VOLTA PİLİ
Alexsander Volta‘nın 1800’de bulduğu Volta pilinde elektrolit olarak sülfat asidinin suda eriğiyi kullanılır. Elektronlar ise, bir bakır bir de çinko çubuktur. Çinko çubuk negatif, bakır çubuk ta pozitif kutbu oluşturmaktadır. Daha hiçbir elektrik devresine bağlanmamış bir volta pilinin iki ucu arasındaki potansiyel farkı 1 volttur. Devreyi tamamladığımızda 1 voltluk gerilimin hızla düştüğünü göreceksiniz. Çünkü çinko iyon salarak hızla erimeye başlamıştır. Bu iyonlar SO4(sülfat)’la birleşerek ZnSO4 (çinko sülfat karışımı)’ü oluştururlar. Bu arada hidrojen gazı da bakır çubuk etrafında kaçak hava kabarcıkları şeklinde yükselmişlerdir.
Akım devam e
ttikçe gerilim farkı azalır. Artık öyle bir an gelir ki devreden akım geçmez. Eriyik içindeki hidrojen bakır çubuğu kaplar. Elektrolit, artık bakır çubuğun çeperine dokunamaz hale gelmiştir. Kutupların yeni hidrojenle kaplanan bakır çubuğun üzeri temizlenirse ve yeniden eriyik içine batırılırsa, akım geçmeye devam eder. Bu iki türlü yapılır. Biri zımpara kağıdı ile bakırın üzerindeki hidrojen tabakası kazınır. Diğeri ise bakır çubuk ateşe tutularak hidrojen kaplı tabaka yakılır. En basit ve ilk elektrik pili olan volta pili pratik olmadığından günümüzde kullanılmaz.
|
Galvanik Hücreler (voltaik hücreler)
Elektrik üretmek için oluşturulan bir galvanik hücre,
- İki ayrı yarı hücre
- Elektrotları birbirine bağlayan bir iletken tel,
- Çözeltiler arasındaki iyon bağlantısını sağlayan bir tuz köprüsünden, oluşur.
|
Yarı hücre: Bir metal çubuğun kendi iyonlarını içeren bir çözeltiye daldırılmasıyla oluşan sistemlerdir.
Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi CuSO4 çözeltisine(Cu2++ SO42-) daldırılmış Cu çubuktan ve ZnSO4
çözeltisine (Zn2++ SO42-) daldırılmış Zn çubuktan oluşan sistemler birer yarı hücredir. Metal çubuk,
tel veya plakalara elektrot denir. Bazen elektrot terimi tüm yarı hücre için de kullanılır.
Tuz Köprüsü: Genellikle iki ucu iyonların geçebileceği gözenekli bir yarı geçirgenle kapatılmış içerisinde
doygun bir tuz çözeltisi bulunan U boru şeklindedir.
|
Galvanik Hücrenin Çalışma Sistemi:
Yukarıdaki hücreyi örnek alarak bir hücredeki olayları anlamaya çalışalım.
- İki yarı hücre birbirine bağlandığı an aralarındaki potansiyel farkı yok etmek için Zn elektrottan Cu elektroda doğru elektronlar akmaya başlayacaktır. Çünkü bakırın indirgenme eğilimi Zn’dan daha büyüktür ve Zn karşısında indirgenmek isteyecektir.
- Zn atomları Cu’a 2 elektron vererek +2’ye yükseltgenir ve iyon halinde çözünerek çözeltiye geçer (Zn elektrot zamanla incelir ve hatta tamamen çözünür).
Zn (k) Zn2+ + 2e-
- İletken tel vasıtasıyla bakır(Cu) elektroda gelen elektronlar ise çözeltideki Cu2+ iyonlarını elektrot yüzeyine çeker ve metalik bakıra indirger. Metalik bakır metal elektrot yüzeyine tutunur.
Cu2+ + 2e- Cu(k)
- Toplam pil reaksiyonu ise aşağıdaki gibidir;
Zn (k) + Cu2+ Zn2+ + Cu(k)
- Çözeltilere baktığımızda bu alış veriş sonucu çözeltilerin nötralliği bozulmuş Zn çözeltisi (+) yüklenmiş, Cu çözeltisi ise (–) yüklenmiş gibidir ama böyle bir durum olamaz. Böyle bir durum olamayacağı için de reaksiyonun başlamadan durması gerekir. İşte bu sırada tuz köprüsü devreye girer ve K+ iyonları Cu çözeltisine, SO42- iyonları ise Zn çözeltisine geçerek çözelti yük dengesini korurlar. Böylece bir iletken tel ve bir tuz köprüsüyle elektron ve iyon akış devresi tamamlanmıştır.
- Reaksiyon devam ederken iki elektrot arasına bir avometre (multimetre) konulursa elektrotlar arasındaki potansiyel farkı ve akım okunabilir. Okunan potansiyele hücre potansiyeli veya elektromotor kuvveti (emk) denir ve Epil olarak gösterilir.
- Pil potansiyeli zamanla azalır ve sıfıra ulaştığında tüm sistem dengeye gelmiş olur. Fakat potansiyel farkı sıfırsa artık elektrik üretimi de söz konusu değildir.
- Bir pilde indirgenmenin gerçekleştiği elektroda katot, yükseltgenmenin olduğu elektroda da anot denir.
- Bir pilde elektronların üretildiği elektrot yani anot (–) uç, elektronların tüketildiği yer yani katot (+) uçtur
Pil diyagramları:Elektrokimyasal hücreleri yukarıdaki gibi çizmek çok açıklayıcı olmakla birlikte her zaman pratik değildir. Daha basit olarak hücre diyagramları şeklinde gösterilir. Hücre diyagramları yazılırken şu kabuller yapılır;
- Anot yarı hücresi sol tarafa yazılır,
- Katot yarı hücresi sağ tarafa yazılır,
- Çözeltideki iyon derişimi belirtilir.
- Yarı hücrelerdeki katı, sıvı, gaz faz farkları dikey bir çizgi(I) ile belirtilir,
- Yarı hücreler arasındaki sınır yani tuz köprüsü iki dik çizgi (II) ile belirtilir.
Örneğin, yukarıdaki pil için hücre diyagramı aşağıdaki gibidir;
Anot Zn(k) I Zn2+ (0,5M) II Cu2+ (0,5M) I Cu (k) Katot
Yarı hücre tuz köprüsü yarı hücre
(yükseltgenme) ( indirgenme)
DENEY ADI:VOLTA PİLİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİNİN İNCELENMESİ
DENEYİN AMACI: Volta pilinin yapısını ve özelliklerini incelemek.
HAZIRLIK SORULARI:
1-Volta pilinin içerisindeki kimyasal dönüşüm nasıl olmaktadır? Araştırınız.
2-Günümüzde volta pili yerine kuru pillerin kullanımının tercih edilmesinin nedenlerini araştırınız.
KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
|
1.üç ayak veya döküm ayak (2 adet)
|
5.çinko elektrot
|
9.bağlama parçası
|
|
2.statif çubuk
|
6.hertz ayağı
|
10.voltmetre
|
|
3.bakır elektrot
|
7.beherglas
|
11.anahtar
|
|
4.bağlantı kablosu
|
8.sülfirik asit
|
12.ampul ve duy
|
DENEY DÜZENEĞİ:
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Beherglas içine 200 ml su koyunuz. Üzerine bir miktar sülfirik asit dökünüz.
2-Bakır ve çinko elektrotları şekilde görüldüğü gibi çözeltiye daldırınız.(Gerekirse iki döküm ayak arasına Statif çubuk geçirerek, hertz ayaklarına elektrotlar tutturulabilir.)
3-Voltmetrenin ( + ) ucuna bakır, ( - )ucuna çinko elektrotları bağlıyarak pilin E.M.K. ‘sını ölçünüz.
DENEYİN SONUCU:Voltmetre göstergesinin hareket etmesi devreden bir akım geçtiğini gösterir. Volta pilinde voltmetrenin gösterdiği değer 1,1 volttur.
Örnek-1 : Ni2+ (suda) + Zn(k)à Ni(k) + Zn 2+(suda) denkleşmiş eşitliği için katot ve anot yarı-reaksiyonlarını hücreye ait denkleşmiş eşitliği ve hücre şemasını yazınız.
Ni2+(suda) +2e - à Ni(k) E°(katot)= -0,23 V
Zn2+(suda) +2e -à Zn (k) E°(anot)= -0,76 V
Anot reaksiyonu ters çevrilir:
Zn (k)àZn2+(suda) +2e- (anotta) yarı reaksiyonlar toplanır.
Nİ2+(suda) + Zn(k) à Ni(k) + Zn2+(suda)
E°Hücre= -0,23 v-(-0,76 v) =+0,53 V
Ve Zn(k)|Zn2+(suda)||Ni2+(suda)|Ni(k)
Örnek-2 : Au+(suda) à Au (k) + Au3+(suda) denkleşmiş eşitliği için katot ve anot yarı- reaksiyonlarını hücreye ait denkleşmiş eşitliği ve hücre şemasını yazınız.
3[Au+(suda) + e-à Au(k) ] E°(katot)=+1,69 V
Au3+(suda) +3e-à Au(k) E°(anot)= +1,40 V
Anot reaksiyonu ters çevrilir:
Au(k)à Au3+(suda) +3e- (anotta) yarı reaksiyonlar toplanır.
3Au+(suda) à2Au(k) + Au3+(suda)
E°Hücre =+1,69 V-1,40 V =0,29 V
Au(k)|Au3+(suda)||Au+(suda)|Au(k)
Örnek-3 : Cl2(g) + H2(g)à H2Cl(suda) denkleşmiş eşitliği için katot ve anot yarı- reaksiyonlarını hücreye ait denkleşmiş eşitliği ve hücre şemasını yazınız ?
Cl2(g)+2eà2Cl –(suda) E°(katot)=+ 1,36 V
2H+ (suda) +2e- à H2(g) E°(anot)= 0,00 V
Anot reaksiyonu ters çevrilir:
H2(g)à 2H+ (suda) +2e- (anotta) yarı reaksiyonlar toplanır.
E°Hücre = +1,036 - 0,00 =+1,36 V
Pt|H2(g)|H+(suda)||Cl-(suda)|Cl2(g)|Pt
Not: Gaz/iyon elektrot reaksiyonları için Pt gibi bir inert elektrot gereklidir.
 İLİGİLİ ANİMASYON İÇİN buraya TIKLAYIN
PERFORMANS DEĞERLENDİRME TESTLERİ
1- Ni/Ni2+(0,1M) ve Cd/Cd2+(0,1M) yarı hücrelerini kullanarak bir pil oluşturunuz.
a) Katot ve anot reaksiyonlarını yazınız
b) Hücre reaksiyonunu yazınız ve potansiyelini hesaplayınız.
c) Pil diyagramını yazınız.
Pilin yaptığı işi hesaplayınız
2- Aşağıdaki iki hücre için soruları cevaplayınız.
a) Cu2+ iyonları içeren bir çözeltiye ince bir Al yaprak
b) Al3+ iyonları içeren çözeltiye ince bir bakır yaprak,
daldırılırsa bir müddet sonra neleri gözlemleyebilirsiniz? Hangi reaksiyonlar gerçekleşir? Çözeltide bir değişiklik olur mu?
3- Aşağıdaki galvanik hücrelerin her biri için katot ve anot yarı reaksiyonlarını yazınız ve Hücre reaksiyonlarına ait eşitliği denkleştiriniz.
a) Pt(k)|Fe3+(suda),Fe2+(suda)||Ag+(suda)|Ag(k)
b) U(k)|U3+(suda)||V2+(suda)|V(k)
4- Bir galvanik hücrede hangi elektrotta yükseltgenme; hangi elektrotta indirgenme olmaktadır?
5- Aşağıdaki açıklamayı tamamlayınız :
a) Galvanik hücrede anyonlar (anot,katot) a doğru göç eder.ve elektronlar dış devrede (anot,katot) tan (anot,katot) a doğru akarlar.
b) Galvanik hücrenin dış devresinde ve iç devresinde yük taşıyan türler nedir?
|
