Elektroliz - Kimyasal Madde üretimi- Metal Anlaştırma - Güç üretimi - Sodyum Klorürün

Elektroliz - kimyasal madde üretimi- metal anlaştırma - güç üretimi - sodyum klorürün


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 son*ra ortaya konmuştur

İçinden elektrik akımının geçmesine izin veren akışkan iletkene, «elektrolit Sıvı içinde elektrik akımını bu anyon*lar taşır Oysa metallerde akım, elektronlarla taşın*maktadır 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:
Ân 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
Bakır da elektroliz yöntemiyle anlaştırılır Burada işlem çok yalındır; çünkü bakır iyonu (Cu+! ) kolayca elektron alarak, katotta metal olarak toplanır Yoğunluğunun düşük olması nedeniyle erimiş tuz gölü üstünde yüzen erimiş magnezyum metaliyse, kürek*le toplanıp alınır

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 yolaçmaz