Elektrot Potansiyeli. (k) (k) (k) Tepkime vermez

Transkript

1 Elektrot Potansiyeli Uzun metal parçası, M, elektrokimyasal çalışmalarda kullanıldığında elektrot adını alır. M n+ metal iyonları içeren bir çözeltiye daldırılan bir elektrot bir yarı-hücre oluşturur. (k) (k) (k) Tepkime vermez

2 Elektrot Potansiyeli Yükseltgenme İndirgenme Elektrokimyasal yarı-hücre Yükseltgenme: Elektrotdaki bir metal atomu, M, n elektron kaybeder ve M n+ iyonu olarak çözeltiye geçebilir. İndirgenme: Bir metal iyonu, M n+, elektrotla çarpışarak n elektron kazanıp bir metal atomuna dönüşebilir.

3 Elektrokimyasal Hücre Tuz Köprüsü Voltmetre İki elektrot tellerle voltmetreye bağlanmıştır. Çözeltiler boyunca yük, iyonların göçüyle taşındığından, bu bağlantı için tel kullanılmaz, tuz köprüsü kullanılır. İki yarıhücrenin uygun şekilde bağlanmış birleşimine elektrokimyasal hücre denir. Yükseltgenmenin oluştuğu elektrot ANOT: Cu(k) Cu e - İndirgnemenin oluştuğu elektrot KATOT: Ag +1 + e - Ag(k)

4 Elektrokimyasal Hücre Voltmetrede okunan değer hücre voltajı veya iki yarıhücre arasındaki potansiyel farkıdır. Elektromotor kuvveti (emk) olarak da isimlendirilir, birimi volt (V) ve E pil simgesi ile gösterilir. Elektron akışı Anot Voltmetre Tuz Köprüsü Katot 1 volt, bir elektrik devresinden geçen 1 C luk her yük için 1 J lük enerjiyi ifade eder: 1V = 1J/C pil

5 Hücre Diyagramları Hücre diyagramı bir elektrokimyasal hücrenin bileşenlerini simgesel olarak gösterilmesidir. Yükseltgenmenin olduğu elektrot olan anot diyagramın sol tarafında yer alır. İndirgenmenin olduğu elektrot olan katot diyagramın sağ tarafında yer alır. Farklı fazların (elektrot ve çözelti gibi) arasındaki sınır tek bir dikey çizgi ile gösterilir. Genellikle bir tuz köprüsü olan yarı-hücre bölmeleri arasındaki sınır çift dikey çizgi ile gösterilir.

6 Hücre Tipleri Volta (Galvanik) Hücresi: İstemli kimyasal tepkime sonucunda elektrik üretirler. Elektrolitik (Elektroliz) Hücre: Elektrik kullanarak istemsiz kimyasal tepkime gerçekleştirilir. Standart Elektrot Potansiyelleri (E o ) Bir yarı-hücrenin elektrot potansiyelini sıfır kabul ederek bulunur. Kabul edilen referans standart hidrojen elektrotudur (SHE).

7 Elektron akışı Anot Voltmetre Tuz Köprüsü Katot Galvanik Hücre E pil = V

8 Standart Hidrojen Elektrodu (SHE) Çözeltideki H + iyonları ile gaz fazındaki 1 bar basıncındaki H 2 molekülleri arasında soy bir metal (Pt) yüzeyinde kurulan bir denge vardır. Denge tepkimesi metal yüzeyinde belirli bir potansiyel oluşturur fakat bu değer 0 olarak kabul edilir. tel H 2(g) içeren cam tüp (k) elektrot İki ayrı dik çizgi üç fazın varolduğunu gösterir: Platin, H 2 gazı ve H iyonu H 2(g) kabarcıkları

9 Standart Elektrot Potansiyeli, E Elektrotta oluşan indirgenme işleminin eğilimini ölçer, uluslararası düzeyde kabul edilmiştir. Sulu çözeltide, iyonik türler birim etkinlikte (1M); gazlar ise 1 bar basınçtadır. E değeri ölçülecek madde bir metal değilse, potansiyel platin gibi soy bir metal elektrot üzerinden ölçülür. İndirgenme çifti E nin alt indisi olarak yazılır. E değerini tayin etmek için, bu yarı hücreyi SHE ile karşılaştırırız.

10 Standart Hücre Potansiyeli, E o pil İki standart elektrottan oluşan bir hücrenin potansiyel farkı veya voltajıdır. E o pil = E o katot - E o anot E o pil = E o sağ - E o sol E o pil = E o indirgenme yarı-hücresi E o yükseltgenme yarı-hücresi

11 Voltmetre Voltmetre anot katot katot anot E o pil = E o Cu+2/Cu = V Cu +2 indirgenir. E o pil = E o Zn+2/Zn = V H + indirgenir.

12 Standart Elektrot Potansiyeli, E İndirgenme Yarı-Tepkimesi Asidik Çözelti

13 Standart Elektrot Potansiyeli, E İndirgenme Yarı-Tepkimesi Asidik Çözelti

14 Metallerin Asitlere Karşı Davranışı Yükseltgenme: M(k) M e - İndirgneme: 2H + + 2e - H 2 (g) Net tepkime: M(k) + 2H + M +2 + H 2 (g) E o pil = E o katot - E o anot E o pil = E o H+/H2 E o M+2/M = 0V - E o M+2/M Standart potansiyelleri negatif olan metaller pozitif E o pil değerlerini verirler. İndirgenme yarı-tepkimesi hidrojenin altında sıralanan metaller asitlerle (HCl vb.) tepkimeye girerek H 2 (g) açığa çıkarırlar. Ag metali HCl ile tepkimeye girmez, HNO 3 ile tepkime verir. 3Ag(k) + NO H + 3 Ag + + NO(g) + 2H 2 O E o pil = V

15 E pil, ΔG, K d Bir volta hücresinde tepkime olduğunda hücre elektriksel iş yapar. W elek = nfe pil W elek = Volt x C = J n = elektrotlar arasında aktarılan mol sayısı ΔG = -nfe pil Pil potansiyelinden serbest enerji değişimi hesaplanabilir. Kimyasal bir işlemden elde edilebilen kullanılır iş miktarı = - ΔG Eğer tepkenler ve ürünler standart hallerinde ise; ΔG o = -nfe o pil

16 İndirgenme Yarı-Tepkimelerinin Birleştirilmesi (k) (k) (k) E toplanamaz ΔG toplanabilir

17 İstemli Değişimler İstemli bir tepkime için ΔG < 0 olmalıdır. ΔG = -nfe pil E pil > 0 E pil = 0 E pil < 0 ise ise ise tepkime ileri yönde ilerler. tepkime dengededir. tepkime ters yönde ilerler. Hücre tepkimesi ters çevrilirse, E pil in işareti değişir.

18 E pil ile K arasındaki ilişki ΔG o = -RTlnK = -nfe o pil R= 8,314 J/(mol.K) n= tepkimede aktarılan elektron mol sayısı

19 E pil ile Derişim arasındaki ilişki Zn(k) + Cu +2 (2M) Cu(k) + Zn +2 (0.1M) E o pil = E pil = [Cu +2 ] artması, ileri yönde tepkimeyi tetikler. E pil, logq ile doğrusal olarak değişmektedir.

20 E pil ile Derişim arasındaki ilişki ΔG = ΔG o + RTlnQ -nfe pil = -nfe o pil + RTlnQ Nernst Denklemi lnq = logq

21 Korozyon: İstenmeyen Volta Hücreleri Nötr çözeltilerde: (k) (s) (k) (s) Asidik çözeltilerde: pil *korozyon özellikle asidik çözeltilerde önemlidir.

22 Demir Demir Korozyon: İstenmeyen Volta Hücreleri Su filmi (a) Bakır kaplı demir Su filmi (b) Galvanizlenmiş demir Demir yüzeyi, üzerindeki etkin (Zn, Mg, Al gibi) metalin yükseltgenmesiyle açığa çıkan e - ları alarak katot gibi avranır ve indirgenme yarı tepkimesini destekler. Bu tür koruma katodik koruma olarak tanımlanır. Kurban Mg anotlar Demir, Cu kaplama sağlam kaldığı sürece korunur. Demir, Zn kaplamada kırılma olsa bile korunur. 22

23 Elektroliz Elektroliz Hücresi: İstemsiz bir tepkimeyi oluşturmak için elektrik kullanılan elektrokimyasal hücredir. Galvanik (Volta) Hücre: (k) (k) Elektroliz Hücresi: (k) (k) Hücre kendiliğinden çalıştığında elektronlar çinkodan bakıra doğru akar. Elektrolizde bu işlem tersine çevrilir, elektronlar bakır elektrottan (şimdi anot) ayrılıp, çinko elektroda (şimdi katot) gitmeye zorlanır.

24 Elektroliz Elektron akışı Katot Pil Tuz köprüsü Anot Elektronları ters yönde akmaya zorlamak için pil voltajı V dan daha büyük olmalıdır. Bölüm Pearson Canada Inc. 24

25 Elektroliz Yük (C) akım (C/s) zaman (s) Bir elektroliz tepkimesinde aktarılan elektron mol sayısı

26 Elektrolizin Endüstriyel Uygulamaları Elektroarıtım: Metal iyonu içeren bir çözeltiden katotta saf metal biriktirilmesi işlemidir. (Örn: katodik bakır eldesi) Elektrokaplama: Metalin genellikle daha ucuz başka bir metal üzerine elektrolizle kaplanması işlemidir. (Örn: gümüş kaplama) Elektrosentez: Elektroliz tepkimeleri ile madde oluşturma yöntemidir. (Örn: MnO sentezi)