ALTINCI HAFTA Elektrokimya. Faraday yasası. Pil gösterimleri ve elektrot çeşitleri. Elektromotor kuvvet ve endüstriyel piller. 1

ELEKTROKİMYA Elektrokimyanın günlük yaşantımızda büyük bir pratik önemi vardır. Pillerle çalışan tüm aletler, pilli radyolar, pilli oyuncaklar, pilli tıraş makineleri hep elektrokimyanın günlük hayata uygulanmış şeklidirler. Otomobil parçaları, madalyonlar gibi bazı eşyaları daha güzel, daha parlak görünümlü yapabilmek ve korozyondan korumak için bazı metallerle kaplamanın bir yolu da yine elektrokimyasal bir işlem olan elektrolizdir. Kimya zaten baştan başa elektrikseldir. Tarif olarak elektrokimya, elektrik enerjisi üreten veya elektrik enerjisiyle yürüyen yükseltgenme-indirgenme (redoks) reaksiyonlarının tümünü içine alan bilim dalıdır.

Volta Pili (Galvanik Pil) A. Volta 1800 yılında üstüste koyduğu çinko ve gümüş plakaları arasına tuzlu suya daldırılmış kumaş parçaları koyarak elektrik üreten ilk pili yapmıştır. Kendi adına izafeten bu pile volta pili adı verilmiştir. İlk Galvanik Pil (Volta pili)

REAKSİYONUNDAN GALVANİK PİL DÜZENEĞİ İLE ELEKTRİK AKIMI ÜRETİLMESİ

Elektrolitik Piller Dışarıdan elektrik akımı verilerek kendiliğinden olmayan reaksiyonların gerçekleştirildiği sistemlerdir. Elektrik akımı ile gerçekleştirilen bu reaksiyonlara elektroliz adı verilir.

Erimiş sodyum klorürün elektrolizi

Faraday kanunu Bir iyonik çözeltiden bir eşdeğer gram maddeyi biriktirmek veya anottan çözeltiye geçirmek için 96500 Coulomb (C) elektrik yükü gerekir. 96500 C= IF (Faraday) olarak gösterilir.

Pil Gösterimleri ve Elektrot Çeşitleri Galvanik pillerin gösterimi pilin nasıl oluştuğunu açıklamak için kullanılır. Bunun için, anotanot elektrolitikatot elektrolitikatot sırasına göre yazılır. Burada dikkat edilecek husus önce yükseltgenen yarım pil reaksiyonundan başlayarak sırayla birbirine temas eden fazları yazmaktır.

Bir çinko-bakır galvanik pilinin gösterimi

Elektrot sistemleri 1. Metal çubuk/metal katyonunu içeren elektrolite daldırılmıştır

2. Gaz elektrot ve gazdan oluşmuş iyon içeren elektrolit

3. Metal elektrot, metalin az çözünen bir tuzu ile kaplanmış ve tuzun anyonunu içeren elektrolite daldırılmış

4. İnert iletkenli (grafit) redoks elektrod aynı bir elementin yükseltgenmiş ve indirgenmiş tuzlarının çözeltisini içeren elektrolite daldırılmış.

Elektromotor Kuvvet Bir hücrenin elektromotor kuvveti, emk, iki yarım hücre arasındaki potansiyel farkın bir ölçüsüdür. Elektriksel potansiyelin birimi volttur (V). Elektron pozitif yüke doğru akar. Elektrik alan yüklü parçacıkların farklı yüklü iseler-birbirini çektiği veya -aynı yüklü iseler- birbirini ittiği bölgedir. Bir elektrik alanındaki yüklü bir parçacık daha yüksek elektriksel potansiyel enerjili bir yerden daha düşük elektriksel potansiyel enerjili bir yere doğru hareket eder. Bir volta pilinde elektronların devamlı akışı anot ve katot arasındaki potansiyel farkından dolayıdır. Anot, katoda göre daha yüksek bir negatif potansiyel enerjiye sahip olduğundan elektronlar anottan katoda akarlar.

Elektromotor kuvvet serbest enerji gibi kimyasal reaksiyonun ne derece kendiliğinden olabileceğinin bir ölçüsüdür. Bu yüzden bu iki terim arasında matematiksel bir ilişki vardır.

Standart İndirgenme Potansiyelleri Bir pilde her bir yarım reaksiyonun elektrot potansiyeli ölçülebilir. Uluslararası bir gösterim olarak yarım reaksiyonlar için potansiyellerin indirgenme potansiyeli olarak verilmesi üzerinde anlaşılmıştır. 1 atm, 1 molar ve 25C de ölçülen bu değerler standart elektrot potansiyeli veya standart indirgenme potansiyeli olarak anılır. Standart indirgenme potansiyelleri ikinci bir yarım pil (yarım hücre) ile bir pil teşkil edilerek ölçülür. Bu ikinci referans yarım hücrenin standart potansiyeli sıfır olmaktadır. Hidrojen elektrotunun 25C de standart potansiyeli 0.00 V dur.

Nernst Denklemi Eğer pil sistemi standart şartlar (1 molar, 25C ve 1 atm) dışında özelliklere sahip olursa pilin e.m.k’ sının nasıl hesaplanacağı 1900’lü yıllarda W.Nernst tarafından kendi adıyla anılan bağıntıya verildi.

K ve E ilişkisi Nernst bağıntısında redoks reaksiyonunun denge halini düşünürsek Q = K olacaktır. Dengede pilin E değeri de sıfır olacaktır.

pH Metreler Nernst bağıntısı, bize sadece derişimleri değiştirerek aynı cins yarım reaksiyonların da bir potansiyel farkı doğurabileceğini gösterir. pH-metreler, emk değerlerini doğrudan pH cinsinden veren potansiyometrelerdir.

Endüstriyel Piller Endüstriyel piller; (1) tek kullanımlı (primer piller), (2) depolama pilleri (akümülatörler) ve (3) yakıt pilleri olarak sınıflandırılırlar.