Elektroliz

Elektroliz, bir bileşiğin içinden elektrik akımı geçirildiğinde, o bileşiğin kimyasal olarak ayrışması olayıdır.

Ancak, bu bileşiğin akışkan, yani çözelti ya da eriyik halinde bulunması gerekir.
Bu olay, 1800 yılında, VOLTA’nın ilk pili bulmasından birkaç ay sonra anlaşılmış, ama elektroliz yasaları, Michael FARADAY (1791-1867) tarafından ancak 20 yıl sonra ortaya konmuştur.

İçinden elektrik akımının geçmesine izin veren akışkan iletkene, «elektrolit Sıvı içinde elektrik akımını bu anyonlar taşır. Oysa metallerde akım, elektronlarla taşınmaktadır. Bir elektrolit içine daldırılan elektrotlar aracılığıyla bu akışkandan elektrik akımı geçirilirse, anyonlar artı yüklü elektrot (anot), katyonlar ise eksi yüklü elektrot (katot) tarafından çekilir. Yüklü iyonların bu hareketi, elektrotlarda elektrik akımı oluşmasına, yani elektroliz tepkimesine neden olur. İyonları serbest duruma geçemeyen maddeler, bu anlamda elektriği iletemeyeceklerinden, elektrolizde ayrıştırılamaz.

Elektrik akımını elektrotlara taşıyan teller, metalden yapılmıştır ve akım bunlarda elektronlar aracılığıyla taşınır.

Her elektron bir tek eksi yük iletir ve gerçekte akım şiddeti olan amper, birim zamanda devrenin bir noktasından geçen elektron sayısıdır. Katotta elektronlar, elektrot içinde aşağı doğru akar ve tepkimeye girerek, katyonun kimyasal yapısını değiş*tirirler. Sözgelimi, hidrojen iyonları (H+) birer elektron kazanarak H atomlarına dönüşür. Bu atomlar, kabarcıklar biçimi alan hidrojen gazı (H2) molekül*lerini oluşturur. Anotta ise, elektronlar anyonlardan ayrılır ve bağlantı kablosundan akıp gider, ama bu sjrada iyonun yapısını da değiştirirler. Buna karşılık, elektrodun kendi yapısı içindeki atomlar, elektron yitirerek, elektrolitte katyon halinde çözülür. Metallerdeki paslanmanın nedeni budur.

Ağırlıkları ve elektrik yükleri değişmeyen iyonlar, belirli sayıda elektronla tepkimeye girer. Bu nedenle, Faraday’ın «elektroliz yasaları Çünkü toplanan madde miktarı, elektrolizi için gereken elektrik miktarıyla ölçülebilir. Uygulamada ise, istenmeyen yan tepkimeler ortaya çıkıp, elektroliz için gerekli akımın bir bölümünü çekebilir. Bu durumda da Paraday kuralları geçerliliğini sürdürür, ama elektroliz olayının verimliliği düşer (% 50 ya da 75 dolayında).

Elektroliz olayım tersine çevirmek de olanaklıdır. Bu durumda kimyasal maddeler, elektrotlarla tepkimeye girer ve bir elektrik akımı oluştururlar. Böye bir düzenleme, yakıtlı pillerin yapımında kullanılır.

Kimyasal madde üretimi:
Sodyum klorürün elektrolizi, elektrokimyanın endüstri alanında uygulanışının ilk örneğidir. Aynı zamanda, uygulamada bazı teknik sorunların nasıl aşıldığını da gösterir. Sofra tuzu suda çözüldüğünde, iyonlara ayrılır. Metal elektrotlar kullanılarak, yalın bir pilde (anot, katot ve elektrolit düzeni) tuzlu su elektroliz edilirse, klor (Cl) iyonları anotta toplanır ve elektronlarını yitirerek, klor gazına dönüşürler. Klor gazı, çözücülerin, ağartıcılarm ve bazı plastiklerin yapımında kullanılan değerli bir hammaddedir. Buna karşılık katottaki elektrik akımları, Na+ (sodyum) iyonlarının yüklerini boşaltamaz;
Çünkü su moleküllerinin elektron çekme gücü, sodyum iyonununkinden büyüktür. Su molekülü (H20) bir elektron alıp bölünerek, hidrojen (H) atomları oluşturur. Bunlar da çözeltide hidroksil (OH” ) anyonlarını yalnız bırakarak H2 gazını oluştururlar. Giderek çözeltide, sodyum hidroksit ya da kostik soda (NaOH) yoğunluğu yükselir. Kostik soda önemli bir yan üründür. Ancak, yalın bir pilde soda, sodyum klorürle karışabileceğinden ayrılması güçtür. Ortaya çıkan alkali çözelti, anoda oksijen verebilir. Bu da istenmeyen bir yan tepkimedir.

Söz konusu sorunları çözmek için, anodun ve katodun ayrı ayrı bölmelere konduğu piller düzenlenmiştir. Castner Kellner pilinde, sodyum klorür elektroliz edilirken, cıva katot kullanılır. Anotta klor birikirken, sodyum iyonları da yüklerini vererek, katotta sodyum metaline dönüşürler. Hidrojenin cıva yüzeyine yapışması güçtür. Ancak, cıvada çözülen sodyum iyonları, sıvı bir amalgam oluşturur. Bu amalgam. pompayla ikinci bölüme aktarılır. Burada cıva, anot görevi yapar. Katotta hidrojen birikerek hidroksil’ iyonlarını oluşturur. Sonuçta sodyum hidroksit çözeltisi ortaya çıkar.

Metal anlaştırma:
An metal üretiminde, elektroliz yöntemleri büyük önem taşır.
Eskiden alüminyum elde edilirken çok pahalı bir yol olan kimyasal yöntem kullanılırdı. O tarihlerde böylesine pahalı elde edilen alüminyum, ender bulunan değerli metaller sınıfına katılmış ve Napoleon III’ün yemek takımlarının ve bazı askeri üniformaların yapımında kullanılmıştı. Günümüzde alüminyumun ucuz elde edilmesi, elektroliz yöntemlerindeki gelişmeler sonucudur.

ALÜMİNYUM ELDE ETME bölümünde bu yöntem ve yüksek tepkime özellikleri taşıyan benzeri elementlerin elde edilişi, geniş biçimde açıklanmıştır. Bu metaller, sözgelimi sodyum, tuzlu suyun elektroliziyle kolayca elde edilemez.
Çünkü sonuçta, katottan yalnızca hidrojen çıkar. Tuzun, gene eritilmiş tuz banyoları içinde ve suyun bulunmadığı ortamda çözelti haline getirilmesiyle, bu sorun yenilmiştir.

Sözgelimi magnezyumun elde edilmeinde, klor tuzu, eritilmiş sıcak sodyum ve kalsiyum klorür karışımı içinde çözülür. Magnezyum klorür ayrışarak, Mg+2 katyonları ile bunun iki katı Cl” anyonları verir. Elektrolizden sonra, anotta oluşan klor, boruyla akıtılır. Yoğunluğunun düşük olması nedeniyle erimiş tuz gölü üstünde yüzen erimiş magnezyum metaliyse, kürek*le toplanıp alınır.
Bakır da elektroliz yöntemiyle anlaştırılır. Burada işlem çok yalındır; çünkü bakır iyonu (Cu+! ) kolayca elektron alarak, katotta metal olarak toplanır.

Yöntemde, sülfürik asit ve bakır sülfat, elektrolit görevi yapar; anot ise arı olmayan bakırdan yapılır.
Anot, elektrolit içinde çözülerek, Cu+2 iyonları salar. Yabancı maddeler çözülmez ve elektroliz kabının dibine çöker. Katotta toplanan bakır % 99, 98 oranında arıdır.

Güç üretimi:
Güneş enerjisinin depolanması ve dağıtılmasında, elektroliz yönteminden yararlanılabileceği ileri sürülmektedir. Güneşten elde edilen elektrik enerjisi, suyun elektroliz yoluyla oksijen ve hidrojene ayrıştırılması için kullanılabilir. Hidrojen, günlük yaşamda, endüstride, hattâ taşıtlarda yakıt olarak kullanılabilecek bir maddedir. Kolayca depo*lanan hidrojen, yandığı zaman hava kirliliğine yol açmaz

Alıntı:nuveforum.net