ELEKTROLİZ YASALARI VE HESAPLAMALAR

Kimya dersi, elektroliz konusu. Faradayın 1. ve 2. Elektroliz yasası. Devreden geçen akım değeri ve yük miktarı ile toplanan madde miktarının hesaplanması.

Faraday Kanunları

Faraday’ın 1. Elektroliz Kanunu

Bir elektroliz devresinde açığa çıkan madde miktarı, devreden geçen elektrik yük miktarı ile doğru orantılıdır.

m: Elektrotlarda değişen madde miktarı

Q: Elektrik yük miktarı

A: Elementin kütlesi

n: Alınan veya verilen elektron sayısı

Faraday’ın 2. Elektroliz Kanunu

Aynı miktar elektrik yükü farklı elektrolitlerde geçirilirse, elektrotlarda değişen madde miktarları, bu maddelerin eşdeğer kütleleriyle doğru orantılıdır.

Buna göre devreden 1 faradaylık elektrik miktarı geçerse, elektrotlarda 1 eşdeğer – gram madde açığa çıkar.

Q = I.t

Q: Yük miktarı (Coulomb)

I: Akım şiddeti (Amper)

t: zaman (saniye)

1 elektron yükü 1,6x10^-19 C dur.

1 mol elektron 6,02x10²³ adettir.

1 mol elektron ≅ 96500 C dur.

96500 C = 1 Faraday dır.

1 amper = 1C.1s

Eşdeğer – Gram ağırlık

E = A/d

E: Eşdeğer – gram ağırlık

A: Elementin atom ağırlığı

d: Değerlik

E_s = m_v/E

E_s: Eşdeğer gram sayısı

m_v: Elementin verilen kütlesi

E: Eşdeğer gram ağırlık

Soru – 1 

ZnSO₄ çözeltisinin elektroliz işleminde katotta meydana gelen tepkime;

Zn⁺² + 2e^- → Zn

Şeklindedir.

Buna göre elektroliz devresinde 24125 C yük geçerse katotta toplanan Zn kütlesi kaç g olur?

(Zn = 65,39 g)

Çözüm:

Zn⁺² + 2e^- → Zn

Tepkimesine göre 1 mol Zn elde etmek için iki mol elektron gerekmektedir. 2 mol elektron yükü;

2 . 96500 = 193000 C dur.

1 mol Zn 65,39 g dır. Buna göre 65,39 g Zn eldesi için 193000 C elektrik yüküne ihtiyaç vardır. Orantı kurarsak;

193000 C                     65,39 g Zn

24125 C                      x

x = 8,17 g Zn birikir.

Soru – 2 

PbSO₄ bileşiğinin elektrolizinde katotta gerçekleşen tepkime;

Pb⁺² + 2e^- →Pb şeklindedir.

Devreden 30 Amper akım geçtiğine göre 310,8 g kurşun elde etmek için devreden kaç saat süre ile akım geçirilmelidir.

(Pb = 207,2)

Çözüm:

Devreden 30 A akım geçtiğine göre 1 saniyede geçen yük miktarı 30 C dur.

Biz 310,8 g kurşun eldesi için gereken yük miktarını hesaplayacağız ve bu yükün kaç saniyede devreden geçeceğini bulacağız.

Pb⁺² + 2e^- →Pb

Tepkimesine göre 1 mol Pb elde etmek için gerekli olan yük miktarı,

Q = 96500 . 2 = 193000 C dur.

1 mol Pb 207,2 gramdır. 310,8 gram kurşunun kaç mol olduğunu bulalım.

1 mol Pb                         207,2 g

x                                    310,8 g

x = 1,5 mol

Şimdi 1, 5 mol Pb elde etmek için gerekli yük miktarını bulalım.

1 mol Pb için                       193000 C

1,5 mol Pb için                       y

y = 289500 C

1,5 mol Pb için 289500 C yük gerekmektedir. Bu yükün kaç saniyede devreden geçtiğini bulalım.

1 saniyede                      30 C geçerse

t saniyede                       289500 C geçer

t = 9650 saniye.

3600 saniye 1 saat

Soru - 3

Birbirlerine seri bağlanmış iki kapta CaCl₂ ve NaCl maddeleri elektroliz edilmektedir. 1. kapta 18,4 g Na metali açığa çıktığına göre diğer kapta oluşan Ca miktarı kaç gramdır?

(Na = 23, Ca = 40)

Çözüm:

Na metalinin indirgenme yarı tepkimesi,

Na⁺ + e^- → Na şeklindedir.

1 mol = 1 Farad lık yük 23 gram Na metali açığa çıkarmaktadır. 18,4 gram Na metalini;

1 Farad                           23 gram

x                                    18,4 gram

x = 0,8 Farad

NaCl maddesinin bulunduğu kapta 18.4 gram Na metalinin açığa çıkması için 0,8 Farad elektrik yükü geçmiştir. Kaplar seri bağlı olduğundan CaCl₂ maddesinin olduğu kapta geçen yük miktarı da 0,8 Farad dır.

0,8 Faradlık yükün kaç gram Ca metali açığa çıkaracağını bulmamız gerekiyor.

Ca atomunun indirgeme yarı tepkimesi;

Ca⁺² + 2e^- → Ca

Bu tepkimeye göre 1 mol Ca atomu için 2 mol = 2 Faradlık elektrik yüküne ihtiyaç vardır. 1 Faraday elektrik yükü 0,5 mol Ca elementi açığa çıkarır. Ca elementinin atom kütlesi 40 olduğundan bir mol Ca atomu 40 gramdır. 0,5 mol Ca atomu 20 gramdır.

Buna göre,

1 Farad                      20 gram Ca

0,8 Farad                    x

x = 20.0,8 = 16 gram olarak bulunur.

2. Yol

Bazı kaynaklarda eşdeğer gram sayıları ile işlem yapıldığından kafanızın karışmaması açısından eşdeğer gram sayılarıyla işlemi tekrarlayalım.

Na iyonunun indirgenme yarı tepkimesi,

Na⁺ + e^-  → Na şeklindedir. Bu denklemde Na metalinin iyon yükü 1 dir.

1 eşdeğer gram Na metali

Ca⁺ iyonunun indirgenme yarı tepkimesi,

Ca⁺² + 2^- →Ca şeklindedir. Ca metalinin iyon yükü 2 dir.

1 eşdeğer gram Ca metali,

Açığa çıkan Na elementinin eşdeğer gram sayısı, açığa çıkan Na kütlesinin Na elementinin atom kütlesine bölünmesiyle bulunur.

Seri bağlı elektroliz devresinde Faradayın 2. Kanununa göre her iki kapta oluşan elementlerin eşdeğer gram sayıları eşittir. Buna göre 0,8 eşdeğer gram Na elementi oluştuysa 0,8 eşdeğer gram da Ca atomunun oluşması gerekmektedir.

1 eşdeğer gram Ca                  Ca 20 g ise

0,8 eşdeğer gram Ca                 m 

m = 20.0,8 = 16 gram

Elektroliz Konu Anlatımı

Elektrokimya Çözümlü Sorular

SANATSAL BİLGİ

09/09/2017