ELEKTROLİZDE YÜK VE KÜTLE

12. Sınıflar kimya konusu. Elektroliz olayında elektrik yükü ile kütle ilişkisi. Devreden geçen akım ile yük miktarını ve oluşan ürün kütlesini hesaplama.



Bir elektroliz devresinde devreden geçen elektrik yükü ile azalan veya artan madde miktarları arasında doğru bir orantı vardır. 

Devreden geçen yük sabit tutulur, elektrolitler değiştirilirse bu elektrolitlerin elektrotlarında oluşan ve azalan madde miktarları bu maddelerin eşdeğer kütleleriyle doğru orantılıdır. 


Elektroliz hesaplamalarında genellikle 1 mol elektron yükü üzerinden işlem yapılır.

Avogadro sayısı, 6,02x1023  idi. Öyleyse 6,02x1023 adet elektron 1 moldür.

1 mol elektronun yükleri toplamı 1 Faraday olarak kabul edilmiştir.

1 adet elektron yükü 1,6x10-19 C dur. Bu kısaltılmış miktardır. 

Gerçekte 1 adet elektron yükü 1,602208x10-19 C dur.

Avogadro sayısı da gerçekte 6,022.1023 tür.

Hesaplamalarda kolaylık açısından virgülden sonra 2 basamak kullanılmaktadır. Hem Avogadro sayısının hem de Coulomb sabitinin virgülden sonrası 15 basamaktan fazladır.

1 mol elektron yükü 6,022x1023 . 1,6022x10-19 = 96485 C olur.

1 mol elektron yükü  hesaplamalarda kolaylık olması açısından 96500 C olarak kabul edilmektedir.

Bu yuvarlatılmış değerler sonucu fazla değiştirmemektedir.


Elektrik akımı iletken telden birim zamanda geçen yük miktarıdır. Elektrik akım birimi amperdir. 1 amper bir telin herhangi bir kesitinde 1 saniyede geçen yük miktarıdır.

1A = 1C/1s

1 Coulomb = 1 A . 1 s dir.

Bu eşitlik aşağıdaki şekilde verilir.

Q = Ixt

Bu eşitlikte akım şiddeti (I) ve süre (t) değiştikçe Coulomb yük miktarı (Q) da değişecektir.

Örnek:

Bir ZnSO4 çözeltisinin elektrolizinde katotta meydana gelen tepkime aşağıdaki gibidir.

Zn+2 + 2e-  → Zn

(Zn = 65 g)

Buna göre;

1- Katotta 1 mol Zn elementi birikmesi için devreye verilmesi gereken yük miktarı kaç Coulombdur?

2- Devrede 1 Amperlik akım geçerse 4 saat sonunda katotta biriken Zn miktarı kaç gram olur?

3- Kapta bulunan toplam Zn elementi kütlesi 91 gram olduğuna göre ve devreden geçen akım 4 Amper olduğuna göre, kaç saat sonra kaptaki Zn elementi biter?



Çözüm:

Katotta gerçekleşen

Zn+2 + 2e- → Zn

Tepkimesine göre 1 mol Zn+2 iyonu 2 mol elektron alarak 1 mol Zn metalini oluşturmaktadır.

2 mol elektronun yükü 2.96500 C = 193000 C dur. Bu aynı zamanda bu elektron yükünü katotta indirgemek için devreye verilmesi gereken yük miktarıdır.

Buna göre katotta 1 mol Zn metali birikmesi için devreye verilmesi gereken yük miktarı 193000 C dur.


2- Devreden 1 Amperlik akımın geçmesi demek iletkenin herhangi bir kesitinden saniyede 1 C yük geçişi demektir.

1 saniyede 1 C yük geçerse 4 saatte kaç C yük geçer hesaplayalım.

1 saat 60 dk, 1 dakika 60 saniyedir. Öyleyse 1 saat 60 . 60 = 3600 saniyedir.

4 saat 3600 . 4 = 14400 saniyedir.

1 saniyede 1 C yük geçiyorsa 14400 saniyede 14400 C yük geçer.

Katotta 1 mol Zn birikmesi için 2 mol elektron gerekli idi. 2 mol elektronun yükü 193000 C idi.

Çinkonun mol kütlesi 65 olduğundan 193000 C elektrik yükü 65 g Zn elementi oluşturmaktadır.


Orantı kuralım.


193000 C                   65 g Zn

14400 C                     x


x = 4,85 g Zn 

Buna göre 1 amperlik akımla 4 saatte katotta 4,85 g Zn elementi birikir.


3- 

Devreden geçen akım miktarı 4 A ise;

Elektrik akım şiddeti, devrenin herhangi bir kesitinden 1 saniyede geçen yük miktarı idi.

Q = Ixt bağıntısından

I = Q/t bağıntısına geçiş yapabiliriz.

I = Q/t

4 = Q/1

Q = 4 C dur.

Bu miktar devreden 1 saniyede geçen yük miktarıdır.

1 mol = 65 g Zn elementi elde etmek için 193000 C yük gerekiyordu. 91 g Zn elementi için gereken yük miktarını bulmalıyız.

65 g Zn için                     193000 C

91 g Zn için                         x


x =91.193000
65




x = 270200 C

91 gram Zn elde etmek için devreden geçmesi gereken yük miktarı 270200 C dur. Bu yükün saniyede 4 C ile kaç saniyede devreden geçeceğini bulalım.


1 saniyede                    4 C

t saniyede                     270200 C


t =270200
4




t = 67550 saniye

1 saat 3600 saniyedir. 67550 saniye;

67550 = 18,76 saat
3600




= 18 saat 45 dakika 50 saniye

4 Amperlik akım ile 18,76 saatte 270200 C yük geçişi olmakta ve katotta 91 gram Zn metali birikmektedir.


Elektroliz Hesaplamaları




SANATSAL BİLGİ

16/09/2017

  • YORUM YAZ
  • ADI SOYADI(veya nick)
  • YORUM
COPYRIGHT© HER HAKKI SAKLIDIR
Sitede Yer Alan Bilgi Belge Ve Materyallerin İzinsiz olarak Kopyalanması ve Alıntılanması Yasaktır

SANATSAL BILGI