Elektrolitlerdeki elektrik akımı

Elektrolitlerdeki elektrik akımı her zaman maddenin transferi ile ilgilidir. Örneğin metallerde ve yarı iletkenlerde, içinden akım geçtiğinde madde aktarılmaz, çünkü bu ortamlarda elektronlar ve delikler akım taşıyıcılarıdır, ancak elektrolitlerde aktarılırlar. Bunun nedeni, elektrolitlerde, maddenin pozitif ve negatif yüklü iyonlarının, hiçbir şekilde elektron veya boşluk değil, serbest yük taşıyıcıları olarak hareket etmesidir.

Bazı katıların yanı sıra birçok metalin erimiş bileşikleri elektrolitlere aittir. Ancak teknolojide yaygın olarak kullanılan bu tür iletkenlerin ana temsilcileri, inorganik asitlerin, bazların ve tuzların sulu çözeltileridir.

Elektrolit ortamdan bir elektrik akımı geçtiğinde madde elektrotlar üzerinde salınır. Bu fenomen denir elektroliz… Elektrolitten bir elektrik akımı geçtiğinde, maddenin pozitif ve negatif yüklü iyonları aynı anda zıt yönlerde hareket eder.

Negatif yüklü iyonlar (anyonlar) akım kaynağının (anot) pozitif elektroduna ve pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) negatif kutbuna (katot) koşar.

Asitlerin, bazların ve tuzların sulu çözeltilerindeki iyon kaynakları, bazıları uygulanan bir elektrik kuvvetinin etkisi altında ayrılan nötr moleküllerdir. Nötr moleküllerin bölünmesi olgusuna elektrolitik ayrışma denir. Örneğin, bakır klorür CuCl2, sulu çözeltide ayrışarak klorür iyonlarına (negatif yüklü) ve bakıra (pozitif yüklü) ayrışır.

Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında, klor anyonları anoda (pozitif elektrot) ve bakır katyonları katoda (negatif elektrot) hareket ederken, elektrik alanı bir çözelti veya eriyik içindeki iyonlar üzerinde hareket etmeye başlar.

Negatif elektrota ulaştıklarında, pozitif yüklü bakır iyonları katottaki fazla elektronlar tarafından nötralize edilir ve katotta biriken nötr atomlar haline gelir. Pozitif elektrota ulaştıklarında, negatif yüklü klor iyonları, anot üzerindeki pozitif yük ile etkileşim sırasında birer elektron verir. Bu durumda oluşan nötr klor atomları çiftler halinde birleşerek Cl2 moleküllerini oluşturur ve klor anotta gaz kabarcıkları şeklinde salınır.

Çoğu zaman, elektroliz işlemine, elektrotlar üzerinde salınan ayrışma ürünleri çözücü ile veya doğrudan elektrot malzemesi ile etkileşime girdiğinde, ayrışma ürünlerinin etkileşimi (buna ikincil reaksiyonlar denir) eşlik eder. Örneğin, sulu bir bakır sülfat çözeltisinin (bakır sülfat — CuSO4) elektrolizini ele alalım.Bu örnekte, elektrotlar bakırdan yapılacaktır.

Bakır sülfat molekülü, pozitif yüklü bir bakır iyonu Cu+ ve negatif yüklü bir sülfat iyonu SO4- oluşturmak üzere ayrışır. Nötr bakır atomları, katot üzerinde katı bir tortu olarak biriktirilir. Bu şekilde kimyasal olarak saf bakır elde edilir.

Sülfat iyonu, pozitif elektroda iki elektron verir ve hemen bakır anotla reaksiyona giren (ikincil anot reaksiyonu) nötr radikal SO4 olur. Anottaki reaksiyon ürünü, çözeltiye giren bakır sülfattır.

Bir elektrik akımı sulu bir bakır sülfat çözeltisinden geçtiğinde, bakır anotun yavaş yavaş çözündüğü ve bakırın katot üzerinde çökeldiği ortaya çıktı.Bu durumda, sulu bakır sülfat çözeltisinin konsantrasyonu değişmez.

1833'te İngiliz fizikçi Michael Faraday, deneysel çalışma sırasında, şimdi onun adını taşıyan elektroliz yasasını oluşturdu.

Faraday yasası, elektroliz sırasında elektrotlar üzerinde salınan birincil ürünlerin miktarını belirlemenizi sağlar. Yasa şunu belirtir: "Elektroliz sırasında elektrot üzerinde salınan maddenin m kütlesi, elektrolitten geçen Q yükü ile doğru orantılıdır."

Bu formüldeki orantılılık faktörü k, elektrokimyasal eşdeğer olarak adlandırılır.

Elektroliz sırasında elektrot üzerine salınan maddenin kütlesi, bu elektrota gelen tüm iyonların toplam kütlesine eşittir:

Formül, bir iyonun q0 yükünü ve m0 kütlesini ve ayrıca elektrolitten geçen Q yükünü içerir.N, Q yükü elektrolitten geçtiğinde elektrota ulaşan iyonların sayısıdır.Bu nedenle, m0 iyonunun kütlesinin q0 yüküne oranı, k'nin elektrokimyasal eşdeğeri olarak adlandırılır.

Bir iyonun yükü sayısal olarak maddenin değeri ile temel yükün çarpımına eşit olduğundan, kimyasal eşdeğer aşağıdaki biçimde temsil edilebilir:

Burada: Na, Avogadro sabitidir, M, maddenin molar kütlesidir, F, Faraday sabitidir.

Aslında Faraday sabiti, elektrot üzerinde bir mol monovalent maddeyi serbest bırakmak için elektrolitten geçmesi gereken yük miktarı olarak tanımlanabilir. Faraday'ın elektroliz yasası şu şekli alır:

Elektroliz fenomeni, modern üretimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin alüminyum, bakır, hidrojen, manganez dioksit ve hidrojen peroksit endüstriyel olarak elektroliz ile üretilir. Birçok metal cevherlerden çıkarılır ve elektroliz (elektro arıtma ve elektro ekstraksiyon) ile işlenir.

Ayrıca elektroliz sayesinde, kimyasal akım kaynakları… Elektroliz, atık su arıtımında (elektroekstraksiyon, elektrokoagülasyon, elektroflotasyon) kullanılır. Birçok madde (metaller, hidrojen, klor vb.) elektroliz ile elde edilir. galvanik ve elektrokaplama için.

Ayrıca bakınız:Suyun elektrolizi ile hidrojen üretimi — teknoloji ve ekipman