ELEKTROLİZ - 12. Sınıf Kimya (AYT) - Kimya Budur

ELEKTROLİZ

*Bu bölümde, elektroliz olayı öğrenilir. Faraday kanunları ile anot ve katotta madde değişimleri hesaplanır. Galvanik ve elektrolitik hücre karşılaştırılır. Hoffman voltametresi ile suyun elektrolizinde anot ve katotta oluşan gaz miktarları üzerinde işlem yapılır.

 

ELEKTRİK AKIMI VE MADDESEL DEĞİŞİM

Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren elektrokimyasal hücreye elektrolitik hücre (elektroliz hücresi), elektrolitik hücrede gerçekleşen olaya ise elektroliz denir.

Elektroliz, kendiliğinden oluşmayan redoks tepkimelerinin elektrik enerjisi kullanılarak oluşturulmasıdır.

Elektrik akımı kullanılarak bir tepkimeyi olmayan yönde yürütme işlemidir. Elektrolitik hücrede oluşan toplam tepkime galvanik hücrede oluşan toplam tepkimenin tersidir. Ehücre değeri negatiftir.

Yukarıdaki elektroliz düzeneğini ve tepkimelerini inceleyelim.

Anot:       Zn2+(suda)  +  2e–    →   Zn(k)    Eoind : 0,763 V

Katot:      2Cu(k)   →   2Cu+(suda)  +  2e     Eoyük : -0,337 V

Pil tepkimesi: Zn2+(suda)  +  2Cu(k)   →   Zn(k)  +  2Cu+(suda)   Ehücre : -1,100 V

Bu elektrolitik hücrede çinko elektrodun kütlesinde artış, bakır elektrodun kütlesinde ise azalma olur.

Dış devrede 1,100 V değerinden daha büyük akım yardımı ile elektronların akış yönü tersine çevrilip anot ve katotta zorlama ile yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri gerçekleştirilmiştir.

Galvanik Hücre ve Elektrolitik Hücre Arasındaki Farklar

Galvanik Hücre:

  • Tepkimeler istemlidir.
  • Elektrik enerjisi üretilir.
  • Aktifliği fazla olan elementin elektrodu anottur.

Elektrolitik Hücre:

  • Tepkimeler istemsizdir.
  • Kimyasal enerji üretilir.
  • Aktifliği fazla olan elementin elektrodu katottur.

FARADAY KANUNLARI

1.Kanun

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.

1 mol elektronun yükü = 1 F = 96485 C (coulomb)

1 coulomb (kulon), 1 amperlik akımın iletken bir tel üzerinden 1 sn boyunca geçmesi sırasında oluşan elektriksel yüktür.

Q = I . t

Q: Elektrik yükü miktarı (Coulomb)

I: Devreden geçen akım (amper)

t: Zaman (saniye)

Anot veya katotta toplanan veya çözünen madde miktarı hesaplanırken aşağıdaki formül kullanılır.

m: Elektrolizde açığa çıkan madde miktarı

Q: Elektrik yükü miktarı (Coulomb)

MA: Mol kütlesi

Z: Tesir değerliği (alınan veya verilen elektron sayısı)

2.Kanun

Seri bağlı elektroliz devrelerinde farklı elektrolitlerden eşit miktarda elektrik yükü geçirildiğinde anot veya katotta meydana gelen kütle değişimi iyonların eş değer kütleleri ile doğru orantılıdır.

m1 : 1. kapta toplanan madde miktarı

m2: 2. kapta toplanan madde miktarı

Z1: 1. kapta alınan verilen e sayısı

Z2 2. kapta alınan verilen e sayısı

MA1: 1. kapta toplanan maddenin molekül kütlesi

MA2: 2. kapta toplanan maddenin molekül kütlesi

Metal Kaplamacılık

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.

Kaplama malzemesi olarak kullanılan metalin madde miktarı Faraday kanunları kullanılarak hesaplanır.

Elektrolizle Bileşiklerin Elementlerine Ayrışması

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 Na(k) şeklinde birikir.

NaCl sıvısının elektrolizi sırasında anot ve katotta gerçekleşen tepkimeler:

NaCl sıvısının elektrolizinde Anotta: Cl2 gazı açığa çıkar. Katotta: Na(k) birikir

Anot:       2Cl(suda)  +  2e–    →   2Cl2(g)   

Katot:      2Na+(suda)   →   2Na(k)  +  2e     

Net tepkime: 2Cl(suda)  + 2Na+(suda)  →   2Cl2(g)  +  2Na(k)

Elektrolizde anyonlar anotta yükseltgenir, katyonlar katotta indirgenir.  

Suyun Elektrolizi (Hoffman Voltametresi)

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. Suyun elektrolizi Hoffman Voltametresi ile gerçekleştirilir.

Anot:       H2O(s)   →   1/2O2(g)  +  2H+(suda)  +  2e   

Katot:      2H+(suda)  +  2e   →   H2(g)

Net tepkime: H2O(s)    →    1/2O2(g)  + H2(g)

Suyun elektrolizinde:

Katotta açığa çıkan H2 gazının hacmı, aynı koşullarda anotta açığa çıkan O2 gazının hacminin 2 katıdır.

VH2 = 2VO2

Örnek-1

Sıvı haldeki MgBr2 bileşiği 2 dk boyunca 964,85 amperlik akımla elektroliz ediliyor. Buna göre,

a) Katotta toplanan madde kaç g dır?

b) Normal koşullarda anotta kaç L gaz açığa çıkar? (Mg: 24)

ÇÖZÜM:

Örnek-2

Seri bağlı elektroliz kaplarında FeCl3 ve NaCl sıvıları elektroliz edilmektedir. Bir süre sonra NaCl’nin bulunduğu kapta katotta 6,9 g Na(k) toplandığına göre FeCl3 ‘ün bulunduğu kapta katotta kaç g madde toplanır? (Na:23, Fe:56)

ÇÖZÜM:

Örnek-3

120 g’lık metal saat 9, 6485 amperlik akımla 5 dk boyunca AgNO3 çözeltisi içinde gümüşle kaplanmıştır. Buna göre metal saatin son kütlesi kaç g’dır? (Ag: 108)

ÇÖZÜM:

Örnek-4

Hoffman voltametresi ile bir miktar su elektroliz edildiğinde anot ve katotta toplam 360 mL gaz toplanmaktadır. Buna göre anot ve katotta toplanan gazların hacmini bulunuz.

ÇÖZÜM: