ELEKTROLITIK HÜCRE: PARÇALAR, NASIL ÇALIŞTIĞI VE UYGULAMALARI - KIMYA - 2024

Elektrolitik hücre enerji ya da elektrik akımı olmayan bir kendiliğinden oksit indirgeme reaksiyonu yürütmek için kullanılan bir araçtır. İki elektrottan oluşur: anot ve katot.

Anotta (+) oksidasyon meydana gelir, çünkü bu bölgede bazı elementler veya bileşikler elektron kaybeder; katot (-) içindeyken, indirgeme, çünkü içindeki bazı elementler veya bileşikler elektron kazanır.

Kaynak: RodEz2, Wikimedia Commons'tan

Elektrolitik hücrede, önceden iyonize olan bazı maddelerin ayrışması, elektroliz olarak bilinen bir işlemle gerçekleşir.

Elektrik akımının uygulanması, elektrolitik hücre içindeki iyonların hareketinde bir yönelim oluşturur. Pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) şarj katoduna (-) doğru hareket eder.

Bu arada, negatif yüklü iyonlar (anyonlar) yüklü anoda (+) doğru hareket eder. Bu yük transferi bir elektrik akımı oluşturur (üstteki resim). Bu durumda, elektrik akımı, elektrolitik hücrenin kabında bulunan elektrolit çözeltileri tarafından gerçekleştirilir.

Faraday'ın elektroliz yasası, her elektrotta oksidasyona veya indirgemeye maruz kalan madde miktarının hücre veya hücreden geçen elektrik miktarıyla doğru orantılı olduğunu belirtir.

parçalar

Bir elektrolitik hücre, elektrik yükünün neden olduğu reaksiyonlara girecek malzemenin biriktirildiği bir kaptan oluşur.

Kap, doğru akım bataryasına bağlı bir çift elektrota sahiptir. Genelde kullanılan elektrotlar inert bir malzemeden yapılmıştır yani reaksiyonlarda yer almazlar.

Elektrolit çözeltisinden akan akımın yoğunluğunu ölçmek için batarya ile seri olarak bir ampermetre bağlanabilir. Ayrıca, elektrot çifti arasındaki voltaj farkını ölçmek için paralel olarak bir voltmetre yerleştirilir.

Bir elektrolitik hücre nasıl çalışır?

Erimiş sodyum klorürün elektrolizi

Katı sodyum klorüre göre erimiş sodyum klorür tercih edilir, çünkü ikincisi elektrik iletmez. İyonlar kristallerinizin içinde titreşir, ancak serbestçe hareket edemezler.

Katot reaksiyonu

İnert bir malzeme olan grafitten yapılan elektrotlar, batarya terminallerine bağlanır. Pilin artı kutbuna anodu (+) oluşturan bir elektrot bağlanır.

Bu sırada diğer elektrot, katodu (-) oluşturan pilin negatif terminaline bağlanır. Akım aküden geçtiğinde aşağıdakiler gözlemlenir:

Katotta (-) , bir elektron kazandığında metalik Na'ya dönüştürülen Na ⁺ iyonunda bir azalma vardır :

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Gümüşi beyaz metalik sodyum, erimiş sodyum klorürün üzerinde yüzer.

Anot reaksiyonu

Aksine, anotta (+) Cl ^- iyonunun oksidasyonu meydana gelir , çünkü elektronları kaybettiği ve klor gazına (Cl ₂ ) dönüştüğü için, bir gazın anotundaki görünümle kendini gösteren bir süreç soluk yeşil renk. Anotta meydana gelen reaksiyon şu şekilde özetlenebilir:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

NaCl'den metalik Na ve Cl ₂ gazı oluşumu kendiliğinden bir süreç değildir ve 800º C'nin üzerinde sıcaklıkların oluşmasını gerektirir. Elektrik akımı, belirtilen dönüşümün elektrolitik hücrenin elektrotlarında gerçekleşmesi için enerji sağlar.

Elektronlar indirgeme işleminde katotta (-) tüketilir ve oksidasyon sırasında anotta (+) üretilir. Bu nedenle elektronlar, elektrolitik hücrenin dış devresinden anottan katoda akar.

Doğru akım pili, elektronların anottan (+) katoda (-) kendiliğinden olmayan bir şekilde akması için enerji sağlar.

Aşağı Hücre

Aşağı hücre, metalik Na ve klor gazının endüstriyel üretimi için açıklanan ve kullanılan elektrolitik hücrenin bir uyarlamasıdır.

Down'un elektrolitik hücresi, metalik sodyum ve klor gazının ayrı ayrı toplanmasına izin veren cihazlara sahiptir. Metalik sodyum üretmenin bu yöntemi hala çok pratiktir.

Elektrolizle salındığında sıvı metalik sodyum boşaltılır, soğutulur ve bloklar halinde kesilir. Daha sonra, sodyum suyla veya atmosferik oksijenle temas ederek patlayıcı bir şekilde reaksiyona girebileceğinden, inert bir ortamda depolanır.

Klor gazı, endüstride esas olarak sodyum klorürün metalik sodyum üretiminden daha ucuz bir işlemle elektrolizi ile üretilir.

Uygulamalar

Endüstriyel sentezler

- Endüstride elektrolitik hücreler, çeşitli demir dışı metallerin elektro rafinasyonunda ve elektrokaplamasında kullanılır. Hemen hemen tüm yüksek saflıkta alüminyum, bakır, çinko ve kurşun, elektrolitik hücrelerde endüstriyel olarak üretilir.

-Hidrojen, suyun elektrolizi ile üretilir. Bu kimyasal prosedür aynı zamanda ağır su (D ₂ O) elde etmede de kullanılır .

-Na, K ve Mg gibi metaller, erimiş elektrolitlerin elektrolizi ile elde edilir. Ayrıca florür ve klorür gibi metal olmayan maddeler elektrolizle elde edilir. Bundan başka, NaOH, KOH, Na gibi bileşikler ₂ CO ₃ ve KMnO ₄ ile aynı prosedür ile sentezlenir.

Metallerin kaplanması ve rafine edilmesi

Daha düşük kaliteli bir metalin daha kaliteli bir metalle kaplanması işlemi elektrokaplama olarak bilinir. Bunun amacı, alt metalin aşınmasını önlemek ve onu daha çekici hale getirmektir. Elektrolitik hücreler bu amaçla elektro kaplamada kullanılır.

Saf olmayan metaller elektrolizle rafine edilebilir. Bakır söz konusu olduğunda, katot üzerine çok ince metal levhalar yerleştirilir ve anot üzerine rafine edilecek büyük saf olmayan bakır çubuklar yerleştirilir.

-Kaplanmış ürünlerin kullanımı toplumda yaygındır. Mücevher ve sofra takımı genellikle gümüştür; altın, mücevher ve elektrik kontakları üzerinde elektro biriktirilmiştir. Pek çok obje dekoratif amaçlı bakır ile kaplanmıştır.

-Arabaların krom çelik çamurlukları ve diğer parçaları vardır. Bir araba tamponunun krom kaplaması, 0.0002 mm kalınlığında parlak bir yüzey oluşturmak için yalnızca 3 saniye krom elektrodepozisyonu gerektirir.

- Metalin hızlı elektrodepozisyonu siyah ve pürüzlü yüzeyler oluşturur. Yavaş elektrodepozisyon, pürüzsüz yüzeyler oluşturur. "Teneke kutular" elektrolizle kalay kaplı çelikten yapılmıştır. Bazen bu kutular, son derece ince krom tabakasının kalınlığı ile saniyenin çok altında bir sürede krom kaplanır.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. eMedical Prep. (2018). Elektroliz Uygulamaları. Kurtarıldı: emedicalprep.com
3. Vikipedi. (2018). Elektrolitik hücre. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Prof. Shapley P. (2012). Galvanik ve Elektrolitik Hücreler. Kurtarıldı: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Araştırma Web. (Sf). Elektrolitik Hücreler. Kurtarıldı: chemed.chem.purdue.edu