Kimya ve Elektrik → 2. Bölüm

Dersin Özellikleri:

• Seviye: Hiç Bilmeyenler İçin
• Gerekli Bilgiler:
  • Kimya ve Elektrik – I. Bölüm
• Öğretmen:
  • Muzaffer KAYA

Anlatılacak Başlıklar*:

• İstemlilik
• Elektrokimyasal Hücreler Nelerdir?
• Bir Galvanik Hücrenin Parçaları
• Galvanik Hücre Çalışırken Neler Olur?
• Galvanik Hücrede Pil Tepkimesi
• Galvanik Hücre Şeması (Şematik Gösterim)

* Konu anlatımı, örneklerle zenginleştirilmiştir.

İstemlilik

• Başlatıldıktan sonra kendiliğinden devam edebilen tepkimelere istemli tepkime, edemeyenlere istemsiz tepkime denir.
  • İstemsiz tepkimelerin devam edebilmesi için çevreden devamlı enerji almaları gerekir.
• Elektrik enerjisi istemli redoks tepkimeleri ile elde edilir.
  • Piller, aküler, bataryalar bu duruma örnektir.

Örnek:

Aşağıdaki olayların hangisinde istemli bir redoks tepkimesi gerçekleştiği söylenemez?

A) Şarja takılı olmadan cep telefonunun açılması
B) Televizyon kumandasının çalışması
C) Arabanın anahtarı yardımı ile çalıştırılması
D) Cep telefonunun şarj edilmesi
E) Pilli bir oyuncağın düğmesi açıldığında hareket etmesi.

Elektrokimyasal Hücreler Nelerdir?

• Bir kimyasal tepkime ile elektrik enerjisi arasındaki dönüşümün gerçekleştiği sistemlere elektrokimyasal hücre denir.
• 2 çeşit elektrokimyasal hücre vardır. Bunlar:
  1. Galvanik (Voltaik) Hücre: Kimyasal enerji, elektrik enerjisini dönüşür.
     • Bitmemiş pil, batarya, aküler…
  2. Elektrolitik hücre: Galvanik hücrenin tersidir. Elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüşür.
     • Şarj olan pil, batarya ve aküler

Örnek:

Aşağıdaki olayların hangisi bir elektrolitik hücre örneğidir?

A) Şarja takılı olmadan cep telefonunun çalışması
B) Televizyon kumandasının çalışması
C) Arabanın anahtarı yardımı ile çalıştırılması
D) Tablet bilgisayarın şarj edilmesi
E) Pilli bir oyuncağın düğmesi açıldığında hareket etmesi.

Bir Galvanik Hücrenin Parçaları

• Galvanik bir hücre, şu parçalardan oluşur:
  • İki adet elektrolit çözelti (tuz çözeltisi): Yarı hücre denir.
  • İki adet elektrot (metal çubuk)
  • İletken bir tel (voltmetre takılı olur)
  • Voltmetre (Pilin ürettiği elektrik miktarını ölçer.)
  • Tuz köprüsü: İçinde tuz çözeltisi olan, uçları pamukla tıkanmış bir U borusudur.
• Anot yarı hücresinde her zaman yükseltgenme
• Katot yarı hücresinde her zaman indirgenme gerçekleşir.

• Anot Yarı Hücresindeki Olaylar (+ Kutup):
  • Metal elektrot yükseltgenir ve çözünür.
  • Elektrolit çözeltinin derişimi zamanla artar.
  • Metal elektrotun kütlesi zamanla azalır.
  • Elektron veren kutuptur.
• Katot Yarı Hücresindeki Olaylar (- Kutup):
  • Çözeltideki katyonlar indirgenir ve metal elektrotun yüzeyinde toplanır.
  • Çözelti derişimi zamanla azalır.
  • Metal elektrotun kütlesi zamanla artar.
  • Elektron alan taraftır.
• Tuz Köprüsü Olayları:
  • Anyonlar anota, katyonlar katota akar.

Örnek:

Yanda verilen ve çalışmakta olan J. F. Daniell pili için aşağıdaki soruları cevaplayınız.

I) Elektrotlar hangileridir?
II) Elektrolitler hangileridir?
III) Tuz köprüsünde hangi elektrolit kullanılmıştır?
IV) Zamanla metal elektrotların kütleleri nasıl değişir?
V) Zamanla elektrolit çözeltilerin derişimi nasıl değişir?
VI) Elektrik akımı hangi yöndedir?
VII) Katot yarı hücresinde gerçekleşen yarı tepkimeyi yazınız?
VIII) Anot yarı hücresinde gerçekleşen yarı tepkimeyi yazınız?
IX) Anyonlar hangi tarafa akar?
X) Elektronlar ne tarafa akar?

• Galvanik hücrede istemli olarak gerçekleşen tepkimeye “pil tepkimesi” denir.
• Pil tepkimeleri genellikle bir denge tepkimesidir.
  • “Le Chatalier Prensibi“ne uyarlar.
• Ekzotermiktirler, elektrik akımı üretirler.
• Anot ve katotta gerçekleşen yarı tepkimeler toplanırsa pil tepkimesi bulunur:
  • Yarı tepkimeler toplanmadan önce alınan-verilen elektron sayıları eşitlenir ve sadeleşir.

• Bir hücrenin şekli çizilmeden gösterimine hücre şeması denir.
• Hücre şeması üç ana bölüm birbirini takip eder. Bu bölümler sırasıyla:
  1. Anot tepkimesidir ve şöyle gösterilir:
     • X_(k) / X⁺(1M)
  2. Tuz köprüsüdür ve şöyle gösterilir:
     • ||
  3. Katot tepkimesidir ve şöyle gösterilir:
     • Y⁺(1M) / Y_(k)

Örnek:

• Daniell pilinin pil tepkimesi:
  • Zn_(k) + Cu²⁺_(suda) ⇄ Zn²⁺_(suda) + Cu_(k)

• Daniell pilinin hücre şeması:
  • Zn_(k) / Zn²⁺_(suda) || Cu²⁺_(suda) / Cu_(k)

Standart koşullarda bulunan düzenekte, Cu elektrotun kütlesi zamanla artmaktadır.

Buna göre aşağıda verilenlerden, hangisi ya da hangileri doğrudur.

I) 1. Kap anottur.
II) Elektrik akımı 2. kaba doğrudur.
III) Katyonlar 2. kaba doğru akarlar.
IV) Pil şeması Ni_(k) | Ni²⁺(1M) || Cu²⁺(1M) | Cu_(k) şeklindedir.
V) Pil tepkimesi; Cu_(k) + Ni²⁺_(suda) ⇄ Cu²⁺_(suda) + Ni_(k) şeklindedir.
VI) Katyon derişimi 1. kapta artar.