ELEKTROKİMYA

1. MADDE – ELEKTRİK İLİŞKİSİ

ELEKTROLİZ OLAYININ TANIMI

İçerisinde anyon ve katyonların bulunduğu bir karışımdan elektrik akımı uygulamak suretiyle iyonların nötrlenmesidir.ELEKTROLİZ OLAYINDA BAŞLICA NİTEL KURALLAR

Anyonlar anotta, katyonlar katotta açığa çıkar.‡ Ortamda birden fazla katyon varsa katotta indirgenme yarı pil potansiyeli büyük olan önce indirgenir.‡

Ortamda birden fazla anyon varsa yükseltgenme yarı pil potansiyeli büyük olan anotta önce yükseltgenir.

ELEKTROLİZ OLAYINDA FARADAY PRENSİPLERİ

1.Elektroliz devresinden geçen akım miktarı ile katot ve anotta toplanan ya da çözünen madde miktarı doğru orantılıdır.‡2.Bir elektroliz devresinden 1 faradaylık akım geçirilirse anot yada katotta 1 eşdeğer gram madde toplanır ya da çözünür.

1 faraday = 1 mol elektron = 96500 coulomb (kulon)

Q = It

Q: Elektrik yükü (coulomb)

I: Akım şiddeti (amper)

t: Zaman (saniye)‡

3.Seri bağlı elektroliz kaplarından aynı akım geçtiğinde birinin katodunda ya da anodunda toplanan ya da çözünen madde miktarı bilinirse diğer kapların katot ya da anotlarında toplanan ya da çözünen madde miktarları hesaplanabilir.

ELEKTROLİZLE METAL KAPLAMA VE BAŞLICA UYGULANDIĞI YERLER

Kendiliğinden gerçekleşmeyen kimyasal reaksiyonlarda kaplama işleminin elektrolizle olması şarttır. Demirin krom ve çinko ile kaplanması, bakırın nikel ile kaplanması buna örnektir.Yanlış uygulamalardır.‡

Kendiliğinden gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda kaplamanın daha kalın olması için elektroliz yöntemi kullanılabilir. Demirin nikel ile kaplanması buna örnektir.‡

Krom kaplamaya kromaj, nikel kaplamaya nikelaj denir.

ENDÜSTRİDE ELEKTROLİZ‡ 2Al2O3 4Al + 3O2‡

2ZnSO4+ 2H2O 2Zn + O2+ 2H2SO4‡2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2‡2NaCl 2Na + Cl2

2. STANDART ELEKTROT POTANSİYELLERİAKTİFLİKElementlerin bileşik oluşturabilme kabiliyetlerine aktiflik denir.‡Kimyasal reaksiyonlarda, elektron veren element yükseltgenirken, elektron alan element indirgenir. Elektron veren(yükseltgenen) elemente indirgen, elektron alan (indirgenen)elemente yükseltgen denir.‡ Reaktifler arasında elektron alış verişi olan reaksiyonlar redoksreaksiyonudur.

YÜKSELTGENME YARI PİL POTANSİYELİElementlerin aktifliğinin karşılaştırılmasının bir diğer yolu da yükseltgenme yarı pil potansiyelidir. Bir elementin yükseltgenme yarı pil potansiyelideğeri ne kadar büyükse elektron verebilme kabiliyeti (aktifliği) o kadar büyüktür.İNDİRGENME YARI PİL POTANSİYELİYükseltgenme yarı pil potansiyeli değerinin ters çevrilmiş hâlidir.YARI PİL POTANSİYEL DEĞERLERİ NE ANLAM TAŞIR?Yükseltgenme yarı pil potansiyeli veya indirgenme yarı pil potansiyeli değerlerinin sıfırdan büyük (+) olması, gösterilen denklemin istemli olduğunu; sıfırdan küçük (-) olması ise gösterilen denklemin istemsiz olduğunu gösterir. Sayısal değerin büyüklüğü veya küçüklüğü ise olayın ne derece istemli veya istemsiz olduğunu gösterir.

STANDART HİDROJEN YARI PİLİHidrojenin yükseltgenme ve indirgenme yarı pil potansiyeli oda şartlarında (25 °C ve 1 atm) 0,00 volt kabul edilmiştir.

H2(g) 2H+ 2e ∆E° = 0,00 volt

2H+ 2e H2(g) ∆E° = 0,00 volt‡

Diğer maddelerin yükseltgenme yarı pil potansiyelleri standart hidrojen yarı pilinden yararlanılarak bulunur.

KONSANTRASYON DEĞİŞMESİNİN PİL GERİLİMİNE ETKİSİ

Pillerde denge olayı vardır. Pile yapılan etkilerle sistem ürünler lehine kayarsa gerilim artar; girenler lehine kayarsa gerilim azalır. Gerilimin arttırılması, pilin ömrünün uzaması demektir. Gerilimin azalması ise, pilin ömrünün kısalması demektir. Pil kullanıldıkça, gerilim azalır. Gerilim 0 volta düşünce pil tükenmiştir.

ELEKTROKİMYASAL TEPKİMELERDE HESS PRENSİBİNİN UYGULANMASI

1) Bir elektrokimyasal pil tepkimesinde reaksiyon bir sayı ile çarpılırsa pil potansiyeli (∆E°) bu sayı ile çarpılmaz.‡

2) Yükseltgenme ya da indirgenme yarı reaksiyonları ters çevrilirse pil potansiyeli işaret değiştirir. ‡

3) Pil tepkimesi iki ya da daha fazla pil reaksiyonunun toplamından elde ediliyorsa, bu tepkimenin pil potansiyeli diğer reaksiyonların pil potansiyelleri toplamına eşit olur.

3. ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER

DEMİRİN PASLANMASI

Metalik demirin, hava oksijeniyle paslanmasına ait reaksiyon denkleminin toplam gerilimi, pozitif sayısal değerdir.‡

Rutubetli ortam oto katalizördür; çünkü oksijenin indirgenme yarı reaksiyonu tam yazıldığında ürünlerde su çıkmaktadır.‡

Fe2O3 pastır.‡

Paslanmayan borular kullanılmadığı müddetçe, sulardan pas akacaktır.‡

Demirin; yağlı boya, paslanmaz çelik üretimi vb. yollarla paslanmaya karşı korunması önemlidir.

CABİR BİN HAYYAN (721-805)

� Paslanmayan çelik alaşımı elde etmiştir.

� Çeliklerde paslanmayı önlemiştir.

BİTKİLERLE TEDAVİ VE HİJYEN

� Fotosentez olayı bir redoks reaksiyonudur. Bunun sonucunda bitkiler oluşur. Fotosentezde ve fotosentezin devamında yaprak gereklidir. Tedavide ve hijyende bitki yaprakları önemlidir.Sigara kâğıdı gibi ince yeşil yapraklar, yazın çok şiddetli sıcaklıkta bile aylarca yaş kalır, kurumaz.

DOĞAL ŞİFALI SULARLA TEDAVİYeraltından gelen sular karşılaştıkları sert taş, kaya ve toprağa çarptığında elektron aktarımı olur. Örneğin, elementel demir (sıfır yükseltgenme basamağındaki demir) içeren bir kayayla su temas edince; demir, +2 hâline geçer. Sıfır yükseltgenme basamağındaki demir suda çözünmez. Demir +2 ise az çözünür.‡ Bu redoks tepkimeleri sonucunda yeryüzüne çıkan kaynak suları ve şifalı sular az veya eser miktarda onlarca farklı minerali içerir. Ülkemizde Keçiborlu suyu, şifalı sulara örnektir.‡ Köklerin ipek gibi yumuşak damarlarının sert taşları delmesi anında da benzer redoks reaksiyonları gerçekleşir.

KİMYA LABORATUVARLARINDAKİ LAVABO VE PİS SU BORULARI İLE KENDİLİĞİNDEN OLUŞAN TEPKİME İLİŞKİSİKimya laboratuvarlarındaki lavabolar, çelik lavabo olmamalıdır;çünkü çelik, asitlerle kimyasal tepkimeye girer. Zaten bu hususa dikkat edilmektedir.‡ Kimya laboratuvarlarında lavabolar ve çalışma tezgâhları laminant da olmamalıdır; çünkü laminant, çoğu çözelti ile tepkimeye girer ve leke kalır.‡ Kimya laboratuvarlarında pis su boruları, bakır ve çinko olmamalıdır. Bakır asitlerle tepkimeye girer. Çinko ise hem asit hem baz hem de bazı çözeltilerle tepkimeye girer.‡ Bu hususlara kimya laboratuvarlarının kurulmasında dikkat edilmektedir.

DOĞAL METAL KAPLAMA VE UYGULANDIĞI YERLERKaplama esnasındaki kimyasal reaksiyon kendiliğinden gerçekleşiyorsa buna doğal kaplama denir. Doğal kaplama ince

olur, buna rağmen yıllar sonra bile aşınmaz.‡

İndirgenme gerilimi en büyük olan, soy metallerdir. Soy metal iyonu içeren bir çözelti (altın suyu) içine örneğin bir demir yüzük daldırılırsa yüzük altınla kaplanır.‡

Sanayide uygulandığı yerler; demir metalinin nikel ile kaplanması, değersiz metalden yapılmış süs eşyalarının gümüş ile kaplanması ve değersiz metalden yapılmış takıların altın ve gümüş ile kaplanmasıdır.

REDOKS TEPKİMESİ VE ELMAElma 1 sene boyunca ihtiyacımızın olduğu bir meyvedir, her mevsim turfanda elma bulunur.Fe+2 kanımızdaki hemoglobinin temel maddesidir. Gıdalardaki ve ilaçlardaki demir iyonu ise Fe+3’tür. Fe+2 ihtiyacımızı elma ve nisan yağmuru ile karşılamamız gerekir. Veyahut elma çekirdeği yenilmelidir. Kansızlık için alınan Fe+3 preparatları bağırsakları tahrip eder ve genelde faydası görülemez; çünkü ilaç olarak veya gıdalarla aldığımız Fe+3 vücudumuzda ancak elma çekirdeğiyle indirgenerek Fe+2’ye dönüşebilir. Günde 1 tane elma ile beraber 1 tane de elma çekirdeği yenilmelidir. Elma çekirdeği 1 taneden fazla yenilmemelidir. 1adet elmada bulunan Fe+2, insanın günlük Fe+2 ihtiyacı kadardır. Elmada Fe+2 zaten vardır. Elma ağacı, kökleri vasıtasıyla topraktan aldığı Fe+3’ü indirgeyerek Fe+2hâline getirir ve meyvesinde depolar. Bu redoks tepkimesi günümüzde laboratuvarda henüz gerçekleştirilememiştir; çünkü zor bir kimyasal işlemdir. Kırmızı renkli Fe+2’nin laboratuvarlarda elde edilmesi bu nedenle mümkün değildir.Nisan yağmuru bereketlidir ve içilirse şifalıdır. Genelde nisan ayında yağan ikinci yağmur, kırmızı renkli Fe+2 içerir. Bu Fe+2’nin kaynağı çöllerdeki tozdur. Sahra tozları nisan ayında rüzgârla dünyanın her yerine taşınır. Tozlar bulutların içine girince de yağış oluşur. Bu yağmurdan sonra arabaların üzeri kırmızılaşır.

YERYÜZÜNDE BULUNAN DOĞAL ELEMENTLER VE DOĞAL BİLEŞİKLER HANGİLERİDİR ?

METALLERİN SERBEST YA DA BİLEŞİK OLARAK DOĞADA BULUNMASIDAKİ KURAL

İndirgenme yarı pil gerilimi listesinde; indirgenme potansiyeli hidrojenden yüksek olan metaller, soy (altın, platin, gümüş)metaller ve yarı soy (bakır, cıva) metallerdir.‡

Soy metaller doğada yalnız elementel hâlde bulunur, bileşikleri hâlinde bulunmaz.‡

Yarı soy metaller ise hem elementel hâlde hem de bileşiği hâlinde bulunur.‡

Amalgam diş dolgular; cıva ve gümüş içerir. Altın diş dolgusu davardır. Platin metali ise, protezlerde kullanılır. Bütün bu kullanımlarda altın, platin, gümüş ve cıva; aynen doğadaki gibi metalik hâldedir. Sıfır yükseltgenme basamağındadır. Bu

nedenle de sağlığa zararları yoktur.

Bakır ve cıva da soy metaller gibi genelde doğada serbest hâlde bulunur.� Bakır ve cıva metallerine, yarı soy metal denmesinin sebebi;doğada doğal bileşiklerinin de olmasıdır.‡ Bu 5 element dışındaki bütün metaller, yaklaşık 70 metal doğada yalnız bileşikleri hâlinde bulunur, hiçbiri serbest hâlde bulunmaz.‡ Örneğin doğada Na, Ca, Al yoktur. NaCl (yemek tuzu), CaCO3 (mermer), Al2O3(alüminyum metalinin elektroliz yöntemiyle elde edildiği boksit cevheri) vardır.‡ Tabiatta bulunan ve suda çözünmeyen doğal metal bileşiklerine cevher (filiz) denir.‡ Genellikle kaya tuzu gibi suda çözünenler yerin derinliklerinde,suda çözünmeyenler ise yerin üstündedir.‡ Demir ve nikelin indirgenme potansiyeli hidrojenden az olmasına rağmen, yerkürenin merkezinde erimiş elementel hâlde de bulunurlar.‡ İnsan evrenin küçültülmüş bir örneği olduğundan; evrende hangi doğal element ve bileşik varsa, insanda numunesi vardır.Zemin yüzündeki doğal element ve doğal bileşiklerin çok faydalı görevleri vardır. Özellikle de insanın hizmetine koşmaktadırlar.

AMETALLERİN SERBEST YA DA BİLEŞİK OLARAK DOĞADA BULUNMASIDAKİ KURALF2 gazı ve Cl2 gazı, tabiatta bulunmaz. Doğada florürbileşikleri ve klorür bileşikleri vardır.� F2 gazı ve Cl2 gazından başka bütün ametaller; doğada, hem elementel hâlde hem de bileşiği hâlinde bulunur.

ELEKTROKİMYASAL PİLLERKimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren sistemler pil olarak adlandırılır.‡ Kimyasal pillerde yükseltgenme ve indirgenme yarı reaksiyonları ayrı kaplarda gerçekleştirilir.‡ Kaplar bir tuz köprüsü ile ve elektrotlar da iletken tel ile bağlandığında devreden akımın geçtiği görülür.‡ Bir elektrokimyasal pilde tuz köprüsü, her bir kaptaki yük dengesini sağlamak içindir.‡ Tuz köprüsünün içerisindeki çözelti suda çok çözünen KNO3, KCl, NaNO3, NH4Cl gibi tuzların çözeltisidir.‡ Çözeltisi U borusunun içerisine konulmuştur.‡Dökülmemesi için uçları pamukla veya bir tamponla kapatılır.‡ Kaplara ters olarak yerleştirilir.‡ Tuz köprüsünde katyonlar katoda, anyonlar anoda göç ederler.

� Bir kimyasal pildeki yükseltgenmenin ve indirgenmenin olduğu çubuklar elektrottur. Yükseltgenmenin olduğu elektrota anot,indirgenmenin olduğu elektrota katot denir. Anot ve katotta gerçekleşen reaksiyonların toplamı pil reaksiyonudur .

KONSANTRASYON FARKINDAN DOLAYI ÇALIŞAN PİLLER (DERİŞİM PİLİ)

Aynı cins elektrotlardan oluşan pillerde pil çözeltileri arasında konsantrasyon farkı varsa bu tür piller de çalışır.

REDOKS REAKSİYONUNUN PİL OLABİLMESİ İÇİN GEREKLİ ŞARTLAR

1) Yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları ayrı kaplarda gerçekleştirilmelidir.‡

2) Elektronların dış devreden iletken tel yardımıyla akışı sağlanmalıdır.‡

3) Çözeltiler tuz köprüsü ile birleştirilmelidir.‡

4) Bir kimyasal pilin çalışabilmesi için pil çiftleri arasında ya konsantrasyon ya da aktiflik farkı olmalıdır.

PİL ÇEŞİTLERİPilleri genel olarak iki ana gruba ayırmak mümkündür:‡ DOLDURULAMAYAN PİLLER: İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilemeyen pillerdir.‡

DOLDURULABİLEN PİLLER: İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilebilen pillerdir.

PİL KONUSUNDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR� Piller daima taze satın alınmalıdır.� Gereksiz yere bol miktarda pil alıp saklanmamalıdır; çünkü zamanla bayatlar ve ömrü azalır.‡

Saklanması gerekiyorsa, buzdolabı gibi soğuk ve serin yerlerde saklanmalıdır.‡ Piller, devamlı güneş ışığı alan yerlerde tutulmamalıdır, soğuk ve karanlık yerlerde saklanmalıdır.‡

Pillerin kutupları birbirine değdirilmemeli, kısa devre yaptırılmamalıdır. Aksi durumda pil ömrünü kaybeder.‡

Uzun süre kullanılmayan cihazlardaki piller akarak cihaza zarar verebilir. Bu nedenle kullanılmayan cihazların pillerini çıkarmak ihmal edilmemelidir. Bir aleti pil takılı iken 30 gün çalıştırmıyorsak, pili aletin içinden çıkarmalıyız. Aksi durumda pil sızmasından ve pilin kendi kendine deşarjından dolayı alet zarar görür.‡

Şarj edilmeyen piller ve özellikle de lityum türleri kesinlikle şarj işlemine tabi tutulmamalıdır. Aksi takdirde aşırı ısınma, şişme,gaz çıkışı, alevlenme ve hatta patlama görülebilir.

PİLİN ÇEVREYE ETKİSİ

Piller en pahalı enerji kaynakları arasında yer almaktadır.� Ayrıca bünyesinde çok pahalı ürünler bulundurmaktadır.� Hatta içeriğinde riskli kimyasallar vardır. Bu yüzden piller yutulduğunda tehlikeli ve ölümcül olabilirler.� Artık çoğu bölgelerde, kullanılmış pillerdeki toksik maddelerin geri kazanımı için, geri dönüşüm merkezleri kurulmuştur.� Çevreye atılan atık piller çevre kirliliğine sebep olur.� Güneş ısısının etkisiyle atık pillerin patlama olasılığı kaçınılmazdır. Patlama mekanik zarar doğurur. Bundan başka,patlama sonucu pilin içindeki kimyasal maddeler dışarı çıkar. Bu kimyasallar, insan sağlığı için risk unsuru taşır.

ATIK PİLLER NEREYE ATILMALI?

Ömürleri tükenen piller, diğer evsel atıklardan ayrı olarak atık pil kutularına atılmalıdır.� Biriktirilen bu atık piller geçici depolama alanlarında depolandıktan sonra gerekli birimlerce ve gerekli yöntemlerle bertaraf edilmektedir.� Atık piller yakılmamalıdır, denize atılmamalıdır ve toprağa gömülmemelidir.

ATIK PİLLERİN TOPLANMASI

Atık piller evsel atıklardan ayrı toplanmalıdır.� Atık piller, pil ürünlerinin dağıtımını ve satışını yapan işletmeler veya belediyeler tarafından oluşturulan atık pil toplama noktalarına bırakılmalıdır.� Atık piller, ekolojik sisteme uyum sağlayabilecek şekilde depolanmalı, toplanmalı, taşınmalıdır.

ATIK PİLİN BERTARAFI VEYA GERİ DÖNÜŞÜMÜ

Atık piller toplandıktan sonra toprak altında inşa edilmiş, geçirimsizlik koşulları sağlanmış, nemden arındırılmış, meteorolojik şartlardan korunmuş, kapalı, sızdırmaz ve su geçirmez özellikli depolama alanlarına gömülür veya geri kazanımı yapılır veya ihracat yoluyla muhtemel olumsuz çevresel etkileri giderilir.