İKİNCİ BASIMA ÖN SÖZ. VLADIMIR SERGEEVICH BAGOTSKY Moskova ve Mountain View,CA Aralık 2004 XIII

Transkript

1 İKİNCİ BASIMA ÖN SÖZ Bu ikinci baskıda, bu kitabın ilk baskısına önemli değişiklikler eklenmiştir (1993, Plenum Press, New York). Tüm temel bilginin bu kitabın ilk kısmında yer alacağı şekilde içerik tekrar düzenlenmiştir. Bu kısım tekrar yazılmıştır ve bir noktaya kadar basitleştirilmiştir ve elektrokimya ve ilgili branşlarda çalışan lisans öğrencileri için ders kitabı olarak kullanılabilir. Lisansüstü seviyede çalışan insanlar için ilgi alanı olan daha ileri başlıklar sonraki bölümlerde bulunabilir. Bu kısımlara sekiz yeni bölüm eklenmiştir, bunların çoğu teorik ve uygulamalı elektrokimyada en son gelişmeleri anlatmaktadır. Yeni bölümlerden bir kısmı yazar tarafından yazılmaktadır; kitabın diğer bölümleri ve kısımları, o alanlarda iyi bilinen uzmanlar tarafından yazılmıştır. Yazar, bu kitabın hazırlanmasındaki işbirlikleri için tüm yardımcı yazarlara ve birçok bölüm için kaynakların derlenmesi için Dr. Nina Osetrova ve Dr. Alexander Skundin e çok minnettardır. Yazar aynı zamanda, ana yazar ve bazı yardımcı yazarlar tarafından yazılmış bölümler veya kısımların Rusçadan çevrilmesini sağlayan ve taslağın hazırlanmasında yardımcı olan yorumları ve uyarıları için Cenevre den Dr. Klaus Müller e ve teşekkürü bir borç bilmektedir. VLADIMIR SERGEEVICH BAGOTSKY Moskova ve Mountain View,CA Aralık 2004 XIII

2

3 İLK BASKIYA ÖN SÖZ Tüm elektriksel olaylar içinde elektroliz, elektrik akımının doğasına gerçekçi bir bakış sağlamamıza en iyi yoldur. Çünkü sıradan bir maddenin akımlarının ve aynı olayın esas kısımlarını oluşturan elektriğin kaynağını burada görebiliriz. --James Clerk Maxwell Elektrik ve Manyetizma üzerine bir inceleme Cilt 1, Oxford, yüzyılın ilk yarısında, doğa bilimlerinin iki önemli alanı kimya ve elektrik bilimi olgunlaşmış ve kuvvetli bir şekilde gelişmiştir. Eş zamanlı olarak da elektrokimya gelişmiştir. En başından bu yana, elektrokimya çevresel (periferik) bir alan değildi fakat önemli derecede bağımsız olarak evrimleşti, ve kimyanın ve elektrik teorisinin gelişmesinde çok önemli izler bıraktı. İlk elektrokimyasal cihaz, 1800 yılında oluşturulan Volta (yığını) pilidir. İlk kez, bilim adamları yeteri kadar kararlı ve güvenilir bir elektrik akımı kaynağına sahip oldular. Bu akımın özellikleri ile ilgili araştırma, elektrodinamiğin ve elektromanyetizmanın gelişmesinin temellerini sağladı. Elektrik akımları arasındaki etkileşimin (Andre-Marie Ampere,1820), akım ve gerilim arasındaki orantı (Georg simon Ohm, 1827), elektromagnetik endüklenme (Micheal Faraday,1831), akım geçişi sırasındaki ısı çıkışı (James Prescott Joule,1843) ve diğer yasalar da keşfedildi. Aynı zamanda gerçekleştirilen tuzların sulu çözeltilerinin ve tuz eriyiklerinin elektrolizini sağlayan işler, potasyum ve sodyum gibi (Sir Humphry Davy,1807) çok sayıda yeni kimyasal elementin keşfine ve hazırlanmasına olanak verdi. Çözeltiler içindeki akım geçişi üzerine çalışmalar (Theodor von Grotthuss, 1805), suyun ve diğer maddelerin moleküler yapısının polar olduğu kavramı için başlangıç noktasını oluşturdu, ve Jons Jakob Berzelius (1820) tarafından formüle edilen maddenin yapısının elektrokimyasal teorisini oluşturdu. Faraday tarafından 1833 de keşfedilen elektroliz yasaları, maddenin yapısını ilgilendiren bilgi XV

4 XVI İLK BASKIYA ÖN SÖZ için büyük bir öneme sahipti. 19. Yüzyılın ikinci yarısında, kimyasal termodinamik, dengedeki elektrokimyasal hücreler içinde oluşan olayların analizi ile büyük oranda gelişti. Günümüzde elektrokimya, sistemlerin kimyasal, yüzey ve elektriksel özellikleri arasındaki kantitatif ilişkiler ile ilgilenen titiz bir bilimdir. Elektrokimya bilimin diğer birçok alanı ile kuvvetli bağlara sahiptir. Elektrokimyasal kavramlar, çok sayıda önemli biyolojik süreçleri anlamada ve bu süreçlerin çalışılmasında oldukça üretken olduğunu ispatlamıştır. Modern elektrokimya birçok uygulama alanına sahiptir. Elektrokimyasal süreçler çok sayıda maddenin yüksek miktarda kimyasal ve metalürjik üretiminin temelini oluşturur. Elektrokimyasal olaylar, ekonomide bahsedilmeyen kayıplara neden olan metalik olarak elektrokimyasal aşınmadan sorumludurlar. Modern elektrokimyasal güç kaynakları (birincil ve ikincil aküler) mühendisliğin birçok alanında kullanılırlar, ve bunların üretim sayıları milyar birimler cinsinden ölçülür. Diğer elektrokimyasal süreçler ve cihazlar d geniş alanda kullanılır. Elektrokimya kimyasal ve elektrik enerjisinin karşılıklı dönüşümü ile ilgilenen bilim dalı olarak tanımlanabilir. Başka bir tanımlamaya göre elektrokimya, metalik elektrotlar ve elektrolit çözeltileri arasındaki ara-yüzlerdeki olaylar ile olduğu kadar elektrolit çözeltilerinin yapısı ile de ilgilenir. Bu ve bunun gibi tanımlamalar yetersizdir ve elektrokimyada işlenen tüm alanları kapsayamaz. Günümüzde birçok araştırmacı tarafından benimsenen genel tanımlama ile elektrokimya, bir taraftan iyonik iletkenler arasındaki diğer taraftan elektronik iletkenler veya yarı-iletkenler, diğer iyonik iletkenler ve yalıtkanların bile (gazlar ve vakumu içeren) arasındaki ara-yüzlerde oluşan olaylar kadar iyonik iletkenlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri ile de ilgilenen bir bilim dalıdır. Tüm bu özellikler ve olayların hepsi, akım geçişi olmadığı denge durumları altında ve denge durumlarının olmadığı şartlar altında, sistem içinden elektrik akımı geçtiğinde çalışılır. Belli durumlarda, elektronik iletkenler ve elektronik veya boşluk(delik) tipi yarı iletkenlerin özellikleri kadar bu materyallerin veya materyaller ve vakum arasındaki ara-yüzlerde oluşan olayların incelendiği elektronik ve katı-hal teorisine bir nevi zıttır. Elektrokimyanın bu tanımlaması, yalıtkanlar içinde dış etki ile oluşan örneğin, gaz fazı içindeki elektrik boşalımı (gazların elektrokimyası) ile ya da sıvı ve katı dielektriğin ışınlanması ile (radyasyon kimyası) denge dışı yüklü birimlerin oluştuğu sistemleri dışlar. Aynı zamanda elektrokimya, katı elektrolitlerin yapısı ve özellikleri gibi ve çözeltiler içindeki iyonik tepkimelerin kinetiği gibi bilimin diğer alanları ile de sıklıkla ilişkili belli problemlerle ilgilenir. Bu kitap aslında, modern teorik ve uygulamalı elektrokimyanın konularını oluşturan temel kavramların (olaylar, süreçler ve yasaları) kapsamını titiz ve hatta berrak ve anlaşılır bir şekilde sağlamayı hedeflemektedir. Temeldeki elektrokimyasal problemlere ve aynı zamanda monograflarda ve yazılarda belirsiz veya yan-

5 XVII lış şekilde gösterilen problemlere özellikle dikkat edilmiştir. Bu problemler arasında bazıları, elektrolit çözeltileri içindeki akım geçişinin mekanizması, elektrot gerilimlerinin doğası ve yayınım tabakalarında taşınım sayılarının değerleri gibi ilk bakışta basit görünenleri vardır. Elektrokimyanın teorik ve uygulamalı taraflarını bir arada ele alarak, özel ilişkiler (korelasyonlar) daha iyi anlaşılır ve toplam olarak bilime daha dolgun bir bakış açısı sağlanır. Kitabın uygulamalı kısmı bazı süreçlerin prensiplerini gösterir ve pratik önemini açıklar fakat teknik veya mühendislik detaylarını ya da belli bir ekipmanın tasarımını anlatmaz; bunlar uygulamalı elektrokimya üzerine özel bilimsel incelemelerde bulunabilir. Kural olarak, elektrokimyada kullanılan matematiksel araçlar basittir. Fakat, elektrokimya üzerine olan kitaplarda, yeteri kadar açık olmayan ve yeteri kadar kullanışlı olmayan eşitlikler ve ilişkilerle sıklıkla karşılaşılır. Yazarın ana amacı, yasalar ve ilişkilerin arkasındaki fiziksel temelleri(fikirleri) açıklığa kavuşturmak ve titiz ve genel formda kalmasını sağlayarak tüm eşitlikleri mümkün olan en basit şekilde sunmaktır. Literatürde, terminolojide ve kullanılan elektrokimyasal kavramlarda büyük bir çeşitlilik vardır. Geçerli standartlar ve önerilere uyarak düzgün bir terminoloji oluşturmak yazarın amacıdır. Kitabın verimli bir şekilde okunması ve sunulan materyalin anlaşılması için, okuyucu, fiziğin belli bölümlerini (örneğin, elektrostatik), yüksek matematiğin temellerini (türev ve integrasyon), fiziksel kimyanın temellerini ve özellikle kimyasal termodinamiği bilmelidir. VLADIMIR SERGEEVICH BAGOTSKY