Konu-9: Elektrokimya

[sinan]

ELEKTROKİMYA

• ELEKTROKİMYA
A. AKTİFLİK
B. PİLLER
C. ELEKTROLİZ

A. AKTİFLİK
Metallerin elektron verme, ametallerin elektron alma yatkınlıklarına aktiflik denir. Yani bir metal ne kadar kolay elektron veriyorsa bir ametal ne kadar kolay elektron alıyorsa o kadar aktifdir.

1. Yükseltgenme potansiyeli

Na --> Na+ + e– E° = +2,9 volt
Zn --> Zn+2 + 2e– E° = +0,76 volt
H2 --> 2H+ + 2e– E° = 0,00 volt
Cu --> Cu+2 + 2e– E° = –0,34 volt
Ag --> Ag+ + e– E° = –0,8 volt

a. Yükseltgenme potansiyeli büyük olanlar daha aktifdir.
b. Yükseltgenme potansiyeli pozitif olanlar hidrojenden daha aktif olduklarından asitlerle H2 açığa çıkarırlar.
c. Yükseltgenme potansiyeli (–) olanlar hidrojenden pasif olduklarından bu metaller asitlerle H2 gazı açığa çıkarmazlar.

2. İndirgenme potansiyeli
Yükseltgenme potansiyelinin tam tersidir.

Na+ + e– --> Na E° = –2,9 volt
Ag+ + e --> Ag E° = +0,8 volt

3. Çözünme
Bir metalin çözünmesi demek yükseltgenmesi demektir. Bir metal ne kadar kolay çözülebiliyorsa o kadar aktifdir. Bir tuz çözeltisinde herhangi bir metal çözünebiliyorsa metal aktifdir. Çözünemiyorsa metal pasifdir.

B. PİLLER

Ag --> Ag+ + e– E° = –0,8 volt
Zn --> Zn+2 + 2e– E° = +0,76 volt
1. Anot : Yükseltgenmenin olduğu yer. Yükseltgenme olayı aktif olan elektrotta gerçekleşir.
Anot reaksiyonu : Zn --> Zn+2 + 2e E° = +0,76 volt
• Zn elektrodun kütlesi azalır.
• Zn+2 derişimi artar.
2. Katot : İndirgenmenin olduğu yer. İndirgenme olayı katot kabının çözeltisinde meydana gelir.
Katot reaksiyonu : Ag+ + e– --> Ag E° = +0,8 volt
• Ag elektrodunun kütlesi artar.
• Ag+ iyonlarının derişimi azalır.
3. Pil Reaksiyonu ve Pil Potansiyeli : Bir pil sistemindeki anot ve katot reaksiyonlarının toplamına pil reaksiyonu denir.
Zn + 2Ag+ <==> Zn+2 + 2Ag ^E° = +1,56 volt
• Pil potansiyeli pozitif ise pil kendiliğinden çalışır.
• Yarı reaksiyonlardan herhangi biri bir katsayı ile çarpılırsa potansiyel değişmez.
4. Tuz Köprüsü : İyon denkliğini sağlar. Tuz köprüsü olmazsa pil çalışmaz.
5. Dış devrede elektron akımı daima anottan katota doğrudur.
6. Pil Potansiyeli Hangi Etkilerle Değiştirilebilir : Bir pil reaksiyonunda reaksiyonu sağa kaydıran faktör potansiyelin artmasına, sola kaydıran faktör potansiyelin azalmasına neden olur.
Zn(k) + 2Ag+(g) <==> Zn+2(aq) + 2Ag(k)
• Anot kabına saf su eklemek Zn+2 derişimini azaltacağından reaksiyon sağa kayar potansiyel artar.
• Katot kabına katı AgNO3 eklemek Ag+ derişimini arttıracağından denge sağa kayar potansiyel artar.
• Anot kabına katı Zn(NO3)2 eklemek Zn+2 derişimini arttıracağından denge sola kayar potansiyel azalır.
Not: Anot ve Katot olaylarını unutmamak için Sinan Hoca derki: "Kimya'ya güvenin" Buradaki Kimya Ki-(katotta indirgenme)-m-YA(tersten okunusa anotta yükseltgenme) şeklinde akılda kalıcılığı sağlanabilir.
ELEKTROLİZ
Pil sistemlerinde voltmetre yerine üreteç bağlanarak dışarıdan en az pil potansiyeli kadar akım uygulanırsa pilde gerçekleşen olayların tam tersi olur. Elektrik enerjisi ile kimyasal tepkimelerin oluşumunu sağlayan düzeneklere elektrolitik pil bu olaya da elektroliz denir.

Zn + Cu+2 <==> Zn+2 + Cu ^E°= +1,1 volt

denklemi soldan sağa doğru kendiliğinden oluşur. Denklem sağdan sola doğru yürüyebilmesi için dışardan en az 1,1 volt'luk e.m.k.'nın uygulanması gerekir.
Dışardan uygulanan e.m.k. 1,1 volt olursa Cu elektrotta aşınma yani Cu --> Cu+2 'ye yükseltgenme,
Zn+2 --> Zn'ye indirgenme olur. Görüldüğü gibi pilde gerçekleşen olayların tam tersi gerçekleşmektedir. Cu kabı anot, Zn kabı ise katot olur.

ELEKTROLİZ
Asit, baz ve tuzlar sıvı halde ya da çözeltileri elektrik akımını iletirler. Elektrik akımını ileten bu sıvılara elektrolit denir.
Elektrolit maddelerden, elektrik akımı geçirilirse bunların çözeltilerinde bulunan katyonlar indirgenerek katot elektrodunda, anyonlar yükseltgenerek anot elektrodunda toplanırlar.
Elektroliz kabında birden fazla cins katyon varsa bu katyonlardan ilk önce en kolay indirgenebilen, yani indirgenme potansiyeli en büyük olan indirgenir. Daha sonra sırası ile indirgenme devam eder.
Kapta birden fazla cins anyon varsa, anotta ilk önce en kolay yükseltgenebilen yani yükseltgenme potansiyeli büyük olan anyonlar toplanır.

ERİMİŞ TUZLARIN ELEKTROLİZİ
Tuzlar eritildiğinde iyonlarına ayrıştığından dolayı erimiş tuzlar elektriği iletirler.
Bir eritilmiş tuzda (+) iyonlar indirgenecek, (–) iyonlar yükseltgenecektir.
Erimiş NaCl tuzunun elektrolizi;

NaCl tuzu eritilince kapta yalnız Na+ ve Cl– iyonları bulunur.
Elektroliz edilince katotda indirgenme, anotta ise yükseltgenme olur.
Anot reaksiyonu : Cl– --> 1/2 Cl2(g) + e–
Katot reaksiyonu : Na+ + e– --> Na(k)
şeklindedir.
Anotta Cl2 gazı toplanırken, katotta Na(k) toplanır.

ÇÖZELTİ ELEKTROLİZİ
Sulu bir tuz çözeltisinde sudan gelen H+ ve OH– iyonları göz önüne alınmalıdır.
Çözünen tuzun metali hidrojenden daha aktif olan bir metal ise katotta H2 gazı toplanacaktır. Tuzun metali, hidrojenden daha pasif metal ise katotta metal toplanacaktır.
Anotta ise en kolay yükseltgenebilen anyon yükseltgenecektir.

NOT1 : Sulu bir çözeltide soy bir metalin katyonu bulunuyorsa elektroliz olayında katotta bu metal toplanır. Ancak sulu çözeltilerde diğer metallerin katyonu bulunuyorsa H+ iyonu daha kolay indirgeneceğinden katotta H2 toplanır.
NOT2 : Anyonlarda kararlılık sırası şu şekildedir:Buna göre sulu çözeltilerde
ortamda OH– iyonuna göre daha kararsız iyonlar olan Cl–, Br–, I– varsa anotta
önce bu iyonlar yükseltgenir. Eğer çözeltide OH– ‘den daha kararlı olan F–, NO3–1, SO4–2, PO4–3 gibi

iyonlar varsa OH– daha kolay yükseltgeneceğinden,
2OH– --> H2O + 1/2 O2 + 2e–
olayı sonucu O2 gazı toplanır.

KAPLAMACILIK
Elektrolizden yararlanılarak bazı metallerin üzeri bir başka metalle kaplanabilir. Kaplanacak metal katot elektroduna bağlanır. Hangi metalle kaplanacaksa bunun tuzunun çözeltisi alınır ve anot elektrot olarakta çözeltideki katyonun metali alınır.
Örneğin Fe metalini Ag ile kaplamak istersek;

Çözeltideki Ag+ iyonları Fe üzerinde Ag haline gelerek toplanır ve Fe metali Ag ile kaplanmış olur.
Anotta ise toplanan Ag metali kadar, Ag elektrot çözünür.

ELEKTROLİZDE NİCEL BÖLÜM FARADAY PRENSİPLERİ
1. Elektrolizde elektrotlarda açığa çıkan madde miktarı, devreden geçen yük miktarına bağlıdır.
96500 coulomb =1 faradaylık yük.=1 mol elektron yükü
2. Elektroliz kaplarından aynı elektrik miktarı geçirildiğinde, elektrotlarda toplanan maddelerin eşdeğer gram sayıları birbirine eşittir.
Elektrolizde toplanan madde miktarı:

m : Elektrolizde toplanan madde miktarı (gram)
I : Akım şiddeti (amper)
t : Süre (saniye)
A : Metalin ağırlığı
n : Metalin değerliği
96500 coulomb = 1 faraday = 1 mol elektron akımı 1 faraday = 1 eşdeğer gram

Kaynak:Sanaldersane