HAZIRLAYAN Mutlu ŞAHİN. Hacettepe Fen Bilgisi Öğretmenliği. DENEY NO: 6 DENEYİN ADI: DOYMUŞ NaCl ÇÖZELTİSİNİN ELEKTROLİZİ

Transkript

1 HAZIRLAYAN Mutlu ŞAHİN Hacettepe Fen Bilgisi Öğretmenliği DENEY NO: 6 DENEYİN ADI: DOYMUŞ NaCl ÇÖZELTİSİNİN ELEKTROLİZİ DENEYİN AMACI: Doymuş NaCl çözeltisinin elektroliz sonucu elementlerine ayrışmasının incelenmesi TEORİK BİLGİ ELEKTROLİZ: Kendiliğinden oluşmayan bir kimyasal tepkimenin, elektrik enerjisi yardımıyla gerçekleştirilmesine, yani elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşmesi olayına elektroliz denir. (1) Elektroliz, bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmadır. Bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte elektroliz 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. (2) 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 elektrota denir. Katot: Elektroliz kabında, üreticinin negatif kutbuna bağlı elektrota denir (3) Bir metalden elektrik akımı geçerken kimyasal bir değişmenin olmadığını biliyoruz. Ancak iyonlar içeren bir sıvıdan elektrik akımı geçirilirse kimyasal bir değişme gerçekleşir; + yüklü iyonlar indirgenebilir, - yüklü iyonlar da yükseltgenebilir. Yani redoks tepkimesi gerçekleşir. (4) Yükseltgenmenin olduğu elektrota; ANOT, indirgenmenin olduğu elektrota; KATOT adı verilir. Hidrojenin fiziksel özellikleri: Renksiz, kokusuz, zehirsiz, aşırı derecede patlayıcı bir gazdır. Bilinen en hafif gazdır. Hidrojen havada yandığı zaman neredeyse hiç

2 görünmeyen açık mavi bir alevle yanar. Kimyasal maddeler arasında yoğunluğu en az olanı hidrojendir hidrojenin bağ enerjisi oldukça yüksek olduğundan hidrojenin tepkimeleri yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir. Oksijen en çok bulunan elementtir. Çoğu mineralde oksijen başka bir elementle birleşmiştir. Oksijen normal koşullarda renksiz kokusuz ve tatsız bir gazdır. Katı ve sıvı oksijen açık mavi renktedir. Oksijenin tepkimeleri, oksijenin flordan sonra gelen en elektronegatif olmasına karşın, beklenenden çok daha yavaştır bunun sebebi oksijenin bağ enerjisinin yüksek olmasıdır. Bu nedenle oksijenoksijen bağının koparılmasını gerektiren tepkimelerin yalnızca yüksek sıcaklıkta olmasıdır. (5) NaCl nin elektrolizi için iki yol düşünülebilir. Birincisi, NaCl nin sudaki çözeltisi, ikincisi de ısıtılarak sıvı hale getirilmiş NaCl elektroliz edilebilir. Şimdi NaCl çözeltisinin elektrolizini inceleyelim. Çözeltinin çok seyreltik olması halinde su elektroliz olmaktadır. Bu durumda pil reaksiyonları: ANOT: 2 H2O O2+ 4 H+ +4 e- KATOT: 4 H2O + e- 2 H2 + OH TOPLAM : 6 H2O O2+2 H2 + 4 H+ + OH- Çözeltisinin konsantrasyonunun yüksek olması halinde anotta su yerine klorür iyonları yükseltgenir. ANOT: 2Cl- Cl 2 + 2e- KATOT: 2 H2O + 2e- H2 + 2 OH TOPLAM: 2Cl- + 2 H2O Cl2 + H2 +2OH- Konsantrasyonları farklı iki çözeltide katot reaksiyonları aynı iken; anot reaksiyonları farklıdır. Böyle bir değişikliğin nedenini standart anot potansiyellerini karşılaştırarak açıklayabiliriz. H2O ½ O2 + 2H+ +2e- 2Cl- Cl2+ 2e- E=-1,23 V E=-1,36 V Standart elektrot potansiyellerini karşılaştırdığımızda; klorür iyonlarının suya göre daha güç yükseltgeneceğini, ancak potansiyeller arasındaki farkın çok küçük olması nedeniyle; yüksek Cl iyonu konsantrasyonunda su yerine Cl iyonunun yükseltgendiğini söyleyebiliriz. Bu yolla katotta H2, anotta Cl2 elde edilmekte, çözeltide ise; NaOH oluşmaktadır.3 çeşit ürün elde edilmesi nedeniyle NaCl çözeltisinin elektrolizi, teknikte kullanılan en önemli yöntemlerden biridir.

3 Erimiş NaCl çözeltisinin elektrolizi: Anot: 2Cl- Cl2+2e- Katot: 2Na+ +2e H2+2Na Toplam: 2 Cl- +2Na+ Cl2 + 2Na Reaksiyonu gerçekleşmektedir. Bu yöntem metal halinde sodyum elde edilmesi için kullanılır. Sulu NaCl çözeltisinin elektrolizi: NaCl(k) Na+(suda) + Cl-(suda) H2O(s) H+(suda) + OH- (suda) Elektroliz kabına, NaCl ile birlikte bir miktar fenolftalein çözeltisi katılması, elektroliz olayının daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşmesini sağlar. KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER

4 DENEYİN YAPILIŞI Bir deney tüpünün dörtte üçü NaCl çözeltisi ile doldurulur ve üzerine 5 6 damla fenolftalein çözeltisi eklendikten sonra karışımı iyice çalkalayıp, elektroliz hücresine aktararak deney düzeneği kurulur. 4 5 dakika boyunca katot ve anotta oluşan olaylar gözlenir.

5 DENEYİN SONUCU Deney sonucunda her iki tüpte de gaz birikir. Tüplerden birinin içindeki sıvı bazik ortam oluştuğu için pembe rengini aldı. Bu tüpte H+ ve Na+ gazları birikirken, diğer tüpte OH- ve Cl iyonları birikti. Güç kaynağının + ucuna bağlana tüp anot, - ucuna bağlanan tüp ise katottur. Anotta yükseltgenme, katotta indirgenme olur. Şimdi anot ve katotta gerçekleşen tepkimeleri yazalım: Anot: 1) 2Cl- ==> 2e- + Cl2(g) 2) H 2 O ==> 2e- + 1/2O 2 (g)+2h + (aq) Katot: 1)Na + (aq)+e- ==> Na(k) 2)H 2 O ==> H2(g)+2OH-(aq) Bu tepkimelerde öncelik indirgenme ya da yükseltgenme potansiyeli düşük olandadır. Buna göre anotta 1. tepkime olur. Çünkü klorun yükseltgenmesi için gerekli olan enerji suyunkinden daha azdır. Katotta ise 2. tepkime olur, çünkü 1. tepkime gerçekleşirse patlama olur. Bunun nedeni sodyum metalinin suda yanmasıdır. O halde tepkimeleri yeniden yazarsak: Anot: 2Cl- ==> 2e-+Cl 2 (g) Katot:H 2 O+2e- ==>H 2 (g)+2oh- H 2 O + 2 Cl- ==> Cl 2 (g)+h2(g)+2oh - (aq)

6 Toplam tepkime NaCl nin elektrolizinde gerçekleşen tepkimedir. Deney tüplerinin bir tanesinde pembe renk değişimi gözlendi. YORUM Deney tüpüne fenolftalein eklemiştik. Fenolftalein bazik ortamda pembe renk alır. Asidik ortamda ve ph ın 7 olduğu ortamlarda renksizdir. Katotta H 2 gazı çıkışı olduğu için OH - iyonları derişimi arttı bunun sonucunda da ortam bazik oldu ve fenol ftalein damlattığımızda pembe renk oluştu. Yine katotta H 2 gazı çıkışı oldu ve su seviyesi bundan dolayı azaldı. Anotta CI un bir kısmı basınçtan dolayı tüpün üstüne çıkamadı ve orada çözündü. Burada Cl 2 gazı birikti ve açık yeşil birikintiyi oluşturdu. Cl un molekül ağırlığı fazla o yüzden difüzyonu yavaştır ve yavaş dağılır. Ana kapta ise NaCI, NaOH. a dönüştü ve ortam bazik oldu. Katotta pembe rengin zamanla artmasının sebebi ise OH - iyonları derişiminin artmasıdır. Oluşan H 2 nin iki katı OH - iyonu oluşur. KAYNAKÇA: