TÜBİTAK-BİDEB Lise Öğretmenleri (Fizik, Kimya, Biyoloji ve Matematik) Proje Danışmanlığı Eğitimi Çalıştayı LİSE-2 (ÇALIŞTAY 2012) SUYUN DANSI Ali EKRİKAYA Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi KAYSERİ Ömer BİROL TOBB Fen Lisesi RİZE DANIŞMANLAR Prof. Dr. Birsen DEMİRATA ÖZTÜRK Doç. Dr. Nurettin ŞAHİNER 21-29 Ocak 2012 ÇANAKKALE
SUYUN DANSI
Bu projede kimyasal tepkime hızına etki ettiği bilinen faktörlerden başka bir faktör olarak ses dalgalarının etkisinin olup olmadığının araştırılması amaçlanmıştır.
Gelecekte çok daha fazla kullanım alanı bulacak olan ve potansiyel bir yakıt olması beklenen, çevre dostu ve yeşil yakıt olarak tanımlanan Hidrojen gazının elde edilmesinde yaygın olarak kullanılan elektroliz yöntemine ultrasonik ses dalgalarının etkisinin olup olmadığının tespit edilmesi.
Kimyasal olaylarda tepkime hızı, önemsenmesi gereken bir kavramdır. Bu nedenle tepkime hızına etki eden faktörleri en iyi şekilde bilmek ve bunların etkilerini istenilen şekilde değiştirmek mümkündür. Bir kimyasal olayda, olaya giren maddelerin miktarları zamanla azalırken, olaydan çıkan ürünlerin miktarları artar. Bazı kimyasal olaylarda olaya girenler hızlı azalırken, bazı olaylarda yavaş azalır. Günlük yaşamımızda gözlediğimiz birçok olayda bunu görmek mümkündür. Toz şeker, kesme şekerden daha çabuk suda çözünür. Benzin, kömürden daha çabuk yanar.
Bir kimyasal tepkimenin hızı, tepkimenin cinsine göre ölçülür. Tepkimede meydana gelen değişmeler; renk, koku, tat, şekil gibi fiziksel değişimler, basınç, iletkenlik, ısı, ph ve benzeri özelliklerin değişimi hızın belirlenmesinde yararlanılan özelliklerdir.
Tepkimelerin hızına etki eden faktörler: Tepkimeye giren maddelerin türü Sıcaklık Derişim Basınç ve Hacim değişimi Katalizör Temas yüzeyi
Ultrasonik banyolar, Geniş yüzeyli çalkalama sistemi sayesinde tüm banyo haznesine güçlü ultrasonik dalgalar yayar.
Ultrasonik ses dalgaları insan kulağının işitemeyeceği frekanslara sahiptirler. İnsan kulağının işitme aralığı, normalde, 16 Hz - 16 khz arasındadır. Ultrasonik ses dalgalarının genel olarak 20 khz - 500 MHz arasındaki frekanslara sahip oldukları düşünülmektedir. Ultrasonik enerji, yıllar boyunca mühendislik, bilim ve tıpta çok yaygın olarak kullanılmıştır. Kimyadaki uygulamaları ise oldukça yenidir.
Kullanılan Materyaller DC Akım Üreteci, Kablo, Ultrasonik Banyo, Döküm ayak, kıskaç, Mezür, Beherglas, Üç boyunlu balon, Su tutucu, Saf su Na 2 CO 3, H 2 SO 4 Çözeltisi
Burada açığa çıkan H 2 ve O 2 gazları birlikte alınarak toplama kabında biriktirilmiştir. Biriktirilen toplam gaz hacmi ölçülerek tepkime hızı hakkında veri olarak değerlendirilmiştir.
Saf suyun normal şartlarda elektrolit olmadığı kabul edilir. Bu nedenle suyun elektrolit olması için ortama serbest hareket eden iyon sağlaması için 0,1 M lık Na 2 CO 3 çözeltisi elektrolit olarak kullanılmıştır. Üç boyunlu balonun iki ayrı ucuna çelik elektrotlar yerleştirilerek kablo ile Doğru Akım Güç Kaynağına bağlanmıştır. Güç kaynağı 12 Volt ve 5,92 Amper olacak şekilde cihazın en yüksek değerlerine ayarlanmıştır.
Bu projede, Ultrasonik ses dalgalarının tepkime hızına nasıl etki ettiği suyun elektrolizi işlemi ile tespit edilmiştir. Bu çalışma yapılırken sabit sıcaklıkta ve titreşimsiz ortamda yapılan elektroliz işlemi ile değişen sürelerdeki toplam gaz hacmi belirlenmiştir. Ayrıca, sabit frekansta ve sürelerde değişen sıcaklıklarda deneyler gerçekleştirilmiştir.
Tablo 2. Titreşimsiz ortamda 20 C sıcaklıkta ölçülen gaz miktarları Deney No Süre (dk) Toplam Gaz Hacmi (ml) 1 1 5,5 2 2 11,0 3 3 16,0 4 4 21,5
Tablo 3. Titreşim frekansı 35 khz olan ortamda 20 C sıcaklıkta ölçülen gaz miktarları Deney No Süre (dakika) Toplam Gaz Hacmi (ml) 1 1 4,8 2 2 9,5 3 3 14,7 4 4 20,0 5 5 25,5
Tablo 4. Titreşimsiz ortamda farklı sıcaklık değerlerinde yapılan ölçümler Deney No Süre (dk) Toplam Gaz Hacmi (ml) Sıcaklık ( C) 1 5 27,0 20 2 5 32,0 30 3 5 47,0 40 4 5 55,0 50 5 5 64,0 60
Tablo 4. Titreşim frekansı 35 khz olan ortamda sabit sürede sıcaklık değişimi ile ölçülen gaz miktarları Deney Süre Toplam Gaz Sıcaklık No (dk) Hacmi (ml) ( C) 1 5 25,5 20 2 5 34,0 30 3 5 41,0 40 4 5 52,0 50 5 5 62,0 60
Bu projede, tepkime hızına ultrasonik ses dalgalarının suyun elektrolizi tepkimesine etkisinin olup olmadığı araştırılmıştır. Burada suyun elektrolizi tepkimesinin seçilmesinin nedeni, bu tepkime gerek sıcaklık kontrolü gerekse oluşan ürünlerin miktarlarının ölçülebilmesi açısından tercih edilmiştir. Ayrıca pek çok tepkime için de denenebilir.
Elde edilen sonuçlara göre (Tablo 1, Tablo 2) ultrasonik ses dalgaları uygulandığında suyun elektroliz edilmesi sırasında toplanan gazın hacminde belli bir miktar düşme olmuştur. Bu düşme miktarı tepkime hızının da azaldığı anlamına gelmektedir. Ultrasonik ses dalgaları gönderilmeden yapılan elektroliz olayında 5 dakika süre sonunda elde edilen toplam gaz (H 2 ve O 2 ) hacmi 27,0 olup, tepkime hızı;
olarak bulunmuştur.
Toplam Gaz Hacmi (ml) Sabit sıcaklıkta titreşimli ve titreşimsiz elektroliz tepkimelerinin karşılaştırılması 30 25 20 15 10 5 0 Seri 1 Seri 2 1 2 3 4 5 Süre (dk)
Bu tepkimenin sıcaklığın değişiminde titreşimsiz ve titreşimli değerleri de araştırılmıştır. Bu işlemlere ait değerler Tablo-3 ve Tablo-4 de verilmiştir. Her iki tablonun değerleri incelendiğinde her sıcaklıkta bir miktar hacim düşmesi olduğu görülmektedir. Ancak, hacim değişmelerinde meydana gelen azalma doğrusal olmayıp değişen değerlerde değiştiği görülmektedir.
Sıcaklık ( C) 20 30 40 50 60 Titreşimsiz Elektrolizde Toplanan gaz hacmi (ml) 5,4 6,4 9,4 11 12,8 Titreşimli Elektrolizde Toplanan gaz hacmi (ml) 5,1 6,8 8,2 10,4 12,4 Fark -0,3 0,4-1,2-0,6-0,4 Değişken sıcaklıkta suyun elektrolizinde tepkime hızındaki değişme
Toplanan Gaz Hacmi (ml) 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 Deney Sayısı Değişen sıcaklık değerlerinde tepkime hızına Ultrasonik ses dalgasının etkisi
Sıcaklık artışında da Ultrasonik ses dalgalarının uygulanması halinde tepkime hızı düşüş göstermiştir. Ultrasonik ses dalgalarının tepkime hızını azalttığı sonucuna ulaşılmıştır. Kontrol edilebilir çok sayıda tepkime ile tekrar edilecek denemeler ile daha anlamlı sonuçlar elde edilebileceği düşünülebilir.
TEŞEKKÜR Çalıştay süresince her konuda yakın ilgi ve yardımlarını esirgemeyen, saygıdeğer hocam Sayın Prof. Dr. Mehmet AY a, en içten teşekkürlerimi sunarım. Proje çalışmalarımızın her aşamasında bize her zaman destek veren Sayın Prof. Dr. Birsen DEMİRATA ÖZTÜRK ve Doç. Dr. Nurettin ŞAHİNER e teşekkürü bir borç biliriz. Ayrıca, teknik konularda bizlerle yakından ilgilenerek bizlere yol gösteren Sayın Tuğba GÜNGÖR e teşekkür ederiz.