HAZIRLAYAN Mutlu ŞAHİN. Hacettepe Fen Bilgisi Öğretmenliği DENEY NO: 5 DENEYİN ADI: SUYUN ELEKTRİK ENERJİSİ İLE AYRIŞMASI

Transkript

1 HAZIRLAYAN Mutlu ŞAHİN Hacettepe Fen Bilgisi Öğretmenliği DENEY NO: 5 DENEYİN ADI: SUYUN ELEKTRİK ENERJİSİ İLE AYRIŞMASI DENEYİN AMACI: ELEKTRİK ENERJİSİNİ KULLANARAK SUYU KENDİSİNİ OLUŞTURAN SAF MADDELERİNE (OKSİJEN İLE HİDROJEN) AYRIŞTIRMAK TEORİK BİLGİ Elektroliz: Elektrolizi birkaç şekilde tanımlayabiliriz. 1) Kendiliğinden oluşmayan bir kimyasal tepkimenin elektrik enerjisi yardımıyla gerçekleşmesine, yani elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşmesine elektroliz denir. 2) Elektrolit, elektrik akımını ileten katyon ve anyon içeren saf sıvı yada sulu çözeltilerdir. Sıvı halde ya da suda çözündüğünde iyonlarına ayrışabilen bir madde içerisinden doğru akım geçirildiğinde kendiliğinden oluşmayan indirgenme ve yükseltgenme olayı gerçekleşerek, elektrolit içindeki bazı elementlerin açığa çıkması olayı elektrolizdir. 3) Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek bazı maddelerin ayrıştırılarak elementlerini serbest olarak açığa çıkarma işlemine elektroliz denir. Redoks Tepkimesi: İndirgenme ve yükseltgenmenin bir arada olduğu tepkimelere redoks tepkimesi adı verilir. Elektrot: Kimyasal olayların gerçekleştiği yerdir. Anot: Yükseltgenmenin olduğu ve güç kaynağının ( + ) ucuna bağlı elektroda anot denir. Katot: İndirgenmenin olduğu ve güç kaynağının ( - ) ucuna bağlı elektroda katot denir. Saf Madde: Aynı tür taneciklerden oluşan maddelerdir.

2 Suyun Elektrolizi :Saf suda (H + ) = (OH - ) = 1x10-7 olduğunu biliyoruz. H + ve OH - iyonlarının çok az olması saf suyun elektrik akımını çok zayıf ilettiğini gösterir. Elektroliz elektrik akımını ileten bir sıvıda gerçekleşeceğinden su içine iletkenliği artırıcı maddeler konur. Örnek ; H 2 SO 4 çözeltisi. Katotta alkali ve toprak alkali metal iyonları olduğu sürece H 2 gazı öncelikle açığa çıkar. Eğer soy metal iyonları varsa hidrojenden önce soy metal açığa çıkar. Anotta I -, Br -, Cl - iyonları öncelikle açığa çıkar. Ancak NO 3, SO 4, CO 3 gibi gruplardan önce su elektron verir ve O 2 gazı açığa çıkar. Elektrolizden birçok alanda yararlanılır. Metal kaplama ve metal saflaştırma işlemlerinin birçoğu elektrolizle yapılır. Katotta indirgenme olduğu için daima metal iyonları katotta serbest kalır. Bu nedenle kaplanacak madde katot olarak kullanılmalıdır. Anotta kaplamada kullanılacak metal ile elektrolitte de bu metal iyonlarını içeren bir sıvı olmalıdır. Örneğin ; bir madde gümüşle kaplanacaksa anot saf Ag, elektrolit ise AgNO 3 olabilir. Elektrolizde Anot Ve Katotta Toplanan Madde Miktarı : Elektrolizde anot ve katotta değişime uğrayan madde miktarı devreden geçen elektrik akımı ile doğru orantılıdır. Elektrik yükü miktarı = Akım şiddeti x zaman Faraday Yasaları : Q = I x t kulon amper saniye kulon elektrik yükü ( 1 faraday ), 1 mol elektron yüküne karşılıktır. Elektrik akımı ile kimyasal değişim arasındaki ilişkileri inceleyen kurallar faraday yasaları olarak bilinir. Bir elektron yükü 1,6 x 10-7 olduğundan 1 mol elektron yükü ; 1,6 x 10-7 x 6, = kulon dur. Bir elektroliz devresinde anot ve katotta açığa çıkan madde miktarı, devreden geçen elektrik yükü miktarı ile doğru orantılıdır. Devreden 1 faradaylık yük geçtiğinde anot ve katotta birer eşdeğer gram madde açığa çıkar. Farklı elektroliz kaplarında aynı miktar elektrik yükü ile yapılan elektrolizlerle açığa çıkan maddelerin eşdeğer gram sayıları eşit olur. Seri bağlı elektroliz kaplarında anotlarda yada katotlarda toplanan maddelerin eşdeğer gram sayıları eşit olur. Faraday Kanunu : m = I t F= M A n F t= saniye n= Alınan verilen elektron sayısı m= Katotta toplanan madde miktarı

3 KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER DENEYİN YAPILIŞI Beherglasın içine 250 ml saf su konulur. Sonra deney tüplerinin ağzına kadar su doldururuz ve her iki deney tüpüne de 2 şer damla fenolftalein çözeltisinden damlatırız. Hava almayacak şekilde parmağımızla kapatarak ters çeviririz ve beherglas içerisindeki çözeltiye daldırırız. Tüpleri bünzen kıskacıyla sabitleriz. Karbon elektrotların birer uçlarına iki ayrı krokodilli kablo bağlanır. Krokodilli kabloların serbest uçlarından birini güç kaynağının -, diğerini + girişine bağlanır. Karbon elektrotların, boş uçlarını tüplerin içerisine girecek şekilde yerleştirilir. Güç kaynağının anahtarını çevirerek devreye elektrik akımı verilir. Daha sonra deney tüplerinde ne gibi bir değişim olduğunu gözlemleriz.

4 DENEYİN SONUCU Deneyde iki deney tüpü üzerinde gaz biriktiği görülür. Suyun elektrolizinde; ( - ) kutba bağlı olan tüpte iki hacim hidrojen, ( + ) kutba bağlı olan tüpte bir hacim oksijen gazı toplanır. Gaz hacmi çok bulunan tüpün rengi morumsu, diğer deney tüpünün rengi ise renksizdir. 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. Katot: 2H 2 O+2e H 2 (g)+2oh - (aq) Anotta: H 2 O 1/2O 2 (g) + 2e + 2H + (aq) H 2 0 H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + 2OH - + 2H + (aq) Buradan da anlaşılacağı üzere 1 mol H 2, 0,5 mol O 2 gazı toplanmıştır. P X V = n X R x T formülünde P,R,T sabit olduğundan V=n elde edilir. Buradan da gazların hacimlerini mol olarak alabiliriz.

5 Hacmi fazla olan gazın H2 olduğunu deney tüpüne koyduğumuz fenolftaleinden de anlayabiliriz. Fenolftalein bazik ortamda renk değiştirir.h2 gazı da ortamı bazikleştirdi. Böylece gaz hacminin iki kat olduğu tüpte renk değişimi gözlendi. YORUM Bir bileşiğin elektrik yardımıyla bileşenlerine ayrılma olayına elektroliz denir. Herhangi bir bileşiğin elektrolizinde bileşiğin anyonu anottan, katyonu ise katottan açığa çıkar. Suyun elektrolizinde katotta (-) hidrojen, anotta(+) ise oksijen gazı toplanır. Deney sırasında bir süre sonra tüplerde toplanan hidrojen gazı hacim olarak oksijen gazının iki katı olur. Yani deney tüpünde daha fazla boşluk bırakan madde hidrojendir. H 2 O H 2 + ½ O 2 şeklinde ayrışır. n mol n mol n/2 mol Fenolftalein ph 10 un altına inerse renk değişimi gözlenmez ama ph 10 un üzerine çıkarsa mor, menekşe renginde görünür. Bu deneyde de hidrojenin olduğu deney tüpünde ph ın 10 dan yüksek olmasından dolayı renk pembe, menekşe rengine yakın olur. KAYNAKÇA: 1. Fen Bilgisi Laboratuarı Deney Kılavuzu Kimya Deneyleri (Dr. Sinan Erten, Araş. Gör. Pınar Özdemir, Dr. Cemil Aydoğdu, Araş. Gör. Serkan Yılmaz) 2. Modern Üniversite Kimyası ( C.E. MORTİMER) 3. ÖSS ÖYS Kimya (Zafer Yayınları)