Download
1 / 35
E N D
Kimya Proje Ödevi Elektrokimyasal Piller ve Çalışma Sistemleri
ElektroKimya • Genel anlamda elektrokimya elektrik enerjisi üreten veya harcayan redoks reaksiyonlarını inceler. • Elektrokimya pratikte büyük öneme sahip bir konudur.Piller akümülatörler kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklerdir ve günlük hayatımızda çok çeşitli amaçlar için elektrik enerjisi kaynağı olrak kullanılırlar.
Bazı metallerin sat eldesi vaya yüzeylerin başka bir metalle kaplanmasıda elektrokimyasal yöntemlerle yapılır. • Gerek redoks olmayan reaksiyonlar gerek redoks reaksiyonları kendi içlerinde çeşitli türlerde reaksiyon verirler.
Elektrokimyasal Piller • Luigi Galvani , 1780 yılında ölü bir kurbağanın bacağındaki sinirlerin kesildiğinde, kasıldığını gözlemlemiştir.Bu gözlemine dayanarak da ‘ hayvansal elektrik ‘ teorisini ortaya atmıştır.
Assendro Volta , Luigi Galvani’nin deneylerini daha da geliştirerek elektrik elde edebilmek için iki farklı metale ve sıvıya ihtiyaç olduğunu öne sürmüş ve ilk pili icat etmiştir.Daha sonra John Frederick Daniell , Voltanın icat ettiği pili daha da geliştirerek kullanılabilir elektrik enerjisi elde etmeyi başarmıştır.
Galvanik Hücre (Pil) : İki yarı hücrenin iletken tel ve tuz köprüsüyle birleştirilmesi sonucu oluşan ve kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü sisteme ise galvanik hücre (pil) denir. Halk dilinde ‘pil’ adını alan sistemler aslında galvanik hücrelerdir.
Elektrolit : İçinde iyonlaşan madde bulunan ve elektriği ileten çözeltiye elektrolit denir. • Elektrot: Elektrokimyasal çalışmalarda çözeltilere daldırılmış bir metalin tel veya levha halinde kullanılmasına elektrot denir. • Yarı Hücre: Bir elektrotla bu elektrotun daldırıldığı çözeltinin oluşturduğu sisteme yarı hücre denir.
Anot : Galvanik hücre reaksiyonlarında yükseltgenmenin olduğu elektroda anot denir. • Katot : Galvanik hücre reaksiyonlarında indirgenmenin olduğu elektroda katot denir. • * Elektronlar daima iletken tel yardımıyla anottan katoda doğru hareket ederler.
Tuz Köprüsü • U şeklinde, içinde suda çok iyonlaşan ( KNO3 , KCL , NaNO3 vb.) tuz çözeltileri bulunan cam borudur. • Her iki kapta bulunan çözeltilerin birbirleriyle temasını sağlayarak pilin çalışması sağlanır. • Tuz köprüsünde ki anyonlar anota, katyonlar ise k0toda girer.
Galvanik Hücrelerin Çalışma İlkesi • Galvanik hücrelerde kullanılabilir bir enerji elde edebilmek için indirgenme yükseltgenme olayları farklı iki kapta gerçekleşmelidir.Bu olaylar gerçekleşirken yükseltgenme sırasında verilen elektronlar iletken tel vasıtasıyla indirgenmenin olduğu tarafa iletilir.Böylece dış devrede , devre tamamlanmış olur.
Pozitif yükün anota, negatif yükün katoda kutuplanması sonucu pilde kısa devre olacağından pil çalışmaz. Bu kutuplaşmayı önlemek için iki kap arasına doymuş KCL ya da NH4 NO3 çözeltisinden oluşan tuz köprüsü yerleştirlir .Tuz köprüsü sayesinde anyonlar anoda , katyonlar da katoda doğru hareket eder. Böylece kutuplanma önlenmiş olur.
Anot ve katot arasında ki elektriksel potansiyel farkına; hücre gerilimi , pilin elektromotor kuvveti (emk ) ya da pilin potansiyeli denir. Epil şeklinde gösterilir.
Standart Pil Potansiyeli • 25 C sıcaklık, 1 atm basınçta 1 M derişimli çözeltide ölçülen pil potansiyeline standart pil potansiyeli denir. Standart pil potansiyeli E pil ile gösterilir. Bir pilin potansiyeli ; sıcaklık basınç ve çözelti derişimine bağlıdır.Bir galvanik hücrenin pil potansiyeli şu bağıntı ile bulunur: • E°(pil) = E°(katot) - E° (anot)
Yarı Pil Potansiyeli • Bir Elektrodun bir elektrolit içine daldırılmasıyla oluşan sisteme yarı pil ( yarı hücre ) denir. Bunun potansiyeline de yarı pil potansiyeli denir. Yarı pil tek başına çalışamayacağından yarı pil potansiyelide ölçülemez. Bunun için hidrojenin yarı pil potansiyeli 0 volt kabul edilmiştir.
Standart Elektrot Potansiyeli • Sıcaklığın 25 C , gaz için basıncın 1 atm , çözelti ise derişimin 1 molar olduğu duruma standart hal denir. • Standart elektrot potansiyeli , standart halde ki bir elektrodun elektron çekme gücünün bir ölçüsüdür.
Galvanik hücrede elektrotları birbirine bağlayan iletken tel üzerine bir voltmetre bağlanarak iki elektrot arasındaki potansiyel fark bulunur. Bu potansiyel farka hücre potansiyeli denir. Hücre potansiyeli elektromotor kuvveti ( emk ) olarak da adlandırılır. Galvanik hücrelerde ( pillerde ) hücre potansiyeli daima pozitiftir. Birimi ise volttur.
Bir yükseltgenme yarı tepkimesinde , ters çevrilip bir indirgenme tepkimesi şeklinde yazılırsa yükseltgenme potansiyelinin işareti değişir. Mutlak değeri değişmez. • Bir yükseltgenme ya da indirgenme yarı tepkimesi herhangi bir sayı ile çarpılır veya bölünürse potansiyeli değişmez. Çünkü potansiyeli miktara bağlı değildir.
Galvanik Hücre elektrotları arasındaki potansiyel fark ne kadar büyük ise tepkimeye giren maddelerin ürünleri oluşturma eğilimide o kadar fazladır. • Galvanik hücrede gerçekleşen tepkime daima istemli bir redoks tepkimesidir. Bundan dolayı galvanik hücre potansiyeli ne kadar büyükse redoks tepkimesi o kadar istemlidir.
Pil Potansiyeline Etki Eden Faktörler • Pil potansiyeline etki eden faktörler için şu kurallar göz önünde bulundurulmalıdır: • Pil tepkimesi bir denge tepkimesi gibi dönüştürülmelidir. • Dengeyi ileri (ürünler) yönüne kaydıran etkiler pil potansiyelini artırır. • Dengeyi geri (girenler) yöne kaydıran etkiler pil potansiyelini azaltır.
Sıcaklık Etkisi • Pil tepkimelerinde enerji açığa çıkar. Bu nedenle pil tepkimeleri ekzotermiktir. Le Chatelier ilkesine göre sıcaklık artılırsa , ekzotermik tepkimeler geri yönde ilerler. Bu durumda pilin potansiyeli düşer.
Basınç Etkisi • Basınç ancak elektrodlardan en az birinin gaz olduğu durumlarda pil potansiyelini etkiler. Basınç artışı , dengeyi ürünler yönüne kaydırırsa pil potansiyeli artar , dengeyi girenler yönüne kaydırırsa pil potansiyeli azalır.
Derişim Etkisi • Anotun daldırılmış olduğu çözelti seyreltilirse pil potansiyeli artar , katotun daldırılmış olduğu çözelti seyreltilirse pil potansiyeli azalır.
Derişim Hücreleri ( Piller ) • Elektrot ve elektrolitleri aynı, fakat elektrolitlerinin derişimleri birbirinden farklı olan pillere derişim pilleri denir. • Derişim pillerinde istemli değişme, seyreltik çözelti oluşturacak yöne doğrudur.Yarı hücrelerdeki maddelerin derişimleri eşit hale geldiğinde pil enerji üretmez.Derişim pillerinde hücre potansiyelleri genellikle çok küçüktür. • Derişimi küçük olan çözeltinin bulunduğu yarı hücrede yükseltgenme , derişimi büyük olan çözeltinin bulunduğu yarı hücrede indirgenme gerçekleşir.
Piller ( Bataryalar ) • Piller, sabit bir potansiyelde doğru akım kaynağı olrak kullanılabilen galvanik hücre veya geliştirilmiş galvanik hücreler serisidir.Bataryaların çalışması galvanik hücrelerin çalışmasına benzer.Bu tür piller kendi içinde kapalı kaplarda çalışır tuz köprüsü gibi düzeneklerin bulunmamasıda bu pillerin avantajlarındandır.
Bu piller : • Kuru Pil (2n-MnO2 pili) • Civa Pili • Kurşunlu Akümülatör • Lityum pilleridir.
Kuru Pil (2n-MnO2 pili) • Fransız Mühendis Georges Lectanche tarafından keşfedilmiş olan bu pilin koruyucu dış tabakasının altında anot görevi yapan karbon çubuk (çinko) , ortasında katot görevi yapan karbon çubuk ve bu ikisinin arasını dolduran yaş pasta kıvamında NH4Cl , MnO2 ve karbon tozu bulunur.
Bu Pilin potansiyeli yaklaşık 1,5 volttur. Günümüzde en çok el feneri ve transistör radyolarda kullanılır. Şarz edilemez.
Civa Pili • Civa pilinde çinko kap anot, civa II oksit katot , KOH çözeltisi ise elektrolit olarak kullanılır. • Pil potansiyeli 1,35 V olan pilin ömürleri daha uzun , hacimleri daha küçük olduğundan çok kullanışlıdırlar. En çok tıpta ve elektronik sanayide kullanılır. ‘Düğme pil ‘ olarak da bilinir.
Kurşunlu Akümülatör • Kurşunlu akümülatörler birbirine seri olrak bağlanmış altı tane aynı pilden meydana gelir. Akümülatörlerde her bir pil 2 V elektrik üretir, böylece toplam 12V elektrik üretilmiş olur. • Akümülatörler arabalarda kullanılır.Otomobillerin ve diğer elektrikli sistemlerin ateşleme devrelerine güç sağlar.
Akümülatörlerin çalışmasında H2SO4 tüketilir. Bir pilin bitip bitmediğini ‘ hidrometre’ denen ve elektrik yoğunluğunu ölçebilen cihaz yardımıyla bulunur.
Lityum Pilleri • Lityum, standart yükseltgenme potansiyeli en büyük olan elementtir. Bu nedenle 3,6 volta kadar gerilim üretebilen pillerdir.Ayrıca lityum hafif bir metal olması nedeniyle daha az kütleyle 1 mol elektron elde edilir. Bu pilde lityum anot olarak işlev görürken lityum sülfür (Li2S ) ya da varadyum oksit çubuk katot görevi görür.Elektrolit olarak da iyon geçişine izin veren bir polimer kullanılır.
Hazırlayan : Enver AKGÜN
Kaynakça: • www.kimmuh.com • 11. Sınıf Kimya Esen Konu Özetli Soru Bankası / Ankara / 2010 • 11. Sınıf Kimya FDD Konu Anlatımlı / Ankara / 2011 • 11. Sınıf FDD 10. Sayı Dergi / İstanbul / 2011
