Kimya laboratuvarı
Taneciği hayal et; formülü, tepkimeyi ve oranı birlikte oku.
10 bölüm · ~20 dk · 22 etkileşim
Elektrokimya, kimyasal enerji ile elektrik enerjisi arasındaki dönüşümleri inceler. AYT Kimya'da genellikle 1 soru bu konudan gelir. Konu iki ana başlıkta toplanır: Galvanik (elektrokimyasal) piller, kendiliğinden (istemli) gerçekleşen redoks tepkimeleriyle elektrik üretir. Elektroliz ise dışarıdan verilen elektrik enerjisiyle istemsiz bir redoks tepkimesini gerçekleştirir. Her iki durumda da temel kavramlar aynıdır: yükseltgenme, indirgenme, anot, katot ve standart elektrot potansiyeli. Faraday yasaları ise geçen yük ile ayrışan madde miktarı arasındaki ilişkiyi verir.
1Elektron alışverişi: yükseltgenme ve indirgenme
İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.
Elektrokimyanın her sorusu, elektronların kimden kime geçtiğini bulmakla başlar. Kartın önündeki kavramı tanecik düzeyinde düşün, sonra çevir.
K₂Cr₂O₇ bileşiğinde krom (Cr) atomunun yükseltgenme basamağı kaçtır?
2Galvanik pil: istemli tepkimeden elektrik
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Galvanik pilde iki elektrot, iki çözelti ve bir tuz köprüsü vardır. Her parçanın tanecik düzeyinde ne yaptığını kartlarla gör:
Pil şeması: Zn(k) | Zn²⁺(suda) || Cu²⁺(suda) | Cu(k). Sol taraf anot, sağ taraf katottur.
3Standart elektrot potansiyeli
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
Referans elektrot standart hidrojen elektrodudur. Standart indirgenme potansiyeli büyük olan tanecik daha kolay indirgenir (güçlü yükseltgen); küçük olan metal daha kolay yükseltgenir (aktif metal).
Aynı sonuç, anodun yükseltgenme potansiyeli ile katodun indirgenme potansiyeli toplanarak da bulunur. Potansiyel şiddet özelliğidir: Denklem 2 ile çarpılsa bile E° değeri çarpılmaz.
Sık kullanılan standart indirgenme potansiyelleri (yukarıdan aşağıya metalin aktifliği azalır):
| Yarı pil | E° (V) |
|---|---|
| Mg²⁺/Mg | −2,37 |
| Al³⁺/Al | −1,66 |
| Zn²⁺/Zn | −0,76 |
| Fe²⁺/Fe | −0,44 |
| Ni²⁺/Ni | −0,25 |
| Pb²⁺/Pb | −0,13 |
| H⁺/H₂ | 0,00 |
| Cu²⁺/Cu | +0,34 |
| Ag⁺/Ag | +0,80 |
Zn(k) \| Zn²⁺(1 M) \|\| Cu²⁺(1 M) \| Cu(k) pilinin standart potansiyeli kaç volttur? (Zn²⁺/Zn: −0,76 V; Cu²⁺/Cu: +0,34 V)
Zn(k) + 2Ag⁺(suda) → Zn²⁺(suda) + 2Ag(k) tepkimesine dayanan pilin standart potansiyeli kaçtır? (Zn²⁺/Zn: −0,76 V; Ag⁺/Ag: +0,80 V)
Cu ve Zn metallerinden hangisi 1 M HCl çözeltisinde çözünerek H₂ gazı açığa çıkarır?
4Pil çalıştıkça: derişim etkisi
Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.
Zn(k) \| Zn²⁺(1 M) \|\| Cu²⁺(1 M) \| Cu(k) pili 25 °C'de çalışmaktadır.
- I.Katot kabındaki Cu²⁺ iyonlarının derişimini artırmak
- II.Anot kabındaki Zn²⁺ iyonlarının derişimini artırmak
- III.Anot kabına, Zn²⁺ iyonlarını çöktüren bir madde eklemek
İşlemlerinden hangileri tek başına uygulandığında pil potansiyeli artar?
5Elektroliz: elektrikle istemsiz tepkime
Arada küçük sorular var, atlamadan çöz.
Elektrolizde elektrik enerjisi harcanarak istemsiz bir redoks tepkimesi gerçekleştirilir. Uygulamaları: metal kaplama (galvanoplasti), metal saflaştırma, alüminyum üretimi.
| Galvanik pil | Elektroliz hücresi | |
|---|---|---|
| Tepkime | İstemli | İstemsiz |
| Enerji dönüşümü | Kimyasal → elektrik | Elektrik → kimyasal |
| Anot | Negatif (−) kutup; yükseltgenme | Güç kaynağının pozitif (+) ucuna bağlı; yükseltgenme |
| Katot | Pozitif (+) kutup; indirgenme | Güç kaynağının negatif (−) ucuna bağlı; indirgenme |
6Faraday yasaları: yükten maddeye
Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 4 bölüm kaldı.
CuSO₄ çözeltisinden 9,65 A'lik akım 1000 saniye geçirildiğinde katotta kaç gram Cu birikir? (Cu: 64 g/mol, 1 F = 96500 C)
Erimiş NaCl'nin elektrolizinde devreden 0,4 mol elektron geçiyor. Anotta normal koşullarda kaç litre Cl₂ gazı, katotta kaç gram Na oluşur? (Na: 23 g/mol)
7Korozyon ve korunma
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Demirin nem ve oksijen etkisiyle aşınması (paslanma) bir redoks olayıdır. Demir, daha aktif bir metalle (Mg, Zn) bağlanırsa önce bu metal yükseltgenir; buna katodik koruma (kurban anot) denir. Demirin çinkoyla kaplanması (galvanizleme) de aynı mantığa dayanır.
Standart indirgenme potansiyelleri: Mg²⁺/Mg: −2,37 V; Fe²⁺/Fe: −0,44 V; Sn²⁺/Sn: −0,14 V; Pb²⁺/Pb: −0,13 V; Cu²⁺/Cu: +0,34 V; Ag⁺/Ag: +0,80 V
Toprak altındaki demir bir boru hattını korozyondan korumak için boruya bağlanacak kurban anot aşağıdaki metallerden hangisi olabilir?
8Sık yapılan hatalar
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
Aşağıdaki yargılar öğrencilerin en sık düştüğü yanılgılardan derlendi. Doğru mu, yanlış mı?
Galvanik pilde anot pozitif kutuptur.
Elektronlar çözelti ya da tuz köprüsü üzerinden akar.
Denklem katsayılarıyla E° değeri de çarpılır.
E°pil hesabında iki indirgenme potansiyeli toplanır.
Faraday hesabında iyon yükü önemsizdir.
Suyun elektrolizinde H₂ ve O₂ mol sayıları eşittir.
Kurban anot olarak Cu ya da Pb kullanılabilir.
9ÖSYM'de nasıl soruluyor
Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.
- Pil potansiyeli ve istemlilik: Standart indirgenme potansiyelleri tablo hâlinde verilir; pil potansiyeli, hangi tepkimelerin istemli olduğu ya da hangi metalin hangi çözeltide çözüneceği sorulur.
- Pil yorumları: Anot–katot, elektron akış yönü, tuz köprüsündeki iyon göçü, zamanla elektrot kütlelerinin ve iyon derişimlerinin değişimi I–II–III öncülleriyle sorgulanır.
- Derişim etkisi: Hangi değişikliğin pil potansiyelini artıracağı niteliksel olarak sorulur.
- Faraday hesapları: Akım–zaman verilerinden biriken kütle, açığa çıkan gaz hacmi; seri bağlı kaplarda madde miktarları ya da bilinmeyen bir iyonun yükü bulunur.
- Korozyon: Katodik koruma için uygun metal seçimi.
10Kısa tekrar
Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.
Anotta , katotta olur (her hücrede). Galvanik pilde anot , katot kutuptur; elektronlar dış devrede akar. Elektrolizde anot güç kaynağının ucuna, katot ucuna bağlıdır. E°pil = ; E° > 0 ise tepkime ; E° katsayılarla . Standart hidrojen elektrodu referanstır. Q = ; 1 F = = 1 mol e⁻. Seri bağlı kaplardan geçer. Katodik korumada demirden daha bir metal (Mg, Zn) kullanılır.