Moderin Kimyanın Prensipleri ve Uygulamaları. Chemistry 140 Fall 2002 Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya General Chemistry Moderin Kimyanın Prensipleri ve Uygulamaları. Bolum21 Elektrokimya Philip Dutton University of Windsor, Canada N9B 3P4 Prentice-Hall © 2002 ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo BU KONUYA AİT SLAYTLARI HAZIRLAYAN 050040905- MAKSAT ESENOW’A PROBLEMLERİ HAZIRLAYAN 080050027 YAKUP SERHAD ÇELİK’ETEŞEKKÜRLER ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 1

Chemistry 140 Fall 2002 Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya İçindekiler 21-1 Elektro Potansiyelleri ve Elektro Potansiyellerinin Ölçümü 21-2 Standart Elektro Potansiyelleri 21-3 Epil, ΔG, ve Kd 21-4 Epil in Derişime Bağımlılığı 21-5 Piller Kimyasal Tepkimelerden Elektrik Üretimi 21-6 Korozyon: İstenmeyen Volta Hücreleri 21-7 Elektroliz :İstemsiz Kimyasal Tepkimelerin Oluşum Nedeni 21-8 Endüstriyel Elektroliz İşlemleri Özel Konu Membran Potansiyelleri  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 2

GK-II 21.KONU ELEKTRO KİMYA Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya GK-II 21.KONU ELEKTRO KİMYA Elektro kimya Elektriğin kimyasal reaksiyonla üretimini ve elektriğin kimyasal reaksiyonlara etkisini inceleyen bilimdalıdır. Elektrik yüklü partiküllerin hareketiyle meydana gelen bir enerjidir. Doğada en bol olan, en kolay ve en hızlı hareket edebilen yüklü partikül éolduğu için tek anlamıyla yeryüzündeki ELEKTRİK de, é hareketiyle oluşur. Oluştuğu ortamda ısınma , manyetizma ve kimyasal değişmeler meydana gelir. Isınma, yüklü partiküllerin hareketi sırasındaki çarpışma ve sürtünmelerden, manyetizma ise sıralanmalardan kaynaklanır. Kimyasal reaksiyonlar ise é alıp verildiği zaman oluşur ve daha çok iyonik iletme olayının olduğu ELEKTROLİZ olayında görülür. Elektriği iletmeyen maddelere YALITKAN adı verilir bunların iç yapısı yüklü partiküllerin hareketine izin vermezler, dirençleri >108 ohm /cm dır. Elektriği ileten maddelere İLETKEN adı verilir,5 tür iletken vardır:  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Chemistry 140 Fall 2002 İLETKENLER GK-II 21.Konu:Elektrokimya Elektriği ileten maddelere İLETKEN adı verilir,5 tür iletken vardır: 1.sınıf (metalik, elektronik )iletkenler e’ hareketliliği büyük olan metallerdir.öz dirençleri 10-6 ohm. cm ile 10-3ohm.cm arasındadır.grafit bazı sülfür ve oksijende bu sınıfa girer. 2 .sınıf (elektrolitik, iyonik) iletkenler.bunlar asit baz ve tuzların aq çözeltileri olup iyon hareketliliği elektrik iletimi sağlanır. İletkenlik,sıcaklıkla 1.sınıfta azalır.2. sınıfta artış gösterir. 3-Yarıiletkenler (Yİ) (semicondüktors ):öz dirençleri 109– 102 ohm .cm arasında olan Si, Ge ve bazı element ve bileşiklerde gölülür. Kirlenme durumuna göre n ve p tipi Yİ oluşur. n ve p tipi Yİ ile elektrik akımını istenildiği gibi yönlendirebilir, frenleyebilir. Böylece elektronik sanayinin temel elemanları direnç diyot, triyod ve entegre devreler oluşturulur. 4-Karma iletkenler: Değişik sıcaklıklarda metalik ve iyonik iletkenlik gösterebilen maddelerdir. Örneğin CuI 240ºC > tº ise metalik t ºC = 240 ºC -340 ºC karma 380 ºC üstünde iyonik iletkenlik gösterir. 5-Süper iletkenler: Sıfır veya sıfıra yakın dirençle é hareketine izin veren maddelerdir.Genellikle bir çok metal 0ºK civarında süper iletkendir. Bazı alaşımlar yüksek basınç altında daha yüksek sıcaklıkta süper iletken özellikte yapılar oluşturabilmektedir. 300 atm basınç altında oluşturulan Seramik Cu-O alaşımı 75ºK de süper iletkenlik gösterebilmektedir, bu sıcaklık sıvı N2 ile ekonomik olarak sağlandığı için oldukça önemlidir. Seramik Cu-O yapısı normalde 35º K, YBa2Cu3O7 yapısı 95ºK de süper iletkendir. Süper iletkenler birçok elektronik malzemede, çok güçlü elektro mıknatıs yapımı, süper hızlı tren teknolojisi, güçlü görüntüleme cihazlarında oldukça önemlidir. Bi2Sr2CaCu2O8→110ºK , TlBa2Ca3Cu4Oy → 125ºK  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

1.SINIF (METALİK)=(ELEKTRONİK) İLETKENLER: Chemistry 140 Fall 2002 1.SINIF (METALİK)=(ELEKTRONİK) İLETKENLER: GK-II 21.Konu:Elektrokimya 1.SINIF (METALİK)=(ELEKTRONİK) İLETKENLER: Delekolize e’ yapıları nedeniyle metallerde bir gerilim (potansiyel) farkı oluşturulduğunda é lar metal üzerinde kolayca akar, metal üzerinde birikim olmadan bir uçtan gerilim farkı ile pompalanan é lar diğer uçtan akarak elektrik iletimi sağlanır. Ancak metalin direnci ısınma v.s. gibi nedenlerle çok azda olsa bir é kaybı olur ve iletim esnasında iletken çevresinde elektrik akımı oluşturur. Pompalanan é iletildiği için Atom ve moleküllerde herhangi bir é alış-verişi ve kimyasal reaksiyon olmaz.. Kaynaktan verilen é hızına yakın hızda metalden é akışı meydana gelir. Bir iletkende é akımının şiddeti (é akış hızı) AKIM ŞİDDETİ=I=Q/t (amper = columb) / san.) olup bir noktadan san’de geçen Coulomb yük miktarıdır. 1 Coulomb elektrik yükü = 6,24x1018 é yüküne eşittir. V=IxR 1 volt gerilim (potansiyel farkı) 1 amper şiddetinde akımın, direnci 1 ohm olan iletkenden geçişinde oluşur. V(volt)=I.R=W (watt =joule/san) /Q(coulomb , 1 e’ yükü ~ 96500 /6,023x1023 =1,6x10-19 Coulomb 1 ekv-g madde için yani NA=6,023x1023 adet é alış-verişiyle 1 Faraday ~96500 coulomb akım miktarı kullanılır. Volta temas nazariyesi :farklı iki metal birbirine değer veya herhangi bir şekilde é iletebilecek şekilde birleştirilirse daha az soy olan é verir yükseltgenir (anot olur), daha soy olan é alır ve indirgenir (katot olur) En soydan metalden en aktif metale doğru Soyluk sırası Ag-Au-Pt-Cu-H-Pb- Sn-Fe-sn-Al –Mg-Na-Li  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

2. sınıf (iyonik= elektrolitik) iletkenlik, PİL-AKÜ Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya 2. sınıf (iyonik= elektrolitik) iletkenlik, PİL-AKÜ Cu(k) + 2Ag+(aq)  Cu2+(aq) + 2 Ag(k) Cu(k) + Zn2+(aq) rx vermez 2. sınıf (iyonik= elektrolitik) iletkenlik , elektrik akımı çözeltilerde veya bazı tip iyonik katılarda serbestçe hareket edebilen atom, molekül ve iyonların é alış-verişi ile olan redoks rx’larıyla oluşur, dolayısıyla redoks rx’larıyla PİL-AKÜ gibi düzeneklerden elektrik üretilir. Öte yandan , bir kaynaktan sağlanan elektrik akımıyla é verilerek normalde istemsiz olan ELEKTROLİZ rx oluşur. REDOKS Reaksiyonları ile é (ELEKTRİK) üretimi - PİL VE AKÜ Bir metal kendi tuzunun çözeltisine batırılırsa bir yarı hücre oluşur. Burada metale elektrot, çözeltiye elektrolit adı verilir. Etkileşim dolayısıyla M(k) ⇄ Mn+(aq) + ne- dengesi olur, metal aktifse rx sağa doğrudur (YÜK.). Metal soysa (az aktif) rx sola doğrudur (İND.) Bu şekilde aynı veya iki farklı konsantrasyonda yarı hücre bir tuz köprüsü veya iletkenlikle birleştirilirse GERİLİM (Potansiyel=Voltaj) farkı nedeniyle é yük yoğunluğu fazla olan hücreden daha az olan hücreye doğru é akışı, ELEKTRİK meydana gelir. yük.  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo ind. 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

a. Cu2+(aq) nin Fe(k) ile yer deiştirmesi Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Yükseltgenme-İndirgenme yarı-tepkimeleri ile net redox tepkimesi’ni yazınız. a. Cu2+(aq) nin Fe(k) ile yer deiştirmesi Yükseltgenme: Fe(k) → Fe2+(aq) + 2e- İndirgenme: Cu2+(aq) + 2e- → Cu(k) Net: Fe(k)+ Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(k) Br- ün Cl2 yardımıyla Br2(aq) a yükseltgenmesi Yükseltgenme: 2Br- (aq) → Br2(aq)+ 2e- İndirgenme: Cl2 (aq) + 2e- → 2Cl- (aq) Net: 2Br- (aq)+ Cl2 (aq) → Br2(aq)+ 2Cl- (aq) c. Asidik çözeltide Cl- (aq) ün MnO 4- yardımıyla ClO 3- (aq) yükseltgenmesi Yükseltgenme: {Cl- (aq) + H2O(s) → ClO 3- (aq) + 6H+ (aq) +6 e- } * 5 İndirgenme: {MnO 4- (aq) +8H+ (aq) +5 e- → Mn+2 (aq)+4H2O(s) }* 6 Net: 5 Cl- (aq)+6 MnO 4- (aq) +18H+ (aq) →5 ClO 3- (aq)+Mn+2 (aq)+9H2O(s) SORU : Zn(k),Epil0 =-0,763V Zn’un katot olduğu bir volta pilinde Anot aşağıdakilerden hangileri olabilir? a.Mn, Epil0 =0,417V b.Po, Epil0 =-1.13V c.Ti, Epil0 =0,87 d. V, Epil0 =0,37V CEVAP : Zn2+ indirgendiği için, diğer metal yükseltgenir A) EMn0 = EZn0 - Epil0 = -0,737V-0,417V=-1,180V B) EPo0 = EZn0 - Epil0 = -0,737V-1,13V=+0,37V C) ETi0 = EZn0 - Epil0 = -0,737V-0,87V=-1,63V D) EV0 = EZn0 - Epil0 = -0,737V-0,37V=-1,13V Uygun olan Anot B şıkkıdır. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

21-1 Elektrot Potansiyelleri ve Elektrot Potansiyellerinin Ölçümü Elektrokimyasal Pil - St H-Elektrot Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ELEKTROT ÇEŞİTLERİ pillerde üç tip elektrot kullanılır. 1-AKTİF ELEKTROT rx iştirak eder ve çözünür veya çöker . Cu, Ag, Zn, vs gibi. 2-İNERT(ASAL) ELEKTROT:pil rs da değişmez Pt veC(grafit ) elektrotlar gibi. 3-GAZ ELEKTROT. Genellikle bir gaz ile doyurulmuş metaldir. Pt yüzeyinin 1 atm H2 basıncında doyurulmasıyla oluşur. H2 ⇄ 2H+ +2é Eº=0 alınır. 1 Atm.H2(g) ile doyurularak standart H-elektrot yapılır Pt(k) | H2(g,1atm ) | H+ 1M (aq) Eº=0. Pt(k)|H2(g, 1 bar)|H+(a = 1) EMK (Eº=standart pil potansiyeli) ÖLÇÜMÜ : Bir metalle oluşturulan yarı pil standart H-elektrotla eşlenerek meydana gelen pilin voltajı (EMK)ölçülür ve tablolar yapılır.Eº ind ‘e göre yapılan tablolardan iki yarı pilden hangisinin ANOT (yükseltgenme) hangisinin KATOT(indirgenme) olacağı belirlenebilir ve bu değerlere göre pil oluşturulup E pil bulunup şeması yazılabilir. E ind tablodan alınır eğer gerekirse E yük = -E ind yapılır.  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Standart elektrot potansiyellerinin ölçülmesi Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Standart elektrot potansiyellerinin ölçülmesi  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Anot Katot Anot Anot 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Standart hücre potansiyeli Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Standart hücre potansiyeli Pt|H2(g, 1 bar)|H+(a = 1) || Cu2+(1 M)|Cu(s) E°cell = 0.340 V E°pil = E°sağ - E°sol E°pil = E°Cu2+/Cu - E°H+/H2 0.340 V = E°Cu2+/Cu - 0 V E°Cu2+/Cu = +0.340 V  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo H2(g, 1 atm) + Cu2+(1 M) → H+(1 M) + Cu(s) E°cell = 0.340 V 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

İSTEMLİ HAL- ELEKTRİKSEL İŞ Chemistry 140 Fall 2002 İSTEMLİ HAL- ELEKTRİKSEL İŞ GK-II 21.Konu:Elektrokimya E pil>0 istemli Epil=0 Denge Epil<0 İSTEMSİZ HAL ΔG<0 rx ΔG=0 hali ΔG>0 (tersi istemli) ΔG= - n F Epil= ΔGº+RT ln K ΔGº= - n F Eºpil = - RT ln K Eº pil = R T ln K = 0.0592 log K n F n E pil = Eºpil – RT lnQ = Eºpil - 0.0592 log Q n F n ELEKTRİKSEL İŞ Welk=n F Epil ΔG=-nF Epil ΔGº=nF Eºpil n: elektrotlar arasında alışverişi yapılan e’(mol) sayısı F=FARADAY SABİTİ~96500 coulomb 1ekv-g madde(NA sayıda é alınıp verilmesi ile gerekli elektronik yük miktarıdır. ΔGo=-RTlnK = -nFΔEopil ΔEpil= RT lnK = 0.0592 log K nF n ΔG= ΔGº +RT/ nF.lnQ -nFEpil=-nF Eºpil +RT lnQ ΔEpil=ΔEºpil- RTlnQ  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo ΔE°pil = nF RT ln K 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

a. 2Al(k)+3Cu2+(aq) →2Al3+(aq)+3Cu(k) 14.Volta hücrelerinde yürütülen aşağıdaki tepkimelerin ΔG° degerlerini belirleyiniz a. 2Al(k)+3Cu2+(aq) →2Al3+(aq)+3Cu(k) Yüks:{Al(k)→2Al3+(aq)+3e-}*2 -E0=+1,676V İnd:{3Cu2+(k)+2e-→Cu(k)}*3 E0=0,337V Net:2Al(k)+3Cu2+(aq) → 2Al3+(aq)+ 3Cu(k) Epil0 =+2,013V ΔG°=-nFEpil0 =-(6 mol e-)(96485 C/mol e-)(2.013V) =-1,165*103 kj b. O2(g)+4I-(aq)+4H+(aq) →2H2O(s)+2 I2(k ) Yüks:{2I-(aq)→I2(k)+2e-}*2 -E0=-0,535V İnd:{O2(g)+4H+(aq)+4e-→2H2O(s)} E0=1,229 Net: O2(g)+4I-(aq)+4H+(aq) →2H2O(s)+2 I2(k ) Epil0 =+0,694V ΔG°=-nFEpil0 =-(4 mol e-)(96485 C/mol e-)(0,694V) =-2,68*105 j=-268 kj c. Cr2O72- (aq)+14H+(aq)+6Ag(k) →2Cr3+(aq)+6Ag+ (aq)+7H2O(s) Yüks:{Ag(k)→Ag+ (aq)+ e-}*6 -E0=-0,800V İnd: Cr2O72- (aq)+14H+(aq)+6e- →2Cr3+(aq)+7H2O(s) E0=1,33V Net: Cr2O72- (aq)+14H+(aq)+6Ag(k) →2Cr3+(aq)+6Ag+ (aq)+7H2O(s) Epil0 =+0,53 ΔG°=-nFEpil0 =-(6 mol e-)(96485 C/mol e-)(0,53V) =-3,1*102 kj Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Pil şeması -ANOT yük. Zn(k)|Zn2+(aq) ║Cl- (aq) |Cl2 |Pt +KATOT ind. Chemistry 140 Fall 2002 Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ÖRNEK PROBLEMLER ÖRNEK 21/2 739 Eºind Zn2+/Zn = - 0,76v EºindCl2 /Cl-= 1,36v çalışan pil oluştur, rx ve şemasını yaz Eºpil=? ÇÖZÜM : EºindCl2 /Cl-= 1,36v > Eºind Zn2+/Zn =0.76 olduğu için İND. ( KATOT) Cl2 YÜK.(ANOT) Zn olur. Pil şeması -ANOT yük. Zn(k)|Zn2+(aq) ║Cl- (aq) |Cl2 |Pt +KATOT ind. Epil=Eºsağind -Eºsolind =Eºsağind + Eºsolyük=1.36 + (0.76)= 2.12>0 olur Pil reaksiyonu: Zn (k) + Cl2 (g) →Zn Cl2 (aq) ÖRNEK 21-2/ 739 A) Eºyük Fe2+ → Fe 3+ = -0,77V B) EºindMnO4‾→Mn 2+=1.51 V Çalışan Pil oluştur ÇÖZÜM : Bind>Aind olduğundan B İND. KATOT A YÜK. ANOT tarafını oluşturur Anot rx : Fe 2+ → Fe3+ + e‾ Eºsolyük = -0.77V Katot rx : MnO4‾+ 8 H+ + 5é → Mn 2+ + 4H2O Eºsağind =1,51 V TOPLAM PİL rx 5 Fe 2+aq + MnO4‾aq+8 H+→ 5Fe3+ + Mn 2+aq +4H2O Epil=Eºsağind -Eºsolind =Eºsağind + Eºsolyük=1,51 + (- 0,77) = 0,74V PİL ŞEMASI -ANOT Fe | Fe 2+aq║ MnO4‾aq|H+| C (k) KATOT+ ÖRNEK 21-2A/507 A) Eºyük Fe2+→Fe3+ = - 0,77v < B) Eºind Cl2→Cl ‾ = 1,36v rx yaz, Epil=? ÇÖZÜM : 2.Fe2+ (aq) +Cl2 (g) → 2.Fe3+(aq) + 2.Cl‾(aq) Epil=Eºsağind -Eºsolind =Eºsağind + Eºsolyük=1,36 + (-0,77) = 0,59v.  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo The two vertical lines indicate three phases are present. For simplicity we usually assume that a = 1 at [H+] = 1 M and replace 1 bar by 1 atm. 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 14

Chemistry 140 Fall 2002 Çözümlü Sorular GK-II 21.Konu:Elektrokimya SORU : Cu (k) + 2Fe3+(aq)→ Cu2+(aq)+ 2Fe2+(aq) rx için SŞ.da E°pil = 0,434 V dır K=? Cevap: E°pil = 0,0592/n log K = 0,434 = 0,0592/2log K  log K = 14,6622 K = 1014,6622 = 4,6x1014 ÖRNEK 21-3 739 Cd(k) | Cd2+(aq), 1M ║Cu2+ (aq) 1M |Cu(k) Eºpil= 0,74v. Eºind Cu2+→Cu =0,34v EºCd2+→ Cd=? ÇÖZÜM : Eºpil=0,74 = 0,34 - EºindCd2+→ Cd den EºindCd2+→ Cd = - 0,4V ÖRNEK 8 Mo + 3 Sb2O5 + 32H+ → 8MoO4= + 6SbH3 + 7.H2O (İSTEMLİMİ ? OLABİLİRMİ ?) W=? ΔG=? K=? ÇÖZÜM : Eºyük Mo→MoO4= =0,08v < E ind Sb2O5→ SbH3 =1,77v Epil=1,77+0,08=1.85v >0 İstemlidir. ANOT 8/ Mo +8OH- → MoO4=+ 4.H2O+6é KATOT 3/ Sb2O5+16.H+ +16 é→ 2.SbH3+ 5.H2O Yukarıdaki reaksiyon doğrudur , pil çalışır. Epil=1.85>0 olur. W=48x96487x1,85= 8 568 048j=8 568KJ ΔG= 8 568 KJ=RTlnK ÖRNEK(743) Cu|Cu2+ aq║Fe2+aq|Fe3+|Pt Epil= 0,434v. anot Cu(k) →Cu2+ aq E=-0,34v, Katot Fe3+→ Fe2+aq E=+0.77v rx ? K=? ÇÖZÜM : Epil= 0,434v =0.0592/2xlog K den logK= 14,7 K=5x1014 Top rx: Cu(k)+ Fe3+→ Cu2+ aq+Fe2+aq Epil= Eºpil – 0.0592/n.logQ  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

İndirgenme Yarı-Tepkimelerinin Birleştirilmesi Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya İndirgenme Yarı-Tepkimelerinin Birleştirilmesi Fe3+(aq) + 3e- → Fe(k) E°Fe3+/Fe = ? Fe2+(aq) + 2e- → Fe(k) E°Fe2+/Fe = -0.440 V ΔG° = +0.880 J Fe3+(aq) + 3e- → Fe2+(aq) E°Fe3+/Fe2+ = 0.771 V ΔG° = -0.771 J Fe3+(aq) + 3e- → Fe(s) E°Fe3+/Fe = +0.331 V ΔG° = +0.109 V ΔG° = +0.109 V = -nFE° E°Fe3+/Fe = +0.109 V /(-3F) = -0.0363 V  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo ÖRNEK 21-8(745) Pt|Fe2+ 0.1M , Fe3+ 0,2M ║Ag+ 1M |Ag(k) Pil rx =?, K=?, Epil=? ÇÖZÜM : Anot Fe2+aq → Fe3+aq Eº=-0,77v, Katot Ag+aq → Ag(k) Eº=0,8v } Epil= 0.029 İSTEMLİ OLUR 0< 0.011V ←Epil=Eºpil- 0.0592 x logQ=0.029-0.0592 log [Fe3+] →0.2 n 1 [Fe2+] →0.1 21-9 (746) Pt | Fe2+(0.015) ,Fe3+ ( 0.35) ║Ag+(0.25M) Ag ise Epil= -0.09< 0 istemsiz olur 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Summary of Thermodynamic, Equilibrium and Electrochemical Relationships. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Example 21-8 Applying the Nernst Equation for Determining Ecell. Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Example 21-8 Applying the Nernst Equation for Determining Ecell. What is the value of Ecell for the voltaic cell pictured below and diagrammed as follows? Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)||Ag+(1.0 M)|Ag(s) ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Example 21-8 Ecell = Ecell° - log Q n 0.0592 V Ecell = Ecell° - log n Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Example 21-8 Ecell = Ecell° - log Q n 0.0592 V Ecell = Ecell° - log n 0.0592 V [Fe3+] [Fe2+] [Ag+] Ecell = 0.029 V – 0.018 V = 0.011 V ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)||Ag+(1.0 M)|Ag(s) Fe2+(aq) + Ag+(aq) → Fe3+(aq) + Ag (s) 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Çözümlü Soru 3 Aşağıdaki elektrokimyasal hücreye ilişkin, verilen ifadelerden hangisi veya hangileri doğrudur? Zn (k) | Zn2+ (sulu) || Ni2+ (sulu) | Ni (k) A. Ni(k), katottur. B. Zn(k), indirgendir. C. Zn2+, indirgendir Cevap A ve B Doğ ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

21-5 Piller.Kimyasal Tepkimelerden Elektrik Üretimi Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Birinci ticari piller. Hücre tepkimesi tersinir dağildir.tepkenlerin büyük kısmı ürünlere dönüştüğünde,artık daha fazla elektrik üretilmez ve pil ölür İkinci ticari piller (akümülatörler).Hücre tepkimesi aküden elektrik geçirilerek tersine çevrilebilir(yükleme).Böyle bir pil her boşalışından sonra yüklenerek birkaç yüz kez kullanılabilir Akış piller ve yakıt piller. Bu tür piller,içlerinden tepkenler,ürünler ve elektrolitler geçerken kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklerdir  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Slide 21 of 52

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya PİLLER 21-5 PİLLER oluşan kimyasal reaksiyonlardan elektrik üretimi sağlayan düzeneklerdir. Anot ve Katot görevini gören iki elektrot ve arasına galvanometre / voltmetre bağlayarak Epil ölçülebilir. ANOT yükseltgenme olan kutup KATOT indirgenme olan kutuptur. Yarı reaksiyonların Eº değerine bakılarak Eº(ind)B > Eº(ind)A büyük olan katot Eº(yük)A > Eº(yük)B büyük olan anot olur. ( bir mukayese yeterlidir.) PRİMER PİLLER İçindeki maddelerden biri bitinceye kadar çalışıp elektrik enerjisi üretir. Tek elektrolitli veya cift elektrolitli olabilir. 1º- VOLTA PİLİ(-) Zn| H2SO4 | Cu (+) ΔEº= 1.0V Tek elektrolitli pildir. 2º- DANİELL PİLİ (-) Zn| ZnSO4 1M║CuSO4|Cu(+) ΔEº= 1.0V cift elektrolitlidir. 3º- KURU PİL (löklauşe pili) (-) Zn|NH4Cl %20║MnO2|Cu(+) ΔEº= 1.5V -2e -2e anot R1 Zn → Zn 2+ katot R1 2.MnO2 +2. NH4 → Mn2O3 +2 NH3 + H2O +e volta pilindeki gibi H+ →1/2 H2 katodu pasifleştirebilir ancak bu MnO2 ile önlenir. NH4Cl içine jelatin, amyant vs. konulduğunda verim artar. Zn kap bitinceye kadar aynı H2 gibi NH3 de katoda zarar verir. bu Zn2+ aq + 2NH3(g) +2Cl- aq →[Zn(NH3)2]Cl2 kompleksi şeklinde tutularak zarar önlenir. 4º ALKALİ PİL( lalende pili ) (-) Zn |NaOH %20 | CuO|Cu(+) . burada NH4Cl yerine NaOH alındığında (-9 Zn (k) + 2 OH- →Zn (OH)2 (k) +2e olur bu ise daha iyi verimlidir. 5º Ni- Cd piller (-) Cd |NaOH %20 | Ni2 O3 |Ni Eºpil= 1.4 V pil R1 = Cd + Ni2O3 +2H2O→Ni(OH)2 +Cd(OH)2 ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Çözümlü Sorular Konsantrasyon Pili Chemistry 140 Fall 2002 Çözümlü Sorular Konsantrasyon Pili GK-II 21.Konu:Elektrokimya SORU : Bir AgNO3 çözeltisinden 4825 C'luk bir elektrik yükü geçirildiğinde açığa çıkan gümüşün mol sayısını bulunuz Cevap : Gümüşü açığa çıkaran reaksiyon olduğuna göre Epil = Epil° - log Q n 0.0592 V Epil = Epil° - log n 0.0592 V x2 12 2 H+(1 M) → 2 H+(x M) Epil = 0 - log 2 0.0592 V x2 1  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Epil = - 0.0592 V log x Ag|Ag+(doy. AgI)||Ag+(0.10 M)|Ag(k) Ag+(0.100 M) + e- → Ag(s) Ag(s) → Ag+(Doygun) + e- Ag+(0.100 M) → Ag+(doygun M) Epil = (0.0592 V) pH 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

21-4 Ecell as a Function of Concentration Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya 21-4 Ecell as a Function of Concentration ΔG = ΔG° -RT ln Q -nFEcell = -nFEcell° -RT ln Q Ecell = Ecell° - ln Q nF RT Convert to log10 and calculate constants ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Ecell = Ecell° - log Q n 0.0592 V The Nernst Equation: 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Example 21-10 Using a Voltaic Cell to Determine Ksp of a Slightly Soluble Solute. With the date given for the reaction on the previous slide, calculate Ksp for AgI. AgI(s) → Ag+(aq) + I-(aq) Let [Ag+] in a saturated Ag+ solution be x: Ag+(0.100 M) → Ag+(sat’d M) ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Ecell = Ecell° - log Q = n 0.0592 V Ecell° - log [Ag+]0.10 M soln [Ag+]sat’d AgI 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

ÖRNEK 21-10 Epil = Epil° - log n 0.0592 V [Ag+]0.10 M çözelti Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ÖRNEK 21-10 Epil = Epil° - log n 0.0592 V [Ag+]0.10 M çözelti [Ag+]doygun AgI Epil = Epil° - log n 0.0592 V 0.100 x 0.417 = 0 - (log x – log 0.100) 1 0.0592 V 0.417 log 0.100 - 0.0592 log x = = -1 – 7.04 = -8.04  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo x = 10-8.04 = 9.110-9 Kçç = x2 = 8.3x10-17 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Leclanche Pili(Kuru Pil) Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Leclanche Pili(Kuru Pil)  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 27 of 52

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Primer PİLLER 6º YAKIT PİLLERİ (-) C| NaOH (erimiş) |Fe, O2 Eºpil= 1.0 V C+ O2→CO2 oluşuyla elektrik üretilir. A(-) C | H2 (g) | NaOH eriyik | O2(g) |C+ K pil R3 = 2 .H2 +O2→2H2O -2e -2e H2+ 2.OH- → 2.H2O ½ O2+ H2O →2OH Bu pillerde H2, CO, CH4 gibi gazlar yakılarak %60-70 verimle elektrik üretilebilir. Ancak yüksek sıcaklıkta çalışıldığı için tesis ve malzeme masrafı çoktur. Özellikle uzay araçlarında kullanılır. Derişim 7º KONSANTRASYON PİLLERİ ΔE=ΔEº - RT lnK = ΔEº -0.0592 log [A’] nF n [A] (-) A Ag | Ag+ 0.01 M ║Ag+ 1M | Ag Epil=0.12V ΔE=ΔEº-0.0592 log 0.01 = 0.12V >0 1 1 olduğu için çalışır. Görüldüğü gibi farklı konsantrasyonlu aynı madde Eº=0 çözeltilere arasında bir pil oluşturup çalıştırmak mümkündür. 13e 8º HAVA PİLİ Al | NaOH 1M , O2 1 atm (hava) | C+ anot 4Al(k)+ 4OH- aq →[Al(OH)4]- katot 3O2+ 6 H2O + 12é → 4OH- 9ºdügme pil gümüş –çinko pili A - Zn(k) , ZnO(k) | KOH doy | Ag2O(k) , Ag+ K (+) anot rs. Zn(k) + 2OH- →ZnO(k) +2 .H2O + 2é q katot Rs Ag2O(k)+ H2O +2é →2.Ag (k) + 2.OH-aq pil reaks. Zn (k)+ Ag2O(k) →ZnO(k)+ Ag(k) cok az elektrolitle verimli çalışır. Akü cinsleri de vardır. Pb aküden 6 kat verimlidir. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Net: Zn(k)+ Cu2+ (aq) → Cu(k)+ Zn2+ (aq) Epil0 =+1,100V 47. a) [Zn2+]=1,00 M tutulduğunda, a.Zn(k)+Cu2+(aq)→Zn2+(aq)+Cu(k) tepkimesinin ileri yönde kendiliğinden yürümesi için gerekli en düşük Cu2+ derişimi nedir? b. Cu2+ (aq) nin Zn2+ (k ) ile yer değiştirmesi tamamlanmalımıdır? Açıklayınız. Yük.: Zn(k) → Zn2+ (aq)+ 2e- -E0 =+0,763V ind. Cu2+ + 2e- → Cu(k) E0 =+0,337V Net: Zn(k)+ Cu2+ (aq) → Cu(k)+ Zn2+ (aq) Epil0 =+1,100V a. E=0,000V, [Zn2+ ]=1,00M alırız ve [Cu2+ ] için Nernst eşitliğini çözeriz. Epil= Epil0 -0,0592/2 log[Zn2+ ]/[Cu2+ ] ; 0,000=1,100-0,0296 log 1,0 M/[Cu2+ ] log 1,0 M/[Cu2+ ]=0,000-1,100/-0,0296=37,2 ; [Cu2+ ]= 6*10 -38 M Soruyu diğer yolla çözersek, başlangıç derişimlerini [Cu2+]baş=1,0 M ve [Zn2+]baş=0,00M alarak [Cu2+]son=6*10-38 M ve [Zn2+]son =1,0 M elde ederiz. Tepkime tamamlanmaya meyillidir. 49. Bir derişim pili, biri 1,0 H+ çözeltisine, diğeri 0,65 M KOH çözeltisine daldırılmış iki H-elektrottan yapılmıştır. a.Oluşan tepkimenin Epil değerini belirleyin. b.Bu değeri, H2O nun bazik çözeltide H2 (g) e indirgenmesindeki E0 degeri ile karşılaştırınız ve bunlar arasındaki ilişkiyi açıklayınız. İki yarı tepkime ve hücre tepkimesi aşagıda verilmiştir. Epil0 =0,000V Yüks:H2(g)→2H+(0,65KOH)+2e-İndr:2H+ (1,00)+2e-→H2(g)Net:2H+(1,00)→2H+(0,65KOH) [H+ ] baz = Ksu /[OH-]=1,00*10-14 /0,65= 1,5*10-14 M Epil=Epil0-0,0592/2 log[H+]2baz/log[H+]2asit=0,000-0,0592/2 log(1,5*10-14)2 /(1,0)2 = 0,818v Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Başlangıçtaki Epil nedir? 54.Aşağıdaki volta pili için Sn(k) |Sn2+(0,075M)|| Pb2+ (0,600M)| Pb(k) Başlangıçtaki Epil nedir? Yüks:Sn(k)→Sn2+(0,075M)+2e- -E0=+0,137V İnd:Pb2+(0,600M)+2e-→Pb(k) E0 = -0,125V Net: Sn(k)+Pb2+(0,600M)+ 2e- → Pb(k) + Sn2+(0,075M); Epil0 =+0,012V Epil = Epil0 -0,0592/2 log [Sn2+ ]/[Pb2+ ]= 0.012-0,0296 log 0,075/0,600=0,039 V b. Pil kendiliğinden çalıştıgında Epil zamanla artar mı,azalır mı, sabit mi kalır? Açıklayınız Epil degeri zamanla azalır,çünkü tepkimede [Sn2+ ] oluşur ve [Pb2+ ] kullanılır. c. Pb2+ derişimi 0,500M a düştüğünde Epil değeri ne olur? Tepkimenin stokiyometrisi Sn2+ ve Pb2+ için 1:1 oldugundan [Pb2+ ]=0,500M =0,600M-0,100M, [Sn2+ ] =0,075M+0,100M Epil = Epil0 -0,0592/2 log [Sn2+ ]/[Pb2+ ]= 0.012-0,0296 log 0,075/0,500=0,025 V d. Epil =0,020 V oldugunda [Sn2+ ] ne olacaktır. Tepkime : Sn(k) + Pb2+(aq) → Pb(k) + Sn2+(aq) Başlangıç: 0,600 M 0,075M Değişim: -x M +x M Son: (0,600-x)M (0,075+x)M Epil = Epil0 -0,0592/2 log [Sn2+ ]/[Pb2+ ]= 0,020=0,012-0,0296log 0,075+x/0,600-x → x= 0,162 M [Sn2+ ]=0,075+0,162=0,217 M Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

b. Zn(k)+Fe2+(aq) → Zn2+(aq) +Fe(k) 67. Tüm tepkenler ve ürünler standart koşullarda iken, aşagıdaki tepkimelerin hangileri kendiliğinden,hangileri yalnızca elektrolizle olusturulabilir?Elektroliz gerektirenler için gereken minimum voltaj nedir? a. Her bir kimyasal tepkimenin standart pilpotansiyelini belirleriz. Negatif işaretli voltajlar,elektroliz için gerektiren tepkimelere aittir. Yük.:2H2O(s)→4H+(aq)+O2(g)+4e- -E0=-1,229V İnd.:{2H+(aq)+4e- →H2(g)} *2 E0 =0,000 Net:2H2O(s)→2H2(g)+O2(g)Epil0 =-1,229V rx 1,229dan büyük V’da elektroliz edilir b. Zn(k)+Fe2+(aq) → Zn2+(aq) +Fe(k) Yüks: Zn(k) → Zn2+(aq) + 2é- -E0=+:0,763v İndr Fe2+(aq) +2é→Fe(k) E0 =-0,44v. Net: Zn(k) +Fe2+(aq) → Zn2+(aq) +Fe(k) Epil0 =+0,323 Bu istemli bir tepkimedir c. 2Fe2+(aq) +I2 (k) → 2Fe3+(aq) +2I- (aq) Yük: {Fe2+(aq) → Fe3+(aq) + e- } *2 -E0=-0,771 İnd: I2 (k) + 2 e- →2I- (aq) E0 =+0,535V Net: 2Fe2+(aq) +I2 (k) → 2Fe3+(aq) +2I- (aq) Epil0 =-0,236V Bu tepkime, +0,236V dan daha büyük bir voltajla elektrolizi gerektirir. 71. Aşagıdaki elektrolizlerin için belirtilen nicelikleri hesaplayınız Zn2+(aq)’dan 1,87v. akım 42,5’ geçirildiğinde katotta toplanan Zn nun kütlesi nedir? Zn2+ (aq) + 2 e- →Zn(k) Zn kütlesi=42,5dk*60s/1 dk*1,87C/1s*1mol e-/96485C*1mol Zn/2mol e-* 65,39g Zn/1mol Zn =1,62g Zn KI(aq)’dan 1,75 A lik akım geçirildiginde anotda 2,79g I2 oluşması için gerekli zaman nedir? 2I- (aq) → I2 (k)+2 e- Geçerli süre=2,79g I2*1mol I2/253,8g I2 *2mol e-/1mol I2 *96485C/1mol e- 1s/1,75C * 1 dk/60 s = 20,22’ Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Yakıt Pilleri O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e- → 4 OH-(aq) Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Yakıt Pilleri O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e- → 4 OH-(aq) 2{H2(g) + 2 OH-(aq) → 2 H2O(l) + 2 e-} 2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) E°cell = E°O2/OH- - E°H2O/H2 = 0.401 V – (-0.828 V) = 1.229 V  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo  = ΔG°/ ΔH° = 0.83 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 32 of 52

Hava Pilleri 4 Al(s) + 3 O2(g) + 6 H2O(l) + 4 OH- → 4 [Al(OH)4](aq) Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Hava Pilleri  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 4 Al(s) + 3 O2(g) + 6 H2O(l) + 4 OH- → 4 [Al(OH)4](aq) 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 33 of 52

27. Aluminyum-hava pilinin Epil0 =2,71V dir 27. Aluminyum-hava pilinin Epil0 =2,71V dir. [Al(OH)4 ]- +3 e- →Al(k)+4OH- (aq) indirgenme yarı tepkimesi nedir? Net hücre tepkimesini 2 ayrı tepkimeye ayırırız. Yüks:{Al(k)+4OH- (aq)→[Al(OH)4 ]-(aq)+3e- }*4; -E0{ [Al(OH)4 ]- (aq)/Al(k)} İnd:{O2 (g)+2H2O(s)+4 e- → 4OH- (aq)}*3; E0 =+0,401V Net:4Al(k)+3O2 (g)+6H2O(s) +4OH- (aq) →4[Al(OH)4 ]- (aq) Epil0 =2,71V Epil0 =2,71V=0,401V- E0 {[Al(OH)4 ]- (aq)/Al(k)} →E0{[Al(OH)4 ]- (aq)/Al(k)} = -2,31V 37. 2Cu+(aq)+Sn4+(aq)→2Cu2+(aq)+Sn2+(aq),Epil0=-0,0050V tepkimesi için 298Kde dört iyonun herbirinin derişiminin 0,500 M oldugu çözelti hazırlanabilir mi? b.Hazırlanmazsa,tepkime hangi yönde oluşur? (-)Epil0(-0,0050V),ΔG°=-nFEpil0 in pozitif oldugunu gösterir.ΔG°değerinin (+) olması ile Kden degeri birden küçük(Kden <1,00);ΔG°=-nFEpil0 Kden =[Cu2+ ]2[Sn2+ ]/[Cu+ ]2 [Sn4+ ] Böylece, bütün derişimler aynı oldugu zaman iyon çarpımı Q=1,00 olur. Standart pil potansiyelinin negatif değerli olmasından dolayı Kden değerinin 1den biraz küçük olacağı açıktır. Öyleyse bütün derişimler 0,500 M olamaz. b. Dengenin kurulabilmesi için, yani iyon çarpımının 1,00den küçük ve denge sabiti değerine eşit olması için ürünlerin derişimi azalmalı, tepkimeye girenlerinki artmalıdır. Sola doğru bir net tepkime gerçekleşir. Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Kurşun-Asit Pili (akülümülatör) Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Kurşun-Asit Pili (akülümülatör) Bir kurşun-asit pili (akülümülatör)  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Prentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 35 of 52

SEKONDER PİLLER (AKÜLER) Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya SEKONDER PİLLER (AKÜLER) SEKONDER PİLER (AKÜLER) Bittiğinde şarj edilerek yeniden kullanılır. 1º Pb akü –A Pb | H2SO4 % 27-39 | PbO2 kaplı (Pb –S b) +K d= 1.2-1.22 alaşımı 27-30º Anot Pb →Pb(+2) SO4 katot PbO2 +4H+ +SO4-- →2.PbSO4 +2H2O toplam pil rs Pb + PbO2+ 2.H2SO4→2.PbSO4+2. H2O 2º EDİSON AKÜ -A Cd| KOH , LiOH aq | Ni2O3 , Ni Epil=1.3 V Cd + Ni2O3→CdO + 2.NiO 3º ANDREA(ag) AKÜSÜ Zn| K2 SnO3 (%20 KOH içinde) | Ag2O2, Ag Eº=1.5V -4e anotta 2Zn+ 4OH- →2Zn(OH)2 katotta Ag2O2 +2H2O →2.Ag+ 4.OH- pil rs 2 Zn+ Ag2O2+2H2O →2.Ag+2Zn (OH)2 pahalı akülerdir. Pil /762 C3H8 (propan) kullanan bir yakıt pilinin Eºind= ? pil rs anot ve katot rs yazınız. C3H8 (g) +5 O2(g) →3 CO2(g)+4H2O(s) anot rs C2H8+ 6H2O →2 CO2 +20 H+ + 20 e’ Katot rs 5O2 +2OH+ +20e’ →10 H2O ΔGº=-nF Eºpil -2108000=-20x 96485x Eºpil Eºpil= 1.092V =Eºind sag + Esol yük =1.23V +Esol yük Eyuk anot =0.138V Eind anot =o.138V olur. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Gümüş-Çinko Pili. Zn(s),ZnO(s)|KOH(sat’d)|Ag2O(s),Ag(s) Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Gümüş-Çinko Pili.  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Zn(s),ZnO(s)|KOH(sat’d)|Ag2O(s),Ag(s) Zn(s) + Ag2O(s) → ZnO(s) + 2 Ag(s) Ecell = 1.8 V 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Prentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 37 of 52

Nikel-Kadmiyum Pili.Yeniden Yüklenebilir Pil Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Nikel-Kadmiyum Pili.Yeniden Yüklenebilir Pil  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo Cd(s) + 2 NiO(OH)(s) + 2 H2O(L) → 2 Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s) 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 38 of 52

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ELEKTROLİZ Elektroliz olarak adlandırılan bu işlemde kendiliğinden olmayan bir tepkime elektrik enerjisinden yararlanarak yürütülür.  Hücre kendiliğinden çalıştığında elektronlar çinkodan bakıra doğru gider. Bu durumda volta hücresindeki toplam kimyasal değişim aşağıdaki gibidir.  Zn(k) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu(k) E°pil = 1,1 v Şimdi aynı hücreyi 1,1 v dan daha büyük voltajlı bir dış elektrik kaynağına bağlarsak, elektronlar bakır elektrottan ayrılıp çinko elektroda doğru gitmeye zorlanır. Bu durumdaki toplam tepkime volta hücresi tepkimesinin tersi olup, E°pil negatiftir. İndirgenme : Zn2+ (aq) + 2 e- → Zn(k) Yükseltgenme : Cu(k) → Cu2+(aq) + 2 e- -------------------------------------------------- Net Tepkime : Cu(k) + Zn (aq)(aq) → Cu2+(aq) + Zn(k)   E°pil = E°Zn2+/Zn - E°Cu2+/Cu = -0,763 V – 0,340 V = -1,103 V Böylece, elektron akışının yönünü tersine çevirerek, volta hücresini bir elektroliz hücresine dönüştürebiliriz. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Net:Zn(k)+2Ag+ (aq)→ Zn2+ (aq)+ 2Ag(k) Epil0 =1,563 17.Aşağıdaki hücre diyagramı verilen Epil =1,250V dur. Hücredeki Ag+ derişimi ne olmalıdır? Zn(k)|Zn2+(1,00M)||Ag+(*M)|Ag(k) Yüks: Zn(k)→Zn2+ (aq)+2e- -E0=+0,763V İnd:{Ag+ (aq)+ e-→Ag(k)} *2 E0=0,800V Net:Zn(k)+2Ag+ (aq)→ Zn2+ (aq)+ 2Ag(k) Epil0 =1,563 E= Epil0(-0,0592/n)log{[Zn2+ ]/[Ag+ ]2}=+1,563V-0,0592/2 log 1,00M/x2 =+1,250V Log 1,00M/x2 =-2(1,250-1,563)/0,0592 =10,6; x=5*10-6 M 21.Aşagıdaki sulu çözeltilerin elektrolizinde 2,15A lik akım 75 dk çözeltiden gecirildiginde katotta toplanan top. Metal kaç gr’dır? (Zn2+, Al+3, Ag+ , Ni2+ ) Geçen toplam yükü ve elektron mol sayısını hesaplarız mol e- =75dk*60s/1dk*2,15C/1s*1 mol e- /96485C=0,10 mol e- Zn kütlesi=0,10mol e-*1mol Zn2/2 mol e- *1mol Zn/1mol Zn2+*65,39g Zn/1 molZn=3,3 g Al kütlesi=0,10mole-*1mol Al+3 /3 mol e- *1mol Al/1mol Al+3 * 26,98g Al/1molAl= 0,90g Ag kütlesi=0,10mol e-*1mol Ag+/1mol e- *1mol Ag/1mol Ag+* 107,9gAg/1mol Ag=11 g Ni kütlesi=0,10mol e-*1mol Ni2+/2 mol e- *1mol Ni/1mol Ni2+* 58,69g Ni/1mol Ni= 2,9 g Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

21-8 Endüstriyel Elektroliz İşlemleri Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya 21-8 Endüstriyel Elektroliz İşlemleri  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 41 of 52

ELEKTROLİZ 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ELEKTROLİZ ELEKTROLİZ/63 (0.5N CdCl2)aq Pt ve Cd elektrotlarla elektrolizinde kutupları Eºelektroliz =? Notral çözeltide Eº(H+→1/2H2)=0.83V Eºind(Cd2+→Cd) =-0.403 Eºind (Cl2/Cl-) =-1.36 V Eºind (O2/OH-) =0.401V Çözüm Elektrolit (0.5N CdCl2)aq olduğundan çöz’de Cd2+, H+, OH+, Cl-iyonları olup Muhtemel K ind sol Cd2+→Cd -0.403V > H+→1/2H2 -0.83V dolayısıyla KATOT (ind) Cd olur. A yük sag Cd→ Cd2+ 0.403v H2O→ 1/2O2 + 2.H+ -1.23-0.47= -1.7V Cl-→1/2Cl2 -1.36V Anot Cd metali olursa olabilir. Eºelek= Eºsag ind + Eº sol yük = 1.36 +(0.403) =1.763V ELEKTROLİZ: 5 amper akımla 10^4 kaplama banyosunda kalan katot üzerinde (AgNO3) aq elektrolit ise kac gram Ag birikir. C=W = 5x10x60x60 x 108 =201.45 g 96485 1 x (H2SO4) aq (veya NaOHaq ) elektrolizinde 7.5 amper akımla seri bağlı 10 hücrede 8h de oluşan H2 kaç litredir. Vlt=W x 22.4 7.5x8x60x60 x10 x22.4 = 251 lt 2 96485 2 bir nikelaj banyosunda 4x4x0.1 lik saç üzerine 15 amp akımda % 60 verimle 1h kaplama yapılırsa kaplama kalınlığı ve oluşan V (H2) =? Ni =58.71 katotta indirgenme Ni2+→ Ni anotta yük 2H+→H2 W (Ni)=[ 15x 60x 60 58.71/2] x %60 =9.9 g Ni 96485 kaplama alanı (4x4)x2+ 4x0.1x 4 =32+1.6 =33.6 cm2 katot top V(Ni) =9.9 = 1.11cm3 8.9 kaplama kalınlığı = 1.11 0.033 cm 33.6 V (H2)W(H2)x 22.4/2 =15x60x60 x22.4 x0.60=3.76lt 96485 2 ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya ELEKTROLİZ Musa sahin62/ 25x50 cm boyutunda kalınlığı ihmal edilen saç levhayı Cu kaplamak için 0.15 amper/dm2 akım yoğunluğunda 2µ kaplama ne sürede oluşur. Cu= 63.5 dCu =7.8 gr/lt levhanın top S= (25x50)x2=2500 cm2 =2.5dm2 W(Cu) 3.75x tx 63.5 = 2500 x2x10^-4x7.8g/cm3=3.9 g t= 3160.5’’=52.7’=0.88h 96485 2 Musa şahin 58 (Ph=3 olan) HNO3 aq [Ag+]=0.1 [Pb2+]=0.02 [Zn2+]=0.05 ise Pt elektrolu elektrolizin kabında Ayrışma sırasını ve ayrışma voltajını belirleyiniz. EºAg+/ Ag=0.8V EºPb2+/Pb = -0.126 V EºZn2+/Zn =-0.763V + anot yük sadece EH2O→1/2O2 +OH= 0.4V katot (ind) H+ olusunda katyonlar kendi deşarj voltajında ayrılırlar. E (Ag) =Eº(Ag+/Ag ) + 0.592 log Q = 0.8+ 0.06 =0.74 E(Pb) =-0.126- 0.06log 0.02 =-0.177 n 2 E(Zn) = -0.763 +0.06log 0.05 =0.802 katyon deşarj sırası 2 E (Ag)=0.74 V E (Pb)=-0.177V E (Pb)=-0.802V seklinde gerçekleşir. Ag ayrıldıktan sonra Ag elektrolit olur. Daha sonra Pb en sonrada Zn elektrotta olur. E (H+)= 0+0.06 log 10^-3=-0.18V aşırı direnç(Ag elektrotta0.2) Pb 0.4V) (Zn 0.7V)olduğu için. E(Ag)=-0.18-0.2=-0.38V E(Pb) =0.18-0.4 =-0.58V E(Zn)=-0.18-0.7=-0.88V da gerçekleşir. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

KOROZYON KOROZYONUN TANIMI Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya KOROZYON KOROZYONUN TANIMI Metal ve alaşımların çevreleri ile kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonları sonucu bozulmalarını korozyon deyimi olarak tanımlarız. Korozyon deyimi yalnız metalik malzemeleri kapsar ve oluşumunu sağlayan reaksiyonun cinsine göre iki cins korozyon türü vardır. 1)Elektrokimyasal korozyon, 2) Kimyasal Korozyon, 1)Elektrokimyasal korozyon, Elektrokimyasal pil oluşumuyla meydana gelen korozyondur. Sistem ortamda iletkenliği sağlayan elektrolit ile, anot ve katot olabilen iki metalden oluşur. Sistemde meydana gelen olay, elektrik ayrımı ile oluşan anyon ve katyonların reaksiyonudur. Olayın neticesinde elektrot olan metallerden biri korozyona uğrar. Kimyasal korozyon, metalik malzemelerin asidik veya bazik gazlarla reaksiyonu olarak tanımlanır. Korozyon neticesinde metal malzemeler hasar görür. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Teknelerde korozyon Tekne korozyonuna genel bakış : Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Teknelerde korozyon Tekne korozyonuna genel bakış : Deniz suyu en büyük hacimli elektrolit olup dünya yüzeyinin büyük kısmını kaplamaktadır. Genel olarak üniform bileşime sahiptir. Gemi teknesi düşük dirence sahip bu elektrolit içinde yüzdüğünden ve oksijen ile atmosferik reaksiyonlara maruz kaldığından korozyon için mükemmel bir ortam teşkil eder. Çelik, deniz suyunda korozyona uğrayarak demir iyonları haline geçer. Bunların oksitlenmesi halinde pas teşekkül eder ki bütün yüzeyi kaplayan bu pas korozyonun ilerleme hızını azaltıcı rol oynar. Korozyon, metalin çeşitli yerlerinde değişen elektrik potansiyellerin tesiri altında elektrokimyasal yolla meydana gelir. Farklı elektrik potansiyeller çeşitli nedenlerden oluşabilir. 1) Metallerin kristal yapılarının farklı olmasından 2) Kaynak, perçin, bükme gibi işlemler sonucu metal içinde stresslerin meydana gelmesinden. 3) Metal yüzeyleri arası farklardan 4) Deniz suyu bileşimleri arasındaki farklardan. Bu faktörlerden birinin bulunması halinde elektrik akımı, farklı potansiyellerdeki sahalar arasında akar ve metalik iyonlar anodik sahada çözelti içine, pozitif iyonlarda katodik sahada toplanırlar. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Corrosion Protection ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

KOROZYON VE KORUNMA KOROZYON VE KORUNMA 2Fe(OH)3 →Fe2O3. H2O+ H2O Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya KOROZYON VE KORUNMA Fe nin paslanması anot Fe → Fe+2 } Fe+ ½.O2 +H2O Katot ½.O2+ H2O→ 2.OH- } → Fe(OH)2 İSTENMEDEN OLUŞAN VOLTA PİLLERİ ileri rs 2Fe(OH)2+ 1/2.O2+ H2O→2Fe(OH)3 KOROZYON VE KORUNMA 2Fe(OH)3 →Fe2O3. H2O+ H2O Özellikle Fe malzemelerin atmosferdeki nemin ve O2 etkisiyle bozulması ,paslanıp,kırılgan bir hal almasına KOROZYON denir. Ortamı pH ı yabancı iyonlar ve nem korozyonun hızlandırır. Ayrıca malzemelerin yapısında azda olsa bulunan safsızlıklarda korozyonu hızlandırmakta veya bazen de yavaşlatabilmektedir. Fe in paslanması Anot Fe(k) Fe +2 + e- Eº=0.44V katot O2+ H+ →2.H2O Eº=1.23V böylece pil oluşur. Rs nem katkısıyla ilerler 2Fe2+ +O2 + H2O →Fe2O3.x H2O +2H+ Deniz kıyısında çamurlu ve pis ortamlarda korozyon daha hızlı ilerler. KORUMA Kuru veya O2 siz ortamlarda paslanma olmadığı için malzeme boya, seramik polimer kaplama veya başka metalle kaplamak suretiyle O2 ve nemle teması önlenerek korunabilir. Ancak kaplamadaki ve boyadaki çok küçük delikler yavaşta olsa olayı devam ettirir. Fe , Cu veya Sn gibi daha az aktif metalle kaplandığında bu kaplama hatasında kendini hemen gösterir ve Fe hızlı şekilde paslanır. KATODİK KORUMA Fe kendisinden daha az aktif olan Zn Al ,Mn gibi bir metalle kaplanırsa veya yan yana bağlanırsa anot bu element olur ve Fe katot olur. Bu elementler yükseltgenir ancak bunların oksitleri kendisi icin koruyucu oldugu icin fazla yıpranmazlar. Zn ile kaplama galvaniz olayında veya Fe malzemeye Al,Mg gibi aktif bir metal bağlamada KATODİK KORUMA meydana gelir. Anot olan etkin metale Kurban anot adı verilir. USA da her yıl 5.5 milyon kg Mg kurban anot olarak kullanılmaktadır. -2e +2e Anot Zn → Zn+2 katot 1/2.O2+ H2O → 2.OH top rs Zn(k) ½.O2 + H2O → Zn(OH)2 Benzer Rs ler Mg veAl da ol uşur. Ve oluşan hidroksit ve oksitler koruyucu olur. ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

Korozyon 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Korozyon  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 48 of 52

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Elektrokaplama  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 49 of 52

Klor-Alkali İşlemleri Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Klor-Alkali İşlemleri  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 50 of 52

Membaran Potansiyelleri Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Membaran Potansiyelleri  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002 Prentice-Hall © 2002 Genel Kimya Bölüm 21 Slide 51 of 52

Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya Nernst Potential, Δ ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β  γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002

KONU: 21’de ÇÖZÜLMESİ TAVSİYE EDİLEN SORULAR Chemistry 140 Fall 2002 GK-II 21.Konu:Elektrokimya KONU: 21’de ÇÖZÜLMESİ TAVSİYE EDİLEN SORULAR *-A Pt(k)|Cl2(1atm)|Cl- 1M ||Cu2+ 1M|Cu + K E°Cu2+/Cu =0.337v, E°Cl2/ ½ Cl-=1,36v Pil calısır mı? CEVAP : ΔEpil= E°ind sağ- E°ind sol =0.337-( 1.36) =- 1.203 çalışmaz tersi çalışır. *Soru: 2Fe3++2I-2 Fe2++ I2rx göre pil oluştur,Şemayı çiz.ΔE°pil=?K=? E°Fe3+/Fe2+=0,8v, E°I2 /I-=0,54v. CEVAP : Pil şeması -A Pt | I 1M , I2 || Fe3+ 1M, Fe2+ 1M | Fe +K ΔEpil= 0.8 -0.54 =0.26V >0 çalışır ΔE°= 0,26= 0.06 /2 log k  K = 4,6x107 *SORU : Ag Cl doymuş çöz ile hazırlanan kons pili ΔE°pil= 0.56V dir Kç =? CEVAP :Nerst Formülü ΔE°pil=0.56= ΔE°- 0.0671 log Kc  Kc = 4,6x10-10 Öncelikle konu içinde verilmiş olan 1 adedi çözülmüş 2 adedi çözülecek örnek sorular üzerinde titizlikle durulması tavsiye edilir. KONU SONUNDA YER ALAN SORULARDAN ÖNERİLENLER : 6 - 8 -11-13-14-15-16-17-18 - 19 - 21 - 23-25-27-29-31- 33-35-37- 39 -41- 43-49-51-53 - 55 - 63 - 67-71 - 73 -98 -100-101 BU KONUYA AİT SLAYTLARI HAZIRLAYAN 050040905- MAKSAT ESENOW’A PROBLEMLERİ HAZIRLAYAN 080050027 YAKUP SERHAD ÇELİK’ETEŞEKKÜRLER  ⇄ ⇌   ‾ + ÷  ➪ ➽ ➨ ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ δ π σ υ λ α β  γ ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo 21 Eylül 2018 Cuma21 Eylül 2018 CumaPrentice-Hall © 2002