık enerjisi
Kimyasal enerji (fotosentez)
• Elektrik enerjisi
Kimyasal enerjisi (akümülatör)
ENERJİ FORMLARI/SİSTEMLER/DURUM
DEĞİŞİMLERİ
 Ölçü birimi olarak (enerji formları için) jul kullanılır.
 1 kalori= 4,184 jul
 Enerji formlarının değişimleri sistemlerde incelenir.
 Sistem, fiziksel ya da düşüncesel olarak çevreden ayrılmış bir
boşluktur.
 Sistemler izole, kapalı ve açık sistemler olarak sınıflandırırlar.
ENERJİ FORMLARI/SİSTEMLER/DURUM
DEĞİŞİMLERİ
 İzole sistemler: Enerji ve madde için geçirgen değildir
(termos).
 Kapalı sistemler: Enerji için geçirgen, madde için geçirgen
değil (ampul, enerji alışverişi vardır).
 Açık sistemler: Enerji ve madde için geçirgendirler
(hayvanlar ve bitkiler).
İÇ ENERJİ ve ENTALPİ
 Her sistem belli bir enerjiye sahiptir ve bu enerjiye iç
enerji (U) adı verilir, sistemin bir niteliğidir.
 İç enerjide bir değişim olabilir, yani bir sistemden başka
bir sisteme enerji taşınması olabilir.
 İç enerji ya ısı (Q) ya da iş (A) olarak aktarılabilir.
İÇ ENERJİ ve ENTALPİ
 Bir sistemin başlangıç ve son durumu arasındaki farklılıklara
termodinamik denir.
 Termodinamiğin birinci kuralı;
• Sistemden çevreye verilen ya da alınan ısı ile işin toplamı
sistemin iç enerjisindeki değişimlere eşittir ve,
• İzole bir sistemde ΔU=0 ya da U sabittir ve iç enerjide bir
değişim görülmez.
İÇ ENERJİ ve ENTALPİ
 Kapalı sistemlerde ise; ΔU=Q+A şeklinde bir enerji değişimi
oluşur ve bulunan değer;
• + ise sisteme dışardan enerji alındığı,
• - ise sistemden dış ortama enerji verildiği anlaşılır.
 Bir sistemin iç enerjisi ısıtılma ile yükseltilirken (Q>0),
soğutma ile (Q<0) düşürülebilir.
 A (iş) olarak da, genelde elektriksel iş ve hacim değişiklikleri
ile karşılaşılır.
İÇ ENERJİ ve ENTALPİ
 Sabit basınç altında oluşan reaksiyonlar sırasında açığa
çıkan reaksiyon ısısı entalpi (ΔH) olarak tanımlanır. Bu
bilgiler ışığında;
• ΔU= ΔH+Avol (hacimsel iş) veya
• ΔU= ΔH - pΔV veya
• ΔH= ΔU+pΔV şeklinde bulunur.
İÇ ENERJİ ve ENTALPİ
 Bu nedenle, sabit basınç altında oluşan kimyasal bir
reaksiyonda dışarıdan alınan enerji (ΔH) pozitif, dışarıya
verilen enerji ise (ΔH) negatif değere sahiptir ve reaksiyon
ısısı ya da reaksiyon entalpisi olarak isimlendirilir.
• H<0 ise reaksiyon ekzoterm (ısı oluşumu),
• H>0 ise reaksiyon endoterm (ısı kaybı, dışarıdan ısı alınır).
 Entalpi, gözlenen olaya göre erime, buharlaşma, karışım,
çözelme, solvatasyon, hidratasyon, nötralizasyon oluşum ya
da (genel olarak) reaksiyon entalpisi olarak isimlendirilir.
SERBEST ENTALPİ VE ENTROPİ
 Fiziksel ya da kimyasal bir olayın başlayabilmesi için izobar ve
izotermik olaylarda hareketi başlatıcı güç serbest entalpidir
(ΔG).
 Serbest entalpi, entalpi ve kararlılık ya da kararsızlık için bir
ölçü oluşturan ikinci bir faktör entropi tarafından belirlenir.
 Entropi (ΔS) bir sistemde var olan kararsızlığın ölçüsüdür.
 Sistemde kararsızlığın artması entropinin yükselmesine yol
açar.
SERBEST ENTALPİ VE ENTROPİ
 Her reaksiyon belli bir ısıda sabit bir ΔG0 değerine sahiptir. Bu
nedenle standart şartlarda G= ΔG0’dır (standart şartlarda
serbest entalpi değişimi).
 G reaksiyona giren (edukt) ve reaksiyon sonucu oluşan
maddelerin (produkt) konsantrasyonları ile değişir.
SERBEST ENTALPİ VE ENTROPİ
 ΔG0 = 0 ise produkt oluşumu %50 (reaksiyon dengede ise)
 ΔG0 < 0 ise reaksiyona giren maddelerin %50’den fazlası
ürüne dönüşmüştür.
 ΔG0 >0 ise ürün oluşumu %50’ den azdır.
 ΔG0’ ın negatif değeri ne kadar büyük ise denge o derecede
reaksiyon ürünleri oluşturulması yönündedir.
KİMYASAL REAKSİYONLARIN KİNETİĞİ
Aktivasyon Entalpisi, katalizör, kimyasal reaksiyonlara ısının etkisi, reaksiyon hızını
etkileyen diğer faktörler
KİMYASAL REAKSİYONLARIN KİNETİĞİ
 Kinetik: Reaksiyon hızını (bir reaksiyonun zamana
bağlı olarak oluşumu) ve reaksiyon yolunu
(mekanizma) kapsar.
 Reaksiyon hızı (RH): Birim zamandaki
konsantrasyon değişimidir.
AKTİVASYON ENTALPİSİ
 Başlangıçtaki enerji içeriği ile uyarılmış pozisyondaki enerji
içeriği arasındaki fark, çoğu biyokimyasal reaksiyonlarda
görülen ve sabit basınç altında oluşan serbest aktivasyon
entalpisi (EA) adını alır.
• Aktivasyon enerjisi sabit hacimlerdeki reaksiyonlar için
geçerlidir.
• Aktivasyon enerji değeri ne kadar düşükse reaksiyon da o
derece hızlı seyreder.
• Bir reaksiyon için birçok reaksiyon yolu olası ise, reaksiyon
aktivasyon entalpisi en düşük yol üzerinden gerçekleşir.
KATALİZÖR
 Birçok reaksiyonun hızı belirli maddelerin katılımı ile artırılabilir
(kataliz).
 Kimyasal bir tepkimenin hızını tepkimede harcanmaksızın
artıran maddelere katalizör denir.
 Katalizör varlığında aktivasyon enerjisi düşük olan yeni bir
reaksiyon yolu açılır. Bu sayede reaksiyon hızı artırılır, hızın
artmasının nedeni ise daha fazla sayıda parçacığın
enerjilerinin EA değerini aşmasıdır.
KATALİZÖR
 Katalizörler selektif etki gösterirler ve normal olarak
seyredebilen tüm reaksiyonları aynı derecede
hızlandıramazlar. Özellikle biyolojik katalizörlerde bu etki
belirgindir ve reaksiyon sadece hızlandırılmaz, aynı zaman da
bir yönlendirme de söz konusudur.
 Enzimler belirli spesifik reaksiyonları katalize ederler.
Enzimlerin en önemli özellikleri katalitik güçleri ve spesifik
oluşlarıdır.
KİMYASAL REAKSİYONLARA ISININ ETKİSİ
 Kimyasal reaksiyonlar ısıdan etkilenirler ve ısının yaklaşık 10°
C’ lik bir yükselişi reaksiyon hızının yaklaşık iki katına
çıkmasına yol açar.
 Bu olay öncelikle yeterli derecede aktiviteye sahip
parçacıkların sayılarının artmasından, daha az derecede de
parçacıkların birbirlerine çarpma olasılıklarının artmasından
ileri gelir.
 Yüksek ısı derecesinde EA’ dan daha yüksek enerjiye sahip
parçacık sayısı artar ve birim zamanda daha fazla sayıda
parçacık reaksiyona girer.
REAKSİYON HIZINI ETKİLEYEN DİĞER FAKTÖRLER
 Reaksiyon hızı, reaksiyona giren maddelerin;
1. Yüzey genişlikleri ile de ilişkilidir. Parçacıkların çapı ne kadar
küçükse, RH o derecede yüksektir. Reaksiyon hızındaki bu
artış birimz amanda karşılaşılan parçacık sayısının artmasından
ileri gelir ve bu olgu özellikle ilaçların hazırlanmasında
önemlidir.
2. Molekül yapısı da RH’nı etkiler. Dipol yapısındaki su, yine dipol
yapıya sahip SO2 ile düz bir yapıya sahip CO2’ den daha hızlı
bir reaksiyon verir.
SORULAR
 Parçacıkların (atom, molekül ya da iyonlar) elektron aldıkları
olaylara ...................., elektron verdikleri olaylara ise
................... adı verilir.
a. Oksidasyon, redüksiyon
b. İndirgenme, yükseltgenme
c. Hidroksilasyon, redüksiyon
d. Dehidrojenasyon, adsorbsiyon
e. Oksidasyon, absorpsiyon
Cevap: b
SORULAR
 Aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır ?
a. Bir sistemin başlangıç ve son durumu arasındaki farklılıklara
termodinamik denir.
b. Sabit basınç altında oluşan reaksiyonlar sırasında açığa çıkan
reaksiyon ısısı entropi (ΔS) olarak tanımlanır.
c. İç enerji ya ısı (Q) ya da iş (A) olarak aktarılabilir.
d. Kimyasal bir tepkimenin hızını tepkimede harcanmaksızın artıran
maddelere katalizör denir.
e. Entropi (ΔS) bir sistemde var olan kararsızlığın ölçüsüdür.
Cevap: b
SORULARINIZ ?
KAYNAKLAR
 Serpek, B. 2015. Organik Kimya. Nobel Akademik Yayıncılık
 Eren, M. 2015. Organik Kimya Ders Notları
• Prof. Dr. Meryem EREN’e teşekkürlerimle...
 Not: Alıntı yapılmış görsellere ait kaynak bilgisi kullanıldığı yerde verilmiştir.
Ayrıca görsellerin bağlantıları hyperlink olarak eklenmiştir. Üzerine
tıklandığında kaynağa gidebilirsiniz.
Bir sonraki konu;
Organik Kimya giriş