Elektroliz Nedir

|

ELEKTROLİZ NEDİR?

BİR ELEKTRİK AKIMI TARAFINDAN AŞILAN BİR ELEKTROLİTİN UĞRADIĞI AYRIŞMAYA ELEKTROLİZ DENİR. ELEKTROLİZ, BU AKIMIN ELEKTROLİT İÇİNDE İLETİLMESİYLE BİRLİKTE GELİŞİR. ELEKTROLİT, ÇOĞUNLUKLA ERİMİŞ OLARAK YA DA BİR TUZ ERİYİĞİNİN SULU ÇÖZELTİSİ HALİNDEDİR. VOLTA PİLİNİN BULUNMASIYLA (1800) VE SUYUN ELEKTROLİZİNE UYGULANMASIYLA İLGİLİ İLK DENEYLER, XIX. YY’IN BAŞLARINDA GERÇEKLEŞTİRİLMİŞTİR.ELEKTROLİZ SÖZCÜĞÜNÜN, OLAYI ÖZEL OLARAK İNCELEYEN MICHAEL FARADAY TARAFINDAN ORTAYA ATILDIĞI SANILMAKTADIR.

ELEKTROLİZİN UYGULAMA ALANLARI

ELEKTROLİZ, ÖNCELİKLE, ELEKTROLİZLE METALÜRJİLERDE, METALLERİN HAZIRLANMASINDA (ÇÖZÜNMEZ ANOT) YA DA ARITILMASINDA (ÇÖZÜNÜR ANOT) KULLANILIR. ELEKTROLİZ, AYRICA, GALVANOPLASTİDE, BİR ELEKTROLİTİK METAL BİRİKİMİYLE METAL BİRİKİMİYLE DÖKÜM KALIBINA BİÇİM VERMEDE AŞINMAYA KARŞI KORUMADA VE BİR METAL ÇÖKELTİSİYLE METALLERİN KAPLANMASINDA (SÖZGELİMİ, NİKEL KAPLAMA, ÇİNKO KAPLAMA, KADMİYUM KAPLAMA, KROM KAPLAMA, GÜMÜŞ YA DA ALTIN KAPLAMA) BAŞ VURULAN BİR YÖNTEMDİR. ARI HİDROJEN, ÖZELLİKLE, SUYUN ELEKTROLİZİYLE ELDE EDİLİR. ÖBÜR UYGULAMALARI ARASINDA, GAZ ÜRETİMİ (KLOR), METAL ÜSTÜNDE KORUYUCU OKSİTLİ ANOT TABAKALARININ ELDE EDİLMESİ (ALÜMİNYUMUN, ALÜMİN ARACILIĞIYLA ANOTLAŞTIRILMASI İŞLEMİ) ELEKTROLİZLE PARLATMA, METALLERİN KATOT YA DA ANOT OLARAK YAĞLARDAN ARINDIRILMASI SAYILABİLİR. ELEKTROLİZ, AKIM ŞİDDETLERİNİN, ÖZELLİKLE DE VOLTAMETRELERDEKİ AKIM MİKTARLARININ ÖLÇÜLMESİNE DE OLANAK VERİR. SÜREKLİ AKIM YARDIMIYLA, ORGANİK DOKULARIN AYRIŞTIRILMASINA DAYANAN TEDAVİ ELEKTROLİZİ, CERRAHİDE SİNİR UÇLARININ (NÖRONLARIN), SERTLEŞEN URLARIN, BURUN DELİKLERİNDEKİ POLİPLERİN YOK EDİLMESİNDE, SİDİK YOLU (ÜRETRA) YA DA YEMEK BORUSU DARALMALARININ TEDAVİSİNDE VB. KULLANILIR.

SUYUN ELEKTROLİZ DENEYİ

DENEYİN AMACI:SUYUN,ELEKTROLİZ YOLUYLA HİDROJEN VE OKSİJENE AYRILMASI.

ARAÇ VE GEREÇLER: 8 YUVARLAK PİL VE PİL YATAĞI (VEYA 12

VOLTLUK DOĞRU AKIM GÜÇ KAYNAĞI)

İLETKEN TELLER VE TEL TUTTURUCULARI

3 BEHERGLAS (250 CM3)

3 DENEY TÜPÜ

6 ÇELİK ELEKTROT

ÇAMAŞIR SUYU SODASI ÇÖZELTİSİ

ÖN BİLGİLER VE DENEY YAPILIŞI: TEMİZ BİR KABA 500CM3 SAF SU KONUR. 60 GR ÇAMAŞIR SODASINI (NA2 CO3 H2 O) AZAR AZAR SU İÇİNE DÖKÜP KARIŞTIRARAK ÇÖZÜNÜZ. DAHA SONRA ÇÖZELTİYE, 1000CM3’E ÇIKINCAYA KADAR SAF SU İLAVE EDİLİR. BÖYLECE YAKLAŞIK %5’LİK ÇÖZELTİ HAZIRLANMIŞ OLUR. 250 CM3’LÜK TEMİZ BİR BEHERİN ÜÇTE İKİSİNE KADAR ÇÖZELTİ KONUR. İKİ DENEY TÜPÜ ALARAK BUNLAR AĞIZLARINA KADAR AĞIZLARINA KADAR ÇÖZELTİYLE DOLDURULUR. KESİTİ TÜP AĞZINDAN DAHA GENİŞ BİR TIPAYI PARMAĞINIZLA BU TÜPÜN AĞZINDA TUTARAK TÜP TERS ÇEVRİLİR VE BEHERDEKİ ÇÖZELTİYE DALDIRILIR. DAHA SONRA PARMAK ÇEKİLİR VE TIPA ÇÖZELTİDEN ALINIR. BÖYLECE TÜP İÇİNE HAVA GİRMESİ ÖNLENMİŞ OLUR. İKİNCİ TÜP İÇİN DE AYNI İŞLEM YAPILIR. İKİ ÇELİK ELEKTROT ALINARAK BUNLARI, BİRER UÇLARI ÇÖZELTİ İÇİNDEKİ TÜPLER İÇİNE GİRECEK ŞEKİLDE YERLEŞTİRİLİR. ELEKTROTLARIN ÇÖZELTİ DIŞINDA KALAN UÇLARINA TEL TUTTURUCULARI İLE İLETKEN TELLER BAĞLANIR. İLETKEN TELLERDEN BİRİNİN UCUNU SERİ BAĞLI PİLLERİN VEYA DOĞRU AKIM GÜÇ KAYNAĞININ (+) UCU İLE BİRLEŞTİRİLİR. DİĞER İLETKEN UCUNU PİL VEYA GÜÇ KAYNAĞININ (-) UCUNA DOKUNDURULUP ÇEKİLİR.

ELEKTROLİZ KABINDAKİ ELEKTROTLARDAN GÜÇ KAYNAĞININ (+) UCUNA BAĞLANMIŞTI. ŞİMDİ DE DİĞER ELEKTROTU GÜÇ KAYNAĞININ (-) UCUNA BAĞLANIP SAATE BAKILIR.5, 10, 15. DAKİKADA TÜPLERDE TOPLANAN GAZ MİKTARLARI TÜPLER ÜZERİNDE İŞARETLENİR VE DEVRE KESİLİR. GÜÇ KAYNAĞININ (-) UCUNA BAĞLI ELEKTROTUN BULUNDUĞU TÜPTE HİDROJEN GAZI DİĞER TÜPTE DE OKSİJEN GAZI TOPLANIR.

SONUÇ: SU, KENDİNİ MEYDANA GETİREN HİDROJEN VE OKSİJENE AYRIŞMIŞ OLUR.

ELEKTROLİZİ KİM BULMUŞTUR?

MICHAEL FARADAY

NEWINGTON, SURREY, BUGÜN SOUTHWARK – HAMPTON COURT 1791-1867

BİR DEMİR İŞÇİSİNİN OĞLUYDU. LONDRA’DA BİR KİTAPÇI KIRTASİYEDE

ÇALIŞMAYA BAŞLADI, DAHA SONRA BİR CİLTÇİNİN YANINDA ÇIRAK OLDU. BÖYLECE

ÇOK SAYIDA KİTAP OKUMA FIRSATINI BULDU VE ÖZELLİKLE KİMYA VE ELEKTRİĞE

İLGİ DUYDU. GECELERİ DAVY’NİN ROYAL İNSTİTUTİON’DA VERDİĞİ DERSLERE

KATILDI VE BİLİMSEL KONFERANSLARI İZLEDİ. DAVY BURADA KENDİSİNE ASİSTANLIK

GÖREVİ VERDİ; AYNI YERDE 1825’TE LABORATUAR MÜDÜRÜ, 1833’TE DE KİMYA

PROFESÖRÜ OLDU.

KİMYA İLE İLGİLİ İLK ARAŞTIRMALARINDA MADEN KÖMÜRÜ KATRANLARINDA

BENZENİ BULDU. BASİT BİR ALETİN İÇİNDE SIKIŞTIRMA VE SOĞUTMA YOLUYLA,

ÇAĞINDA BİLİNEN HEMEN HEMEN BÜTÜN GAZLARI SIVILAŞTIRMAYI BAŞARDI.

QERSTED’İN BULUŞUNDAN SONRA 1824 YILINDA ELEKTROMANYETİKLİĞİ İNCELEMEYE

BAŞLADI VE BİR MIKNATISIN ELEKTRİK AKIMI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİ GÖZLEDİ; BÖYLECE AMPÉRE’İN KURAMLARINI TAMAMLAMIŞ OLDU. BU YOLLA, SÜREKLİ MIKNATISLARIN ETKİSİ ALTINDAKİ BİR DEVREYİ DÖNDÜRMEYİ BAŞARDI VE ELEKTRİK MOTORUNU ÇALIŞTIRACAK İLKEYİ BULMUŞ OLDU. 1831’DE, KUŞKUSUZ EN ÖNEMLİ BULUŞUNU GERÇEKLEŞTİRDİ: MEKANİK ENERJİYİ ELEKTRİK ENERJİSİNE ÇEVİREN ELEKTROMANYETİK İNDÜKLEMEYİ BULARAK DİNAMOLARIN YAPIMINI SAĞLADI.1833’TE ELEKTROLİZ KURAMINI ORTAYA KOYDU; OLAYIN ADINI, ELEKTROT VE İYON TERİMLERİNİ ORTAYA ATTI: KENDİ ADINI TAŞIYAN NİTELİK VE NİCELİK YASALARINI BELİRLEDİ. DAHA SONRA ELEKTROSTATİKLE UĞRAŞTI, 1843’TE ELEKTROSKOPA BAĞLI SİLİNDİR YARDIMIYLA ELEKTRİĞİN KORUNUMU İLKESİNİ DOĞRULADI. ETKİYLE ELEKTRİKLENME KURAMINI ORTAYA KOYDU; ÇUKUR BİR İLETKENİN ( FARADAY KAFESİ) ELEKTROSTATİK ETKİLERE EKRAN OLUŞTURDUĞUNU GÖSTERDİ. 1846’DA ELEKTROSTATİK ENERJİNİN DİELEKTRİKLERDE YERLEŞTİĞİNİ BULDU. BU BULUŞU MAXWELL’İN ELEKTROMANYETİKLİK KURAMINI GELİŞTİRMESİNE YARDIMCI OLDU VE ELEKTRİKLE HERTZ DALGALARI ARASINDAKİ BAĞINTILARI AÇIKLAMAYA YARADI. YİNE BU BULUŞ YALITKANLARIN ÖZGÜL İNDÜKLEME GÜCÜNÜ TANIMLAMAYI SAĞLADI. 1838’DE ELEKTRO-IŞILDAMA OLAYINI ORTAYA KOYDU. 1845 TARİHLİ SON BULUŞLARI, POLARİZE IŞIĞIN MANYETİK ALAN ÜZERİNDEKİ ETKİSİ DE DİYAMANYETİKLİKTİR.

TEORİ

ELEKTROLİZ

BİR ELEKTROLİT İÇİNE İKİ ELEKTROT DALDIRILIP, BU HÜCREYE DIŞTAN BİR AKIM UYGULAYARAK ELEKTROTLARDA KİMYASAL REAKSİYONLAR MEYDANA GETİRİLMESİ OLAYINA ELEKTROLİZ DENİR. ELEKTROLİZİN MEYDANA GELMESİ İÇİN, HÜCREYE ANOT VE KATOT DENGE POTANSİYELLERİNİN TOPLAMINDAN DAHA BÜYÜK POTANSİYELDE BİR DIŞ AKIMIN UYGULANMASI GEREKİR

KATOTDA YÜRÜYECEK OLAN İNDİRGENME REAKSİYONLARI İÇİN ELEKTRONA İHTİYAÇ VARDIR. BU ELEKTRONLAR DIŞ AKIM KAYNAĞINDAN SAĞLANIR. ELEKTROLİZ HÜCRESİNDE DE AKIM YÖNÜ KATOTDAN ANODA DOĞRUDUR. BİR ELEKTROLİZ HÜCRESİ VE BİR PİL ARASINDA ELEKTROKİMYASAL OLAYJAR AÇISINDAN BİR FARK YOKTUR. ARADAKİ FARK PİLLERDE ANOT VE KATOT REAKSİYONLARININ KENDİLİĞİNDEN YÜRÜMESİDİR. ELEKTROLİZ HÜCRESİNDE DIŞARDAN UYGULANAN AKIM İLE ANOT VE KATOT POTANSİYELLERİ DENGE POTANSİYELLERİNDEN DAHA YÜKSEK BİR DEĞERE ÇIKARILARAK KİMYASAL REAKSİYONLARIN OLUŞMASI ZORLANIR.

AŞIRI GERİLİM

DEVREDEN HİÇ AKIM GEÇMEZKEN ÖLÇÜLEN ELEKTROT POTANSİYELLERİNE DENGE POTANSİYELİ DENİR. DEVREDEN AKIM GEÇİNCE ELEKTROT POTANSİYELLERİNDE POLARİZASYON NEDENİYLE DEĞİŞMELER OLUR. BİR ELEKTRODUN AKIMSIZ HALDE VE AKIM ALTINDA ÖLÇÜLEN POTANSİYELLERİ ARASINDAKİ FARKA AŞIRI GERİLİM DENİR VE ( ) İLE GÖSTERİLİR.

 = Eİ – EO

BURADA,  : AŞIRI GERİLİM, VOLT

Eİ : (İ) AKIMI ALTINDA ÖLÇÜLEN ELEKTROT POTANSİYELİ, VOLT

EO: AKIMSIZ (DENGE HALİNDE) ÖLÇÜLEN ELEKTROT POTANSİYELİ, VOLT

AŞIRI GERİLİMİN OLUŞ NEDENLERİ

ELEKTROT YÜZEYİNDE MEYDANA GELEN ELEKTROKİMYASAL REAKSİYONLAR, ARDARDA YÜRÜYEN BİR ÇOK REAKSİYONUN TOPLAMINDAN OLUŞUR. BU REAKSİYONLARDAN HERHANGİ BİRİNİN YAVAŞLAMASI AŞIRI GERİLİMİN DOĞMASINA NEDEN OLUR.

BİR ÖRNEK OLARAK HİDROJEN AŞIRI GERİLİMİNİN NASIL OLUŞTUĞUNU İNCELEYELİM, İYON HALİNDEKİ BİR HİDROJEN ATOMUNUN KATOTTA HİDROJEN GAZI MOLEKÜLÜ HALİNE GELMESİ ŞU REAKSİYON KADEMELERİNDEN GEÇER.

 ÇÖZELTİ İÇİNDE BULUNAN H+ İYONLARININ ELEKTROT YÜZEYİNE KADAR GELMELERİ GEREKİR. BU OLAY DİFÜZYON İLE GERÇEKLEŞİR.

 ELEKTROT YÜZEYİNE GELEN H+ İYONLARI BURADAN ELEKTRON ALARAK HİDROJEN ATOMU HALİNE GEÇERLER. OLUŞAN (H) ATOMLARI METAL YÜZEYİNDE ADSORBE EDİLİR.

 ELEKTROT YÜZEYİ HİDROJEN ATOMLARI İLE DOYGUN HALE GELİNCE, HİDROJEN ATOMLARI BİRBİRİ İLE BİRLEŞEREK HİDROJEN MOLEKÜLÜ HALİNE DÖNÜŞÜRLER.

 HİDROJEN MOLEKÜLÜ YÜZEYDE TUTULAMAYACAK KADAR FAZLALAŞINCA, KABARCIKLAR HALİNDE GAZ ÇIKIŞI MEYDANA GELİR.

BU REAKSİYONLARDAN HERHANGİ BİRİ YAVAŞLARSA, KATOTTA HARCANAN ELEKTRON SAYISI AZALIR VE BUNUN SONUCU OLARAK KATOT POTANSİYELİ NEGATİF YÖNDE ARTAR.

ELEKTROLİZDE ÜÇ ÇEŞİT AŞIRI GERİLİM SÖZ KONUSU OLUR.

1. AKTİVASYON AŞIRI GERİLİMİ

2. KONSANTRASYON AŞIN GERİLİMİ

3. DİRENÇ AŞIRI GERİLİMİ

AKTİVASYON AŞIRI GERİLİMİ:

ELEKTROTLARDA YÜRÜYEN KİMYASAL REAKSİYONLARIN HIZININ GEÇEN AKIMDAN DAHA DÜŞÜK OLMASI DURUMUNDA MEYDANA GELİR. BU DURUMDA ELEKTROTLARDA YÜRÜYEN REAKSİYON HIZINI BELLİ BİR DEĞERDE TUTABİLMEK İÇİN ELEKTROT POTANSİYELLERİNİN ARTIRILMASI GEREKİR.

KONSANTRASYON AŞIRI GERİLİMİ,

ELEKTROLİZ SIRASINDA ANOT VE KATOT BÖLGELERİNDE YENİ MADDELER AÇIĞA ÇIKAR VEYA BAZI İYONLARIN KONSANTRASYONU AZALIR. ELEKTROTLAR ÇEVRESİNDEKİ KONSANTRASYON DEĞİŞİMİ SONUCU ELEKTROTLARIN DENGE POTANSİYELLERİNDE DE DEĞİŞME MEYDANA GELİR. ANOT VE KATOT ARASINDAKİ POTANSİYEL FARKI GİTTİKÇE ARTAR. BU DURUMDA ELEKTROLİZİ DEVAM ETTİRMEK İÇİN DAHA YÜKSEK BİR GERİLİM UYGULANMASI GEREKİR.

DİRENÇ AŞIRI GERİLİMİ

ELEKTROLİZ SIRASINDA MEYDANA GELEN KİMYASAL ÜRÜNLER ELEKTROT YÜZEYLERİNDE BİRİKEREK GEÇİRİMSİZ BİR FİLM OLUŞTURUR. BU FİLM ELEKTROT DİRENCİNİN ARTMASINA BUNA PARALEL OLARAK ELEKTROT POTANSİYELLERİNİN ARTMASINA NEDEN OLUR. BU AŞIRI GERİLİMLERİN BİRİ VEYA BİRKAÇI BİR ARADA OLABİLİR. BÖYLECE ANOT POTANSİYELİNDE (+) YÖNDE, KATOT POTANSİYELİNDE (-) YÖNDE ARTIŞ GÖZLENİR. ELEKTROLİZİN DEVAMI İÇİN GİTTİKÇE DAHA BÜYÜK BİR POTANSİYEL UYGULANMASI GEREKİR.

BAZI HALDE, AŞIRI GERİLİMLER İHMAL EDİLECEK KADAR KÜÇÜK OLUR. ÖRNEĞİN BAKIR ELEKTROTLARLA BİR CU SO4 ÇÖZELTİSİ ELEKTROLİZ EDİLECEK OLURSA, ÇÖZELTİNİN KARIŞTIRILMASI HALİNDE HEMEN HEMEN HİÇ AŞIRI GERİLİM MEYDANA GELMEZ.

AYRIŞMA GERİLİMİ

BİR ELEKTROLİZDE, ELEKTROT REAKSİYONLARININ BAŞLAMASI İÇİN GEREKLİ OLAN MİNİMUM POTANSİYELE AYRIŞMA GERİLİMİ DENİR. TEORİK AYRIŞMA GERİLİMİ ANOT VE KATODUN DENGE HALİNE KARŞI GELEN ELEKTROT POTANSİYELLERİ NERNST DENKLEMİ İLE HESAPLANARAK BULUNABİLİR.

EA.G = EKATOT – EANOT

BURADAN ELDE EDİLEN EAG, TEORİK AYRIŞMA GERİLİMİ OLUP, ANOT VE KATOTTA HİÇ AŞIRI GERİLİM OLMADIĞI KABULÜNE DAYANIR. BU DEĞER AYNI HÜCRENİN EMK DEĞERİNİN TERS İŞARETLİSİDİR. BUNA ZIT ELEKTRO MOTOR KUVVETİ (ZIT EMK) DENİR.

AYRIŞMA GERİLİMİ = ZIT. EMK

YAZILABİLİR. ÖRNEĞİN SUYUN ELEKTROLİZ İLE AYRIŞMA REAKSİYONU ,

KATOTTA HİDROJEN ÇIKIŞI: 2H+ + 2 E — = H2

ANOTTA OKSİJEN ÇIKIŞI : 2OH– = 1/2 O2 + H2O + 2 E–

TOPLAM REAKSİYON : 2 H+ + 2 OH– = H2 + 1/2 O2 + H2O

ŞEKLİNDE YÜRÜR. SUYUN ELEKTROLİZİNDE AYRIŞMA GERİLİMİ ŞÖYLE HESAPLANIR:

KATOT POTANSİYELİ (OKSİDASYON OLARAK):

EKATOT = E° – 0,059/2 LOG (10-7)2 = 0,413 VOLT

ANOT POTANSİYELİ:

EANOT = E° – 0,059/2 LOG (L/10-7)2 = – 0,814 VOLT

SUYUN TEORİK AYRIŞMA GERİLİMİ,

EAG = EKATOT – EANOT

EAG = 0,413 – (- 0,814) = 1,227 VOLT

BU DEĞER SUYUN TEORİK AYRIŞMA GERİLİMİDİR. GERÇEKTE SUYUN AYRIŞMASI İÇİN HER İKİ ELEKTROTTA OLUŞAN AŞIRI GERİLİMLERİN DE YENİLMESİ GEREKİR. SUYUN GERÇEK AYRIŞMA GERİLİMİ L ,70 VOLT’ DAN DAHA YÜKSEKTİR.

AYRIŞMA GERİLİMİNİN ÖLÇÜLMESİ

AYRIŞMA GERİLİMİ DENEYSEL OLARAK ŞEKİL-1’DE VERİLEN DÜZENEK İLE ÖLÇÜLEBİLİR. ELEKTROLİZ DEVRESİNE BİR DIŞ AKIM UYGULANDIKTAN SONRA ELEKTROT POTANSİYELLERİ BİR REFERANS ELEKTROT YARDIMI İLE ÖLÇÜLÜR. KONSANTRASYON POLARİZASYONUNU ÖNLEMEK AMACIYLA ÇÖZELTİ SÜREKLİ KARIŞTIRILIR.

ŞEKİL-1 AYRIŞMA GERİLİMİNİN ÖLÇÜLMESİ

DENEY SONUÇLAN, AKIM YOĞUNLUKLARI ORDİNATTA, POTANSİYELLER APSİSTE OLMAK ÜZERE GRAFİĞE GEÇİRİLİR.

ŞEKİL-2 (İ – E) GRAFİĞİ İLE AYRIŞMA GERİLİMİNİN BELİRLENMESİ

BAŞLANGIÇTA (B) NOKTASINA KADAR AKIMIN ÇOK AZ ARTIRILMASI HALİNDE BİLE BÜYÜK POTANSİYEL ARTIŞLARI GÖRÜLÜR. (AB) ARASINDA AKIM-POTANSİYEL DEĞİŞİMİ YAKLAŞIK OLARAK LİNEERDİR. ELEKTROLİZ OLAYI HENÜZ BAŞLAMAMIŞTIR. POTANSİYEL BELLİ BİR DEĞERE ERİŞİNCE AKIMDA ŞİDDETLİ BİR ARTIŞ GÖZLENİR. BU NOKTADAN SONRA AKIM – POTANSİYEL EĞRİSİ (EC) BOYUNCA YENİDEN LİNEER BİR DEĞİŞİM GÖSTERİR. BU İKİ LİNEER BÖLGE KESİŞTİRİLEREK, ELEKTROLİZİN BAŞLAMIŞ OLDUĞU (ED) POTANSİYELİ BELİRLENEBİLİR. BU YOLLA ÖLÇÜLEN AYRIŞMA GERİLİMİ GERÇEK AYRIŞMA GERİLİMİDİR.

TEORİK AYRIŞMA GERİLİMİ İLE, GERÇEK AYRIŞMA GERİLİMİ ARASINDA AŞAĞIDAKİ BAĞINTI VARDIR:

EAG (GERÇEK) = EAG (TEORİK) +  + 

GERÇEK AYRIŞMA GERİLİMİNİ BULMAK İÇİN TEORİK AYRIŞMA GERİLİMİNE ANOT VE KATOT AŞIRI GERİLİMİ DEĞERLERİNİN EKLENMESİ GEREKİR.

ELEKTROTLARDA OLUŞAN AKTİVASYON AŞIRI GERİLİMİ AKIM YOĞUNLUĞUNA BAĞLIDIR VE AKIM YOĞUNLUĞU ARTTIKÇA AŞIRI GERİLİMDE DE ARTIŞ OLUR. AKTİVASYON AŞIRI GERİLİMİ İLE UYGULANAN AKIM YOĞUNLUĞUNUN LOGARİTMASI ARASINDA TAFEL DENKLEMİ BAĞINTISI VARDIR.

Η= A + B İN İ

BURADA,

Η: AŞIRI GERİLİM, VOLT

I : AKIM YOĞUNLUĞU, A / CM2

A, B : ANODİK VE KATODİK TAFEL SABİTLERİ’DİR.

TAFEL DENKLEMİNDE İ = I A/CM İKEN N, = A VOLT’DUR. (B) SABİTİ İSE ELEKTROT REAKSİYONU CİNSİNE BAĞLI OLARAK, ( B = 2 X 2.3 X RT/NF } BAĞINTISI İLE HESAPLANABİLİR. BURADA. T = 298 K VE N = L DEĞERLERİ YERİNE KONULARAK B- 0,118 VOLT BULUNUR, (B) LOGARİTMİK TERİMİN KATSAYISIDIR, O HALDE AKIM YOĞUNLUĞUNUN 10 KAT ARTMASI HALİNDE AŞIN GERİLİM YAKLAŞIK OLARAK 0,118 VOLT ARTIŞ GÖSTERECEKTİR.

BAKIR REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ

VE BAKIR RAFİNASYON ELEKTROLİZİ

1. DENEYİN AMACI

BAKIR REDÜKSİYON VE RAFİNASYON ELEKTROLİZİNDE OLUŞAN ANOT, KATOT POLARİZASYONLARI VE HÜCRE VOLTAJININ ÖLÇÜLMESİ, BU YOLLA İKİ ELEKTROLİZ TÜRÜ ARASINDAKİ HÜCRE VOLTAJI, ANOT POTANSİYELİ, ÖZGÜL ENERJİ TÜKETİMİ, ELEKTROLİT BİLEŞİMİ GİBİ TEMEL FARKLILIKLARIN İRDELENMESİ VE ORGANİK KATKILARIN BAKIR RAFİNASYON ELEKTROLİZİNDEKİ KATOT YÜZEY KALİTESİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİDİR.

2. TEORİK BİLGİ

ELEKTROLİZ, BİR ELEKTROLİT İLE TEMES HALİNDE OLAN ELEKTROTLARA DIŞARIDAN BİR ELEKTROMOTOR KUVVETİ UYGULAYARAK KİMYASAL BİR REAKSİYONUN GERÇEKLEŞMESİDİR.

İKİ VEYA DAHA FAZLA ELEKTRODUN BİR ELEKTROLİT İÇİNDE BULUNDUĞU SİSTEMLERE ELEKTROLİZ HÜCRESİ ADI VERİLİR. HÜCREDE (+) POZİTİF YÜKLÜ ANOD İLE (-) NEGATİF YÜKLÜ KATOT DIŞ AKIM KAYNAĞI İLE BAĞLANMIŞTIR. ELEKTROLİT DIŞINDA ELEKTRON HAREKETİ ANOTTAN KATOTA DOĞRU İKEN, ELEKTROLİT İÇİNDE KATOTTAN ANODA DOĞRUDUR. DEVREYE AKIM VERİLDİĞİNDE (ME ) İYONLARI ÇEKİM ETKİSİYLE KATOTA GİDERKEN, BUNA KARŞIN NEGATİF YÜKLÜ İYONLAR (X ) ANODA YÖNELİRLER.

RAFİNASYON VE REDÜKSİYON ELEKTROLİZLERİ ARASINDAKİ FARKLARDAN BİRİ; KATOT REAKSİYONLARI AYNI İKEN ANOT REAKSİYONLARI FARKLI OLUŞUDUR.RAFİNASYON ELEKTROLİZİNDE ANOTTAN ÇÖZÜNEN METAL İYONLARI KATOTTA REDÜKLENİRKEN, REDÜKSİYON ELEKTROLİZİNDE ÇÖZÜNMEYEN ANOTLAR KULLANILDIĞINDAN, ANOT REAKSİYONU ELEKTROLİTTE BULUNAN BİR ANYON VEYA MOLEKÜLÜN OKSİDASYONU İLE SAĞLANMALIDIR. OKSİDASYON İŞLEMİ, SULU ÇÖZELTİLERDE SUYUN DİSOSİYASYONU SONUCU OLUŞAN OH İYONUNUN ÜSTLENDİĞİ BİR GÖREVDİR.

EĞER BİR ELEKTROLİZ DEVRESİNDE AKIM GEÇİRİLİRSE, KATOT POTANSİYELİ AKIMSIZ BAŞLANGIÇ POTANSİYELİNDEN SAPMA GÖSTERİR. ÇÖZELTİDE BULUNAN İYONUN STANDART POTANSİYELİNE ULAŞILDIĞINDA METAL İYONU;

ME + ZE  ME (1)

ANOTTA OLUŞAN ELEKTRON BİRİKİMİ SONUCU ANOT ÇÖZÜNEMEDİĞİNDEN ANOT POLARİZASYONU SÜREKLİ ARTARAK SUYUN OKSİDASYON POTANSİYELİNE ULAŞIR VE OKSİJEN DEJARJI BAŞLAR. ANODİK REAKSİYON SONUCU AÇIĞA ÇIKAN ELEKTRONLAR, 1. SINF ELEKTRONLAR VASITASIYLA KATOTA TAŞINIR. BUNDAN HAREKETLE SİSTEMDEN GEÇEN AKIM MİKTARINA BAĞLI OLARAK REDÜKLENECEK VEYA OKSİTLENECEK İYON MİKTARLARI ARSINDAKİ İLİŞKİ FARADAY KANUNU İLE BELİRLENİR.

M = K X I X Β X T (1)

K = A/Z*96500

M : REDÜKLENEN METAL MİKTARINI(G), K: ELEKTROKİMYASAL EKİVALEN(G/AS), I: AKIM(A), T: ZAMAN(S), Β: AKIM RANDIMANI(%), Z: ELEKTRON SAYISI, A: REDÜKLENEN MADDENİN ATOM AĞIRLIĞI.

ELEKTROLİZİN GERÇEKLEŞNESİ İÇİN GEREKLİ OLAN POTANSİYEL, TEORİK OLARAK UYGULANMASI GEREKENDEN DAHA YÜKSEKTİR. TEORİK İLE PRATİK ARSINDAKİ BU FARKA AŞIRI VOLTAJ(Η) DENİR.

PARÇALANMA POTANSİYELİ (UZ) SİSTEMDEN GEÇEN AKIM MİKTARINDAN BAĞIMSIZKEN, FAZLA VOLTAJLAR VE ELEKTROLİTİN DİRENCİNDEN KAYNAKLANAN POTANSİYEL DÜŞÜŞÜ (IXR) DİREKT AKIM ŞİDDETİNE BAĞLIDIR.ÖZGÜN ENERJİ:

W (KWH/KG) = (2)

W : ÖZGÜN ENERJİ/KWH/KG), T: ZAMAN(S)

ELEKTROKİMYASAL YÖNTEMLER; RAFİNASYON ELEKTROLİZİ(HİDRAJANDEN DAHA SOY METALLERİN SAFLAŞTIRILMASI), REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ(EMK SERİSİNDE MN VE DAHA SOY METLLERİN ÜRETİMİ VE KAZANIMI), ELEKTRODİYALİZ(ATIK ÇÖZELTİLERİN GİDERİMİ, KISMİ TUZ GİDERİMİ, ELEKTRONÖTRAL BİLEŞİKLERİN VE BOZUNMA ÜRÜNLERİNİN PROSES ÇÖZELTİLERİNDEN AYIRIMI) OLMAK ÜZERE 3 GRUPTUR.

RAFİNASYON ELEKTROLİZİ SAF METAL İHTİYACINI KARŞILAMAKTAYKEN, REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ ÖZELLİKLE BAZİK METALLERİN KAZANIMINDA VE TOZ METAL ÜRETİMİNDE VAZGEÇİLMEZ BİR PROSESTİR. METAL İYONU İÇEREN ATIK ÇÖZELTİLERDEN METAL GERİ KAZANIMI VE ATIK ÇÖZELTİLERİ METALDEN ARINDIRILMA ZORUNLULUĞU, REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ UYGULAMALARININ ARTMASINA NEDEN OLMUŞTUR.

FAZLA VOLTAJ TÜRLERİ; KONSANTRASYON FARKINDAN DOĞAN FAZLA VOLTAJ(ΗK), DİFÜZYON VOLTAJI(ΗD), REAKSİYON VOLTAJI(ΗR), AKTİVASYON VOLTAJI(ΗA), KRİSTALİZASYON VOLTAJI(ΗKR), POLARİZASYON VOLTAJI(ΗT), AŞAĞIDAKİ GİBİ FORMÜLİZE EDİLMİŞTİR.

ΗT = ΗK + ΗD + ΗR+ ΗA + ΗKR+…………… (3)

REDÜKSİYON ELEKTROLİZİNDE, DEVREDEN AKIM GEÇTİĞİ ANDA BAŞLANGIÇ İYON KONSANTRASYONU DEĞİŞİR. KATOT YÜZEYİNE ÇOK YAKIN BİR BÖLGEDEİYONLARIN ANINDA REDÜKLENEREK KATOT TOPLANMASINDAN DOLAYI İNCE BİR ARA TABAKA OLUŞUR. BURADAKİ İYON KONSANTRASYONU , TABAKA DIŞINDAKİ İYON KONSANTRASYONUNDAN DAHA DÜŞÜKTÜR.BU FARK ARTI BİR PİL VOLTAJI GEREKTİRİR VE BU KATOT POLARİZASYONU OLARAK TANIMLANIR. BENZER ŞEKİLDE ANOT POLARİZASYONU OLUŞUR VE İKİSİNİN TOPLAMINA KONSANTRASYON POLARİZASYONU DENİR.

ANOT VE KATOT POLARİZASYONLARI TOPLAMINA PARÇALANMA VOLTAJI DENİR. PARÇALANMA VLTAJI;

UZ = UK + UA (4)

UZ: PARÇALANMA VOLTAJI, UK: ANOT POLARİZASYONU, UA : KATOT POLARİZASYONU

OHM KANUNU GEREĞİNCE KABLO BAĞLANTILARINDA VE ELEKTRO-KABLO TEMAS NOKTALARINDA, DİRENÇLERDEN DOLAYI BİR POTANSİYEL DÜŞÜŞÜ GÖRÜLÜR. ELEKTROLİZ SIRASINDA ULŞILMASI GEREKEN HÜCRE POTANSİYELİ BUNLARIN TOPLAMSINA EŞİTTİR.

UB = UZ + ΗT + (IXR) (5)

UB: HÜCRE GERİLİMİ(V), UZ: PARÇALANMA GERİLİMİ(V), ΗT :TÜM FAZLA VOLTAJLAR(V), I: AKIM MİKTARI(A), R: ELEKTROLİT DİRENCİ(Ω)

2.1. BAKIR REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ

HİDROMETALURJİK BAKIR ÜRETİMİ BAKIR REDÜKSİYON ELEKTROLİZİNİ ZORUNLU KILMAKTADIR. SOLVENT EKSTRAKSİYON VE İYON DEĞİŞTİRİCİLER TEKNOLOJİSİNDEKİ GELİŞMELER, REDÜKSİYON ELEKTROLİZİNDE ÖNEMLİ DEĞİŞMELERE YOL AÇMAKTADIR. ÖRNEĞİN, SON YILLARDA 100A/M2 YERİNE 280A/M2 AKIM YOĞUNLUĞUNDA ÇALIŞMA ÜRETİM HIZINI ARTTIRMIŞTIR. REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ İÇİN AKIM YOĞUNLUĞU- POTANSİYEL ARASINDAKİ İLİŞKİYİ VEREN GRAFİK AŞAĞIDA VERİLMİŞTİR.

BAKIR REDÜKSİYON ELEKTROLİZİNDE GERÇEKLEŞEN KATODİK VE ANODİK REAKSİYONLAR:

CU + 2E  CU E = -0,34V (2.1.1)

2H O  O + 4H + 4E E = 1,229-0,0591PH (2.2.2)

TOPLAM HÜCRE POTANSİYELİ;

CU +SO + H O  CU +1/2 O + 2H + SO E = +0,89-0,0591PH (2.2.3)

TERMODİNAMİK OLARAK BAKIR REDÜKSİYON ELEKTROLİZİ 0,89 V’TA GERÇEKLEŞİRKEN, UYGULANMASI GEREKEN POTNSİYEL, 200A/M AKIM YOĞUNLUĞU İÇİN 2-2,4 DEĞERİNDEDİR.

2.2. BAKIR RAFİNASYON ELEKTROLİZİ

ELEKTROLİTİK RAFİNASYON UYGULAMASI İKİ NEDENLE YAPILIR. TEMEL AMAÇ İLETKENLİĞİN AZALMASINA NEDEN OLAN EMPÜRİTELERDEN ARINMAKKEN, RAFİNASYON İŞLEMİ SIRASUNDA ANOT ÇAMURUNA GEÇEN SOY METAL VE YARI METALİK METALLER(SE,TE) RAFİNESİDE MALİYETİ KARŞILADIKLARINDAN İŞLETMEYE ARTI DEĞER KAZANDIRIR.

ANOT VE KATOT ARASINA AKIM UYGULANDIĞINDA CUSO4-HSO4–H2O TÜRÜ ELEKTROLİTTE ŞUNLAR GERÇEKLEŞİR:

• ANOTTA ANODİK OKSİDASYON SONUCU CU İYONLARI HALİNDE ÇÖZÜNEREK ÇÖZELTİYE GEÇERKEN, ELEKTRONLAR ANOT METAL ÜZERİNEDN DEVREYE GEÇER.

CU  CU + 2E E = 0,34V

• ANOT ÜZERİNDEN DIŞ ELEKTRİK DEVRESİNE İLETİLEN ELEKTRONLAR KATOTA ULAŞARAK DEVREYİ TAMAMLAMAKTADIR.

• ELEKTROLİTİK İÇİNDEKİ CU İYONLARI MİGRASYON SONUCU KATOT YÜZEYİNE ULAŞIR.

• KATOT YÜZEYİNE ULAŞAN CU İYONLARI ANOTTAN İLETİLMİŞ OLAN ELEKTRONLARLA TEKRAR BİRLEŞEREK METAL FORMUNA REDÜKLENİRLER.

CU + 2E  CU E = -0,34V

BU SEÇENEKLERDEN BAKIR RAFİNASYON ELEKTROLİZİNDE ENERJİ TÜKETİMİ OLMADIĞI GÖRÜLÜR. ANCAK ANODİK VE KATODİK REAKSİYONLAR KİNETİK ENGELLİ OLDUĞUNDAN FAZLA VOLTAJLARIN UYGULANMASI GEREKİR VE BAĞLANTI YERLERİNDEKİ DİRENÇLERDEN DOLAYI VOLTAJ DÜŞÜŞÜ DE GÖZ ÖNÜNE ALINMALIDIR. RAFİNASYON ELEKTROLİZİNE AİT AKIM YOĞUNLUĞU- POTANSİYEL DİYAGRAMI VERİLMİŞTİR.

3. DENEYDE KULLANILAN CİHAZ VE MALZEMELER

• GÜÇ KAYNAĞI

• VOLTMETRELER

• ISITICI-KARIŞTIRICI

• TERAZİ

• BEHERLER

• PBSB, BLİSTER BAKIR,PASLANMAZ ÇELİK

• REFERANS ELEKTROTLAR

• CU VE SERBEST H2SO4 İÇEREN FARKLI BİLEŞİMDEKİ ELEKTROTLAR

4. DENEYİN YAPILIŞI

DENEY GRUBUZ İKİŞERLİ İKİ GRUBA AYRILARAK FARKLI ŞARTLARDA GERÇEKLEŞEN İKİ FARKLI RAFİNASYON ELEKTROLİZİ VE REDÜKSİYON ELEKTROLİZ SİSTEMLERİ OLUŞTURULDU.

GRUBLARDAN BİRİ; BİR RAFİNASYON(50 C) REDÜKSİYON(ODA SIC.) HÜCRELERİ KURARAK,250 A/M AKIM YOĞUNLUĞUNDA ÇALIŞACAK SİSTEMLERİ OLUŞTURDU. HÜCRELER DOĞRU AKIM KAYNAĞINA SERİ OLARAK BAĞLANDI.ELEKTROLİT MİKTARI HER İKİ HÜCRE DE DE 500CC ALINDI.

GRUBLARDAN BİRİ; BİR RAFİNASYON(50 C) REDÜKSİYON(ODA SIC.) HÜCRELERİ KURARAK,275 A/M AKIM YOĞUNLUĞUNDA ÇALIŞACAK SİSTEMLERİ OLUŞTURDU. HÜCRELER DOĞRU AKIM KAYNAĞINA SERİ OLARAK BAĞLANDI.ELEKTROLİT MİKTARI HER İKİ HÜCRE DE DE 500CC ALINDI.

BAŞLICA YAPITLARI:

ELEKTRİKTE DENEYSEL ARAŞTIRMALAR, 1839-1855 (EXPERIMENTAL RESEARCHES IN ELECTRICITY)

KİMYA VE FİZİKTE DENEYSEL ARAŞTIRMALAR, 1850 ( EXPERIMENTAL RESEARCHES IN CHEMISTRY AND PHYSICS )

Previous

Sports —

Maliyet Analizi

Next

Yorum yapın