Doymuş NACL çözeltisinin Hidrolizi

DENEYİN ADI :Doymuş NaCl çözeltisinin elektrolizi


DENEYİN AMACIoymuş NaCl çözeltisinin elektroliz sonucu elementlerine ayrışmasının incelenmesi.

ELEKTROLİZ

Kendiliğinden oluşmayan bir kimyasal tepkimenin elektrik enerjisi yardımıyla gerçekleşmesine ,yani elektrik enerjisin kimyasal enerjiye dönüşmesine ELEKTROLİZ denir.
Elektrolit ,elektrik akınını ileten katyon ve anyon içeren saf sıvı ya da sulu çözeltilerdir.Sıvı halde ya da suda çözündüğünde iyonlarına ayrışabilen bir madde içerisinden doğru akım geçirildiğinde kendiliğinden oluşmayan indirgenme ve yükseltgenme olayı gerçekleşerek ,elektrolit içindeki bazı elementlerin açığa çıkması olayı elektrolizdir.
Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek bazı maddelerin ayrıştırılarak elementlerini serbest olarak açığa çıkarma işlemine elektroliz denir.
Elektroliz yapabilen bir çok madde vardır. Örneğin;NaCl,KL,NaNO3,SO4 gibi tuzlar.HCl,HHNO3 gibi asitler, NaOH,KOH,Ca(OH)2 gibi bazlar, bazı oksit bileşikleri ya sıvı halde yada sulu çözeltilerinde elektroliz yapılarak ayrıştırılabilirler.Bir elektroliz için doğru akım güç kaynağı ,elektrotlar ve elektrolit gerekir.
(zafer yayınları kimya sy :446-447)

ERİMİŞ MADDELERİN ELEKTROLİZİ:

İyonik bileşikler ısıtılırsa sıvı hale geçer.Sıvı hale geçmiş iyonlu maddelerde oluşan anyon ve katyonlar ,anot ve katotta serbest hale geçerler .

ÖRNEK:Erimiş KCl ‘nin elektrolizinde anot ve katot tepkimelerini yazalım .

1.KCl(k) K(+)+Cl(-)
anot katot

Cl(-)(anyon) K(+)(katyon)
Yükseltgenme indirgenme
(e- verme) (e- alma)

2.Anot tepkimesi:Cl(-) 1/2Cl2 +e-

3.Katot tepkimesi: K(+) + e K(s)
ısı
1,2 ve 3 tepkimelerini taraf tarafa toplarsak : KCl(k ) elektroliz K(k)+1/2Cl2(g)
-


SULU ÇÖZELTİLERİN ELEKTROLİZİ:
Suda çözündüğünde iyonlarına ayrışabilen maddelerin oluşturduğu anyon ve katyon yanında ,H2O’nun varlığı anot ve katot tepkimesinin belirlenmesini güçleştirir.
Örneğin;KCl çözeltisini inceleyelim.

KCl(k) K(+)(aq)+Cl(-)(aq)

H2O(s) H(+) (aq)+OH(aq)

Anot (+) Katot(-)

Cl(-) K(+)
OH(-) H (+)
H2O H2O


Anoda yakın olan çözeltide Cl (-) iyonları ile çok az miktarda OH(-) iyonları ve H2O bulunur .Katoda yakın olan çözeltide ise ,K(+) iyonları ile çok az miktarda H(+) iyonları ile H2O bulunur .
Birden çok anyon ve katyonun bulunduğu elektroliz kaplarında ,anot ve katotta ilk önce hangi anyon ve katyonun açığa çıkacağını anlamak için üç değişik yol izlenebilir.
1.Anyon ve katyonların indirgenme gerilimleri bilinmelidir.İndirgenme gerilimi büyük olan katyon ilk önce açığa çıkar.İndirgenme gerilimi küçük olan anyon ilk önce açığa çıkar.
2.Anyon ve katyonların elektron verme eğilimleri bilinmelidir.Elektron verme eğilimi en küçük olan katyon ilk önce açığa çıkarken ,elektron verme eğilimi en büyük olan anyon ilk önce açığa çıkacaktır.
3.Anyon ve katyonların aktiflik sırası bilinmelidir.Elektroliz kabında anot ve katot üzerinden pasif olanlar ilk önce açığa çıkar.Aktiflik metaller için elektron verme eğilimi,ametaller için elektron alma eğilimidir.
KATYONLARIN AKTİFLİK SIRASI:

K+,Ba+2,Ca+2,Na+1,Mg+2,Al+3,Zn+2,Fe+2,H+1,Cu+2,Hg+ 2,Ag+2,Pt+3,Au+3
Aktif Pasif

ANYONLARIN AKTİFLİK SIRASI :

F(-),SO4-,NO3-,OH(-),Cl(-),Br(-),I(-)

Aktif Pasif


Bu bilgilerden herhangi birinin bilinmesi ,çok iyonlu elektrolizlerde anot ve katotta ilk önce hangi maddenin açığa çıkacağını verecektir.
Yukarıdaki KCl çözeltisinin elektrolizinde ;katotta toplanan K+ ve H+ ve H2O dan K+ ‘nın indirgenme gerilimi ya da elektron alma eğilimi küçük olduğu için H+ indirgenmelidir.Ancak nötr çözeltilerde H+ iyonları derişimi az olduğu için H2O indirgenir.
(modern üni. Kimyası sy :410)
KATOT TEPKİMESİ:

2 H2O+2 e- H2(g)+2OH-

Anotta toplanan elektronlar içinde elektron verme eğilimi en büyük olan Cl(-) olduğundan ilk önce Cl(-) toplanır .

ANOT TEPKİMESİ:

Cl(-) 1/2Cl2+ e-

ELEKTROLİZDE TOPLANAN MADDE MİKTARI:
Bir elektroliz devresinde anot ve katotta toplanacak madde miktarı ,devreden geçen elektrik akımının yükü ile doğru orantılıdır .
Elektrik yükü =Akım şiddeti*zaman
Q=I*t
Akım şiddeti amper ,zaman saniye alınırsa yük miktarı kolon olarak hesaplanır .1 mol elektrik yüküne 1F denir .
Elektrik akımı ile kimyasal değişim arasındaki ilişkileri inceleyen kurallar faraday yasası olarak bilinir .
Bir elektrik devresinde anot ve katotta açığa çıkan madde miktarı ,devreden geçen elektrik yükü miktarı ile doğru orantılıdır.
Devreden 1 faradaylık yük geçtiğinde anot ve katotta bire eşdeğer gram madde açığa çıkar.
Farklı elektroliz kaplarında aynı miktar elektrik yükü ile yapılan elektrolitlerle açığa çıkan maddelerin eşdeğer gram sayıları eşit olur .
Seri bağlı elektroliz kaplarında anotlarda yada katotlarda toplanan maddelerin eşdeğer sayıları eşit olur .


NaCl’ nin elektrolizi için iki yol düşünülebilir.Birincisi NaCl ‘ün sudaki çözeltisi ,ikincisi de ısıtılarak sıvı hale getirilmiş NaCl elektroliz edilebilir.
Çözeltinin çok seyrek olması halinde su elektroliz olmaktadır . Bu durumda pil reaksiyonları :
Anot :2H2O O2+4H(+)+4e(-)
Katot :4 H2O+e(-) 2H2+OH(-)
Toplam:6 H2O O2+2 H2+4H+OH

Çözeltinin konsantrasyonun yüksek olması halinde anotta su yerine klorür iyonları yükseltgenir.

Anot :2Cl(-) Cl2+2e(-)
Katot : 2H2O+2e(-) H2+ 2OH(-)
Toplam:2Cl(-)+2H2O Cl2+ H2+ 2OH(-)
Konsantrasyonları farklı iki çözeltide katot reaksiyonları aynı iken ,anot reaksiyonları farklıdır .Böyle bir değişikliğin nedenini standart anot potansiyellerini karşılaştırarak açıklayabiliriz.

H2O 1/2 O2+2H+2e(-) E=-1.23V

2Cl Cl2+2e(-) E=-1.36 V

Standart elektrot potansiyellerini karşılaştırdığımızda klorür iyonlarının suya göre daha güç yükseltgeneceğini ancak potansiyeller arasındaki farkın çok küçük olması nedeniyle yüksek klorür konsantrasyonunda su yerine klorürün yükseltgendiğini söyleyebiliriz.Üç çeşit ürünün elde edilmesi nedeniyle NaCl çözeltisinin elektrolizi ,teknikte kullanılan en önemli yöntemlerden biridir.
Erimiş NaCl çözeltisinin elektrolizi:

Anot :2Cl Cl 2 +2e(-)
Katot:2Na + 2e (-) H2 +2Na
Toplam: 2Cl+2Na Cl 2 +2Na reaksiyonu gerçekleşmektedir.Bu yöntem metal halinde sodyum elde edilmesi için kullanılır . ( deney föyü elektroliz deneyi)