










































Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
Document describing the working principles and important points of electrochemistry
Typology: Lecture notes
1 / 50
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
itibarıyla elektriksel olaylardır.^ Fakat bu elektriksel özelli
ğin nicel olarak ortaya çıktığı^ ve kullanıldığı^ tepkimeler genel olarak yükseltgenme-indirgenme tepkimeleridirindirgenme tepkimeleridir.Yükseltgenme-indirgenme^ tepkimelerinde
ortaya^ çıkan^ elektron l^ i i i^ i^ l^ diği^ i l^ diğ
i^ l^ ö^ lik^ l^ k alışverişinin^ incelendiği,^ izlendiğ
i^ ve^ uygulamaya^ yönelik^ olarak kullanıldığı^ olayları^ inceleyen bilim dal
ına elektrokimya adı^ verilir. l k^ ki^ b^ k^
hi^ bi k^ d^ i Elektrokimya^ uygulamada^ büyük öneme sahip bir konudur.
Piller ve akümülatörler kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönü
ştüren düzeneklerdir^ ve^ günlük^ hayat
ımızda^ çok^ çeşitli^ amaçlar^ için düzeneklerdir^ ve^ günlük^ hayat
ımızda^ çok^ çeşitli^ amaçlar^ için elektrik enerjisi kaynağı^ olarak kullan
ılmaktadırlar. Bazı^ metallerin^ saf^ olarak^ eldesi
veya^ yüzeylerinin^ başka^ bir Bazı^ metallerin^ saf^ olarak^ eldesi
veya^ yüzeylerinin^ başka^ bir metalle kaplanması^ da elektrokimyasal yöntemlerle yap
ılır.
Bu^ işlemlerde^ pillerin^ tersine^ elektrik
enerjisi^ kimyasal^ enerjiye dönüştürülür ve elektrik kullanılarak yürütülen bu i
şleme^ elektroliz dö üş^ ü ü ü^ ve^ e e^ u^
yü ü ü e^ bu^ ş^ e^ e^ e e^ o denir.^ Doğada çok sık karşılaşılan ve gerçekle
şmesi istenilmeyen bir olay olan korozyon da bir elektrokimyasal süreçtir. Bütün kimyasal reaksiyonlar genel olarak
yükseltgenme-indirgenme içermeyen^ reaksiyonlar^ ve^ yükseltgenme-indirgenme
içeren (redoks)^ reaksiyonlar olmak üzere iki temel guruba ayr
ılabilirler. yükseltgenme-indirgenme^ içermeyen
reaksiyonlarda,^ reaksiyon y^ g^ g^ ç^
y^ y^ ,^ y sırasında^ bileşenlerin^ (atomları
n^ veya^ iyonların)^ yükseltgenme basamaklarında bir değişiklik olmaz. Buna kar
şılık^ yükseltgenme- indirgenme içeren^ reaksiyonlarda, bile
şenleri oluşturan atomların veya iyonların bir kısmının yükseltgenme say
ılarında değişiklikler olurolur.Gerek^ yükseltgenme-indirgenme içermeyen
reaksiyonlar, gerekse ük^ lt^ i di^ i^
k i^ l^ k^ di i l^ i d^ d yükseltgenme-indirgenme içeren
reaksiyonlar kendi içlerinde de çeşitli türlerde reaksiyonlar içerirler.
Net reaksiyon,2+^ 2+^ Z^ C^ Z^ 2+2+C^ Ş^ kli d^ iliZn(k)+ Cu⇔^ Zn+ Cu(k)Şeklinde gösterilir. (sulu)^ (sulu)^ Elektrik^ akımı,^ elektrik^ yükünün
akması^ sonucu^ oluşur. Elektriğin iletilmesi, iletildiği ortama göre farkl
ı^ isim alır.^ İletken katılarda^ veya^ metallerde^ elektrik
yükü,^ elektronlar^ tarafından taşındığı^ için bu tür iletkenliğe^ metalik
veya^ elektronik^ iletkenlik taşındığı^ için bu tür iletkenliğe^ metalik
veya^ elektronik^ iletkenlik denir. M t lik^ b^ ğl^ d^ d h^ ö^ d^
ö t^ ildiği^ ibi^ t li^ tü^ ü Metalik bağlarda daha önceden gösterildi
ği gibi, metalin tümüne ait olan bir elektron bulutu mevcuttur
. Bir akım kaynağından (pil, akü vs ) gönderilen elektronlar metal bir telin ucundan girdi
ğinde bu akü vs.) gönderilen elektronlar metal bir telin ucundan girdi
ğinde, bu elektronlar^ elektron^ bulutunun^ elektronlar
ı^ ile^ yer^ değiştirir.^ Yer değiştiren elektronlar tel içerisinde ötelenerek yeni konumlar al
ırlar ğ^
y ve bu etki elektronlar telin diğer ucundan ç
ıkana kadar tel boyunca devam^ eder.^ Elektrik^ akımının
akabilmesi^ için^ tam^ bir^ devreklidi Ak k ğ l kt l^ d^ i^ bi^ d^ iti^ diğ gereklidir. Akım kaynağı, elektronlar
ı^ devrenin bir ucundan itip diğer ucundan çektiğinden bir elektron pompas
ı^ olarak düşünülebilir.
Bir elektrolit çözeltisi içerisinde elektrik ak
ımı^ + ve - yüklü iyonlar tarafından taşınır. Bu tür iletkenli
ğe ise^ elektrolitik^ iletkenlik^ denir. tarafından taşınır. Bu tür iletkenli
ğe ise^ elektrolitik^ iletkenlik^ denir. Elektrolit içerisindeki iyonlar hareket etmedikçe elektrolitik iletkenlikgözlenmez. Bu nedenle elektrolit çözeltilerinin içerisine + ve - yüklüelektrotlar daldırılarak akım gönderilir ve iyonlar
ın bu elektrotlara doğru^ hareketi sağlanır.^ Elektrolitik iletkenlikten yararlan
ılarak erimiş^ tuzların ve elektrolit çözeltilerinin elektrolizi yap
ılır erimiş^ tuzların ve elektrolit çözeltilerinin elektrolizi yap
ılır. Elektrolitik iletkenlik iyonların hareketinden kaynakland
ığından, b^ h^ k tl^ i^ ll^ h^ h
i bi^ tki^ k^ k^ bi bu hareketleri engelleyen herhangi bir etki, ak
ıma karşı^ bir direncin doğmasına yol açar ve iletkenli
ği azaltır. Bu etkiler: çözünen-çözünen^ çözünen-çözücü
ve^ çözücü-çözücü^ etkileşmesi çözünen-çözünen,^ çözünen-çözücü
ve^ çözücü-çözücü^ etkileşmesi, iyonlar^ arası^ etkileşmeler^ ve^ çözücünün
viskozitesidir.^ Sıcaklık yükseldikçe çözünen iyonların kinetik enerjileri artaca
ğından direnç y^ y^
j^ ğ düşer ve iletkenlik artar.^ İyonlar aras
ı^ etkileşmeler ve çözücünün viskozitesi sıcaklıkla azalacaktır. Elektri
ğin iletilmesi süresince daima l kt^ lit i^ i i d ki^ l kt^ öt^
llik k^ k^ l kt^ liti^ h elektrolit içerisindeki elektronötrallik korunacak ve elektrolitin hernoktasından geçen anyon ve katyon say
ıları^ birbirine eşit olacaktır.
Kendiliğinden^ oluşmayan^ bir^
kimyasal^ tepkimenin^ dışarıdan gönderilen^ elektrik^ enerjisi^
ile^ bileşenlerine^ ayrıştırılmas
ı gönderilen^ elektrik^ enerjisi^
ile^ bileşenlerine^ ayrıştırılmas
ı işlemine elektroliz denir.^ Elektrik, kimyasal enerjiye dönü
şür. Bu değişiklik^ maddenin elektron vermesinden (yükseltgenme) veyaBu değişiklik, maddenin elektron vermesinden (yükseltgenme) veyaalmasından (indirgenme) kaynaklan
ır.^ Elektroliz işlemi, elektroliz kabı^ ya da tankı^ içerisinde uygulan
ır. Elektroliz kabında artı^ ve eksi^ yüklü^ iyonlara^ ayrılmış^ bir
bileşiğin^ çözeltisinin^ içerisine birbirine değmeyecek biçimde dald
ırılmış^ iki^ elektrot^ bulunur. Elektrotlar bir akım kaynağına ba
ğlandığında meydana gelen gerilim iyonları^ karşıt yüklü elektroda do
ğru hareket ettirir. Karşıt kutupta yükünü^ dengeleyen^ atom^ veya^
moleküller^ elektrolit^ içerisindeki moleküllerle yeni reaksiyonlara girer.Örneğin,^ sofra^ tuzu^ (NaCl)^ içeren
elektrolit^ çözeltisinde,^ anot ta (anyonlar gider)klor açığa çıkarken sodyum atomlar
ı^ su moleküllerini tkil^ k^ k t t t^ (k t^ l^ id^
) hid^ j^ ğ^ k^ d etkileyerek^ katot ta (katyonlar gider) hidrojen aç
ığa çıkmasına neden olur ve çözeltide sodyum hidroksit (NaOH) olu
şur.
Tuzlar sıcaklık etkisiyle eritildi
ğinde iyonlarına ayrışır ve bud l d i i t l l kt iği^ k i i il ti l^ Bi^ i^ i^ t nedenle de erimiş^ tuzlar elektri
ği çok iyi iletirler. Bir erimiş^ tuz içerisinde bulunan (+) yüklü iyonlar indirgenecek, (–) yüklü iyonlarise yükseltgenecektir Erimiş^ NaCl tuzunun (
≈^600 °C)^ elektrolizinde ise^ yükseltgenecektir. Erimiş^ NaCl tuzunun (
≈600 C) elektrolizinde, +^ kap içerisinde yalnızca Nave
-^ Cliyonları^ bulunur.^ Elektroliz sırasında katotta indirgenme, anotta ise yükseltgenme olur
-^ Anot reaksiyonu: Cl→^ ½ Cl+ e^2 (yükseltgenme) +^ Katot reaksiyonu: Na + e^ →^ Na^ (indirgenme)y (^ g^ ) Anotta klor gazı^ toplanırken, katotta s
ıvı^ sodyum metali birikir.
Derişimleri farklı^ iki çözeltide katot reaksiyonlar
ı^ aynı^ iken, anot reaksiyonları^ farklıdır^ Böyle bir de
ğişikliğin nedeni standart anot reaksiyonları^ farklıdır. Böyle bir de
ğişikliğin nedeni standart anot potansiyellerini karşılaştırarak açı
klayabiliriz.+ - (^) + - (^) H O ½ O + 2H +2e E^ 1 23 VH O ↔ ½ O+ 2H +2e E= -1.23 V 2 2 - - (^) 2Cl↔ Cl+ 2e E= -1.36 V 2 Standart elektrot potansiyelleri kar
şılaştırıldığında, klorür iyonlarının suya göre daha güç yükseltgenece
ğini, ancak potansiyeller arasındaki farkın çok küçük olması^ nedeniyle, yüksek Cl
-^ iyonu derişiminde su -^ yerine Cl iyonunun yükseltgendi ği söylenebilir. Bu durumda katotta H^ anotta Cl^ gazı^ elde edilmekte çözeltide ise NaOH olu
şmaktadır H^ , anotta Clgazı^ elde edilmekte, çözeltide ise NaOH olu^2
şmaktadır. üç^ çeşit^ ürün^ elde^ edilmesi^
nedeniyle^ sulu^ NaCl^ çözeltisinin elektrolizi, endüstride kullanılan en önemli yöntemlerden biridir.e e^ o^ , e düs^ de^ u a^ a^ e
ö e^ yö^ e^ e de^ b^ d. Sulu^ NaCl^ çözeltisinin^ elektrolizi
sonucu^ elde^ edilen^ gazlar toplanarak Hve Clgazları^ elde edilir Geri kalan çözeltiden sutoplanarak Hve Clgazları^ elde edilir. Geri kalan çözeltiden su^2 2 2 2 buharlaştırılarak ticari katı^ NaOH elde edilir.
Sulu^ CuSOçözeltisinin^ inert^4
elektrotlar^ kullanılarak^ yapılan 2+elektrolizinde elektrik akımı Cu 2-^ ve SO^ iyonları^ tarafından taşın
ır 2+elektrolizinde elektrik akımı Cu 2-^ ve SO^ iyonları^ tarafından taşın^4
ır. Akım taşıyan tuz katyonları^ indirgenirken, tuzun anyonlar
ı^ değişime uğramaz,^ bunun^ yerine^ daha^
kolay^ yükseltgenen^ tür^ olan^ su uğramaz,^ bunun^ yerine^ daha^
kolay^ yükseltgenen^ tür^ olan^ su yükseltgenir.^ Bunun^ nedeni,^ enerji
gereksiniminde^ yatmaktadır. Çözeltide^ olası^ yükseltgenme^ ve
indirgenme^ tepkimeleri^ aşağıda verilmiştir. 2+^ Cu+ 2e^ ⇔^ Cu^
(^0) E= 0.342 V^ Hangisi indirgenir?Hangisi indirgenir?– (^0) 2H O + 2e ⇔ H + 2OH E= -0.828 V 2 2 + (^0) 2H O ⇔ O + 4H + 4e E= -1.229 V 2 2 Hangisi yükseltgenir?2– 2– (^0) 2SO ⇔ SO + 2e E= -2 010 V2SO ⇔ SO + 2e E 2.010 V 42 84 2 8 2+^ Elbette, kendiliğinden olan Cu
+^ ⇔ O + 4H + 4e katotta^ ve daha^ az enerji gerektiren 2H
+^ O ⇔ O + 4H + 4e 2 2 yükseltgenme tepkimesi anotta cereyan edecektir.
Elektroliz^ olayının^ temelleri^
Faraday^ yasaları^ tarafından yönetilir^ Elektroliz^ sonucu^ elde
edilen^ ürünlerin^ miktarı^ ürünlerin yönetilir. Elektroliz sonucu elde edilen ürünlerin miktar
ı, ürünlerin meydana gelme hızı^ ve doğası, elektroliz ko
şullarına bağlıdır. Faraday elektroliz yasalarına göre,y^ g^ , 1- Bir elektrolit çözeltisinden elektrik ak
ımı^ geçirildiğinde serbest hale geçen madde miktarı^ elektrolit içerisinden geçen elektrikhale geçen madde miktarı^ elektrolit içerisinden geçen elektrikyükü miktarı^ ile orantılıdır. 2-Çeşitli^ elektrolitlerden^ ayn
ı^ miktar^ elektrik^ akımının 2-Çeşitli^ elektrolitlerden^ ayn
ı^ miktar^ elektrik^ akımının geçirilmesiyle^ ayrılan^ madde^
miktarı^ bu^ maddenin^ eşdeğer ağırlığı^ ile orantılıdır.ğ^ ğ Eşdeğer ağırlık, bir atom veya atom gurubunun a
ğırlığının, işlem sırasında aldığı^ veya verdiği elektron say
ısına oranlanmasıyla s^ s^ d^ d^ ğ^ vey^ ve d^ ğ^
e e^ o^ s y s^ o^ s y bulunan miktarıdır. Bir^ Faraday^ (^96487 coulomb)^ elektrik
yükü^ miktarının^ serbest^ hale Bir^ Faraday^ (^96487 coulomb)^ elektrik
yükü^ miktarının^ serbest^ hale geçirdiği maddenin gram miktarı, maddenin e
şdeğer ağırlığına eşittir.
Bir^ elektrokimyasal^ devreden^ geçen
akım^ miktarı^ Q^ (Coulomb) uygulanan akım^ şiddeti ve akımı
n geçme süresiyle orantılıdır Eğ
er uygulanan akım^ şiddeti ve akımı
n geçme süresiyle orantılıdır. Eğ
er akım^ şiddeti sabit ise,^ Q = I. t^ eş
itliği kullanılır. Eğer akım^ şiddeti değişiyorsa^ Q^ =
∫^ I^ dt^ integralinden hesaplanır Eğer akım^ şiddeti değişiyorsa^ Q^ =
∫^ I. dt^ integralinden^ hesaplanır. Devreden geçen akım miktarını^ duyarl
ı^ olarak ölçmek için Coulomb t^ l^ d^ l^ l^ A^
ü ü^ ü d^ l kt^ ik^ ih^ l metrelerden^ yararlanılır.^ Ayrıca
günümüzde^ elektronik^ cihazlar yardımı^ ile de devreden geçen akım miktar
ı^ tayin edilmektedir. Elektrolizin^ başlayabilmesi,^ yani
elektrotlarda^ indirgenme^ ve yükseltgenme^ olaylarının^ baş
layabilmesi^ minimum^ elektrot potansiyeline bağlıdır^ Bu^ değer
standart^ elektrot^ potansiyellerinden potansiyeline bağlıdır. Bu değer standart elektrot potansiyellerindenve^ Nerst^ eşitliğinden^ hesaplan
ır.^ Bazen^ madde^ toplanmasını
n başlayabilmesi için teorik olarak hesaplanan potansiyel de
ğerinden ş^ y^ ç^
p^ p^ y^ ğ daha büyük potansiyel değerine ihtiyaç duyulabilir. Bu durumda a
şırı potansiyel söz konusudur. Eğer toplanan veya ayr
ılan madde miktarı F^ d^ l^ il^ h^ l^
ik^ d^ ğ^ i^ k^ i^ i Faraday yasaları^ ile hesaplanan teorik de
ğere eşitse akım verimi %100 değilse %100’ün altındadır.
Örnek :^2 amper^ akım^ kullan
ılarak^ elektroliz^ edilen^ NiSO^4 çözeltisinden^10 g^ saf^ Ni^ açığ
a^ çıkması^ için^ kaç^ dakikalık^ bir çözeltisinden^10 g^ saf^ Ni^ açığ
a^ çıkması^ için^ kaç^ dakikalık^ bir elektroliz gereklidir? Ni: 58.7 g/atg.10 g Ni kaç eşd gramdır? Bu tepkimede de
ğişen elektron sayısı^2 10 g Ni kaç eşd gramdır? Bu tepkimede de
ğişen elektron sayısı^2 olduğuna göre, 1 eşd g Ni = 58.7/2 = 29.35 g d
ır. 1 d^ Ni^ 29 351 eşd^ g Ni^ 29.35 g?^ 10 g Ni?^ 10 g Ni10 * 1 = x 29.35^ ⇒^ x = 10/29.35 = 0.341 e
şd g 1 eşd g Ni için^ 96500 coulomb0 341^ d^?^ l^ b0.341 eşd^ g^? coulomb96500 * 0.341 = 1 x^ ⇒^ x = 32906.5 coulombQ = I x t^ ⇒^ 32906.5 = 2 x t = 16453 s veya
274 dk veya^ ≈^ 5 saat
Örnek : Hall yönteminde Alüminyum eritilmi
ş^ AlOün elektroliziyle^23 2-^ elde edilir. Anotta C + 2O →^ CO 3+^ + 4e Katotta Al+ 3e^ →^ Al 2 2 tepkimeleri olur. Bu işlemde Anot görevi yapan karbon çubuk birsüre sonra tüketilir. Anotta 1 kg karbon tüketildi
ğinde katotta ne kadar Al açığa çıkar hesaplayınız. 1 kg C^ ⇒^ 1000 g C karbonun bu tepkimede tesir de
ğerliği 4 dür. 1 eşd g C = 12/4 = 3 g/eşd g bulunur. 1000 g C kaç e
şd g yapar hesaplayalım.p^ y 1 eşd g C^ 3 g?^ 1000 g C1000 * 1 = x 3^ ⇒^ x = 1000/3 = 333.3 e
şd g Anotta 333.3 eşd g madde yükseltgendi
ğine göre, katotta da 333. eşd g madde indirgenmelidir. 1 eşd g Al = 27/3 = 9 g/ e
şd g ş^ g^ g^ ş^
g^ g^ ş^ g Katotta açığa çıkan Al = 333.3 eşd g x 9 g/e
şd g = 3000 g^ →^ 3 kg Al
Liseden beri bilinen bir tepkimeye bakal
ım. 2+2+Zn+ Cu⇔^ Zn+ Cu(k) (sulu)^ (sulu)^ (k) Bu^ istemli^ reaksiyona^ göre,^ bak
ır^ iyonlarının^ bulunduğu^ bir y g y^ ğ çözeltiye^ bir^ çinko^ çubuk^ dald
ırılırsa,^ çinko^ çubuk^ bakırla kaplanır. Fakat bu reaksiyonun tersi kendili
ğinden yürümez yani i^ li^ d^ ğildi^ D l^ l^ i k
i^ l^ b l^ d^ ğ^ bi istemli^ değildir.^ Dolayısıyla^ çinko
iyonlarının^ bulunduğu^ bir çözeltiye bakır bir çubuk daldırı
lırsa hiçbir olay gözlenmez.
Yukarıda verilen^ şekil sadece gösterim amaçl
ıdır ve olay gerçekte bu şekilde gözlenemez, çünkü^ indirgenme
reaksiyonu^ çabucak^ olur^ ve şekilde gözlenemez, çünkü^ indirgenme
reaksiyonu^ çabucak^ olur^ ve çinko çubuğun yüzeyi bakırla kaplan
ır, kaplamadan sonra temas yüzeyi^ örtüldüğü^ için^ yükseltgenme-indirgenme
reaksiyonu durur. Yüzeydeki bakır sürekli olarak kaz
ınırsa, çözeltideki tüm bakır tükenene veya çinko çubuk a
şınıp yok olana kadar bu reaksiyon devam^ eder^ Kazıma^ işlemi^ uygulanabilir
değildir^ fakat^ bu devam^ eder.^ Kazıma^ işlemi^ uygulanabilir
değildir ,^ fakat^ bu çözeltilerin doğrudan temas etmedi
ği ama elektron alışverişinin hala mümkün olduğu bir düzenek kurulursa, reaksiyon her iki iyon damümkün olduğu bir düzenek kurulursa, reaksiyon her iki iyon dadenge derişimine ulaşana kadar devam eder ve elektron ak
ışı^ bir elektrik akımı^ şeklinde gözlenir.
Katot^ AnotÇekilen iyonlar Katyonlar^ Anyonlar Elektron akı yönü Pil^ içine^ Pil dışına Yarı tepkime İndirgenme^ Yükseltgenme Elektroliz hücresinin işareti Negatif^ Pozitif Elektroliz hücresinin işareti Negatif^ Pozitif Galvanik hücrenin işareti Pozitif^ Negatif