Elektroliz

Elektrokimyasal pil ve elektroliz arasındaki temel farklar şunlardır: Elektrokimyasal pil: Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Anot ve katot, farklı metallerden yapılmıştır ve aralarında potansiyel farkı oluşur. Elektronlar, anottan katota doğru hareket eder. Tepkime, yazıldığı yönde istemlidir ve ekzotermiktir. Elektroliz: Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren bir süreçtir. İki elektrot, elektrolit çözeltisine daldırılır ve bir pil veya güç kaynağından sağlanan doğru akım geçirilir. Anotta yükseltgenme, katotta indirgenme gerçekleşir. Tepkime, yazıldığı yönde istemsizdir ve endotermiktir.

Elektrotlar, elektroliz işlemi sırasında bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması için elektrolite daldırılır. Elektroliz hücresi olarak adlandırılan bu aygıt, çözünerek artı ve eksi yüklü iyonlara ayrılmış bir bileşiğin (elektrolit) içine, birbirine değmeyecek şekilde daldırılmış iki elektrottan oluşur. Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında oluşan gerilim (elektrik alan), iyonları karşıt yüklü elektroda (kutup) doğru hareket ettirir.

Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla, bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması işlemidir. Bu değişiklik, maddenin elektron vermesinden (yükseltgenme) ya da almasından (indirgenme) kaynaklanır. Elektroliz işlemi, elektroliz kabı ya da tankı denen bir aygıt içinde uygulanır. Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında meydana gelen gerilim (elektrik alan), iyonları karşıt yüklü elektroda (kutup) doğru hareket ettirir. Elektroliz yönteminin bazı uygulama alanları şunlardır: Su arıtma. Metallerin ayrılması ve arıtılması. Kimyasal üretim. Pil ve akü teknolojisi.

Elektrotlar, elektrolizde elektrolitik reaksiyonların gerçekleşmesi için gerekli olan elektrik akımını iletmek amacıyla kullanılır. Elektrolizde kullanılan elektrotların bazı önemli özellikleri şunlardır: mükemmel elektrik iletkenliği; kimyasal inertlik; korozyon direnci; maliyet etkinliği. Elektroliz hücresinde elektrotlar, bir doğru akım kaynağına bağlanır.

Nikelajı en iyi tutan malzeme çift taraflı akrilik banttır. Bu bantın tercih edilme sebepleri: Boyaya zarar vermemesi; İyi yapışması; Sökmesinin kolay olması.

H₂ (hidrojen) gazı elde etme yöntemlerinden bazıları şunlardır: Suyun elektrolizi. Buhar metan reformasyonu (SMR). Kısmi oksidasyon. Biyokütle gazlaştırma. Fotoliz ve biyolojik süreçler. H₂ gazı elde etme yöntemleri hakkında en doğru ve güncel bilgileri edinmek için bir uzmana danışılması önerilir.

Katı ve sıvı oksijen elde etme yöntemleri: Sıvı oksijen: Hava ayırma teknolojisi. Kriyojenik yöntemler. Katı oksijen: Oksitlerin ısıtılması. Suyun elektrolizi. Sıvı oksijen üretimi tehlikeli olabilir; bu nedenle, profesyonel bir fabrikada ve sıkı güvenlik kurallarına uyularak yapılmalıdır.

Elektroliz sırasında bakır, Cu+2 (bakır iyonu) haline dönüşür. Anot reaksiyonunda, bakır anodik oksidasyon sonucu Cu+2 iyonları halinde çözünür. Katot reaksiyonunda ise Cu+2 iyonları, anottan iletilmiş olan elektronlarla tekrar birleşerek metal durumuna indirgenir.

Elektroliz kaplama sistemi, genellikle şu dört adımda çalışır: 1. Yüzey Hazırlığı: Alt tabaka, oksitleri, gresi veya kiri temizleyen bir işlemden geçer. 2. Elektrolit Çözeltisi Hazırlama: Kaplama metalinin tüm çözünmüş iyonlarını içeren bir çözelti hazırlanır. 3. Elektroliz: Substrat (katot) ve kaplama metali (anot) elektrolitin içine daldırılır ve doğru akım (DC) geçirilir. 4. Son İşlem Süreci: Son nesne, yapışmayı ve yüzey kalitesini iyileştirmek için durulama, parlatma veya ısıl işleme tabi tutulur. Elektroliz kaplama işleminde, kaplama banyosu belirli bir sıcaklık ve pH değerinde tutulur ve doğru elektrik akımı değerleri kullanılır.

Kimya ve elektrik için önemli konular arasında şunlar yer alır: İndirgenme-yükseltgenme (redoks) tepkimeleri. Elektrokimyasal piller. Elektrotlar. Elektroliz. Korozyon. AYT Kimya müfredatında ayrıca modern atom teorisi, gazlar, sıvı çözeltiler, kimyasal tepkimelerde enerji ve hız gibi konular da yer alır.

Proton değişim membran elektrolizör üretimi için aşağıdaki adımlar izlenebilir: 1. Malzeme Seçimi: Proton değişim membranları, genellikle iyonomerlerden yapılır ve en yaygın malzeme floropolimer (PFSA) Nafion'dur. 2. Üretim Yöntemleri: Kompozit Membran Üretimi: Nafion, inorganik oksitlerle (TiO2, SiO2, ZrO2) veya killerle (simektit, montmorillonit) katkılandırılarak kompozit membran haline getirilebilir. Karışım Membran Üretimi: Nafion, polianilin (PANI), sülfonlanmış polietereterketon (sPEEK) gibi polimerlerle karıştırılarak karışım membran şeklinde geliştirilebilir. 3. Performans Testi: Üretilen membranların yüksek proton iletkenliği, elektrokimyasal ve kimyasal kararlılık gibi özelliklerinin test edilmesi gereklidir. Proton değişim membran elektrolizör üretimi, uzmanlık ve özel ekipman gerektirdiğinden, bu sürecin bir uzmana veya ilgili bir firmaya bırakılması önerilir.

Elektrokimyasal pil ve elektroliz şu şekilde yapılır: Elektrokimyasal Pil: 1. Elektrotlar: Anot (yükseltgenme) ve katot (indirgenme) elektrotları hazırlanır. 2. Elektrolit: Elektrotlar arasındaki iyonların hareketini sağlayan, elektriksel iletkenliği olan bir çözelti veya katı madde eklenir. 3. Dış Devre: Elektronların anot ile katot arasında hareket etmesi için bir tel veya iletken malzeme ile oluşturulan devre bağlanır. 4. Enerji Kaynağı: Kimyasal tepkime sonucu elektrik enerjisi üretilir ve pil kendi kendine çalışır. Elektroliz: 1. Elektroliz Kabı: Artı ve eksi yüklü iyonlara ayrılmış bir bileşiğin çözeltisinin içerisine birbirine değmeyecek biçimde iki elektrot daldırılır. 2. Akım Kaynağı: Elektrotlar bir akım kaynağına bağlanır. 3. Gerilim: Uygulanan gerilim, iyonları karşıt yüklü elektroda doğru hareket ettirir. 4. Reaksiyon: Karşıt kutupta yükünü dengeleyen atom veya moleküller, elektrolit içerisindeki moleküllerle yeni reaksiyonlara girer. Elektrokimyasal piller ve elektroliz hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki kaynaklar kullanılabilir: evrimagaci.org; esm.erciyes.edu.tr; avys.omu.edu.tr; mme.deu.edu.tr.

Suyun elektrotlarda ayrışması sonucu hidrojen (H₂) ve oksijen (O₂) gazları açığa çıkar. Katotta (negatif elektrot) hidrojen gazı (H₂) toplanır. Anotta (pozitif elektrot) ise oksijen gazı (O₂) toplanır. Çünkü hidrojen iyonu (H⁺) artı yüklü, oksijen (O⁻²) eksi yüklü olduğundan, eksi elektrot artı yüklü iyonu çeker.

Hidrojen enerjisinin yenilenebilir olarak kabul edilmesinin sebebi, hidrojenin kendisinin değil, hidrojen üretiminde kullanılan kaynakların yenilenebilir olmasıdır. Yeşil hidrojen. Fotobiyolojik yöntem. Hidrit bileşiklerden ayrıştırma yöntemi. Buna karşılık, doğal gazın buhar reformasyonu ile üretilen gri hidrojen yenilenebilir olarak kabul edilmez.

Elektrolizle krom kaplama işleminde krom kaplama banyosu kullanılır. Bu banyo, kromik asit ve krom iyonlarını içeren bir çözelti içerir. Elektroliz kaplama işleminin gerçekleştirildiği banyo, polipropilen malzemeden yapılmış olup, birbirine değmeyecek şekilde daldırılmış iki elektrot içerir.

Elektroliz proje ödevi, genellikle kimyasal bir bileşiğin elektrik akımı yardımıyla ayrıştırılması sürecini içeren bir çalışmayı kapsar. Bu tür ödevler, aşağıdaki konuları içerebilir: Elektroliz kurulumu: Elektroliz deneyinin gerçekleştirilmesi için gerekli olan elektrotlar, elektrolit ve dış devre gibi bileşenlerin tanıtılması. Teorik bilgiler: Elektrolizin temel prensipleri, anot ve katot kavramları, elektroliz sırasında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar gibi konuların incelenmesi. Uygulama örnekleri: Elektrolizin metalurji, kaplama, su arıtma ve gaz üretimi gibi alanlardaki uygulamalarının araştırılması. Deneysel çalışmalar: Suyun elektroliziyle hidrojen ve oksijen gazlarının elde edilmesi gibi pratik çalışmaların yapılması. Elektroliz proje ödevleri, genellikle elektrokimya ve kimya mühendisliği alanlarında verilen ödevler arasında yer alır.

Klor, çoğunlukla tuzlu (NaCl) suyun elektrolizi yöntemiyle üretilir. Klor üretiminde kullanılan bazı yöntemler: Membran hücreli elektroliz: Anot ve katot bölgesi, iyon ileten bir membranla ayrılmıştır. Diyafram hücreli elektroliz: Anot etrafındaki bir diyafram, klor gazını ayırır, ancak hidrojen ve kostik soda birlikte toplanır. Civa hücreli elektroliz: Katot, civa akımıdır. Ayrıca, çok aşındırıcı kimyasallarla zorlu koşullarda, elektrokimyasal prosesler yerine kimyasal yöntemlerle de klor gazı üretilebilir, ancak bu uygulamalar nadirdir.

Elektroliz ile metal kaplama, bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşikler ve elektrik akımı yardımıyla, iletken bir cisim üzerine bakır, pirinç, nikel, krom, altın, gümüş, kalay, çinko gibi element ve alaşımlarının dekoratif ve dayanıklılık amaçlı kaplanması işlemidir. Elektroliz ile metal kaplama işlemi dört adıma ayrılır: 1. Yüzey hazırlığı. 2. Elektrolit çözeltisi hazırlama. 3. Elektroliz. 4. Son işlem süreci. Elektroliz ile metal kaplama, koruma, estetik ve işlevsellik gibi amaçlar için kullanılır.

Sudan hidrojen elde etmek için kullanılan bazı yöntemler şunlardır: Elektroliz. Biyokütle gazlaştırması. Termokimyasal su bölme. Ayrıca, güneş enerjisi kullanılarak fotovoltaik güneş gözeleri ile suyun elektrolizi de hidrojen elde etme yöntemlerinden biridir.

Hidrojen üretiminin en verimli yöntemi, kullanılan enerji kaynağına ve üretim prosesi sırasındaki CO2 emisyonlarına bağlıdır. Başlıca hidrojen üretim yöntemleri ve verimlilikleri: Elektroliz: Yenilenebilir enerji kaynakları kullanıldığında, elektroliz yöntemiyle üretilen hidrojen "yeşil hidrojen" olarak adlandırılır ve sıfır karbon emisyonu sağlar. Buhar reformasyonu: Doğal gazın su buharı ile tepkimesi sonucu hidrojen ve karbondioksit üretilir. Kömür gazlaştırma: Kömür, su buharı ile yüksek sıcaklıkta tepkimeye sokularak hidrojen ve karbondioksit oluşturur. Biyokütle gazlaştırma: Organik malzemelerin gazlaştırılması ile hidrojen elde edilir. Ayrıca, Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi ve Pekin Üniversitesi'nin geliştirdiği, platin bazlı katalizör kullanılarak yapılan ve 1.000 saat kesintisiz çalışabilen yeni hidrojen üretim teknolojisi de yüksek verimlilik sağlamaktadır.