ORTAÖĞRETİM KİMYA 12.SINIF 1.ÜNİTE: KİMYA VE ELEKTRİK
1
ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • 1.BÖLÜM: İNDİRGENMEYÜKSELTGENME TEPKİMELERİNDE ELEKTRİK AKIMI • 2.BÖLÜM: ELEKTROTLAR VE ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER • 3.BÖLÜM: ELEKTROT POTANSİYELLERİ
2
• 4.BÖLÜM: KİMYASALLARDAN ELEKTRİK ÜRETİMİ • 5.BÖLÜM: ELEKTROLİZ • 6.BÖLÜM: KOROZYON
3
1.BÖLÜM: İNDİRGENMEYÜKSELTGENME TEPKİMELERİNDE ELEKTRİK AKIMI
4
MADDE – ELEKTRİK İLİŞKİSİ
5
ELEKTROKİMYA • Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine, elektrik enerjisinin de kimyasal enerjiye dönüşümünü inceleyen bilim dalına elektrokimya denir.
6
İSTEMLİ ELEKTROKİMYASAL TEPKİMELER • Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü istemli elektrokimyasal tepkimeye örnek pildeki tepkimedir. Kendiliğinden gerçekleşen doğal gümüş veya altın kaplama da istemli elektrokimyasal tepkimeye örnektir. • Pildeki ve kaplamadaki tepkimeler redoks tepkimesidir. 7
İSTEMSİZ ELEKTROKİMYASAL TEPKİMELER • İstemsiz elektrokimyasal tepkimeye örnek elektrolizdeki tepkimedir. İstemsiz bir tepkimenin gerçekleşmesi için elektrik enerjisinin uygulanması gerekir. • Elektroliz olayındaki tepkime redoks tepkimesidir. 8
ELEKTRİKSEL İLETKENLİK ÇEŞİTLERİ • Metallerde elektriksel iletkenlik, elektron hareketiyle sağlanır. Bu sebeple metal kablolarda hiçbir değişiklik olmaz. • Elektriği ileten çözeltilere elektrolit denir. Elektrolit çözeltilerde elektriksel iletkenlik, zıt yüklü iyonların hareketiyle gerçekleşir. Bu nedenle elektrotlar üzerinde bazı değişiklikler meydana gelir. 9
2.BÖLÜM: ELEKTROTLAR VE ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER
10
STANDART ELEKTROT POTANSİYELLERİ
11
AKTİFLİK • Elementlerin 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 redoks reaksiyonudur. 12
İNDİRGENME – YÜKSELTGENME REAKSİYONLARI (Redoks Reaksiyonları) Doğal Redoks Tepkimeleri (Kendiliğinden gerçekleşir.) PİLLER
Yapay Redoks Tepkimeleri (Elektrik enerjisi ile gerçekleşir.) ELEKTROLİZ 13
YÜKSELTGENME YARI PİL POTANSİYELİ • Elementlerin aktifliğinin karşılaştırılmasının bir diğer yolu da yükseltgenme yarı pil potansiyelidir. Bir elementin yükseltgenme yarı pil potansiyeli değeri ne kadar büyükse elektron verebilme kabiliyeti (aktifliği) o kadar büyüktür.
14
İNDİRGENME YARI PİL POTANSİYELİ • Yükseltgenme yarı pil potansiyeli değerinin ters çevrilmiş hâlidir.
15
YARI PİL POTANSİYEL DEĞERLERİ NE ANLAM TAŞIR? • Yükseltgenme yarı pil potansiyeli veya indirgenme yarı pil potansiyeli değerlerinin sıfırdan büyük (+) olması, söz konusu yarı reaksiyon denkleminin istemli olduğunu; sıfırdan küçük (–) olması ise söz konusu yarı reaksiyon denkleminin istemsiz olduğunu gösterir. 16
• Sayısal değerin büyüklüğü veya küçüklüğü ise, mukayeseli olarak olayın ne derece istemli veya istemsiz olduğunun göstergesidir.
17
Redoks Reaksiyonlarının Gerilimi İndirgenme yarı reaksiyonunun potansiyeli Yükseltgenme yarı reaksiyonunun potansiyeli Redoks reaksiyonunun gerilimi
18
Redoks Reaksiyonlarının Gerilimi Sıfır’dan Büyük İse Tepkime Kendiliğinden Gerçekleşir.
Redoks Reaksiyonlarının Gerilimi Sıfır’dan Küçük İse Elektrik Enerjisi İle Gerçekleşir. 19
YARI REAKSİYONLARDA GERİLİM TABİRİNİ KULLANMAMAK GEREKİR • Yarı reaksiyonlarda gerilim tabirini kullanmamak lazımdır; çünkü gerilim, iki potansiyel arasındaki farktır. Yarı reaksiyonda ise tek bir potansiyel söz edilmektedir. • Standart elektrot potansiyeli denilmelidir, Standart elektrot gerilimi denilmemelidir. 20
• AynÄą Ĺ&#x;ekilde standart anot potansiyeli veya standart katot potansiyeli denilmelidir. Standart anot gerilimi veya standart katot gerilimi denilmemelidir.
21
AVAMETRE • Gerilim değerleri, avametre adı verilen alet ile daha pratik olarak ölçülebilir.
22
HANGİ İŞARET STANDART ŞARTINI GÖSTERİR VE STANDART ŞART NE DEMEKTİR? • E°’daki E’nin üstündeki işaret, standart şartı gösterir. Standart sıcaklık (referans sıcaklık) genelde 25 °C’tır. IUPAC’ın önerdiği standart basınç 1 bardır. Kafa karışmasın diye hâlâ 1 atm denilmektedir (1 bar = 0,98692316931 atm). 23
STANDART HİDROJEN YARI PİLİ • Hidrojenin yükseltgenme ve indirgenme yarı pil potansiyeli oda şartlarında (25 °C ve 1 atm) 0,00 volt kabul edilmiştir. H2(g) → 2H+ + 2e ΔE° = 0,00 volt 2H+ + 2e → H2(g) ΔE° = 0,00 volt • Diğer maddelerin yükseltgenme yarı pil potansiyelleri standart hidrojen yarı pilinden yararlanılarak bulunur. 24
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. 25
ELEKTROKİMYASAL HÜCRE DENGEYE ULAŞTIĞINDA, POTANSİYEL VE AKIM DEĞERLERİ • Dengede pil tükenmiştir. • Potansiyel ve akım her ikisi de 0 (sıfır) olur.
26
PİLLER; kendiliğinden gerçekleşen redoks tepkimeleridir.
Reaksiyonların Kendiliğinden Gerçekleşip Gerçekleşmediğinin Tahmin Edilebilmesi Ürünler daha kıymetli ise kendiliğinden gerçekleşmiştir. Ekzotermik tepkime ise kendiliğinden gerçekleşmiştir. Aktif metal yükseltgendi ise kendiliğinden oluşmuştur. E0redoks > 0 ise kendiliğinden oluşmuştur.
Bütün piller kendiliğinden gerçekleşen tepkimedir. 27
KENDİLİĞİNDEN GERÇEKLEŞEN REDOKS TEPKİMELERİNİN KULLANIMI Piller Doğal Kaplama Nitel ve Nicel Analiz Metotları 28
KENDİLİĞİNDEN GERÇEKLEŞEN TEPKİMELER Kendiliğinden, kendi kendine oluyor demek değildir. İnsan iradesi karışmadan olduğunu ifade için denilmiştir. İnsan iradesinin karıştığı işlere göre çok daha mükemmel olduğunu belirtmek içindir. 29
ELEKTROKİMYASAL TEPKİMELERDE HESS PRENSİBİNİN UYGULANMASI • 1) Bir elektrokimyasal pil tepkimesinde reaksiyon bir sayı ile çarpılırsa pil potansiyeli (ΔE°) bu sayı ile çarpılmaz. • 2) Yükseltgenme ya da indirgenme yarı reaksiyonları ters çevrilirse pil potansiyeli işaret değiştirir. 30
• 3) Pil tepkimesi iki ya da daha fazla pil reaksiyonunun toplamından elde ediliyorsa, bu tepkimenin pil potansiyeli diğer reaksiyonların pil potansiyelleri toplamına eşit olur.
31
İndirgenme yarı reaksiyonun potansiyeli ile yükseltgenme yarı reaksiyonun potansiyeli birbirinin ters işaretlisidir.
Fe+2 + 2e → Fe0 E0 = –0,44 V Fe0 – 2e → Fe+2 E0 = +0,44 V 32
Yarı tepkime genişletilince E0 değeri aynen kalır, genişletilmez.
Örnek: Ag+1 + 1e → Ag0 E0 = +0,80 V 2Ag+1 + 2e → 2Ag0 E0 = +0,80 V 33
ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER
34
ELEKTROKİMYASAL PİLLER • Kendiliğinden olan bir kimyasal tepkime, elektrik enerjisi üretiyorsa buna galvanik pil (pil) denir. Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. Pilin tersi de elektrolitik işlemdir (elektroliz). 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. 35
• 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. • Çözelti U borusunun içerisine konulmuştur. • Dökülmemesi için uçları pamukla veya bir tamponla kapatılır. 36
• 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. 37
ELEKTROKİMYASAL HÜCRELERDE “PİL GERİLİMİ” YERİNE BAŞKA HANGİ TABİRLER KULLANILABİLİR? PİL POTANSİYELİ ELEKTROKİMYASAL PİL GERİLİMİ ELEKTROKİMYASAL PİL POTANSİYELİ ELEKTROMOTOR POTANSİYELİ ELEKTROMOTOR GERİLİMİ ELEKTROMOTOR KUVVETİ ELEKTROMOTOR POTANSİYELİ REDOKS GERİLİMİ REDOKS POTANSİYELİ 38
ÖLÇÜLEN DEĞERLERİN ARTI VEYA EKSİ OLMASI SÖZ 0 KONUSU DEĞİLDİR (E pil FORMÜLÜ) • Katot ve anotta ölçülen potansiyel değerlerinin artı veya eksi olması söz konusu değildir. Katot potansiyelinden anot potansiyelinin çıkartılması sureti ile pil gerilimi hesaplanmış olur. • E0pil = E0katot - E0anot 39
• Pil gerilimi her zaman pozitif çıkar. • IUPAC kuralına göre formül şu şekildedir: E0pil = E0sağ - E0sol • Sağdaki hücre katot, soldaki hücre ise anottur.
40
E
0
ve E anot DEĞERLERİYLE KAST EDİLEN NEDİR?
katot
0
• E0katot ve E0anot değerleriyle, hidrojen ile yapılan deneylerdeki katot ve anotta ölçülen potansiyel değerleri (standart indirgenme potansiyelleri) kast edilmektedir.
41
STANDART İNDİRGENME POTANSİYELİ VE STANDART YÜKSELTGENME POTANSİYELİ ARTI VE EKSİSİZ OLMAZ • Standart indirgenme potansiyeli ve standart yükseltgenme potansiyelleri (hidrojen hariç) artı ve eksisiz olmaz. 42
PİL GERİLİMİNİN (E pil) İKİNCİ BİR FORMÜLLE HESAPLANMASI 0
E0pil = E0indirgenme potansiyeli + E0yükseltgenme potansiyeli
43
STANDART POTANSİYEL DENİLİNCE HANGİ POTANSİYEL ANLAŞILIR? • Standart potansiyel denilince, standart indirgenme potansiyeli anlaşılır. Standart indirgenme potansiyeli de elbette denilebilir. • Yükseltgenme standart potansiyeli kast ediliyorsa aynen söylemek gereklidir. 44
ELEKTROKİMYASAL HÜCRELERDE ELEKTROT İŞARETLERİ • Katot elektrot pozitif yüklü, anot elektrot ise negatif yüklüdür.
45
ELEKTROKİMYASAL HÜCREDEKİ ELEKTROT İŞARETİ İLE PİLDEKİ ELEKTROT İŞARETİ BİRBİRİNİN TERSİDİR • Elektrokimyasal hücrelerde katot elektrot pozitif yüklü, anot elektrot negatif yüklüdür. • Elektrolizde ise anot elektrot pozitif yüklü, katot elektrot negatif yüklüdür. 46
• Elektrokimyasal hücrelerde işaret terstir, doğrusu elektrolizdeki işarettir; neticede bu bir gösterimdir, bundan dolayı önemli değildir.
47
3.BÖLÜM: ELEKTROT POTANSİYELLERİ
48
NE NEYİ YÜKSELTGER/İNDİRGER?
49
AgNO3 çözeltisi demir kapta saklanabilir mi?
2Ag+1 + 2e → 2Ag0 Fe0 – 2e → Fe+2
E0indirgenme = +0,80 V
E0yükseltgenme = +0,44 V
2Ag++Fe0 → 2Ag0+Fe+2 E0redoks = +1,24 V E0redoks > 0 olduğundan saklanamaz; çünkü reaksiyona girer.
50
• 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. 51
Al(NO3)3 çözeltisi Zn kaşık ile karıştırılabilir mi?
Al+3 ’ün Al0 ’a indirgenme potansiyeli = –1,66 V Zn0 ’ın Zn+2 ’ye yükseltgenme potansiyeli = +0,76 V Redoks tepkimesinin gerilimi = –0,90 V
E
0
redoks
< 0 olduğundan karıştırılabilir; çünkü reaksiyon olmaz.
52
YAŞAMIMIZDAKİ KENDİLİĞİNDEN GERÇEKLEŞEN REDOKS TEPKİMELERİNE PİLLERDEN BAŞKA İKİ ÖRNEK DAHA Asit Yağmurunun Çinko Olukları Aşındırması Demirin Altınla ve Gümüşle Kaplanması 53
Asit Yağmurunun Çinko Olukları Aşındırması Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Demirin Altınla ve Gümüşle Kaplanması Fe + 3AuNO3 → Fe(NO3)3 + 3Au Fe + 3AgNO3 → Fe(NO3)3 + 3Ag 54
DOĞAL METAL KAPLAMA • Kaplama esnasındaki kimyasal reaksiyon kendiliğinden gerçekleşiyorsa buna doğal kaplama denir. Doğal kaplama ince olur, buna rağmen yıllar sonra bile aşınmaz. • İndirgenme potansiyeli en büyük olan, soy metallerdir. Soy metal iyonu içeren bir çözelti (altın suyu) içine örneğin bir demir yüzük daldırılırsa yüzük altınla kaplanır. 55
DOĞAL METAL KAPLAMANIN UYGULANDIĞI YERLER • Sanayide demir metalinin nikel ile kaplanması • Değersiz metalden yapılmış süs eşyalarının gümüş ile kaplanması • Değersiz metalden yapılmış takıların altın ve gümüş ile kaplanması
56
DOĞAL TEDAVİDE VE KORUYUCU HEKİMLİKTE (HİJYEN) UYGULANAN BAŞLICA İKİ YOL VARDIR; BUNLAR REDOKS TEPKİMESİDİR 1. Bitkilerle tedavi ve hijyen 2. Doğal şifalı sularla tedavi ve hijyen 57
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. 58
DOĞAL ŞİFALI SULARLA TEDAVİ • Yeraltından gelen sular karşılaştıkları sert taş, kaya ve toprağa çarptığında elektron aktarımı olur; örneğin, elementel demir (sıfır değerlikli demir) içeren bir kayayla su temas edince; demir, +2 hâline geçer. Sıfır değerlikli demir suda çözünmez. Oluşan demir +2 bileşiği ise suda az çözünür.
59
• 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.
60
KİMYA LABORATUVARLARINDAKİ LAVABO VE PİS SU BORULARI ÇELİKTEN OLMAMALIDIR • Kimya laboratuvarlarındaki lavabolar, çelik lavabo olmamalıdır; çünkü çelik, asitlerle kimyasal tepkimeye girer. Zaten bu hususa dikkat edilmektedir. 61
• 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 da olmamalıdır. Bakır oksijenli asitlerle tepkimeye girer. Çinko ise hem tüm asit hem kuvvetli baz hem de bazı çözeltilerle tepkimeye girer. • Bu hususlara kimya laboratuvarlarının kurulmasında dikkat edilmektedir. 62
SANAYİDE YANLIŞ BİR UYGULAMA;
DEMİRİN ÇİNKO İLE KAPLANMASI Yanlış olarak elektrolizle olur. Emaye kaplar buna örnektir. Kısa sürede çinko (sır) kalkar. Kap kullanılamaz hâle gelir. Çinko kap (emaye kap), demirin çinko ile elektroliz sonucu kaplanmasıyla üretilmiştir. Günümüzde büyük çapta hem üretimi hem de evlerde kullanımı terk edilmiştir. 63
ENDÜSTRİDE YAPILAN BİR HATA;
DEMİRİN KROM İLE KAPLANMASI Kaplama ancak elektrolizle olur, kendiliğinden olmaz. Demir daha kıymetli metaldir. Kromun üzeri demirle kendiliğinden kaplanır; doğrusu budur. Ancak, demirin üzeri kromla kendiliğinden kaplanmaz. Demirin kromla kaplanması ancak elektrolizle olur. Kaplandıktan sonra da krom hemen kalkar. 64
Hem kromun ele batma tehlikesi vardır hem de alttaki demir paslanır. Krom kaplı musluklarda buna çokça rastlanır. Kromaj kaplı et kıyma makinelerinde ise alttaki demir paslandığından dolayı, kıyma makinesinde sabahları ilk çekilen kıymalar paslı olur.
65
REDOKS TEPKİMESİ VE ELMA Elma, 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. 66
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. 1 adet elmada bulunan Fe+2, insanın günlük Fe+2 ihtiyacı kadardır. 67
Elmada Fe+2 zaten vardır. Elma ağacı, kökleri vasıtasıyla topraktan aldığı Fe +3’ü indirgeyerek Fe+2 hâline getirir ve meyvesinde depolar. Bu redoks tepkimesi günümüzde kimya laboratuvarlarında henüz gerçekleştirilememiştir, çünkü, gerçekleştirilmesi zor bir kimyasal işlemdir. Kırmızı renkli Fe+2’nin laboratuvarlarda elde edilmesi bu nedenle mümkün değildir.
68
• 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.
69
4.BÖLÜM: KİMYASALLARDAN ELEKTRİK ÜRETİMİ
70
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. 71
• 4) Bir kimyasal pilin çalışabilmesi için pil çiftleri arasında ya konsantrasyon ya da aktiflik farkı olmalıdır.
72
PİLİN ŞARJ EDİLMESİ İLE ELEKTROLİZ AYNIDIR • Pilin şarj edilmesi ile elektroliz aynı anlama gelmektedir.
73
ŞARJ EDİLEBİLEN PİL VE ŞARJ EDİLEMEYEN PİL ARASINDAKİ FARK • Şarj edilebilen pillerdeki tepkimeler tersinirdir; şarj edilemeyen pillerdeki tepkimeler ise tersinir değildir.
74
STANDART HÜCRE POTANSİYELİ BULUNMASI Al0 - 3e → Al+3 Fe+3 + 3e → Fe0
E0 yükseltgenme= +1,662 V E0 indirgenme = - 0,04 V
Al0+Fe+3 → Al+3 +Fe0 E0redoks = +1,622 V +1,622 değeri 25 ºC sıcaklıkta ve 1 M çözeltide hesaplanan standart hücre potansiyelidir.
75
NERNST EŞİTLİĞİ
76
• Bir redoks reaksiyonunun 25 ºC sıcaklığında, farklı derişimlerdeki hücre elektrot potansiyeli ile aynı reaksiyonun standart hücre elektrot potansiyeli arasındaki bağıntıyı Nernst bulmuştur. Ehücre=E0hücre–0,0592/nxlog (Ürünler/Girenler) Kat sayı üs olarak yazılır. Katı ve sıvı derişimleri yazılmaz; gaz ve suda derişimleri yazılır. 77
Al+3 DERİŞİMİ 0,01 M Fe+3 DERİŞİMİ 0,1 M OLSUN Al0 - 3e → Al+3 Fe+3 + 3e → Fe0
E0 yükseltgenme= +1,662 V E0 indirgenme = - 0,04 V
Al0+Fe+3 → Al+3 +Fe0 E0redoks = +1,622 V Önce yine +1,622 V değerini bulmak gerekir.
78
• Ehücre=E0hücre–0,0592/nxlog (Ü/G) • Ehücre=+1,622–0,0592/3xlog (0,01/0,1) • Ehücre=+1,622–0,019xlog (-1) • Ehücre=+1,622-0,019xlog10 -1 • Ehücre=+1,622-0,019x(-1)log10 • Ehücre=+1,622-0,019x(-1)(1) • Ehücre=+1,622-0,019x(-1) • Ehücre=+1,622+0,019 • Ehücre=+1,641 V 79
Al+3 DERİŞİMİ 0,1 M Fe+3 DERİŞİMİ 0,01 M OLSUN Al0 - 3e → Al+3 Fe+3 + 3e → Fe0
E0 yükseltgenme= +1,662 V E0 indirgenme = - 0,04 V
Al0+Fe+3 → Al+3 +Fe0 E0redoks = +1,622 V Önce yine +1,622 V değerini bulmak gerekir.
80
• Ehücre=E0hücre–0,0592/nxlog (Ü/G) • Ehücre=+1,622–0,0592/3xlog (0,1/0,01) • Ehücre=+1,622–0,019xlog (10) • Ehücre=+1,622-0,019x1 • Ehücre=+1,622-0,019 • Ehücre=+1,603 V
81
DERİŞİM HÜCRELERİ (DERİŞİM PİLİ)
82
KONSANTRASYON FARKINDAN DOLAYI ÇALIŞAN PİLLER (DERİŞİM PİLİ) • Aynı cins elektrotlardan oluşan pillerde pil çözeltileri arasında konsantrasyon farkı varsa bu tür piller de çalışır. Bu pillere derişim pili veya derişim hücresi denir. • Derişimi fazla olanın derişimi azalır, derişimi az olanın derişimi artar. Derişimler eşitlendiğinde pil çalışmaz. 83
DERİŞİM PİLİ HÜCRE GERİLİMİ HESAPLANMASI Zn+2(1 M) 2 e alır, Zn0 ’a indirgenir, derişimi azalır.
Zn0 ise Zn+2(0,1 M)’a 2 e vererek onun derişimini artırır. Zn+2(1 M) + Zn0 → Zn0 + Zn+2(0,1 M)
Anot ve katot elektrotlar aynı cins olduğundan standart hücre potansiyeli (E0hücre) sıfırdır. 84
• Ehücre=E0hücre–0,0592/nxlog (Ü/G) • Ehücre=0–0,0592/2xlog (seyreltik/derişik) • Ehücre=0–0,0296xlog (0,1/1) • Ehücre=0-0,0296xlog10 -1 • Ehücre=0-0,0296x(-1)log10 • Ehücre=0-0,0296x(-1)(1) • Ehücre=0-0,0296x(-1) • Ehücre=0-0,0296 (-1) • Ehücre=-0,0296 (-1) • Ehücre=0,0296 V
85
PİL ÇEŞİTLERİ Pilleri 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. 86
PİL KONUSUNDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR • Piller 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. 87
• 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. 88
• 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.
89
PİLİN ÇEVREYE ZARARI • 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.
90
• 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. 91
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. 92
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. 93
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. 94
5.BÖLÜM: ELEKTROLİZ
95
ELEKTROLİZ OLAYININ TANIMI • İçerisinde anyon ve katyonların bulunduğu bir karışımdan elektrik akımı uygulamak suretiyle iyonların nötrlenmesidir. • İyonların nötrlenmesi, indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerinin gerçekleşmesiyle olur.
96
ELEKTROLİZ OLAYINDA BAŞLICA NİTEL KURALLAR • Anyonlar negatif yüklü, katyonlar ise pozitif yüklüdür. • Anot elektrot pozitif yüklü, katot elektrot ise negatif yüklüdür. • Anotta yükseltgenme, katotta ise indirgenme olur. • Anyonlar anotta, katyonlar katotta açığa çıkar. 97
• Anyonlar negatif olduğundan pozitif yüklü anot tarafına, katyonlar pozitif olduğundan negatif yüklü katot tarafına gider. • Ortamda birden fazla katyon varsa katotta önce indirgenme yarı pil potansiyeli büyük olan indirgenir. • Ortamda birden fazla anyon varsa anotta önce yükseltgenme yarı pil potansiyeli büyük olan yükseltgenir.
98
ELEKTROLİZDE ELEKTROT İŞARETLERİ • Elektrolizde anot elektrot, pozitif yüklü; katot elektrot ise negatif yüklüdür.
99
ELEKTROLİZ OLAYINDA FARADAY PRENSİPLERİ • FARADAY’IN 1. ELEKTROLİZ KANUNU: Elektroliz devresinden geçen akım miktarı ile katot ve anotta toplanan ya da çözünen madde miktarı doğru orantılıdır. • FARADAY’IN 2. ELEKTROLİZ KANUNU: Bir elektroliz devresinden 1 Faradaylık akım geçirilirse anot ya da katotta 1 eşdeğer gram madde toplanır ya da çözünür. 100
• Faraday’ın 2. Elektroliz Kanunu şu şekilde de ifade edilebilir: 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. • 1 F (Faraday)=1 mol elektron=96500 Coulomb (kulon)
101
• • • •
Q=It Q:Elektrik yük miktarı (Coulomb, kulon, C) I:Akım şiddeti (Amper, A) t:Zaman (saniye, s)
102
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. 103
• 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.
104
ENDÜSTRİDE ELEKTROLİZ • 2Al2O3 → 4Al + 3O2 • 2ZnSO4 + 2H2O → 2Zn + O2 + 2H2SO4 • 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 • 2NaCl(s) → 2Na + Cl2
105
SODYUM KLORÜRÜN ELEKTROLİZİ • NaCl(s) elektrolizinde Na ve Cl2 elde edilir. • NaCl(suda) elektrolizinde H2 ve Cl2 elde edilir. Aşırı gerilimde O2 de elde edilir.
106
6.BÖLÜM: KOROZYON
107
KOROZYON • Korozyon, metal veya metal alaşımlarının oksitlenme veya diğer kimyasal etkilerle aşınma durumudur. Demirin paslanması, alüminyumun oksitlenmesi korozyona örnek olarak verilebilir. Türkçeye yabancı dillerden giren korozyon sözcüğü; yenme, kemirilme gibi anlamlarla alakalıdır. Aşınma, çürüme, paslanma, bozulma gibi sözcüklerle de karşılaşılabilir. 108
• Yüzeyleri uygun şekilde korunmayan metal ve metal alaşımlarının bozunmaları önemli bir teknolojik sorundur.
109
KOROZYONUN OLUŞUMU • Metal ve alaşımların kararlı hâlleri olan bileşik hâline dönme eğilimleri yüksektir. Bunun sonucu olarak metaller içinde bulundukları ortamın elemanları ile tepkimeye girerek, önce iyonik hâle ve sonra da ortamdaki başka elementlerle birleşerek bileşik hâline dönmeye çalışırlar; yani kimyasal değişime uğrarlar ve bozulurlar. 110
• Sonuçta metal veya alaşımın fiziksel, kimyasal, mekanik veya elektriksel özelliği istenmeyen değişikliklere (zarara) uğrar. • Korozyon, metalik malzemelerin içinde bulunduğu ortamla reaksiyona girmesi sonucu, dışarıdan enerji vermeye gerek olmadan doğal olarak meydana gelen olaydır.
111
ŞEHİR ŞEBEKE SULARINDAN PAS AKMASI NORMALDİR 4Fe0 – 8e → 4Fe+2 E0yükseltgenme = +0,44 V 4Fe+2 – 4e → 4Fe+3 E0yükseltgenme = –0,77 V 3O2 + 12e → 6O–2 4Fe0 + 3O2 →
E0indirgenme = +1,23 V
2Fe2O3
E0redoks= +0,90 V 112
CABİR BİN HAYYAN (721–805) • Paslanmayan çelik alaşımı elde etmiştir. Çeliklerde paslanmayı önlemiştir.
113