Elektroliz: elektrik enerjisiyle istemsiz redoks tepkimesinin gerçekleştirilmesi; elektroliz hücresinde katot (−, indirgenme) ve anot (+, yükseltgenme); erimiş tuzların ve sulu çözeltilerin elektrolizi, suyun elektrolizi; elektrik ve madde ilişkisi, Faraday kanunları (1 F = 96 500 C, Q = I · t), açığa çıkan madde miktarının hesaplanması; elektroliz uygulamaları (metal kaplama, alüminyum üretimi, bakırın saflaştırılması, klor-alkali endüstrisi); korozyon ve demirin paslanması, korozyonu hızlandıran etkenler, korozyondan korunma yöntemleri (boyama, kaplama, galvanizleme, katodik koruma – kurban anot, alaşım, pasifleşme).
Elektroliz
Elektroliz: Dışarıdan verilen elektrik enerjisiyle istemsiz bir redoks tepkimesinin gerçekleştirilmesi (pilin tersi)
| Galvanik pil | Elektroliz hücresi | |
|---|---|---|
| Enerji dönüşümü | Kimyasal → elektrik | Elektrik → kimyasal |
| Tepkime | İstemli | İstemsiz |
| Anot | − kutup, yükseltgenme | + kutup, yükseltgenme |
| Katot | + kutup, indirgenme | − kutup, indirgenme |
💡 Her iki hücrede de anotta yükseltgenme, katotta indirgenme olur; yalnızca kutup işaretleri farklıdır.
Erimiş NaCl: Katot: Na⁺ + e⁻ → Na · Anot: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
Suyun elektrolizi (iletkenlik için az H₂SO₄): Katotta H₂, anotta O₂ → hacimce 2 : 1
Sulu çözeltilerde: Aktif metal iyonları (Na⁺, K⁺, Mg²⁺) yerine su indirgenir → H₂ çıkar; Cu²⁺, Ag⁺ gibi iyonlar metal olarak toplanır.
| Elektroliz edilen | Katotta (−) | Anotta (+) |
|---|---|---|
| Erimiş NaCl | Na (k) | Cl₂ (g) |
| Su (az H₂SO₄ ile) | H₂ (g) | O₂ (g) |
| Derişik sulu NaCl | H₂ (g) | Cl₂ (g) |
| Sulu CuSO₄ | Cu (k) | O₂ (g) |
Faraday kanunları ve uygulamalar
Elektrik ve madde ilişkisi:
- Q = I · t (yük = akım × süre)
- 1 mol elektronun yükü = 1 Faraday = 96 500 C
- Açığa çıkan madde mol sayısı = (elektron mol sayısı) / (iyon yükü)
Örnek: CuSO₄ çözeltisinden 9650 C yük geçiriliyor (Cu = 64 g/mol)
- Elektron mol sayısı = 9650 / 96 500 = 0,1 mol e⁻
- Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu → 0,05 mol Cu = 3,2 g Cu
Seri bağlı kaplar: Aynı yük geçtiği için açığa çıkan maddelerin eşdeğer miktarları eşittir (0,1 mol e⁻ → 0,1 mol Ag ama 0,05 mol Cu).
Uygulamalar:
- Kaplama (galvanoteknik): Kaplanacak cisim katot, kaplama metali anot (çatal-bıçağı gümüşle, takıyı altınla kaplamak)
- Alüminyum üretimi: Boksitten elde edilen Al₂O₃ eritilip elektroliz edilir (Hall-Héroult yöntemi); çok elektrik harcar → geri dönüşüm büyük enerji tasarrufu sağlar.
- Bakırın saflaştırılması: Ham bakır anot, saf bakır katot
- Klor-alkali endüstrisi: Sulu NaCl elektroliziyle Cl₂, H₂ ve NaOH üretimi
Korozyon ve korunma
Korozyon: Metallerin çevresindeki maddelerle (O₂, su, asit) redoks tepkimesine girerek aşınması
Demirin paslanması:
- Anot bölgesi: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ · Katot bölgesi: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
- Sonuçta kırmızı-kahverengi pas (Fe₂O₃ · xH₂O) oluşur; pas gözenekli olduğu için demiri korumaz, aşınma sürer.
- Su ve oksijen birlikte gereklidir; tuz (deniz kenarı, kışın yola dökülen tuz) ve asit yağmuru korozyonu hızlandırır.
Korunma yöntemleri:
| Yöntem | Örnek |
|---|---|
| Yüzeyi kaplama | Boya, yağ, plastik, emaye |
| Galvanizleme | Demirin çinko ile kaplanması (çinko çizilse bile önce o yükseltgenir) |
| Katodik koruma (kurban anot) | Gemi gövdesine, boru hatlarına Mg veya Zn blok bağlamak → aktif metal demir yerine aşınır |
| Alaşım | Krom ve nikelle paslanmaz çelik |
| Pasifleşme | Alüminyum yüzeyinde oluşan ince, sağlam Al₂O₃ tabakası metali korur |
💡 Korozyon her yıl dünya ekonomisine büyük maliyet getirir; köprüler, gemiler ve boru hatları düzenli korunur.
Kavramlar
- elektroliz
- elektrikle kimyasal ayrıştırma
- Faraday
- 96 500 C, 1 mol elektronun yükü
- galvanizleme
- demiri çinkoyla kaplama
- kurban anot
- korunacak metal yerine aşınan aktif metal
- korozyon
- metalin kimyasal aşınması
- Elektroliz: elektrik enerjisiyle istemsiz redoks
- Elektrolizde anot (+) yükseltgenme, katot (−) indirgenme
- Suyun elektrolizi: katotta H₂, anotta O₂ (2 : 1)
- 1 F = 96 500 C = 1 mol e⁻; Q = I · t
- Kaplamada kaplanacak cisim katot olur
- Korozyona karşı boya, galvanizleme, kurban anot, paslanmaz çelik
Örnek soru ve çözümü
Tabloya göre derişik sulu NaCl çözeltisi elektroliz edildiğinde katotta neden sodyum değil hidrojen gazı açığa çıkar?
| Elektroliz edilen | Katotta (−) | Anotta (+) |
|---|---|---|
| Erimiş NaCl | Na (k) | Cl₂ (g) |
| Su (az H₂SO₄ ile) | H₂ (g) | O₂ (g) |
| Derişik sulu NaCl | H₂ (g) | Cl₂ (g) |
| Sulu CuSO₄ | Cu (k) | O₂ (g) |
Na⁺ iyonlarının indirgenme eğilimi suyunkinden çok düşüktür (Na çok aktif bir metaldir). Bu yüzden katotta su indirgenir: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻. Anotta klorür iyonları yükseltgenerek Cl₂ gazı oluşturur; çözeltide NaOH birikir.
Çözümlü örnekler
1. 2 A akım 965 s boyunca geçirilirse kaç C yük taşınır? Kolay
ÇözümQ = 2 · 965 = 1930 C.
2. AgNO₃ çözeltisinden 0,2 mol elektron geçirilirse kaç g gümüş toplanır? (Ag = 108) Orta
ÇözümAg⁺ + e⁻ → Ag → 0,2 mol Ag = 21,6 g.
3. Gemi gövdesine bağlanan magnezyum blokların gövdeyi nasıl koruduğunu açıklayınız. Zor
ÇözümMagnezyum demirden daha aktiftir (indirgenme potansiyeli daha negatif); elektron vererek kendisi yükseltgenir ve aşınır. Demir katot gibi davranarak korunur. Bloklar aşındıkça yenilenir.
Sık yapılan hatalar
- Elektrolizde de anodun negatif kutup olduğunu sanmak.
- Sulu NaCl elektrolizinde katotta sodyum toplandığını düşünmek.
- Pasın demiri koruduğunu sanmak (gözeneklidir).
Biliyor muydun?
Bir alüminyum kutuyu geri dönüştürmek, aynı kutuyu boksitten yeniden üretmeye göre yaklaşık %95 daha az enerji harcar; çünkü en çok enerji elektrolizde harcanır!