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.



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.














COULOMB ve AMPERE’İN ULUSLAR ARASI TANIMLARI

Faraday’ ın elektrik miktarının ve elektrik şiddetinin pratik birimlerini tanımlamaya yarar.
Coulomb, AgNO3’lı bir voltmetreden geçtiğinde 1,118 mg. Gümüş açığa çıkarak elektrik miktarıdır.
Ampere, 1 sn.de 1,118 mg gümüş açığa çıkaran bir akımın şiddetidir.
Bu tanıma göre, Q coulomb,

M=QX1,118=I.t+1,118
Kadar gümüş açığa çıkarır. 1 eşdeğer gram(=108 gr) gümüş açığa çıkarabilen elektrik miktarı ise :
coulomb

FARADAY’ IN İKİNCİ KANUNU :
Deney: İçinde türlü elektrolitler (AgNO3,CuCl2,CuSO4,AuCl3...) bulunan voltmetreleri bir akım devresine, seri olarak bağlayalım. Belli bir zaman içinde bütün voltmetrelerden aynı elektrik miktarı geçer. Her voltmetrenn katodunda toplanan maden miktarları belirtilirse şu sonuca varılır. Buna göre türlü elektrolitlerden aynı elektrik miktarı geçtiğinde açığa maden(veya Hidrojen)miktarları bunları eşdeğer ağırlıkları ile doğru orantılıdır.



1 eşdeğer gram(=108 gr) gümüşü açığa çıkarmak için 96500 coulombluk bir elektrik
miktarı gereklidir. İkinci kanuna göre, aynı elektrik miktarıyla 63/2 gr bakır 197/3 gr altın ve genel olarak A/η gr maden açığa çıkarılır. (A=atom ağırlığı, “η” değerliğidir.)
Faraday kanunlarından herhangi bir (Q=I.t) yükünün açığa çıkarabileceği maden miktarı kolayca hesaplanabilir. Gerçekten, 96500 coulomb A/η gr maden biriktirilirse Q=I.t coulomb un biriktireceği maden miktarı :

veya
bağıntısıyla hesaplanabilir.















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.

Başlıca yapıtları:
Elektrikte Deneysel Araştırmalar, 1839-1855 (Experimental Researches In Electricity)
Kimya ve Fizikte Deneysel araştırmalar, 1850 ( Experimental Researches In Chemistry and Physics )