Bu sayfadaki Notlar
> Elektroliz Nedir?
Elektroliz Nedir?
Bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmaya elektroliz denir. Elektroliz, bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte gelişir. Elektrolit, çoğunlukla erimiş olarak ya da bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi halindedir. Volta pilinin bulunmasıyla (1800) ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili ilk deneyler, XIX. yy’ın başlarında gerçekleştirilmiştir.Elektroliz sözcüğünün, olayı özel olarak inceleyen Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı sanılmaktadır.
Elektroliz ile ilgili 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: Elektroliz kabında üreticinin negatif kutbuna bağlı elektroda denir.
Elektrolizin Uygulama Alanları
Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Elektroliz, ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle 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) baş vurulan 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, sidik yolu (üretra) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.
ELEKTROLİZDEN YARARLANMA
1.Metallerin Ayrıştırılması
Bunun için hangi metal ayrıştılıcaksa,o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır.Bu yöntem en çok bakır matali için kullanılır.Çözelti içine batırılan elektrotlardan biri arı bakır diğeri de arı olmayan bakırdır.Bakır iyonları (+)yüklü olduğundan katoda 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 alınırTeknikte kromaj,nikelaj ve gümüşle kaplama bu metodla 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 katoda gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler
-1-
Suyun Elektroliz Deneyi
Deneyin amacı:Suyun,elektroliz yoluyla hidrojen ve oksijene ayrılması.
Araç ve Gereçler:8 yuvarlak pil ve pil yatağı (veya 12 voltluk doğru akım güç kaynağı)
İletken teller ve tel tutturucuları
3 beherglas (250 cm3)
3 deney tüpü
6 çelik elektrot
Çamaşır suyu sodası çözeltisi
Ön bilgiler ve deney yapılışı:Temiz bir kaba 500cm3 saf su konur. 60 gr çamaşır sodasını (Na2 CO3 H2 O) azar azar su içine döküp karıştırarak çözünüz. Daha sonra çözeltiye, 1000cm3’e çıkıncaya kadar saf su ilave edilir. Böylece yaklaşık %5’lik çözelti hazırlanmış olur. 250 cm3’lük temiz bir beherin üçte ikisine kadar çözelti konur. İki deney tüpü alarak bunlar ağızlarına kadar ağızlarına kadar çözeltiyle doldurulur. Kesiti tüp ağzından daha geniş bir tıpayı parmağınızla bu tüpün ağzında tutarak tüp ters çevrilir ve beherdeki çözeltiye daldırılır. Daha sonra parmak çekilir ve tıpa çözeltiden alınır. Böylece tüp içine hava girmesi önlenmiş olur. İkinci tüp için de aynı işlem yapılır. İki çelik elektrot alınarak bunları, birer uçları çözelti içindeki tüpler içine girecek şekilde yerleştirilir. Elektrotların çözelti dışında kalan uçlarına tel tutturucuları ile iletken teller bağlanır. İletken tellerden birinin ucunu seri bağlı pillerin veya doğru akım güç kaynağının (+) ucu ile birleştirilir. Diğer iletken ucunu pil veya güç kaynağının (-) ucuna dokundurulup çekilir.
Elektroliz kabındaki elektrotlardan güç kaynağının (+) ucuna bağlanmıştı. Şimdi de diğer elektrotu güç kaynağının (-) ucuna bağlanıp saate bakılır.5, 10, 15. dakikada tüplerde toplanan gaz miktarları tüpler üzerinde işaretlenir ve devre kesilir. Güç kaynağının (-) ucuna bağlı elektrotun bulunduğu tüpte hidrojen gazı diğer tüpte de oksijen gazı toplanır.
Sonuç: Su, kendini meydana getiren hidrojen ve oksijene ayrışmış olur.
Elektrolizi Kim Bulmuştur?
Michael Faraday
(Newington, Surrey, bugün Southwark – Hampton Court 1791-1867)
Bir demir işçisinin oğluydu. Londra’da bir kitapçı kırtasiyede çalışmaya başladı, daha sonra bir ciltçinin yanında çırak oldu. Böylece çok sayıda kitap okuma fırsatını buldu ve özellikle Kimya ve elektriğe ilgi duydu. Geceleri Davy’nin Royal İnstitution’da verdiği derslere katıldı ve bilimsel konferansları izledi. Davy burada kendisine asistanlık görevi verdi; aynı yerde 1825’te laboratuar müdürü, 1833’te de kimya profesörü oldu.
Kimya ile ilgili ilk araştırmalarında maden kömürü katranlarında benzeni buldu. Basit bir aletin içinde sıkıştırma ve soğutma yoluyla, çağında bilinen hemen hemen bütün gazları sıvılaştırmayı başardı. Qersted’in buluşundan sonra 1824 yılında elektromanyetikliği incelemeye başladı ve bir mıknatısın elektrik akımı üzerindeki etkisini gözledi; böylece Ampére’in kuramlarını tamamlamış oldu. Bu yolla, sürekli mıknatısların etkisi altındaki bir devreyi döndürmeyi başardı ve elektrik motorunu çalıştıracak ilkeyi bulmuş oldu. 1831’de, kuşkusuz en önemli buluşunu gerçekleştirdi: mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektromanyetik indüklemeyi bularak dinamoların yapımını sağladı.1833’te elektroliz kuramını ortaya koydu; olayın adını, elektrot ve iyon terimlerini ortaya attı: kendi adını taşıyan nitelik ve nicelik yasalarını belirledi. Daha sonra elektrostatikle uğraştı, 1843’te elektroskopa bağlı silindir yardımıyla elektriğin korunumu ilkesini doğruladı. Etkiyle elektriklenme kuramını ortaya koydu; çukur bir iletkenin ( Faraday kafesi) elektrostatik etkilere ekran oluşturduğunu gösterdi. 1846’da elektrostatik enerjinin dielektriklerde yerleştiğini buldu. Bu buluşu Maxwell’in elektromanyetiklik kuramını geliştirmesine yardımcı oldu ve elektrikle Hertz dalgaları arasındaki bağıntıları açıklamaya yaradı. Yine bu buluş yalıtkanların özgül indükleme gücünü tanımlamayı sağladı. 1838’de elektro-ışıldama olayını ortaya koydu. 1845 tarihli son buluşları, polarize ışığın manyetik alan üzerindeki etkisi de diyamanyetikliktir.
Başlıca yapıtları:
Elektrikte Deneysel Araştırmalar,1839-1855(Experimental Researches In Electricity)Kimya ve Fizikte Deneysel araştırmalar,1850 (ExperimentalResearches In Chemistry and Physics )
Doymuş Nacl Çözeltisinin Elektroliz Sonucu Elementlerine Ayrışmasının İncelenmesi.
DENEYİN ADI oymuş NaCl çözeltisinin elektrolizi
DENEYİN AMACIoymuş NaCl çözeltisinin elektroliz sonucu elementlerine ayrışmasının incelenmesi.
ELEKTROLİZ
Kendiliğinden oluşmayan bir kimyasal tepkimenin elektrik enerjisi yardımıyla gerçekleşmesine ,yani elektrik enerjisin kimyasal enerjiye dönüşmesine ELEKTROLİZ 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.
Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek bazı maddelerin ayrıştırılarak elementlerini serbest olarak açığa çıkarma işlemine elektroliz denir.
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.
(zafer yayınları kimya sy :446-447)
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)
ısı
1,2 ve 3 tepkimelerini taraf tarafa toplarsak : KCl(k ) elektroliz K(k)+1/2Cl2(g)
–
SULU ÇÖZELTİLERİN ELEKTROLİZİ:
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
Anoda yakın olan çözeltide Cl (-) iyonları ile çok az miktarda OH(-) iyonları ve H2O 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.
(modern üni. Kimyası sy :410)
KATOT TEPKİMESİ:
2 H2O+2 e- H2(g)+2OH-
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 . ( deney föyü elektroliz deneyi)
Elektroliz Nedir
Elektroliz Nedir
Elektroliz – Elektroliz Kullanım Alanları – Suyun Elektroliz Deneyi – e-Kimya
Suyun Elektroliz Deneyi
Deneyin amacıSuyun,elektroliz yoluyla hidrojen ve oksijene ayrılması.
Araç ve Gereçler: 8 yuvarlak pil ve pil yatağı (veya 12 voltluk doğru akım güç kaynağı)
İletken teller ve tel tutturucuları
3 beherglas (250 cm3)
3 deney tüpü
6 çelik elektrot
Çamaşır suyu sodası çözeltisi
Ön bilgiler ve deney yapılışı: Temiz bir kaba 500cm3 saf su konur. 60 gr çamaşır sodasını (Na2 CO3 H2 O) azar azar su içine döküp karıştırarak çözünüz. Daha sonra çözeltiye, 1000cm3’e çıkıncaya kadar saf su ilave edilir. Böylece yaklaşık %5’lik çözelti hazırlanmış olur. 250 cm3’lük temiz bir beherin üçte ikisine kadar çözelti konur. İki deney tüpü alarak bunlar ağızlarına kadar ağızlarına kadar çözeltiyle doldurulur. Kesiti tüp ağzından daha geniş bir tıpayı parmağınızla bu tüpün ağzında tutarak tüp ters çevrilir ve beherdeki çözeltiye daldırılır. Daha sonra parmak çekilir ve tıpa çözeltiden alınır. Böylece tüp içine hava girmesi önlenmiş olur. İkinci tüp için de aynı işlem yapılır. İki çelik elektrot alınarak bunları, birer uçları çözelti içindeki tüpler içine girecek şekilde yerleştirilir. Elektrotların çözelti dışında kalan uçlarına tel tutturucuları ile iletken teller bağlanır. İletken tellerden birinin ucunu seri bağlı pillerin veya doğru akım güç kaynağının (+) ucu ile birleştirilir. Diğer iletken ucunu pil veya güç kaynağının (-) ucuna dokundurulup çekilir.
Elektroliz kabındaki elektrotlardan güç kaynağının (+) ucuna bağlanmıştı. Şimdi de diğer elektrotu güç kaynağının (-) ucuna bağlanıp saate bakılır.5, 10, 15. dakikada tüplerde toplanan gaz miktarları tüpler üzerinde işaretlenir ve devre kesilir. Güç kaynağının (-) ucuna bağlı elektrotun bulunduğu tüpte hidrojen gazı diğer tüpte de oksijen gazı toplanır.
Sonuç: Su, kendini meydana getiren hidrojen ve oksijene ayrışmış olur.