Elektrokimya

Elektrotlar ve elektrolit — elektrokimyasal projelerin temel bileşenleridir. Elektrotlar, elektrokimyasal sistemlerde elektrik akımının bir elektrolite girdiği veya çıktığı noktalardır. İki ana elektrot türü vardır: 1. Anot — yükseltgenmenin gerçekleştiği elektrot, yani elektronların serbest bırakıldığı bölge. 2. Katot — indirgenmenin gerçekleştiği elektrot, yani elektronların emildiği bölge. Elektrolit ise iletken çözeltidir.

Aküde pozitif hamura kurşun dioksit (PbO2) konur.

Standart elektrot potansiyeli (E°), standart koşullarda (25 °C, 1 atm ve 1 M çözelti) bir elektrotta oluşan indirgenme eğiliminin ölçüsüdür ve şu şekilde hesaplanır: 1. Herhangi bir elektrot, standart hidrojen elektrodu ile birleştirilerek bir elektrokimyasal hücre oluşturulur. 2. Bu hücrenin standart potansiyeli ölçülür. 3. Hidrojen elektrodunun standart indirgenme potansiyeli sıfır kabul edildiğinden, ölçülen bu hücre potansiyeli diğer elektrotun standart indirgenme potansiyeline eşit olur. Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) tarafından referans elektrodu olarak hidrojen elektrodu seçilmiştir ve bu elektrodun standart elektrot potansiyeli sıfır (0) volt olarak kabul edilmiştir.

Br2 (brom), anotta yükseltgenir çünkü elektroliz sırasında anoda giden anyonlar yükseltgenir. Bu süreçte, 2Br– (bromür iyonu) → Br2(g) + 2e– yarı tepkimesi gerçekleşir.

Elektrokimyasal pillerde, indirgenme reaksiyonu katotta, yükseltgenme reaksiyonu ise anotta gerçekleşir.

Galvanik pil ve elektrolitik hücre arasındaki temel farklar şunlardır: 1. Tepkime Türü: - Galvanik pil, kendiliğinden gerçekleşen bir redoks reaksiyonundan elektrik üretir. - Elektrolitik hücre ise, elektrik enerjisini kullanarak kendiliğinden olmayan bir kimyasal reaksiyonu yönlendirir. 2. Enerji Dönüşümü: - Galvanik pil, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. - Elektrolitik hücre, elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür. 3. Elektrot Polaritesi: - Galvanik pilde anot negatif, katot pozitif uçtur. - Elektrolitik hücrede ise anot pozitif, katot negatif uçtur. 4. Harici Güç Kaynağı: - Galvanik pil için harici bir güç kaynağı gerekmez. - Elektrolitik hücrede, hücre boyunca bir akım geçiren harici bir güç kaynağı veya pil gereklidir.

Anotta derişim artarsa, pil potansiyeli artar.

Elektrokimyasal pil, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir düzenektir. Faraday'ın elektroliz yasaları, 1834 yılında Michael Faraday tarafından yayımlanan ve elektroliz olayındaki madde-elektrik ilişkisini açıklayan elektrokimya yasalarıdır. İki ana yasası vardır: 1. Birinci yasa: Elektrotta anotta ve katotta açığa çıkan ya da kaybolan madde miktarı, devreden geçen akım yük miktarı ile doğru orantılıdır. 2. İkinci yasa: Farklı çözeltilerden eşit miktarda yük geçirilirse, anot ve katotta meydana gelen değişim, eş değer kütle ile doğru orantılıdır.

Galvanoda akım vermek için elektrolitik kaplama işlemi kullanılır. Bu işlem şu adımlarla gerçekleşir: 1. Çözeltinin Hazırlanması: Galvano dolabının iç kısmına, kaplama işleminde kullanılacak çözelti yerleştirilir. 2. Parçaların Yerleştirilmesi: Metal parçalar, çözeltinin içinde düzgün bir şekilde hareket edebilecekleri raflara veya tutuculara yerleştirilir. 3. Kaplama İşlemi: Galvano dolabının içinde, çözeltinin elektriksel akım ile parçaların üzerine kaplama yapması sağlanır. 4. Eşit Kaplama Dağılımı: Galvano dolaplarının tasarımı, çözeltinin eşit bir şekilde dağılmasını sağlar, böylece metal yüzeylerin homojen bir kaplama tabakası ile kaplanması mümkün olur. 5. Kaplama Sonrası İşlemler: Kaplama işlemi tamamlandıktan sonra, dolap içindeki metal parçalar çıkarılır ve kurutulma işlemine alınır.

Elektrokimya kullanarak pH bulmak için, pH metre adı verilen cihazlar kullanılır. Bu cihazlar, sıvının pH değerini ölçmek için aşağıdaki adımları izler: 1. Kalibrasyon: Ölçüm yapmadan önce, bilinen pH değerine sahip çözeltilerle pH metre kalibre edilir. 2. Sondalama: Sond, çözeltiye daldırılır. 3. Hidrojen İyonlarının Tespiti: Sensör, sıvıdaki hidrojen iyonlarını tespit eder. 4. Ekranda Gösterim: Sensör, elde ettiği verileri ekranda pH değeri olarak gösterir. Bu süreçte, elektrokimya bilimi, hidrojen iyonlarıyla etkileşime giren elektrotların ürettiği elektrik sinyallerini kullanarak pH seviyesini hesaplar.

Eloksal işleminde akım yoğunluğu genellikle 1,5-3 A/dm² arasında olmalıdır.

Denge elektrodu, elektroliz hücresinde anot ve katot potansiyellerinin denge potansiyellerinden daha yüksek bir değere çıkarılmasıyla kimyasal reaksiyonların oluşmasını sağlayan elektrottur.

Anot ve katot, elektron verme konusunda farklı işlevlere sahiptir: - Anot, yükseltgenme tepkimesinin gerçekleştiği elektrot olup, elektronları kaybederek pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) oluşturur. - Katot, indirgenme tepkimesinin gerçekleştiği elektrot olup, anottan gelen elektronları alarak negatif yüklü hale gelir.

Lityum-iyon pillerde gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyon, anot ve katot arasında lityum iyonlarının hareketi ile ilgilidir. Şarj işlemi sırasında: Harici bir kaynaktan gelen elektrik enerjisi bataryaya uygulanır ve lityum iyonları anottan katota doğru hareket eder, burada depolanır. Deşarj işlemi sırasında: Bataryanın enerjisi kullanıldığında, lityum iyonları katottan anota geri hareket eder ve depolanan enerji serbest bırakılarak elektrik enerjisi olarak devreye verilir.

Krom kaplamada doğru akım (DC) kullanılır.

Metal iyon sensörü, belirli metal iyonlarının konsantrasyonunu ölçmek için tasarlanmış bir cihazdır. Bu sensörler, elektrokimyasal, optik veya iyon seçici elektrot gibi çeşitli tiplerde olabilir: Elektrokimyasal sensörler: Elektrokimyasal tepkileri kullanarak düşük konsantrasyonlarda metal iyonlarını tespit eder. Optik sensörler: Metal iyonlarının bir yüzeyi kaplaması durumunda ışık özelliklerindeki değişikliklere dayanarak ölçüm yapar. İyon seçici elektrotlar: Bir çözeltideki belirli bir iyonun varlığını, diğer iyonların varlığından bağımsız olarak ölçer. Metal iyon sensörleri, çevresel izleme, gıda güvenliği, biyomedikal uygulamalar ve endüstriyel güvenlik gibi alanlarda yaygın olarak kullanılır.

Katot, elektrik ve kimya biliminde kullanılan bir terimdir ve şu anlamlara gelebilir: 1. Fizik terimi olarak: Negatif elektrot, eksi uç. 2. Fen bilimleri terimi olarak: Üretecin negatif (-) ucuna bağlanmış elektrot. 3. Kimya terimi olarak: İndirgenmenin olduğu elektrot, bir pildeki (-) yüklü elektrot. 4. Elektrokimyasal hücre terimi olarak: Elektrokimyasal hücrede indirgenmenin meydana geldiği elektrot. Ayrıca, katot elektron tüplerinde ve lambalarda ısıtılarak elektron yayan eleman veya elektroliz düzenlerinde bataryanın negatif kutbunun bağlandığı elektrot olarak da adlandırılır.

Elektrokimyasal sensör, belirli kimyasal maddeleri elektrokimyasal reaksiyonlar yoluyla tespit eder. Çalışma prensibi şu şekildedir: 1. Maddenin Tespiti: Sensör, hedef maddeyle etkileşime giren bir çalışma elektroduna sahiptir. 2. Elektrokimyasal Reaksiyon: Bu etkileşim, elektrot yüzeyinde kimyasal bir reaksiyona neden olur ve bu reaksiyon, ölçülen maddenin konsantrasyonuyla orantılı bir elektrik akımı üretir. 3. Sinyal İşleme: Elektrik sinyali işlenir ve konsantrasyon seviyesi gibi okunabilir bir çıktıya dönüştürülür.

Karbonmonoksit (CO), elektrokimyasal hücre kullanılarak ayrıştırılabilir. Bu yöntemde: 1. Karbondioksit (CO2), elektrokimyasal hücreye girer ve voltaj uygulanır. 2. Katalizör, karbondioksiti moleküllerine ayırır. 3. Bu işlem sonucunda karbondioksitin içindeki oksijen ayrıştırılır ve karbonmonoksit gazı ortaya çıkar.

AYT sınavında kimya ve elektrik konusundan 2-3 soru çıkmaktadır.