25-01-2007, 11:26
|
#1 |
| Guest |
ELEKTROKİMYA
01. Elektrot Potansiyelleri ve Elektrot Potansiyellerinin Ölçümü
02. Standart Elektrot Potansiyelleri
03. Epil, ΔG, ve Kd
04. Epil in Derişime Bağımlılığı
05. Piller: Kimyasal Tepkimelerden Elektrik Üretimi
06. Elektroliz: İstemsiz Kimyasal Tepkimelerin Oluşum Nedeni
01. Elektrot Potansiyelleri ve Elektrot Potansiyellerinin Ölçümü
Elektrokimya, elektrik enerjisi üreten veya elektrik enerjisiyle yürüyen yükseltgenme indirgenme (redoks) reaksiyonlarının tümünü içine alan bilim dalıdır. Elektrokimya elektrik akımının kimyasal reaksiyonlarla olan ilişkisini açıklar. Bir elektrokimyasal olay mutlaka bir redoks reaksiyonudur. Elektrik üretir veya elektrik akımı yardımıyla bir reaksiyon oluşur. Her redoks reaksiyonu indirgenme yarım reaksiyonu ve yükseltgenme yarım reaksiyonu olmak üzere iki yarım reaksiyondan meydana gelir. Burada uzun bir metal parçası metal parçası, M, elektrokimyasal çalışmalarda kullanıldığında elektrot ismini alır. Mn+ metal iyonları içeren bir çözeltiye daldırılan bir elektrot bir yarı-hücre meydana getirir. Elektrottaki metal atomlarıyla çözeltideki metal iyonları arasındaki iki tür etkileşim olabilir.
1. Bir metal iyonu, Mn+, elektrotla etkileşerek n elektron alıp bir metal atomu, M, na dönüşebilir. Bu durumda iyon indirgenir.
2. Elektrottaki bir metal atomu, M, n elektron verir ve Mn+ iyonu olarak çözeltiye geçebilir. Bu durumda metal atomu yükseltgenir.
Metal ile çözelti arasında kurulan dengeyi aşağıdaki gibi gösterebiliriz.
yükseltgenme
M(k) Mn+(aq) + ne-
İndirgenme
Sulu çözeltide serbest elektronlar asla bulunmaz.
Bir metal elektrotun, M, kendi iyonlarını içeren bir sulu çözeltiye kısmen daldırılmasıyla bir yarı hücre meydana gelir. Elektrotta ve çözeltide bu denge nedeniyle oluşan değişimler ölçülemeyecek kadar az olması nedeniyle, ölçümlerimiz iki farklı yarı-hücrenin birleşmesini temel almalıdır. Özellikle, bir yarı-hücrenin elektrotundan diğer yarı-hücrenin elektrotuna elektronların akış eğilimini ölçmeliyiz. Elektrotlar, elektrotta yükseltgenme veya indirgenmenin oluşmasına göre ayrılır. Yükseltgenmenin oluştuğu elektrot anot, indirgenmenin oluştuğu katottur.
Yukarıdaki şekilde iki yarı-hücrenin birleşmesini göstermektedir. Yarı-hücrelerin ilkinde Cu elektrot Cu2+(aq) ile, diğerinde ise Ag elektrot Ag+ ile temas halindedir. Bu iki elektrot tellerle bir voltmetreye bağlanmıştır. Elektrik devresini tamamlamak için iki çözeltinin elektriksel olarak bağlanması da gerekir. Çözeltiler boyunca yük, iyonların göçüyle taşındığından, bunun için tel kullanılmaz. Çözeltiler ya bir gözenekli engel boyunca doğrudan temasta olmalı veya tuz köprüsü denilen bir U tüpündeki üçüncü bir çözeltiye birleştirilmelidirler. İki yarı-hücrenin uygun şekilde bağlanmış birleşimine elektrokimyasal hücre ismi verilir. Bir elektrokimyasal hücre, elektrotları bir tel ile, çözeltileri ise bir tuz köprüsüyle birleştirilmiş iki yarı-hücreden meydana gelir. (tuz köprüsünün uçları sıvının akışını engelleyen, fakat iyon göçüne izin veren gözenekli bir malzeme ile kapanmıştır). Elektronlar yükseltgenmenin meydana geldiği (anot) Cu elektrottan indirgenmenin meydana geldiği (katot) Ag elektroda akarlar. Duyarlı ölçümler için, hücreden çekilen elektrik akımı miktarı, bir voltmetre veya potansiyometre yardımıyla, çok küçük tutulmalıdır.
Elektrokimyasal hücrede olan değişikler: örneğin Cu atomları elektronları anotta bırakırlar ve Cu2+(aq) iyonları olarak Cu(NO3)2 (aq) ortamına geçerler. Cu atomlarının kaybettiği elektronlar kablodan ve voltmetreden geçerek katoda geçerler. Elektronlar burada, metalik gümüş meydana gelmesi için AgNO3 (aq) daki Ag+ iyonları tarafından alınırlar. Bu arada tuz köprüsündeki anyonlar (NO3-) fazla Cu2+ iyonlarından kaynaklanan pozitif yük fazlalığını dengelemek için bakır yarı-hücresine göç ederken, katyonlar (K+) da fazla NO3- iyonlarının negatif yükünü dengelemek için gümüş yarı-hücresine yönelirler. Elektrokimyasal hücrede akan istemli elektrik akımını oluşturan net tepkime aşağıdaki gibidir.
Yükseltgenme : Cu(k) → Cu2+(aq) + 2 e-
İndirgenme : 2 {Ag+(aq) + e- → Ag(k) }
-----------------------------------------------
Net Tepkime : Cu(k) + 2 Ag+(aq) → Cu2+(aq) + 2 Ag(k)
Voltmetrede okunan değer (0,460 V) önemlidir. Bu hücre voltajı veya iki yarı-hücre arasındaki potansiyel farkıdır. Hücre voltajının birimi volt (V), yük başına enerjidir. Bu nedenle, bir voltluk potansiyel farkı, bir elektrik devresinden geçen bir kulonluk her yük için bir jullük enerjiyi ifade eder: 1 V = 1 J / C Voltaj veya potansiyel farkını elektronlar için sürükleyici güç olarak düşünebiliriz. Hücre voltajı elektromotor kuvveti (emk) veya hücre potansiyeli olarak da isimlendirilir ve Epil simgesi ile gösterilir.
Hücre Diyagramları ve Terimler Dizgesi :
Hücre diyagramı bir elektrokimyasal hücrenin bileşenlerini simgesel olarak gösterir. Hücre diyagramlarının yazılışında genel olarak kabul edilen bilgileri izleyeceğiz.
• Yükseltgenmenin olduğu elektrot olan anot diyagramın sol tarafında bulunur.
• İndirgenmenin olduğu elektrot olan katot diyagramın sağ tarafında bulunur.
• Farklı fazların (elektrot ve çözelti gibi) arasındaki sınır tek bir dikey çizgi (|) ile gösterilir. Genellikle bir tuz köprüsü olan yarı-hücre bölmeleri arasındaki sınır çift dikey çizgi (||) ile gösterilir. Sulu çözeltideki türler çift dikey çizginin her iki yanında yer alırlar. Aynı çözeltideki farklı türler birbirlerinden virgül ile ayrılarak yazılırlar.
Örneğin:
Anot → Zn(k) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(k) ← katot Epil = 1,103 V
Yarı-hücre tuz yarı-hücre hücre voltajı
(yükseltgenme) köprüsü (indirgenme)
02. Standart Elektrot Potansiyelleri
Bir standart hidrojen elektrotta (SHE) , çözeltideki birim aktiflikleri H3O+ iyonları (yani aH3O+ = 1) ile gaz fazında 1bar basıncındaki H2 molekülleri arasında (platin gibi) soy bir metal yüzeyinde kurulan bir denge vardır. Denge tepkimesi metal yüzeyinde belirli bir potansiyel oluşturur, fakat bu potansiyel keyfi olarak sıfır alınır.
Pt üzerinde
2 H+ (a = 1) + 2 e- H2(g, 1bar) E° = 0 volt (V)
|
|
|  |