Elektroliz Nedir?

Elektroliz Nedir?
Bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmaya elektroliz denir. Elektroliz, bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte gelişir. Elektrolit, çoğunlukla erimiş olarak ya da bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi halindedir. Volta pilinin bulunmasıyla (1800) ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili ilk deneyler, XIX. yy’ın başlarında gerçekleştirilmiştir.Elektroliz sözcüğünün, olayı özel olarak inceleyen Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı sanılmaktadır.

Sponsorlu Bağlantılar

Elektroliz ile ilgili bazı terimler:
Elektrolit:İçinde serbest iyon bulunduran ortamlara denir.
Elektrot:Elektrolit içine batırılan metallere denir.
Anot:Bir elektroliz kabında üreticinin pozitif kutbuna bağlı elektroda denir.
Katot: Elektroliz kabında üreticinin negatif kutbuna bağlı elektroda denir.

Elektrolizin Uygulama Alanları
Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Elektroliz, ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) baş vurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, sidik yolu (üretra) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.

ELEKTROLİZDEN YARARLANMA
1.Metallerin Ayrıştırılması
Bunun için hangi metal ayrıştılıcaksa,o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır.Bu yöntem en çok bakır matali için kullanılır.Çözelti içine batırılan elektrotlardan biri arı bakır diğeri de arı olmayan bakırdır.Bakır iyonları (+)yüklü olduğundan katoda gider orada nötrleşerek arılaştırılmış olur.

2.Metalle Kaplamacılık
Herhangi bir metalle kaplamak istediğimiz bir cisim elektroliz kabında katot olarak kullanılır.Hangi metalle kaplamak istiyorsak o da anot olarak seçilir.Çözelti yerine anot olarak kullanılan metalin tuzunun, sudaki çözeltisi alınırTeknikte kromaj,nikelaj ve gümüşle kaplama bu metodla olur.Bir demir çatal nikelle kaplanmak isteniyorsa,çatal katot,nikel ise anot olarak seçilir.Çözelti olarak nikel tuzu çözeltisi kullanılır.Sulu çözelti içindeki nikel iyonları katoda gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler

-1-
Suyun Elektroliz Deneyi
Deneyin amacı uyun,elektroliz yoluyla hidrojen ve oksijene ayrılması.
Araç ve Gereçler: 8 yuvarlak pil ve pil yatağı (veya 12 voltluk doğru akım güç kaynağı)

İletken teller ve tel tutturucuları
3 beherglas (250 cm3)
3 deney tüpü
6 çelik elektrot
Çamaşır suyu sodası çözeltisi

Ön bilgiler ve deney yapılışı: Temiz bir kaba 500cm3 saf su konur. 60 gr çamaşır sodasını (Na2 CO3 H2 O) azar azar su içine döküp karıştırarak çözünüz. Daha sonra çözeltiye, 1000cm3’e çıkıncaya kadar saf su ilave edilir. Böylece yaklaşık %5’lik çözelti hazırlanmış olur. 250 cm3’lük temiz bir beherin üçte ikisine kadar çözelti konur. İki deney tüpü alarak bunlar ağızlarına kadar ağızlarına kadar çözeltiyle doldurulur. Kesiti tüp ağzından daha geniş bir tıpayı parmağınızla bu tüpün ağzında tutarak tüp ters çevrilir ve beherdeki çözeltiye daldırılır. Daha sonra parmak çekilir ve tıpa çözeltiden alınır. Böylece tüp içine hava girmesi önlenmiş olur. İkinci tüp için de aynı işlem yapılır. İki çelik elektrot alınarak bunları, birer uçları çözelti içindeki tüpler içine girecek şekilde yerleştirilir. Elektrotların çözelti dışında kalan uçlarına tel tutturucuları ile iletken teller bağlanır. İletken tellerden birinin ucunu seri bağlı pillerin veya doğru akım güç kaynağının (+) ucu ile birleştirilir. Diğer iletken ucunu pil veya güç kaynağının (-) ucuna dokundurulup çekilir.

Elektroliz kabındaki elektrotlardan güç kaynağının (+) ucuna bağlanmıştı. Şimdi de diğer elektrotu güç kaynağının (-) ucuna bağlanıp saate bakılır.5, 10, 15. dakikada tüplerde toplanan gaz miktarları tüpler üzerinde işaretlenir ve devre kesilir. Güç kaynağının (-) ucuna bağlı elektrotun bulunduğu tüpte hidrojen gazı diğer tüpte de oksijen gazı toplanır.

Sonuç: Su, kendini meydana getiren hidrojen ve oksijene ayrışmış olur.

Elektrolizi Kim Bulmuştur?
Michael Faraday
(Newington, Surrey, bugün Southwark – Hampton Court 1791-1867)

Bir demir işçisinin oğluydu. Londra’da bir kitapçı kırtasiyede çalışmaya başladı, daha sonra bir ciltçinin yanında çırak oldu. Böylece çok sayıda kitap okuma fırsatını buldu ve özellikle Kimya ve elektriğe ilgi duydu. Geceleri Davy’nin Royal İnstitution’da verdiği derslere katıldı ve bilimsel konferansları izledi. Davy burada kendisine asistanlık görevi verdi; aynı yerde 1825’te laboratuar müdürü, 1833’te de kimya profesörü oldu.

Kimya ile ilgili ilk araştırmalarında maden kömürü katranlarında benzeni buldu. Basit bir aletin içinde sıkıştırma ve soğutma yoluyla, çağında bilinen hemen hemen bütün gazları sıvılaştırmayı başardı. Qersted’in buluşundan sonra 1824 yılında elektromanyetikliği incelemeye başladı ve bir mıknatısın elektrik akımı üzerindeki etkisini gözledi; böylece Ampére’in kuramlarını tamamlamış oldu. Bu yolla, sürekli mıknatısların etkisi altındaki bir devreyi döndürmeyi başardı ve elektrik motorunu çalıştıracak ilkeyi bulmuş oldu. 1831’de, kuşkusuz en önemli buluşunu gerçekleştirdi: mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektromanyetik indüklemeyi bularak dinamoların yapımını sağladı.1833’te elektroliz kuramını ortaya koydu; olayın adını, elektrot ve iyon terimlerini ortaya attı: kendi adını taşıyan nitelik ve nicelik yasalarını belirledi. Daha sonra elektrostatikle uğraştı, 1843’te elektroskopa bağlı silindir yardımıyla elektriğin korunumu ilkesini doğruladı. Etkiyle elektriklenme kuramını ortaya koydu; çukur bir iletkenin ( Faraday kafesi) elektrostatik etkilere ekran oluşturduğunu gösterdi. 1846’da elektrostatik enerjinin dielektriklerde yerleştiğini buldu. Bu buluşu Maxwell’in elektromanyetiklik kuramını geliştirmesine yardımcı oldu ve elektrikle Hertz dalgaları arasındaki bağıntıları açıklamaya yaradı. Yine bu buluş yalıtkanların özgül indükleme gücünü tanımlamayı sağladı. 1838’de elektro-ışıldama olayını ortaya koydu. 1845 tarihli son buluşları, polarize ışığın manyetik alan üzerindeki etkisi de diyamanyetikliktir.

Elektroliz
Bir elektrolitten doğru akım geçirerek kimyasal tepkime oluşturma. İlk kez 1800'de gözlenen bu olayı 1832'de Faraday tanımlayıp yöntemleştirdi. Elektroliz için bir voltametre gerekir. Bir doğru akım üretecine bağlanan voltametreden akım geçtiğinde elektrotlarından biri (katot) eksi, öbürü ise (anot) artı olarak yüklenir. Elektrolitteki negatif ve pozitif yüklü iyonlar, elektrostatik çekim kuvvetleri etkisiyle anot ve katoda göç ederler. Anotta anyonlar elektron vererek yükseltgenir, katotta ise katyonlar elektron alarak indirgenirler. Elektrotlarda madde açığa çıkışı, Faraday'ın elektroliz yasalarıyla formüle edilmiştir. Buna göre bir eşdeğer gram madde açığa çıkmasına yol açan elektrik miktarı sabit olup 1 faraday (= 96500 coulomb) olarak bilinir. Örneğin "amper" de, eskiden elektroliz ve Faraday'ın elektroliz yasaları esas alınarak tanımlanırdı. Elektroliz olayı, elektrotların ve elektrolitin bileşimine, akımın şiddetine bağlı olarak gerçekte çok karmaşık süreçler içerir. Sanayide kimi metallerin cevherlerinden ayrılması ya da saflaştırılması, sodyum hidroksit, klor vb. maddelerin üretimi elektrolizle gerçekleştirilir.

Bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmaya elektroliz denir. Elektroliz, bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte gelişir. Elektrolit, çoğunlukla erimiş olarak ya da bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi halindedir. Volta pilinin bulunmasıyla (1800) ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili ilk deneyler, XIX. yy’ın başlarında gerçekleştirilmiştir.Elektroli z sözcüğünün, olayı özel olarak inceleyen Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı sanılmaktadır.

Elektrolizin Uygulama Alanları
Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Elektroliz, ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) baş vurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, sidik yolu (üretra) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.

BİR ELEKTROLİT İÇİNDEN AKIMIN GEÇİŞİ
Elektrik akımının bir elektrolit içinden geçişi ilkin Arrhenius tarafından açıklanmıştır. Arrhenius’ un klasik teorisi bugün bile – ana fikirleri bakımından- yürürlüktedir. Buna göre, bir elektrolit(bir asit,bir baz veya bir tuz) eriyiğinde iyon adı verilen serbest elektrikli tanecikler bulunmaktadır.Elektrolitin çözüşmesinde meydana gelen iyonlar pozitif veya negatif olarak yüklü atomlar veya atom gruplardır. İyonların elektriksel bir alanda hareketleri ise akımın geçişini sağlar.
İyonların çözünmesi : Bir elektrolit suda eritildiği zaman bir kısım iyonları çözüşerek serbest halde sıvıya geçerler.Bu çözüşmeye çok iletken daha kuvvetli elektrolitlerde hemen hemen tam, zayıf elektrolitler de ise az olur.Elektrolitlere örnek olarak, önce mutfak tuzunu ele alalım.Mutfak tuzu(NaCl) kristali, atomlardan değil, sodyum ve klor iyonlarından örülmüş bir ağ şeklindedir. Sodyum iyonları dış yörüngelerindeki tek elektronlarını bırakarak pozitif yüklü hale gelmiş Sodyum atomlarıdır. Klor iyonları ise birer fazla elektronları olan klor atomlarıdır. Bir iyonu özellikleri bakımında kendisine hiç benzemeyen atomlarından ayırmak için, atomu gösteren sembol üzerine kaydedilen elektronlar sayısı kadar (+) veya kazanılan elektron sayısı kadar (-) işareti konur. Böylece bir elektron kaybeden Sodyum atomu(Sodyum iyonu)nu ise Na+ sembolü ile, bir elektron kazanmış klor atomu(klor iyonu)nu ise Cl- sembolü ile gösteririz. Gümüş nitratı (AgNO3) nın sudaki eriyiğinde ise bir elektron kaybetmiş gümüş atomlarından ibaret gümüş iyonları(Ag+) ile bir elektron kazanmış NO3 kökünden ibaret nitart iyonları (NO3-) bulunmaktadır.

Bunlar gibi;
NaOH ın eriyiğinde Na+ ve OH- iyonları,
CuSO4 ın eriyiğinde Cu+2 ve SO4-2 iyonları ,
H2SO4 ın eriyiğinde H+, H+ ve SO4-2 iyonları,
bulunmaktadır.

İyonların elektrotlara göçü : Bunun için, elektroliz kabına daldırılmış olan iki elektrotu bir üretecin kutuplarına bağlamak yeter. Bu iş yapılınca, Katota üretecin negatif kutbundan elektronlar gelir, Anottaki elektronların bir kısmı ise üretecin pozitif kutbuna çekilir ve böylece Anot pozitif, Katot ise negatif olarak yüklenmiş olur. Elektrotlar arasında oluşan elektrik alanının etkisiyle, pozitif iyonlar katota negatif iyonlar ise anota doğru göç ederler. Katota varan pozitif iyonlar, buradan kendilerini nötrleyecek kadar elektron alırlar. Anoda geçen negatif iyonlar ise elektronları anota vererek nötr hale geçerler. Belli bir zaman süresi içinde katottan alınan elektronların sayısı ile anota verilen elektronların sayısı aynıdır.
İkincil tepkimeler : Elektrotlarda nötrleşen iyonlar, atom veya atom grupları haline geçerek, kimyasal özelliklerini kazanırlar. Sonra da ya açığa çıkarlar ya da elektrodlara, elektrolite veya elektrolitin eritenine etki ederler. Bunlara ikincil tepkimeler denir. Bunlar her elektroliz olayında elektrotların ve elektrolitin cinsine göre başka başka olurlar.

GÜMÜŞ NİTRATININ SUDAKİ ERİYİĞİNİN GÜMÜŞ ELEKTROTLARLA ELEKTROLİZİ
Gümüş nitratı suda
AgNO3 Ag+ + NO3- Şeklinde çözüşerek, Ag+ ve NO3- iyonlarını suya salar.
Gümüşten olan elektrotlar bir üretecin uçlarına bağlanırsa, Ag+ iyonları katota ve NO3- iyonları ise anota giderler; ve Ag+ iyonları katottan elektron alarak NO3- İyonları anota elektron vererek nötrlenirler.
İkincil tepkimeler: Katotta:Yoktur. Serbest hale geçen Ag atomları katota kaplanırlar. Anotta: NO3 , gümüş anodu eriterek NO3+Ag AgNO3 verir.
Sonuç : Başlangıçta iyonlara çözüşen elektrolit sonunda yine oluşur.Anotta gümüş erir. Katotta ise gümüş birikir.
Bu işlem elektrolizle kaplamaya veya arılaştırmaya bir örnektir.

SODYUM SÜLFATIN SUDAKİ ERİYİĞİNİN ELEKTROLİZİ
Elektrolit suda,
Na2SO4 2Na++SO4-2
Şeklinde çözüşerek Na+ veSO4-2 iyonlarını suya salar.
Platin olan elektrotlarla elektroliz yapmış olalım:
Na+ iyonları katota, SO4-2 iyonları ise anoda göç ederler, nötrlenirler ve şu tepkimeleri yaparlar.
İkincil Tepkimeler :
Katotta: Nötr hale geçen Na atomları suya etki ederek
2Na+2H2O 2NaOH+H2 verirler.Hidrojen katottan kabarcıklar halinde çıkar.
Anotta: Nötr hale gelen SO4, suya etki ederek:
SO4+H2O H2SO4+1/2O2 verir. Elektroliz kabı U şeklinde bir cam boru olsa ve önceden anoda mavi turnusol, katoda ise fenol ftalein damlatılırsa, elektroliz sırasında fenol ftaleinin, NaOH ın etkisi ile, koyu kırmızı bir renk aldığı; turnusolun ise, asit etkisi ile, pembeleştiği görülür. Elektrolit karıştırılırsa, NaOH ve H2SO4 birbirlerini nötrlerler :
2NaOH+ H2SO4 Na2SO4+2H2O
ve renklenmeler kaybolur.
Sonuç : Elektroliz, suyun analizinden başka bir şey değildir.

ELEKTROLİZDEN YARARLANMALAR:
Kimya endüstrisinde, elektrolizden birçok yararlanma alanları varır.Kimya derslerinde de açıklanmış olan birkaç örnek verelim:
Birtakım elemanların elde edilmesi: Sudan oksijen ve hidrojen, ergimiş sodyum klorürden sodyum ve klor, ergimiş alüminyum oksidinden alüminyum elde edilir.
Birtakım madenlerin arı hale getirilmesi : Bakır, gümüş... gibi madenleri arı hale getirmek için, elektrolizden yararlanılabilir. Bunun için, arılaştırılacak madeni anot, bu madenden yapılmış arı bir çubuğu katot ve aynı madeni elverişli bir tuzunu elektrolit olarak almak ve anotla katot arasına uygun bir potansiyel farkı uygulamak gerekir.
Bu koşullar altında yapılan elektroliz olayında; anottaki – arı olmayan- maden erir, katotta ise arı maden toplanır. Uygulanan potansiyel farkı, arılaştırılacak madeni katoda biriktirecek bir değerde seçilir.
Metal kaplamacığı : Üzerine maden kaplanacak cisim katoda asılır. Elektrolit olarak kaplanacak metalin tuzlarından biri alınır. Anot olarak da, çokçası, kaplanacak metalden yapılmış bir elektrot kullanılır.

FARADAY KANUNLARI
FARADAYIN BİRİNCİ KANUNU :
Deney : Bir akım devresinde –içinde aynı elektrolit (AgNO3) bulunan- şekilleri, elektrotları arasındaki uzaklıkları, eriyiğinin sıcaklık ve yoğunluğu başka başka olan birçok voltmetreyi seri olarak bağlayalım. Belli bir zaman sonra, bütün voltmetrelerin katotlarında toplanan gümüş miktarlarının aynı olduğu anlaşılır.Demek oluyor ki, toplanan gümüş miktarlarının aynı olduğu anlaşılır. Demek oluyor ki, toplanan gümüş miktarı, ne elektrotların şekil ve uzaklıklarına ve ne de elektrolitin sıcaklığına ve yoğunluğuna bağlıdır. Toplanan gümüş miktarı yalnız, devreden geçen elektrik miktarına bağlıdır. Faraday bu deneye göre şu kanun bulmuştur. // Bir elektroliz olayında ayrışan elektrolitin kütlesi, sadece, voltmetreden geçen elektrik miktarına bağlı ve onunla doğru orantılıdır.

Elektriği iletmesi için biraz tuz ya da asit katılmış su dolu bir kaba iki iletken tel daldırılıp, bu teller bir elektrik pilinin kutuplarına bağlandığında tellerin uç­larında gaz kabarcıkları belirmeye başlar. Sonunda su tümüyle bileşenlerine, yani hidro­jen ve oksijen gazlarına ayrıştığı için kapta hiç su kalmaz. Bu örnekte olduğu gibi, kimyasal bir bileşiğin elektrikle ayrıştırılmasına elektro­liz denir.

Aynı örneği sürdürecek olursak, elektrik akımını ileten tuzlu ya da asitli suyun adı elektrolit, birbirine değmeyecek biçimde elek­troliz kabına daldırılan iletken tellerin adi da elektrot 'tur. Pilin artı kutbuna bağlı olan elektrota anot, eksi kutbuna bağlı olana da katot denir. Suyun elektroliziyle açığa çıkan oksijen anotta, hidrojen ise katotta toplanır. Elektrik enerjisinin bol ve ucuz olduğu yerler­de oksijen ve hidrojen elde etmek için bazen bu yönteme başvurulur. Klor gazı da erimiş sofra tuzunun (sodyum klorürün) elektroliziy­le elde edilir.

Suda erimiş ya da çözünmüş bakır sülfat dolu bir kaba iki bakır levha daldırılır ve daha önceki örnekte olduğu gibi bu levhalar bir pilin kutuplarına bağlanırsa, anottaki levha yavaş yavaş incelirken katottaki levhanın giderek kalınlaştığı görülür. Çünkü bakır sülfat çözeltisinden (elektrolitten) geçen akım bu bileşiği iyon denen artı ve eksi yüklü atomlara ayrıştırır. Bakır iyonları artı yüklüdür, yani katyondur; bu yüzden pilin eksi kutbuna bağlı olan katoda doğru çekilir. Böylece katottaki bakır levhanın üze­rinde yeni bir bakır katmanı oluşur. Öte yandan, sülfat iyonları da eksi yüklü, yani anyon olduğu için, pilin artı kutbuna bağlı olan anota doğru göç eder; ama anottaki bakır levha iyonlarına ayrılarak erimiştir. Elektrikli ya da elektrolitik kaplama denen bu yöntem, sanayide çok sık uygulanan bir kap­lama tekniğidir. Örneğin, daha ucuz bir me­talden yapılmış çatal-bıçak takımlarının daldı-rıldığı bir gümüş çözeltisinden akım geçirildi­ğinde çatal-bıçakların yüzeyinde gümüş biri­kir; böylece daha değerli "gümüş sofra takım­ları" elde edilir. Çelik eşyaların paslanmasını önlemek için bakır ya da kalayla kaplanma­sında da aynı yönteme başvurulur. Örneğin konserve kutularının yapıldığı tenekeler aslın­da incecik bir kalay katmanıyla kaplanmış çelik saclardır.

Birçok elementi bileşiklerinden ayırarak katışıksız halde elde etmek için de gene elektrolizden yararlanılır. Sözgelimi, sülfürik asitte çözünmüş çinko cevheri elektrolit ola­rak kullanıldığında katotta element halinde çinko birikir. Sudkostik denen sodyum hid­roksitin elektroliziyle sodyum, potaskostik denen potasyum hidroksitin elektroliziyle de potasyum elde edilir. İngiliz kimyacı Sir Humphry Davy de bu metallerin varlığını ilk kez elektroliz yöntemiyle bulmuştu. Aynı biçimde, boksit denen cevherinden alüminyu­mun, deniz suyundaki magnezyum klorürden magnezyumun elde edilmesinde de elektroliz­den yararlanılır. Elektrik tellerinin yapımında kullanılan katışıksız bakır da gene elektrolizle elde edilir; anottaki bakır levha iyonlarına ayrılırken içindeki bütün katışkılardan arınır ve katotta saf ya da elektrolitik bakır toplanır.