Elektroliz nedir?

ELEKTROLİZ NEDİR

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.

Elektrolizde kullanılan terimler:
Elektrolit : Elektrik akımını ileten, elektrolize uğrayan sıvıdır. İyonlardan oluşur. (İyonik bağlı bileşiklerin katıları halde elektrik akımını iletmediği, sıvı halde veya sulu çözeltilerinin ilettiği unutulmamalıdır.)
Elektrot : Elektrik akımını ileten çubuk. Elektrolit ile tepkime vermesi gerekir. Genellikle soy metaller ( Cu, Ag, Pt, Au ) kullanılır.
Katot :
1. Katyonların ((+) yüklü iyonların) gittiği ver.
2. İndirgenmenin ( elektron almanın ) olduğu yer.
3. (-) yüklü çubuk.
Anot :
1. Anyonların (-) yüklü iyonların gittiği yer.
2. Yükseltgenmenin ( elektron vermenin ) olduğu yer.
3. (+) yüklü çubuk.

BİR ELEKTROLİT İÇİNDEN AKIMIN GEÇİŞİ
v 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.

v 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.

v 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.

v 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.

Elektrolizi Kim Bulmuştur?

Michael Faraday

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.
SUYUN ELEKTROLİZİ

Bir bileşiğin elektrik yardımıyla bileşenlerine ayrılma olayına “elektroliz” denir. Herhangi bir bileşiğin elektrolizinde bileşiğin anyonu anottan, katyonu ise katottan açığa çıkar.
Elektroliz düzeneğinde pozitif ve negatif kutupların her ikisine birden “elektrot” denir. Güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanan elektrot “anot” , negatif kutbuna bağlanan ise” “katottur”. İki kutup arasında elektrik taşınmasını sağlayan iletken çözeltiye “elektrolit” denir.
Suyun elektrolizinde katotta ( - ) “hidrojen, anotta( + ) ise oksijen gazı toplanır. Tüplerde toplanan hidrojen gazı hacim olarak oksijen gazının iki katı olur. Yapılan deneyde yaklaşık olarak 1 coulomb’luk yükün devreden geçmesi halinde yaklaşık olarak 0,12 cm3 hidrojen, 0,06 cm3 oksijen gazının açığa çıktığı görülmüştür.

SUYUN ELEKTRİK AKIMININ ETKİSİYLE ELEMENTLERİNE AYRILMASININ GÖZLENMESİ

DENEYİN AMACI: Bileşikleri (su) elektrik enerjisi ile ayrıştırarak başka saf maddeler elde etmek.
HAZIRLIK SORULARI:
1-Farklı yükler birbirini çekerler yargısı elektrotta gerçekleşen olaylar için söylenebilir mi? Araştırınız.
2-Suyu oluşturan gazlardan oksijen gazı hangi elektrotta toplanmasını beklersiniz?
3-Suyun elektrolizinde oluşan hidrojen ve oksijen gazları arasındaki yaklaşık oran nedir? Araştırınız.
4-Saf su ile elektroliz olayını gerçekleştirmek mümkün müdür?

malzemeler:

1.güç kaynağı
4.krokodil kablo
7.üç ayak
10.bunzen kıskacı
2.deney tüpü- 2 adet
5.cam çubuk
8.statif çubuk
11.su
3.çelik elektrot-2 adet
6.damlalık
9.beherglas (800 ml)
12.sofra tuzu

DENEY DÜZENEĞİ:
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Bir beherglas içerisine 500 ml su koyunuz. İçine az miktar sofra tuzu koyarak çözeltinizi hazırlayınız.
2-İki deney tüpünü de hazırladığınız çözeltiyle ağzına kadar doldurunuz. Sonra hava almayacak şekilde parmağınızla kapatarak ters çeviriniz ve beherglas içerisindeki çözeltiye daldırınız. Tüpleri Bunzen kıskacıyla sabitleyiniz.
3-Elektrotların uçlarını şekilde görüldüğü gibi tüplerin içlerine yerleştiriniz. Krokodilleri elektrotlara bağlayarak, diğer uçlarını güç kaynağının doğru akım çıkışına bağlayınız.
4-Tüplerdeki gaz birikmesi sona erdikten sonra yine hava almayacak şekilde sudan çıkarınız. Tüplere kibrit alevi yaklaştırdığınızda patlayarak yanan gaz hidrojen (yanıcı gaz), alevi daha parlak yakan gaz ise oksijen (yakıcı gaz) gazıdır.
DENEYİN SONUCU:
Suyun elektrolizinde; ( - ) kutba bağlı olan tüpte iki hacim hidrojen , ( + ) kutba bağlı olan tüpte bir hacim oksijen gazı toplanır.

.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 YARARLANMALAR:

Tarihçe

Elektrolitik yolla metal kaplamacılığı 1843 yılında başlar. R. Boettper ilk nikel kaplamayı yapar. Banyo terkibi nikel sülfat ve amonyum sülfattır. 1849' da ilk olarak ticari anlamda nikel kaplamacılığı başlar. Gittikçe yeni terkipler geliştirilir. Karbonlu anotlar kullanılmaya başlanır. 1912' de İngiltere' de ilk parlatıcı kullanılır. 1915' ten sonra gelişmeler hızla artar. Watt's ve De Verter özellikle kaplamanın kalite kontrolü üzerinde durdular.

1935' te Thompson pH kontrolünün önemini belirtti. Modern parlak nikel banyolarının ticari anlamda değer kazanması ve kullanılmasını Schlötter başlattı. Daha sonra birçok gelişmeler oldu.

İlk krom kaplamayı 1843' te Antoine Clesar Becquerel uyguladı. Kitabında krom klorür (CrCl3) ve krom sülfat Cr2(SO4)3 kullandığını belirtmektedir. Kromik asit çözeltisinden ilk krom kaplama 1856' da Geuther tarafından yapıldı. 1919 - 1924 yıllarında Sargeut çok çalıştı ve kromik asit çözeltisinin pratik ve uygunluğunu kitabında belirtti.

Kimya endüstrisinde, elektrolizden birçok yararlanma alanları vadır.
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.

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, üretra ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.

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 alınır Teknikte 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

Elektrolitik ve Kimyasal Parlatma
a- Elektrolitik Parlatmada Prensip : Metal, elektrolitik bir pilde anot olarak kullanılır. Metalin çözünmesi o şekilde olur ki, yüzeydeki pürüzler kalkar ve yüzey düz ve parlak olur. Elektrolitik parlatma işlemi her metal için özel terkiplerde (özel banyolarda) yapılır.
Özetle: Özel banyolarda metali anodik çözündürmeye uğratmak ve yüzeyinin parlatılmasını sağlamaktır.

b- Kimyasal Parlatma : Dışarıdan bir potansiyel uygulamadan, metali kendisini çözen bir banyoya daldırıp kimyasal çözünmeye uğratarak yüzeyinin düzeltilip parlatılmasıdır. Reaksiyonun yürüyüşü elektrolitik parlatmaya benzer, tek farkı burada iki ayrı elektrot (anot ve katot) olmayıp, anot ve katot olarak oluşmakta ve anodik bölgeler film yardımıyla aşınmaktadır. Yani kısaca yüzeyde oluşan lokal piller olaya yön vermektedir.

Banyolarda Kaplama
Polisajı icabeden parçalar polisaj işleminden sonra bekletilmez. Parçaların ciladan oluşan yağlı kirliliği yukarıda belirtildiği gibi sıcak alkali ve elektrolitik yağ alma işlemlerine tabi tutulur. Parçalar elektrolite daldırılır ve akım verilir, bazı durumlarda da parçalar akım altında asılır.

Aksi halde metal yüzeyinde bir oksit tabakası oluşur. Kaplama işleminin aralıksız devam etmesi gereklidir. Birbirini takip eden kaplama banyolarında da parçalar havada bekletilmemelidir. Akım kesilmesi gibi durumlarda ise son kaplanmış veya yarı kaplanmış parçalar bir sonraki yıkama banyosunda bekletilmelidir. En son kaplamadan çıkan parçalar (kaplama işlemi biten parçalar) demineralize sıcak suda 95 °C' de 5 - 10 dakika bekletilir. İşlem tamamlanır.
Yüzey Temizleme

Yağ, Cila Artıklarından Temizleme :
Yüzeyi yağ ve cila artıklarından organik yağlardan oluşan kirlilik alkalik sıcak yağlama banyolarında sabunlaştırma ile giderilebilir. Hazır terkipler (ilaçlar) % 5 - 10 oranında suda eritilerek 65 - 70 °C' de 15 - 20 dakika müddet ile işleme tabi tutulurlar. Terkipte ekseriya “sudkostik, soda, trisodyum fosfat” ile inhibitör veya emülgatör yardımcı kimyasallar bulunur.

Bunlar da temel metalin cinsine göre Alzamak, sarı pirinç ve demir için değişik oranlardadır.
Keza elektrolitik yağ almada da bu maddelerle birlikte bazı ilave tuzlar kullanılmak suretiyle, normal sıcaklıkta anodik veya katodik çalışılarak birkaç dakika gibi zaman diliminde işleme tabi tutulur.

Katotta çıkan hidrojen gazı miktarı anotta çıkan oksijen gazının iki katı olduğundan gazın temizleme etkisi katotta daha fazladır. Mineral yağlar sabunlaşmazlar, bu tür yağlar ultrasonik temizleme ile giderilmelidir.

Eskiden triklor etilen veya perklor etilen ile buhar fazında temizleniyor idi.
Elektrolitik yolla metal kaplamacılığında sıcak yağ alma, elektrolitik yağ alma ve müteakip işlerin peşpeşe hiç ara verilmeden yapılması gerekir.

Parça Yüzeyindeki Oksit ve Pasın Giderilmesi :
Demir ve çelikten imal edilmiş parçaların yüzeyindeki oksit ve pasın giderilmesi için tuz ruhu, sülfürik asit tek başına veya her ikisinin karışımı muhtelif konsantrasyonlarda, maliyetlerinin düşük olması avantajı ile kullanılmakta iseler de dezavantajları daha fazladır.

Malzeme sathında pas giderildikten sonra bekleme süreci içerisinde malzeme tekrar paslanabilmektedir. Yüzey tekrar kararmakta, aşınmakta ve bazen de lekeler oluşmaktadır. Ayrıca atölyeler ve çalışma yerlerinin çok iyi aspirasyonu (havalandınlması) gerekmektedir.

Asit buharları diğer ham mamülleri ve civarda bulunan aparat ve cihazlan korozif etkisi dolayısıyla paslandıracaktır.
Pas ve kireç çözücüsü, yüksek kesafeti, etkin pas alıcı ve kireç sökücü özelliğiyle, temel metale etki vermeyen özelliğiyle geniş bir kullanım alanını kapsar.

Yukarıda adı geçen asitleri içermez, aspirasyon gerektirmez ve hiçbir korozif etkisi yoktur. Parça yüzeyinde kaynak ve lehimleme sonucu oluşan pisliklerin giderilmesinde de pas ve kireç sökücü kullanılmaktadır. Adı geçen ürün elektrokimya sanayiinin imalatıdır.
Anahtarı Gümüş İle Kaplayalım

Deneyin amacı:Elektroliz olayını hangi alanlarda kullanabiliriz.
Kullanacağımız malzemeler:12 voltluk pil düzeneği veya güç kaynağı , kaplayacağımız anahtar , gümüş parçası , gümüş sülfat çözeltisi , beher , iletken kablo
Yapılışı: Yaptığımız işi anahtarın kaplanması , kaplamacılık veya elektroliz olayı olarak tanımlayabiliriz. Behere bir miktar su ve gümüş sülfat koyup birbiri içinde çözünmesini sağlayınız. Hazırladığımız çözeltiye elektrolit denir. Hazırladığımız çözeltinin içine , birbirine değmeyecek şekilde anahtarlığı ve gümüş parçasını bağlayın.

Sonuç: Şekildeki gibi anahtarı iletken kablo ile pilin (-) ucana , gümüş parçasını da pilin (+) ucuna bağlayın. 15 dk sonra anahtarınızın gümüşle kapladığını göreceksiniz. Bunun nedenini şöyle açıklayabiliriz;
Sulu çözelti içindeki gümüş iyonları katoda gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler