DENEYİN ADI:SUYUN ELEKTROLİZİ

DENEYİN AMACI

Suyu elektrik yardımı ile bileşenlerine ayırmak.

TEORİK BİLGİ

Elektroliz: Bileşikleri elektrik yardımı ile bileşenlerine ayırmaktır.

Elektrolit:Bir kimyasal maddenin kendisini çözen sıvı içerisinde çözünerek elektrik iletkenliği gösteren çözeltilere elektrolit denir.

İyon:Yüklü atom ve ya atom gruplarıdır.

Elektrot:Elektrolit içerisine daldırılan elektrik iletkenliği yüksek olan metal tellerdir.

Anot:Güç kaynağının negatif kutbuna bağlanan pozitif yüklü elektrottur.

Katot:Güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanan negatif yüklü elektrottur.

Anyon:Atomların elektron almış halleridir.Eksi(-) yükle yüklenmiş atom ve ya atom grupları olarak da tanımlanabilir.

Katyon:Atomların elektron vermiş halleridir.Pozitif(+) yükle yüklenmiş atom ve ya atom grupları olarak adlandırılır.

Hidrojen:Renksiz,kokusuz,aşırı patlayıcı bir gazdır.Bilinen en hafif gazdır.Kimyasal maddeler arasında yoğunluğu en az olan maddedir.Hidrojenin bağ enerjisi oldukça yüksek olduğundan hidrojenin tepkimeleri yüksek sıcaklıkta gerçekleşir.

Oksijen:En çok bulunan elementlerdendir.Çoğu mineralde oksijen başka bir elementle birleşmiştir.Normal koşullarda renksiz kokusuz ve tatsız bir gazdır.oksijenin tepkimeleri flordan sonra gelen en elektronegatif element olmasına rağmen,tepkimeleri beklenenden çok daha yavaştır bunun sebebi oksijenin bağ enerjisinin yüksek olmasıdır.       

v ANOT

                                                  2OH^-(aq)à1/2O2(g)+H2O(S)+2e^-

v KATOT

                                                    2H⁺(aq)+2e^-àH2(g)

                                                H2O(S) ----elektroliz--àH2(g)+1/2O

Elektrolizin hızlanması için suyun içine iletkenliği artırıcı maddeler konur.(asit,baz,tuz)                                                                                        

KULLANILAN MALZEMELER

·       2 adet elektrot

·       Adet beherglas

·       Bünzen kıskacı

·       4 adet pil

·       Bağlantı kablosu

·       H₂SO₄

·       Üç ayak

·       Su

·       Bağlama parçası

·       Damlalık

DENEYİN YAPILIŞI

1.     Beherglasın içerisine bir miktar su konulur.Suyun içerisine 3-4 damla H₂SO₄ damlatılır.Su bir spatül yardımı ile karıştırılır.

2.     Deney tüplerine su doldurulur ve hava kaçmayacak şekilde suya ters çavrilip daldırılır.

3.     Deney tüplerinin içerisine elektrotlar yerleştirilir.

4.     Bağlama kabloları pil yatağına takılır ve elektrik akımı sağlanır.

5.     Deney tüplerindeki değişim gözlenir.

DENEYİN SONUCU

·       İki deney tüpünde de gaz çıkışı gözlendi.

·       Hidrojen gazı katotta birikmiştir.

·       Oksijen gazı anotta birikmiştir.

·       Anotta biriken gazın miktarı katotta birikenden azdır.

DENEYİN YORUMU

·       Hidrojen gazının katotta birikmesinin nedeni katotun güç kaynağının negatif kutbuna bağlanmasındandır.negatif yüklü elektrot pozitif yüklü iyonu kendine çekmiştir.

·       Oksijen gazının anotta birikmesinin nedeni anot elektrotunun güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanmasındandır.Pozitif yüklü elektrot negatif yüklü iyonu kendine çekmiştir.

·       Anotta biriken gazın miktarının katotta birikenin yarısı kadar olmasının nedeni H₂O bileşiğinde H elementinin 2 tane O elementinin 1 tane olmasındandır.

·       Gaz çıkışı gözlenmesinin nedeni elektrotlarda biriken iyonların tutunacak yer bulamayıp birleşip molekül oluşturmalarındandır.

·       Yapılan deneylerde devreden 1coulombluk yükün geçmesi durumunda anotta 0,06cm³ oksijen gazı ve 0,12cm³hidrojen gazı birikir.

KAZANIMLAR

Elektrik enerjisinin ucuz olduğu ülkelerde hidrojen ve oksijen ihtiyacı bazen bu yöntemle giderilir.Elektroliz,akım şiddetlerinin,özellikle de voltmetrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir.Sürekli akım yardımıyla,organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi,cerrahide sinir uçlarının(nöronların),sertleşen urların,burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde,sidik yolu(üretra) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde v.b. kullanılır.

KAYNAKÇA

·       Pi yayınları,öss kimya konu anlatımlı,syf.560,561

Cemal İLTER

Hasan H. ÇOBAN

İzzet REİS

Ayhan NAZLI

Davut PİRAZ

·       VİKİPEDİ

·       ONLİNE BİLGİ MERKEZİ

www.kimyacini.com

DENEY NO:05

DENEY ADI:Soyum Sülfatın(Na₂SO₄) Elektrolizi

DENEYİN AMACI

Elektroliz yöntemi ile sodyum sülfatı bileşenlerine ayırmak.

TEORİK BİLGİ

Elektroliz: Bileşikleri elektrik yardımı ile bileşenlerine ayırmaktır.

Elektrolit:Bir kimyasal maddenin kendisini çözen sıvı içerisinde çözünerek elektrik iletkenliği gösteren çözeltilere elektrolit denir.

İyon:Yüklü atom ve ya atom gruplarıdır.

Elektrot:Elektrolit içerisine daldırılan elektrik iletkenliği yüksek olan metal tellerdir.

Anot:Güç kaynağının negatif kutbuna bağlanan pozitif yüklü elektrottur.

Katot:Güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanan negatif yüklü elektrottur.

Anyon:Atomların elektron almış halleridir.Eksi(-) yükle yüklenmiş atom ve ya atom grupları olarak da tanımlanabilir.

Katyon:Atomların elektron vermiş halleridir.Pozitif(+) yükle yüklenmiş atom ve ya atom grupları olarak adlandırılır.

Sodyum Elementinin Özellikleri:Sodyum periyodik tabloda 1A grubunda ve 3.

periyotta bulunur.Bilindiği üzere 1A grubu elementleri en aktif metallerden oluşmuştur ve sodyum(Na) da oldukça aktif bir elementtir.

Na₂SO₄’ün sulu çözeltisinin elektrolizinde:

Katot:Tepkimesinin kesin mekanizması bilinmemektedir. Hidrojen iyonları;

 2 e^- + 2 H⁺ → H_2(g)

denklemine göre indirgenerek hidrojen gazını oluşturmaktadırlar. Ayrışma denklemi 2 ile çarpılıp indirgenme denklemi ile toplanırsa

          2 e^- + 2 H₂O → H_2(g) + 2 OH^-

sonucuna varılır. Çözünenin katyonunun indirgenmesi zor olduğundan, hidrojen gazı ve hidroksil iyonu vermek üzere katotta su indirgenmektedir

 Anotta:Yükseltgenme olur. Sulu Na₂SO₄ çözeltisindeki SO₄^-2 anyonu anota gitmesine karşın,

           2 SO₄^-2 → S₂O₈^-2 + 2 e^-

denklemine göre yükseltgenmesi çok zordur. Böylece anotta da su tepkimeye girerek

 H₂O ↔ H⁺ + OH^-

4 OH^-→ O_2(g) + 2 H₂O +4 e^-

mekanizması ile yükseltgenmektedir. Birinci denklem 4 ile çarpılıp, ikincisi ile toplanırsa

2 H₂O → O_2(g) + 4 H⁺ + 4 e^-

şeklinde net yükseltgenme denklemi elde edilir. Böylece anottan oksijen çıkar ve anot civarı asidik özellik gösterir. Sonuç olarak, çözünen anyonunun yükseltgenmesi zor olduğundan anotta su yükseltgenerek oksijen açığa çıkar.

           Sulu Na₂SO₄ çözeltisinin elektrolizi için toplam tepkime;

             2 (2 e^- + 2 H₂O → H_2(g) + 2 OH^-)

   2 H₂O → O_2(g) + 4 H⁺ + 4 e^-

6 H₂O → 2 H_2(g) + O_2(g) + 4 H⁺ + OH^-

şeklinde yazılabilir. Eğer çözelti karıştırılırsa H⁺ ve OH^- iyonları birbirini nötralize edeceğinden elektrolizdeki net değişme için

                      elektroliz

2 H₂O                    2 H_2(g) + O_2(g)

tepkimesi yazılabilir. Sonuçta su elektroliz edilmiş olmaktadır.

                         Na₂SO₄ 2Na⁺+SO₄^-2

      Şeklinde çözüşerek Na⁺ veSO₄^-2 iyonlarını suya salar.

Na⁺ iyonları katota, SO₄^-2 iyonları ise anoda göç ederler, nötrlenirler ve şu tepkimeleri yaparlar.

KULLANILAN ARAÇ GEREÇLER

• Beherglas
• 2 adet deney tüpü
• 2 adet elektrot
• 2 adet krokodil kablo
• Sodyum sülfat(Na₂SO₄)
• 4 adet pil
• Pil yatağı

DENEYİN YAPILIŞI

1. Beherglasın içerisine 4/5 i oranında su koyulur.
2. Suyun içerisine 4 spatül sodyum sülfat eklenir.
3. Sodyum sülfatın çözünmesi için uzunca bir süre karıştırılır.
4. Sodyum sülfat eridikten sonra deney tüpleri su ile doldurulur ve hava almadan beherglasın içine ters çevrilir ve bırakılır.
5. Anotta ve katotta ki değişmeler gözlemlenir.

DENEYİN SONUCU

                                  Na₂SO₄à 2Na⁺+SO4^-2

      Şeklinde çözüşerek Na⁺ ve SO₄^-2 iyonlarını suya salar.

Na+ iyonları katota, SO₄^-2 iyonları ise anoda göç ederler, nötrlenirler ve şu tepkimeleri yaparlar.

                                   İkincil Tepkimeler

            Katotta: Nötr hale geçen Na atomları suya etki ederek

                                       2Na+2H₂Oà2NaOH+H₂   

 verirler.Hidrojen katottan kabarcıklar halinde çıkar.

            Anotta: Nötr hale gelen SO4, suya etki ederek:

                                           SO₄+H₂Oà H₂SO₄+1/2O₂   

 Elektrolit karıştırılırsa, NaOH ve H₂SO₄    birbirlerini nötrlerler :

                                        2NaOH+ H₂SO₄ Na₂SO₄+2H₂O

DENEYİN YORUMU

Yukarda verilenlerden anlaşıldığı gibi sodyum sülfatın elektrolizi deneyinde sadece suyun elektroliz olduğunu görürüz.

KAZANIMLAR

   Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) başvurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, üretra ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.

KAYNAKÇA

·       www.bilimtey.com/deneyler.php?dy=dnm&deney

• tr.wikipedia.org/wiki/Sodyum
• www.odevci.com/odev/66147/Elektroliz-Kullanim-Alanlari

·       Pi yayınları,öss kimya konu anlatımlı,syf.560,561

Cemal İLTER

Hasan H. ÇOBAN

İzzet REİS

Ayhan NAZLI

Davut PİRAZ

DENEY ADI:PİL VA AKÜ

DENEYİN AMACI:  Pil ve akülerin çalışma sisteminin ve kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümünün anlaşılması.

TEORİK BİLGİ:

            Bir elektrik akımının yönü sabit veya değişken olabilir. Elektrik devresinde elektrik akımı sürekli aynı yönde akıyor ve yönü hiç değişmiyorsa bu akıma doğru akım, bu akımı sağlayan kaynaklara da doğru akım kaynakları denir. Doğru akım kaynakları pil, doğru akım jeneratörü ve akümülatörlerdir. 

Pil : Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere pil denir.Pillerin içinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşürken pilin kutupları arasında potansiyel fark meydana gelir. Bu potansiyeller eşit oluncaya kadar piller devreye akım verir. 

Pillerin Sınıflandırılması:

1)

a.     Primer Piller

b.    Sekonder piller (akümülatörler)

2)

a.Reversibil Piller

b.İreversibil Piller

Elektro kimyasal piller ise iki ana gruba ayrılır.

1)       Elektrolitik Piller

2)       Galvanik Piller

Aleksandra Volta (1800) ve Luigi Galvani (1780) ilk kez kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürecek bir hücre yapmayı birbirinden bağımsız olarak başarmışlardır. Bundan dolayı bu tür düzeneklere volta pili ya da galvani pili adı verilir.  Sulandırılmış sülfürik asit içerisine bakır ve çinko elektrotlar batırılarak elde edilirler.Volta pili bittiği zaman tekrar kullanılamaz.

Elektrik enerjisi kaynağı olarak kullanılan galvanik piller sanayi pilleridir.Sanayi pilleri kendi aralarında üçe ayrılır :

Primer Piller: Bu piller pilin enerjisini sağlayan maddelerden biri tükendiği zaman çalışmaz hale gelen pillerdir. Bu piller şarj olmazlar, yenileyebilmek için pilde, tükenen maddeyi yeniden koymak gerekir. En önemli türleri kuru pil ve alkali pillerdir. 

Sekonder Piller (akümülatörler): Enerji kaynaklarından bir ya da ikisi bittiğinde zıt bir akımla tekrar doldurulabilen pillerdir. Akümülatörler hem teker teker kullanılabilirler, hem de kurşun asit akümülatörlerinde olduğu gibi birkaç tanesi seri olarak bağlanarak kullanılabilir.Akümülatörler kullanılan çözelti ve elektrotlara göre adlandırılırlar.En önemli iki tip akümülatör vardır. 

·       Kurşun asit akümülatörler: Bu akümülatörün anodu gözenekli kurşun, katodu ise PbO₂ hamuru ile kaplıdır.Akümülatörlerin en çok kullanılan çeşididir.Kurşunlu akümülatörler ilk kullanıldıklarında 2,2 voltluk gerilime sahiptirler. Çalışmaya başladıktan sonra gerilimi 2 volta düşer ve çalışması bu voltla devam eder.Akümülatörler kullanılmaya başlandığında her iki elektrotta da kurşun sülfat birikmeye başlar. Çözeltideki sülfürik asit miktarı giderek azalır. Buna bağlı olarak da akümülatörün devreye verdiği akım azalır, dolayısıyla iş göremez hale gelir.Bu duruma gelen akü tekrar doğru akım güç kaynağına bağlanarak şarj edilir. Akümülatörün şeması;

Pb^-     H2SO_4(çöz)       PbO₂,Pb⁺

Pil çalışırken gerçekleşen reaksiyonlar;

Anotta;

Pb    à   Pb⁺² +2e^-

Pb⁺²  + SO4^-2   à  PbSO₄ + 2e^-

Pb + SO4^-2    à  PbSO₄ +2e^-

 Katotta;

 PbO₂  + 4H⁺ +2e^-    à     Pb⁺² +2H₂O

 Pb⁺² +   SO4^-2  à PbSO₄     

                                                                          

PbO₂  +4H⁺+SO₄^-2 + 2e^-    à    PbSO⁺ + 2H₂O

Toplam reaksiyon bu reaksiyonların toplamından olur.

Pb + PbO2 + 2H2SO4                           2PbSO4 + 2H2O

                                            dolma

·       Alkali akümülatörler:Bu akümülatörlerin yaygın üç tipi vardır.

             I.      Nikel demir akümülatörleri

          II.      Nikel kadminyum akümülatörleri:En yaygın olarak kullanılan alkali akümülatördür. Gerilimi yaklaşık 1,2 volttur.

       III.      Gümüş Çinko akümülatörleri

Tüm alkali pillerde dikkat edilecek noktalardan biri de elektrolitin, havanın karbondioksiti ile teması sonucunda karbonatlaşarak aktivitesinin azalmasını önlemektir. Bunun için de elektrolitin konsantrasyonu sık sık kontrol edilmeli ve akünün kapaklarının iyi kapatılarak elektrolitle havanın temasının önlenmesi gerekir. Kapakların üzerini parafinle sıvamak iyi olur.

C.  Yakıt Pilleri:Kimyasal enerjiyi yüksek bir verimle elektriksel enerjiye çeviren primer pillerdir. Şarj olmazlar fakat yapımları sağlam ve kusursuz ise uzun zaman kullanılabilirler.

Galvanik piller de kendi aralarında şöyle gruplandırılır.

A)KONSANTRASYON PİLLERİ

1)Elektrolit konsantrasyon pilleri: Bu pillerin elektrotları aynı maddeden fakat farklı konsantrasyonlardadır. Metal iyonu pilleri bu sınıftandır. 

a)Taşımalı Piller

b)Taşımasız Piller

2)Elektrot konsantrasyon Pilleri:Bu pillere malgama elektrotlarından oluşmuş piller örnek olarak gösterilebilir.

B)KİMYASAL PİLLER

a)Taşımalı Piller

b)Taşımasız Piller

C)FİZİKSEL PİLLER

a)Yerçekimi Pilleri

b)Alotropik Piller

            Piller en basit yapılı üreteçlerdir. Birçok pilin bir araya gelmesiyle batarya adı verilen düzenekler oluşur. Bataryalardaki pil sayısı arttıkça bataryanın elektrik akımı da artar. En basit akım kaynakları pillerdir.

Kuru Pil:İletken bir sıvı içerisine ayrı özellikte iki ayrı iletken çubuk koyarak kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilecek bir pil yapabiliriz. En basit pil aynı cins eriyik içerisine batırılmış cins iki elektrottan  ibarettir.

            Kuru pilde pozitif elektrot silindir şeklinde bir karbon (kömür) çubuktur. Negatif kutup ise çinkodan yapılmış bir kaptır. Karbon çubuğun çevresi %75 mangan dioksit ile %25 kadarı toz grafitten oluşan bir karışımla sarılmıştır. Bu karışım %20’lik amonyum klorür çözeltisi ile nemlendirilir. Pilin elektroliti amonyum klorür çözeltisidir. Çinkodan yapılmış olan negatif elektrot öteki maddeler için kap görevini de görür.  ……(1)

            Kuru pil akım verirken çinko kap çözünerek çinko klorür (ZnCl₂ ) oluşturur. Kömür çubuk çevresinde hidrojen gazı toplanır. Bu gaz ise yükün geçişini zorlaştırır. Kömür çubuk etrafında mangan dioksit, manganın başka oksitlerine dönüşerek hidrojenin bu olumsuz etkisini azaltır.

            Doğru akım kaynaklarından biri de güneş pilleridir. Güneş pilleri güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürürler. Bu piller doğru akım verdiğinden doğru akım kayanağı olarak kullanılırlar. Günümüzde saatlerde, hesap makinelerinde, uydularda ve elektrik aletlerinde kullanılmaktadır.

            Bunlardan başka doğru akım jeneratörleri de doğru akım kaynaklarıdır. Bu jeneratörler çeşitli enerjileri doğru akım enerjisine dönüştürürler. Dinamolar da hareket enerjisini doğru akım enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Bisikletlerde ve taşıtlarda kullanılırlar.  

Korozyon : Korozyon, metallerin tepkimeye girerek, iyon, oksit veya hidratlı hidroksit durumuna geçmesi olayıdır. Bu olayın ekonomik etkisi çok önemlidir. Her yıl, yıllık çelik üretiminin dörtte biri kadar bir kayba sebep olur. Genellikle en sık rastlanan korozyon çeşidi elektrokimyasal türdendir. Korozyon durumundaki metal, gerçekte kısa devre yapmış bir pil gibi davranır. Elektrokimyasal pillerin kendiliğinden oluşması genellikle tehlikelidir.  

KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER :

·       Beher

·       İki adet üzerinde PbO₂ ve Pb bulunan plaka

·       Saf su ve H₂SO₄ çözeltisi

·       İki adet krokodilli kablo

·       1 adet duy

·       1 adet 1.5 voltluk ampul

·       2 adet seperatör

DENEYİN YAPILIŞI:

1.     500 ml lik behere 350 ml musluk suyu konur.

2.     Suya, üzeri Pb ve PbO₂     ile kaplanmış plakaları daldırılır ve aralarına birbirleriyle temas etmemesi için seperatör koyulur..

3.     Plakalar kablo vasıtasıyla duy üzerinden birbirine bağlanır.

4.     Suyun içerisine ampul aynana kadar sülfürik asit dökülür.

6)DENEYİN ŞEKLİ :

DENEYİN SONUCU:

            Plakaların daldırılmış olduğu ve devrenin açılmış olduğu bu sistemde;beherdeki suya yavaş yavaş H₂SO₄      çözeltisi döktük ve 50 ml kadar asit döktüğümüzde ampulün yanmaya başladığını gördük. Asit miktarı arttıkça ampulün parlaklığı arttı

DENEYİN YORUMU:

            Normalde behere, asit çözeltisi hazırlandıktan sonra plakaların daldırılıp; devrenin açılması gerekirken biz, önce su dolu behere plakaları yerleştirip daha sonra asiti yavaş yavaş döktük. Amacımız; asitin hangi oranında ampulün yanmaya başladığını gözlemlemekti.

 Deney başarıyla sonuçlandı. Ampulün yanması  bize kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştüğünü gösterdi. Aküler doldurulurken elektrotlardaki tepkimeler ters yönde yürür. Elektriksel enerji kimyasal enerjiye dönüşür. Bu yüzden, yani aküler tekrar tekrar doldurulup boşaltılabildikleri için kullanışlıdırlar.

9)KAYNAKÇA :

1.     Faruk Karaca; ÖYS Kimya; Mega Yayıncılık-1995

2.     Hüseyin Deveci; ÖYS Kimya; Salan Yayınları-2.Baskı

3.     Fen Bilgisi Laboratuarı Deney Klavuzu, Dr. Sinan Erten, Araş. Gör. Pınar Özdemir, Dr. Cemil Aydoğdu, Araş. Gör. Serkan Yılmaz; Ankara-2004

4.     Modern Üniversite Kimyası

5.     Thema Larousse Tematik Ansiklopedi; Cilt-3, Milliyet Yayınları, 1993-1994