|
ELEKTROLİZ
Kendiliğinden oluşmayan bir kimyasal tepkimenin elektrik enerjisi yardımıyla gerçekleşmesine, yani elektrik enerjisin kimyasal enerjiye dönüşmesine elektroliz denir.
Elektroliz İle İlgili Bazı Terimler
Elektrolit : İçinde serbest iyon bulunduran ortamlara denir.
Elektrot : Elektrolit içine batırılan metallere denir.
Anot :Bir elektroliz kabında üreticinin pozitif kutbuna bağlı elektroda denir.
Katot :Bir elektroliz kabında üreticinin negatif kutbuna bağlı elektroda denir.
Elektrolit ,elektrik akınını ileten katyon ve anyon içeren saf sıvı ya da sulu çözeltilerdir.Sıvı halde ya da suda çözündüğünde iyonlarına ayrışabilen bir madde içerisinden doğru akım geçirildiğinde kendiliğinden oluşmayan indirgenme ve yükseltgenme olayı gerçekleşerek ,elektrolit içindeki bazı elementlerin açığa çıkması olayı elektrolizdir.
Elektroliz yapabilen bir çok madde vardır. Örneğin;NaCl,KL,NaNO3,SO4 gibi tuzlar.HCl,HHNO3 gibi asitler, NaOH,KOH,Ca(OH)2 gibi bazlar, bazı oksit bileşikleri ya sıvı halde yada sulu çözeltilerinde elektroliz yapılarak ayrıştırılabilirler.Bir elektroliz için doğru akım güç kaynağı ,elektrotlar ve elektrolit gerekir
SULU ÇÖZELTİLERİN ELEKTROLİZ
Suda çözündüğünde iyonlarına ayrışabilen maddelerin oluşturduğu anyon ve katyon yanında ,H2O’nun varlığı anot ve katot tepkimesinin belirlenmesini güçleştirir.
Örneğin;KCl çözeltisini inceleyelim.
KCl(k) --> K(+)(aq)+Cl(-)(aq)
H2O(s) --> H(+) (aq)+OH(aq)
Anot (+) Katot(-)
Cl(-) --> K(+)
OH(-) --> H (+)
H2O --> H2O
ERİMİŞ MADDELERİN ELEKTROLİZİ:
İyonik bileşikler ısıtılırsa sıvı hale geçer.Sıvı hale geçmiş iyonlu maddelerde oluşan anyon ve katyonlar ,anot ve katotta serbest hale geçerler.
ÖRNEK:Erimiş KCl ‘nin elektrolizinde anot ve katot tepkimelerini yazalım .
1. KCl(k) --> K(+)+Cl(-)
anot katot
Cl(-)(anyon) K(+)(katyon)
Yükseltgenme indirgenme
(e- verme) (e- alma)
2.Anot tepkimesi:Cl(-) --> 1/2Cl2 +e-
3.Katot tepkimesi: K(+) + e --> K(s)
1,2 ve 3 tepkimelerini taraf tarafa toplarsak :
KCl(k ) elektroliz > K(k)+1/2Cl2(g)
Anoda yakın olan çözeltide Cl (-) iyonları ile çok az miktarda OH(-) iyonları ve H2 AVERAGE() O bulunur .Katoda yakın olan çözeltide ise ,K(+) iyonları ile çok az miktarda H(+) iyonları ile H2O bulunur.
Birden çok anyon ve katyonun bulunduğu elektroliz kaplarında ,anot ve katotta ilk önce hangi anyon ve katyonun açığa çıkacağını anlamak için üç değişik yol izlenebilir.
1.Anyon ve katyonların indirgenme gerilimleri bilinmelidir.İndirgenme gerilimi büyük olan katyon ilk önce açığa çıkar.İndirgenme gerilimi küçük olan anyon ilk önce açığa çıkar.
2.Anyon ve katyonların elektron verme eğilimleri bilinmelidir.Elektron verme eğilimi en küçük olan katyon ilk önce açığa çıkarken ,elektron verme eğilimi en büyük olan anyon ilk önce açığa çıkacaktır.
3.Anyon ve katyonların aktiflik sırası bilinmelidir.Elektroliz kabında anot ve katot üzerinden pasif olanlar ilk önce açığa çıkar.Aktiflik metaller için elektron verme eğilimi,ametaller için elektron alma eğilimidir.
KATYONLARIN AKTİFLİK SIRASI:
K+,Ba+2,Ca+2,Na+1,Mg+2,Al+3,Zn+2,Fe+2,H+1,Cu+2,Hg+2,Ag+2,Pt+3,Au+3
Aktif Pasif
ANYONLARIN AKTİFLİK SIRASI :
F(-),SO4-,NO3-,OH(-),Cl(-),Br(-),I(-)
Aktif Pasif
Bu bilgilerden herhangi birinin bilinmesi ,çok iyonlu elektrolizlerde anot ve katotta ilk önce hangi maddenin açığa çıkacağını verecektir
Yukarıdaki KCl çözeltisinin elektrolizinde ;katotta toplanan K+ ve H+ ve H2O dan K+ ‘nın indirgenme gerilimi ya da elektron alma eğilimi küçük olduğu için H+ indirgenmelidir.Ancak nötr çözeltilerde H+ iyonları derişimi az olduğu için H2O indirgenir.
KATOT TEPKİMESİ:
2 H2O+2 e- H2(g)
Anotta toplanan elektronlar içinde elektron verme eğilimi en büyük olan Cl(-) olduğundan ilk önce Cl(-) toplanır
ANOT TEPKİMESİ:
Cl(-) 1/2Cl2+ e
ELEKTROLİZDE TOPLANAN MADDE MİKTARI:
Bir elektroliz devresinde anot ve katotta toplanacak madde miktarı ,devreden geçen elektrik akımının yükü ile doğru orantılıdır .
Elektrik yükü =Akım şiddeti*zaman
Q=I*t
Akım şiddeti amper ,zaman saniye alınırsa yük miktarı kolon olarak hesaplanır .1 mol elektrik yüküne 1F denir .
Elektrik akımı ile kimyasal değişim arasındaki ilişkileri inceleyen kurallar faraday yasası olarak bilinir .
Bir elektrik devresinde anot ve katotta açığa çıkan madde miktarı ,devreden geçen elektrik yükü miktarı ile doğru orantılıdır.
Devreden 1 faradaylık yük geçtiğinde anot ve katotta bire eşdeğer gram madde açığa çıkar.
Farklı elektroliz kaplarında aynı miktar elektrik yükü ile yapılan elektrolitlerle açığa çıkan maddelerin eşdeğer gram sayıları eşit olur .
Seri bağlı elektroliz kaplarında anotlarda yada katotlarda toplanan maddelerin eşdeğer sayıları eşit olur .
NaCl’ nin elektrolizi için iki yol düşünülebilir.Birincisi NaCl ‘ün sudaki çözeltisi ,ikincisi de ısıtılarak sıvı hale getirilmiş NaCl elektroliz edilebilir.
Çözeltinin çok seyrek olması halinde su elektroliz olmaktadır . Bu durumda pil reaksiyonları :
Anot :2H2O O2+4H(+)+4e(-)
Katot :4 H2O+e(-) 2H2+OH(-)
Toplam:6 H2O O2+2 H2+4H+OH
Çözeltinin konsantrasyonun yüksek olması halinde anotta su yerine klorür iyonları yükseltgenir.
Anot :2Cl(-) Cl2+2e(-)
Katot : 2H2O+2e(-) H2+ 2OH(-)
Toplam:2Cl(-)+ 2H2O Cl2+ H2+ 2OH(-)
Konsantrasyonları farklı iki çözeltide katot reaksiyonları aynı iken ,anot reaksiyonları farklıdır .Böyle bir değişikliğin nedenini standart anot potansiyellerini karşılaştırarak açıklayabiliriz.
H2O 1/2 O2+2H+2e(-) E=-1.23V
2Cl Cl2+2e(-) E=-1.36 V
Standart elektrot potansiyellerini karşılaştırdığımızda klorür iyonlarının suya göre daha güç yükseltgeneceğini ancak potansiyeller arasındaki farkın çok küçük olması nedeniyle yüksek klorür konsantrasyonunda su yerine klorürün yükseltgendiğini söyleyebiliriz.Üç çeşit ürünün elde edilmesi nedeniyle NaCl çözeltisinin elektrolizi ,teknikte kullanılan en önemli yöntemlerden biridir.
Erimiş NaCl çözeltisinin elektrolizi:
Anot :2Cl Cl 2 +2e(-)
Katot:2Na + 2e (-) H2 +2Na
Toplam: 2Cl+2Na Cl 2 +2Na reaksiyonu gerçekleşmektedir.Bu yöntem metal halinde sodyum elde edilmesi için kullanılır .
Elektrolizin uygulama alanları : Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) başvurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, üretra ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.
Elektrolizden yararlanma : 1.Metallerin Ayrıştırılması : Bunun için hangi metal ayrıştırılacaksa, o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır. Bu yöntem en çok bakır metali için kullanılır. Çözelti içine batırılan elektrotlardan biri arı bakır, diğeri de arı olmayan bakırdır. Bakır iyonları (+) yüklü olduğundan katota gider, orada nötrleşerek arılaştırılmış olur.
2.Metalle Kaplamacılık : Herhangi bir metalle kaplamak istediğimiz bir cisim elektroliz kabında katot olarak kullanılır. Hangi metalle kaplamak istiyorsak o da anot olarak seçilir. Çözelti yerine anot olarak kullanılan metalin tuzunun, sudaki çözeltisi alınır. Teknikte kromaj, nikelaj ve gümüşle kaplama bu metotla olur. Bir demir çatal nikelle kaplanmak isteniyorsa, çatal katot,nikel ise anot olarak seçilir. Çözelti olarak nikel tuzu çözeltisi kullanılır. Sulu çözelti içindeki nikel iyonları katota gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler.
 ANİMASYONLU DENEY İÇİN buraya TIKLAYIN
DENEY-1 :
SUYUN ELEKTRİK AKIMININ ETKİSİYLE ELEMENTLERİNE AYRILMASININ GÖZLENMESİ
DENEYİN AMACI: Bileşikleri (su) elektrik enerjisi ile ayrıştırarak başka saf maddeler elde etmek.
HAZIRLIK SORULARI:
1-Farklı yükler birbirini çekerler yargısı elektrotta gerçekleşen olaylar için söylenebilir mi? Araştırınız.
2-Suyu oluşturan gazlardan oksijen gazı hangi elektrotta toplanmasını beklersiniz?
3-Suyun elektrolizinde oluşan hidrojen ve oksijen gazları arasındaki yaklaşık oran nedir? Araştırınız.
4-Saf su ile elektroliz olayını gerçekleştirmek mümkün müdür?
MALZEMELER
1 .güç kaynağı
2.deney tüpü
3.çelik elektrot
4,krokodil Kablo
5.cam çubuk
6.damlalık
7 .üç ayak
8.statif çubuk
9.beherglas
10.bunzen kıskacı
11. su
12.sülfirik asit veya sodyum karbonat
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Bir behergias içerisine 500 mi su koyunuz. İçine az miktar sütfirik asit veya 30 gr kadar çamaşır sodası (Na2C03) koyarak çözeltinizi hazırlayınız.
2-lki deney tüpünü de hazırladığınız çözeltiyle ağzına kadar doldurunuz. Sonra hava almayacak şekilde parmağınızla kapatarak ters çeviriniz ve behergias içerisindeki çözeltiye daldırınız. Tüpleri Bunzen kıskacıyla sabitleyiniz.
3-Elektrotların uçlarını şekilde görüldüğü gibi tüplerin içlerine yerleştiriniz. Krokodilleri elektrotlara bağlayarak, diğer uçlarını güç kaynağının doğru akım çıkışına bağlayınız.
4-Tüplerdeki gaz birikmesi sona erdikten sonra yine hava almayacak şekilde sudan çıkarınız. Tüplere kibrit alevi yaklaştırdığınızda patlayarak yanan gaz hidrojen (yanıcı gaz), alevi daha parlak yakan gaz ise oksijen (yakıcı ğâz) gazıdır.
DENEYİN SONUCU:
Suyun elektrolizinde; (-) kutba bağlı olan tüpte iki hacim hidrojen , ( +) kutba bağlı olan tüpte bir hacim oksijen gazı toplanır.
DENEY-2:ELEKTROLİZ İLE BAKIR KAPLAMA
DENEYİN AMACI: Elektroliz olayının öğrenilmesi ve bir metal parçasının bakır ile kaplanması.
KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER :
v Doğru Akım Kaynağı
v Beher
v Metal Parçası (Anahtar)
v Bakır Elektrot
v 2 Adet Krokodil
v Bakır Sülfat
v Bağlantı Kabloları
v Çeşme Suyu
DENEYİN YAPILIŞI :
Metal parçası tartılır. Beher içine bir miktar su konulur. Metal parçası (anahtar) üretecin negatif (-) kutbuna, bakır elektrot ise krokodilli kablo yardımıyla pozitif (+) bağlanır. Suyun içine bakır sülfat ekleyerek mazi renkli çözelti elde edilir. Güç kaynağı çalıştırılır. Kaplama gerçekleştiği anda güç kaynağı durdurulur.
DENEYİN ŞEKLİ :
DENEYİN SONUCU :
Güç kaynağını çalıştırdıktan sonra anahtarın üzeri bakır oldu; ama kaplama işlemi gerçekleşmedi. Mendille silince anahtar eski halini aldı. Birkaç defa denedikten sonra bakırla kaplama gerçekleşti. Katottaki ve anottaki tepkimeler :
Katot
2e- + Cu+ --> Cu(k)
Anot
Cu(k) --> Cu+ + 2e-
- Metal parçasının (anahtarın) kaplanmadan önceki kütlesi = 13,880 gr
- Metal parçasının (anahtarın) kaplanmadan sonraki kütlesi = 15 gr
- Elektroliz süresi = 30 sn
- I = 4,8 A
Faraday yasasına göre;
m/(m/z) = I. t / F
q= I.t 1 F 96500 coulomb
q=4.8A.30 sn x F 144 coulomb
q=144 coulomb X = 0,0015 F
Cu için; eşdeğer gram:ma / Ts 63,55gr / 2 = 31,775gr
1 F 31,775 gr Cu
0,0015 F X gr
X = 0,048 gr (anahtarda toplanması gereken madde miktarı)
Deney sonucunda toplanan madde miktarı = 15 - 13,880 =1,12 gr.
DENEYİN YORUMU :
Bakır kaplama birkaç denemeden sonra
|
