Elektroliz video 12. sınıf Hocalara Geldik
Bir toplumun geçmişiyle geleceği arasında bağ kuran kültürel unsurlar soyut kavramlarla sınırlı değildir. Geçmişte kullanılmış pek çok eşya da o dönemin insanlarının zevkini, hayata bakış açısını yansıtır. Örneğin eski zamanlardan kalma bir bakır çatal, bir gümüş kaşık sadece günlük ihtiyacı karşılayan sıradan aletler olmanın ötesinde bugünü geçmişe bağlayan maddi değerlerdir. Korozyon ve diğer yıpratıcı etkiler bu metal eşyaların günlük hayatta kullanılmasını engelleyerek ekonomik kayıplara neden olduğu gibi bugünle geçmiş arasındaki bağları da koparmaktadır. Bilim insanı Michael Faraday (Maykıl Faraday) tarafından 1800’lü yıllarda kullanılan elektroliz birçok kullanım alanının yanı sıra bu metallerin kaplanmasına imkân tanıyarak yukarıda anılan olumsuzlukları ortadan kaldırmıştır. Bu bölümde elektroliz olayını, elektrolizde açığa çıkan madde miktarıyla zaman ilişkisini, elektrik yüküyle kütle ilişkisini ve coulomb (kulon) birimini öğreneceksiniz. Ayrıca Faraday bağıntısını, Faraday bağıntısıyla hesaplama yapmayı, bileşiklerin elektroliz yardımıyla elementlerine ayrılmasını ve metallerin elektrolizle kaplanmasını öğreneceksiniz.
Elektrik Akımı ve Maddesel Değişim
4. Bölüm’de elektrokimyasal hücrelerde kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü açıklanmıştı. Bu bölümde elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşümünü öğreneceksiniz. Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren elektrokimyasal hücreye elektrolitik hücre (elektroliz hücresi), elektrolitik hücrede gerçekleşen olaya ise elektroliz denir. 4. Bölüm’de anlatılan elektrokimyasal pilde çinko sülfat (ZnSO4 ) elektrolitine batırılmış çinko metali anot elektrot, bakır sülfat (CuSO4 ) elektrolitine batırılmış bakır metali ise katot elektrottur. Bu pilde standart koşullarda istemli olarak gerçekleşen elektrokimyasal tepkime sonucunda 1,100 V elektrik enerjisi üretilir. Zn elektrot aşınıp kütlesi azalırken Cu elektrodun kütlesi artar. Elektrokimyasal pilde gerçekleşen tepkimenin denklemi aşağıdaki gibidir.
Şekil 1.17’de gösterilen elektrokimyasal pildeki voltmetre yerine 1,10 V’tan daha yüksek gerilim uygulayan bir üreteç bağlanırsa tepkime tersine döner (Şekil 1.18). Yani Cu elektrot anot, Zn elektrot katot işlevi görür. Cu elektrot aşınıp kütlesi azalırken Zn elektrodun kütlesi artar. Böylece üretecin ürettiği enerjinin etkisiyle elektroliz hücresinde istemsiz elektrokimyasal bir tepkime gerçekleşir.
Faraday Kanunları
1800’lü yıllarda Michael Faraday (Görsel 1.9) tarafından yapılan elektrolizle ilgili çalışmalar, Faraday Kanunları olarak adlandırılmış ve günümüze kadar geçerliliğini sürdürmüştür. Faraday Kanunları iki kısımda incelenebilir: 1. kanuna göre anot ve katotta toplanan veya çözünen madde miktarı devreden geçen elektrik yük miktarıyla doğru orantılıdır. Bu kanuna göre Avogadro sayısı kadar (1 mol) elektron içeren yük miktarına 1 Faraday (F) yükü denilmiştir.
Metal Kaplamacılık
Gündelik hayatta çok fazla kullanım alanına sahip olan metaller, çevresel etkenler nedeniyle zamanla aşınarak kullanılamaz hâle gelir. Bu durum millî servetin kaybı ve doğal kaynakların israfına yol açar. Bu nedenle metal aşınmalarının önlenmesi sürdürülebilir gelişmenin bir parçası ve her bir bireyin sorumluluğudur. Aşınmanın önlenmesi amacıyla metaller, aşınmaya daha dayanıklı başka metallerle kaplanır. Metal kaplamacılığı, saflaştırmayla beraber endüstride en yaygın yapılan kimyasal işlemlerden biridir. Kaplamacılıkta altın, gümüş, krom, nikel, bakır gibi metaller kullanılır (Görsel 1.10). Metalle kaplama işleminde kaplanacak madde elektroliz kabında katot elektrot, kaplayacak metal anot elektrot olarak görev yapar. Elektrolit olarak anotta kullanılan metalin iyonunu içeren çözelti kullanılır. Örneğin bakır bir çatal, gümüşle kaplanmak istenirse çatal katot; gümüş metali anot olarak seçilir. Elektrolitik hücrede çözelti olarak gümüş iyonu içeren çözelti kullanılır. Sulu çözelti içindeki gümüş iyonları katoda gider ve element hâlinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirir (Şekil 1.19).
Elektroliz ile Bileşiklerin Elementlerine Ayrılması
Doğada birçok element, bileşikleri hâlinde bulunur. Elementleri bileşiklerinden elde etmek için kullanılan yaygın yöntemlerden biri de o elementin oluşturduğu bileşiğin sıvısının elektroliz edilmesidir. Örneğin sodyum metali doğada genellikle NaCl bileşiği şeklinde bulunur. Elektroliz yardımıyla sıvı hâldeki NaCl bileşiği kullanılarak Na ve Cl2 elementleri elde edilebilir. NaCl bileşiğinin sıvısı, elektroliz edilirken Cl– iyonları anot elektrotta e– vererek yükseltgenir ve anot elektrot etrafında Cl2 gazı şeklinde birikir. Cl– iyonlarının verdiği elektronları katot elektrotta Na+ iyonları alarak indirgenir ve katot elektrot üzerinde birikir (Şekil 1.20).
Bu tepkimeler sonucunda Cl2 gazı ile Na katısı saf olarak elde edilir. Elektrolizde ayrıştırmaya başka bir örnek de suyun elektrolizidir. Su, H2 ve O2 elementlerinden oluşan bir bileşiktir. Oda şartlarında kendiliğinden bileşenlerine ayrışmaz. Suyun elementlerine ayrışması ancak elektrolizle mümkündür. Suyun elektrolizi Hoffman (Hofman) voltametresi ile gerçekleştirilir (Şekil 1.21). Saf su elektriği az ilettiğinden suyun elektrolizi sırasında elektriksel iletkenliğini artırmak için suya çok az miktarda sülfürik asit ilave edilir. Suyun elektrolizi sırasında anotta yükseltgenme tepkimesi gerçekleşir ve anot elektrot etrafında O2 gazı açığa çıkar. Katotta indirgenme tepkimesi gerçekleşir ve katot elektrot etrafında H2 gazı açığa çıkar.
