Elektrik Akimi

ELEKTRİK AKIMININ KİMYASAL ETKİSİ

1.ELEKTROLİZ

Elektroliz hakkında genel bilgi:Deney:Bir cam kabın içine arı su koyalım.Bunun içine de iletken olan A ve K kömür çubuklarını daldıralım.A çubuğunu,üretecin P pozitif kutbuna,K çubuğunu da,üretecin N negatif kutbuna bağlayalım.Anahtarı kapattığımızda devreden akım geçmediği görülür.
Arı su elektrik akımını geçirmez.
Suyun içine biraz,bakır sülfat(CuSO4) (göztaşı) atarak eritelim.Devreden akımın geçtiği görülür.Bir müddet sonra,K kömür çubuğunun Anın karşısında kalan kısmı,bakırla kaplanır.Bu olay bize bir kimyasal ayrışmanın meydana geldiğini açıklar.Üretecin negatif kutbuna bağlanmış olan kömür çubuğun üzerinde toplanan bakırın,bakır sülfat ayrışmasıyla açığa çıktığı anlaşılır.
Bazı bileşik cisimlerin elektrik akımla ayrışmaları olayına elektroliz denir.
Elektrik akımıyla ayrışmaya uğrayan cisme elektrolit denir.
Elektrolit olan maddenin içinde,bileşik cismin iyonları bulunur.
Bir elektrolitten akım geçirmek için,elektrolitin içine daldırılan levhalara elektrot denir.
Üretecin pozitif(+) kutbuna bağlanmış olan elektroda yani elektrik akımının elektrolite girdiği elektroda anot,diğer elektroda da katot denir.
Tuz,asit ve bazların sudaki çözeltileri veya sıcakta erimişleri gibi içinde iyonlar bulunan sıvılar elektrolittirler.
Fakat arı su,petrol ,benzin,şekerli su gibi içinde iyon bulunmayan sıvılar elektrolit değildirler.
Bir cismin elektrolit olması için içinde serbestçe hareket eden iyonlarının bulunması gerekir.Elektrolitlerin içinde,ait oldukları cismin moleküllerinin çözüşmesinden meydana gelen meydana gelen pozitif ve negatif yüklü iyonlar bulunur.Bu iyonlar,elektrotların arasında meydana gelen elektrik alanının içinde,kendilerine etki eden elektriki kuvvetlerin tesirinde hareket ederler.Bu sebepten dolayı artı(+) yüklü iyonlar,eksi(-)potansiyel taşıyan katoda,eksi(-) yüklü iyonlar da anoda doğru giderler.Bu iyonlar elektrotlara dokununca nötrleşirler ve iyon halinden çıkarak cisim özelliği kazanırlar.Mesela,pozitif yük taşıyan bakır(Cu++)iyonu katoda,değince elektron alarak nötrleşir.Üreteç,kendine bağlı olan katodun elektrik potansiyelini sabit tutmak üzere,katotta eksilen elektronların yerine elektronlar gönderir.Bu suretle devre üzerinde N den K ya doğru bir elektron akımı meydana gelir.

Bütün iyonların taşıdıkları elektrik yükleri aynı değildir.Önce gördüğümüz gibi nötr halde bulunan bir atoma 1,2,3... elektron eklenirse bu atom 1,2,3,... elektron yükü kadar negatif yük taşıyan bir iyon meydana getirir.Bunun aksine olarak,bir atomdan 1,2,3...elektron koparsa bu atom 1,2,3...elektron yükü kadar pozitif yük taşıyan bir iyon olur.Eksi(-) yük taşıyan bazı iyonlar,atom gruplarından ibarettirler;bunlara kök denir.
Mesela,kloridlik asit veya sodyum klorürün sudaki çözeltilerinde iyonlar,elektrik yükü taşıyan atomlardır. + _
HCL H +CL + _
NaCl Na +Cl + _
Halbuki sodyum hidroksitin sudaki çözeltisinde bulunan iyonlar Na ve (OH) iyonlarıdır. + _
NaOH Na +(OH)
_

(OH) grubunun teşkil ettiği iyona hidroksil kökü denir. _ _

Sülfat asidin ve bakır sülfatın sudaki çözeltilerinde iki elektron yükü kadar yük taşıyan (SO4) sülfat kökü bulunur. + + --

H2SO4 H +H +SO4
+ + _ _
CuSO4 Cu +SO4


Elektrolitlerin içinde bulunan Hidrojen ve metallerin iyonları artı(+)yük taşırlar.Bunlar elektrolizde katoda giderler.
Katoda giden cisimlere katyon denir.
Hidrojen Metaller katyondurlar.

Bir voltametrede,elektroliz esnasında Hidrojen ve metaller akım yönünü takip ederler.
Elektrolitlerde bulunan metalsiler,baz ve asit kökleri negatif yük taşıdıklarından elektroliz esnasında anoda giderler.
Anoda giden cisimlere anyon denir.
Metalsiler,baz ve asit kökleri anyondurlar.
Bileşik cisimlerin elektrolizinde muhtelif olaylar görünür.

1. Elektrolizle cisim,doğrudan doğruya elemanlarına ayrılır.Ayrışan maddeler elektrotların üzerinde kendilerini gösterirler.Bu şekildeki elektrolize basit elektroliz denir.
2. İyonlar,elektrotlara etki ederler.
3. Elektroliz ürünü olan maddeler sıvıya etki ederler.
4. Elektroliz ürünü olarak,bir elektrotun çevresinde bulunan maddeler diğer elektrotun çevresindeki elektroliz ürünlerine etki ederler.
İçinde elektroliz yapılan aletlere voltametre denir.

Basit elektroliz:Kalay klorürün(SnCl2) sudaki çözeltisinin elektrolizine örnek:U şeklinde bir boruyu voltametre olarak kullanalım.Bunun içine kalay klorürün sudaki çözeltisini koyalım.Her iki kola,platin elektrotlar koyarak bir elektrik devresine bağlayalım.Akım geçince katotta,parlak kalay kristallerinin toplandığı görülür.Anodun etrafındaki sıvı da anottan çıkan kloru suda erimesiyle sarı bir renk alır.Daha sonra anottan klor çıktığı görülür..Bu suretle kalay ve klor birbirinden ayrılmış olurlar.
_ _
SnCl2 Sn+++Cl +Cl
K’da A’da

Elektroliz ürünlerinin elektrotlara etkisi:Bakır elektrotlu voltametre ile bakır sülfat çözeltisinin elektrolizine örnek:Bakır sülfatın(CuSO4) sudaki çözeltisinin elektrolizinde anoda SO4 iyonu,katoda da Cu iyonu gider. _ _
CuSO4 Cu++ +SO4
_ _
Anoda giden SO4 kökü,elektroda etki eder.

Cu +SO4 CuSO4

Bakır sülfat meydana getirir.Bu suretle anot gittikçe aşınır.Fakat elektrolitin içinde ayrışan bakır sülfat molekülü yerine yeniden bir bakır sülfat molekülü meydana gelir,elektrolit içindeki CuSO4’ün miktarı değişmez.
Katoda giden Cu++iyonu ise katodun üzerine kaplanır.Bu suretle anottaki eksilme kadar katotta artış meydana gelir.Katottaki bakır,anoda taşınmış gibi olur.

DENEY 1:Ham bakırın tasfiyesi:Endüstride bakım temizlenmesi elektroliz yoluyla yapılır.bir çok işlemlerden sonra elde edilen ve bakırdan başka bir miktar kurşun,demir,çinko,gümüş ve altın gibi cisimler bulunan kara bakırdan saf bakırın elde edilmesi için,elektrolit olarak bakır sülfatın sudaki çözeltisi,anot olarak kara bakır,katot olarak saf bakır kullanılır.Elektrik akımının geçmesi sırasında,bakır sülfatın iyonlarından sülfat kökü anoda giderek elektrottaki maddelere bakıra,kurşuna,demire,çinkoya,gümüşe etki ederek bunlara sülfat haline getirir.Bu metallerin sülfatları,elektrolit içinde erirler.Fakat elektrotlar arasındaki potansiyel farkı eşit şekilde tanzim edilerek bunlardan sadece bakır sülfat ayrışmaya uğratılır.Katodun üstünde bakır toplanır.Anoda asılmış olan elektrotların üstündeki bakır saf halde,katoda taşınmış olur.Diğer metallerin tuzları da voltametrenin havuzunun dibinde,çamur halinde birikir.Elektriğin ucuz olduğu yerlerde bu çamurlardan da gümüş elde edilir.
DENEY2:Galvanoplasti:Bir cismin üzerini bir metalle kaplayarak kalıbını çıkarmaya galvanoplasti denir.Bu işlerde,umumiyetle bakır kullanılır.Mesela bir madalyanın kopyasının alınması isteniyorsa,önce bu cisim bal mumu üzerine kuvvetle bastırılarak,mumla kalıbı alınır.Bundan sonra,balmumu cisimden ayrılır.Mumun,cismin izlerini taşıyan yüzü,gayet ince grafit tozu sürülmek suretiyle iletken hale getirilir.Daha sonra bu kalıp,iletkenlerle anodu bakır ve elektroliti doymuş bakır sülfat çözeltisi olan bir voltmetrenin katodu olarak kullanılır.Akım geçirilerek cismin üstünde istenilen kalınlıkta bir kaplama yapılır.bu yolla madalyaların statülerin tahta üzerindeki resimleri kopyası alınır.Bu yola gramofon plaklarının kopyası da çıkarılır.
DENEY 3:ALTIN GÜMÜŞ VE NİKEL KAPLAMA:Bazı metaller bazen daha kıymetli metallerle veya dış tesirlere karşı daha dayanıklı olan metallerle kaplanır.
Gümüş kaplama:Elektrolit olarak gümüş nitratın potasyum siyanür eriği içindeki çözeltisi,anot olarak saf gümüş kullanılır.Kaplanacak madde katoda asılır.Elektroliz küçük şiddetli akımla yapılırsa kaplama ağır olur fakat cismin üzerine yapışır.

Altın kaplama:Kaplanılacak olan cisim(mesela,bakır veya gümüş)katot olarak kullanılır.Anoda saf altın levha asılır.Elektrolit olarak ise altın klorür kullanılır.
Elektroliz ürünlerinin elektrolite etkisi :Suyun elektrolizi:Suyun elektrolizi için muhtelif şekilde voltametreler kullanılır.
Suyun elektrolizi için arı suyun içine biraz sülfat asit karıştırılır.Elektrolit olarak platin elektrolitler kullanılır.Bundan sonra voltametreye sülfat asitli su konulur.A ve B muslukları açılıp kapanarak boruların asitli su ile tamamen dolması sağlanır.Elektrotlar akümülatör bataryasına veya cep feneri piline bağlanılarak akım geçirilir.Elektrotlar üzerinde beliren gez kabarcıkları boruların içinde toplanır.Bu gazlar,kimyada öğrendiğimiz metotlarla incelenirse anotta oksijenin(O2),katotta da hidrojenin toplandığı görülür.Hidrojenin hacmi,oksijenin hacminin iki katına eşit olur.Bundan da suyun elemanlarına ayrışmış olduğu anlaşılır.Bu olay aşağıdaki şekilde açıklanabilir.Suyun içinde bulunan sülfat asidin moleküllerinin bir kısmı iyonlarına ayrışır. _ _
, H2So4 H+ +H+ +SO4

H+ iyonları katoda giderler elektrona değince elektron alarak nötrleşirler.Bu suretle H+ iyonları,H2 iyonlarını meydana getirirler.Katottan hidrojen gazı çıkar.
SO4- - iyonları ise anoda giderler.Fakat su karşısında serbest kalamazlar.

SO4 +H2O H2SO4+ 1/2 O2

Su ile birleşerek,yeniden sülfat asit molekülünü teşkil ederler ve bu sırada anottan,gaz halinde oksijen çıkar.

Bir elektrotun çevresindeki elektroliz ürünlerinin diğer elektrotun çevresindeki elektroliz ürünlerine etkisi:Sodyum klorürün sudaki çözeltisinin elektrolizi:Elektrotları platin olan bir voltametre ile sodyum klorürün çözeltisinin elektrolizi yapılırsa;

NaCl Na+ +Cl-

Anoda klor,katoda sodyum iyonları gider.Katoda giden sodyum suya etki ederek sodyum hidroksiti meydana getirir.Katottan hidrojen çıkar.

Katotta: Na+ +H2O NaOH + H+
Bu sodyum hidroksit sıvının içine dağılır.Anottan çıkan Cl sodyum hidroksite etki eder.
Soğukta: 2Cl+2NaOH NaClO+NaCl+H2O
Javel suyu meydana gelir.
Sıcakta ise: 6Cl+6NaOH NaClO3+5NaCl +3H2O
Sodyum klorat ve sodyum klorür meydana gelir.
Elektrolizle bazı cisimlerin elde edilmesi:Endüstride bileşik cisimlerden metallerin elde edilmesinde elektrolizden geniş ölçüde faydalanılmaktadır.Mesela sodyum,potasyum,baryum,kalsiyum,magnezyum gibi metaller klorürlerin sıcakta eritilerek elektroliziyle elde edilirler.Alüminyum da alüminin(kriyolitle birlikte),yüksek şiddetli elektrik akımıyla elektroliz edilmesiyle elde edilmektedir.
Endüstride geniş ölçüde klor ve ozon gibi gazlar elektroliz yoluyla elde edilirler.

ELEKTROLİZİN KANTİTATİF İNCELENMESİ FARADAY KANUNU
Elektrolizin kantitatif olarak incelenmesi:Bir devreden geçen elektrik miktarıyla ayrıştırdığı elektrolitin miktarları arasındaki bağıntıyı bulalım.

DENEY 1:Elektrolitleri sülfat asitli su (H2SO4),sodyum hidroksit(NaOH) ve sodyum sülfat(Na2SO4) çözeltileri ve elektrotları platin olan üç voltametreyi seri olarak bağlayalım.Bunlardan bir müddet elektrik akımı geçirelim.Bütün katotlarda toplanan gazın hacimlerinin birbirlerine eşit oldukları görülür.Yani sonuç olarak:
Bir elektrik akımının açığa çıkardığı hidrojen miktarı elektrolitin cinsine bağlı değildir.

DENEY 2:Yandaki voltmetrelerden birisini devreye bir ampermetreyle ve bir reostayla seri olarak bağlayalım.Reosta ile akım şiddetini düzenleyerek,aynı bir müddet zarfında muhtelif şiddetli akımların açığa çıkardığı hidrojen miktarlarını araştıralım.Deneyi bir dakika süreyle 1Amper,2Amper,3Amper’lik akımlarla karşılaştıralım.Bu üç deneyde açığa çıkan hidrojen miktarının 7cm3,14cm3,21cm3 olduğunu görürüz.Yani:
Bir elektrik akımının aynı müddet zarfında açığa çıkardığı hidrojen miktarı akımın şiddeti ile doğru orantılıdır.

DENEY 3:Aynı voltametreden 1Amper şiddetinde akım geçirerek,1 dakikada,2 dakikada,3 dakikada kapta toplanan hidrojen miktarlarını ölçelim.Bunlarda 7cm3,14cm3,21cm3 olduğu bulunur.Bundan da şu sonuç çıkarılır:
Açığa çıkan hidrojen miktarı akımın geçme süresiyle doğru orantılıdır.
Son iki deneyden elde edilen sonuçlara göre katotta toplanan hidrojen miktarının hem akımın I şiddeti ve hem de akımın t geçme süresiyle yani bunların I*t çarpımıyla doğru orantılı olduğu anlaşılmaktadır.
I(Amper)* t(saniye)=Q(coulomb)
Bu çarpım,devreden geçen elektrik miktarını belirli kılar.
Bir voltametrenin katodunda toplanan madde miktarı,voltametreden geçen elektrik miktarıyla orantılıdır.