İNDİRGENME-YÜKSELTGENME TEPKİMELERİNDE ELEKTRİK AKIMI

İndirgenme Yükseltgenme Tepkimelerinde Elektrik Akımı video 12. sınıf Hocalara Geldik

ELEKTROTLAR VE ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER

Elektrotlar ve Elektro Kimyasal Hücreler video 12. sınıf Hocalara Geldik

ELEKTROT POTANSİYELLERİ

Elektrokimyasal Piller 1 video 12. sınıf Kimya Adası

Elektrokimyasal Piller 2 video 12. sınıf Kimya Adası

KİMYASALLARDAN ELEKTRİK ÜRETİMİ

Kimyasallardan Elektrik Üretimi video 12. sınıf Hocalara Geldik

ELEKTROLİZ

Elektroliz video 12. sınıf Hocalara Geldik

KOROZYON

Korozyon video 12. sınıf Hocalara Geldik

Elektrot, Elektrolit ve Yarı Hücreler

Sulu çözeltilerde gerçekleşen redoks tepkimelerinin doğrudan temas olmadan da gerçekleştiğini 1. Bölüm’de öğrendiniz. Bu bölümde farklı kaplarda gerçekleşen elektrokimyasal tepkimeleri incelemeden önce bu sistemlerle ilgili bilmeniz gereken temel kavramlar açıklanacaktır. Elektrokimyasal tepkimenin gerçekleşmesi için kullanılan iletken çözeltilere elektrolit, bu çözeltilere batırılan metal çubuklara elektrot; elektrolit ve bu elektrolit içine batırılmış elektrottan oluşan sisteme de yarı hücre denir. Bu tepkimelerde yükseltgenmenin gerçekleştiği kaba anot yarı hücresi, kabın içindeki elektroda anot elektrot denir. İndirgenmenin gerçekleştiği kap katot yarı hücresi, kabın içindeki elektrot ise katot elektrottur. Elektrotlar, kaplarda indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerinin gerçekleşmesi için yüzey oluşturur. Anot yarı hücresinden katot yarı hücresine elektron taşınmasını sağlamak için iletken bir tel (dış devre), elektrotlar arasındaki potansiyel farkını ölçmek için voltmetre kullanılır. Elektrokimyasal pilin iki yarı hücresinde meydana gelen indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri sonucunda yarı hücrelerde zamanla yük denkliği bozulur. Yarı hücrelerdeki yük denkliğinin tekrar sağlanabilmesi için yarı hücreler, içerisinde tuz çözeltisi bulunan ters U şeklindeki bir boruyla birbirine bağlanır. Bağlantıyı sağlayan bu sisteme tuz köprüsü denir. Tuz köprüsü içerisinde genellikle KNO3, NaCl, NH4Cl gibi tuzların çözeltileri kullanılır. Tuz köprüsünde bulunan anyonlar anot yarı hücresine, katyonlar ise katot yarı hücresine geçerek pilin çalışması sırasında oluşan yük dengesizliğini giderir. Yukarıda tanımlanan parçalarla oluşturulmuş elektrokimyasal pil düzeneği aşağıda gösterilmiştir (Şekil 1.5).

Bu sistemlerde elektrot olarak kullanılan metal, batırıldığı elektrolitte bulunan metal katyonuyla aynı olabileceği gibi katyondan farklı da olabilir. Elektrottaki metal atomlarıyla elektrolitte bulunan metal iyonları arasında genellikle iki tür etkileşim gözlenir (Şekil 1.6).

Elektrokimyasal Pil

İki yarı hücrenin iletken bir tel ve tuz köprüsü yardımıyla birbirine bağlanmasıyla oluşturulan sisteme elektrokimyasal pil (galvanik hücre) denir (Şekil 1.7). Bu tür pillerde istemli redoks tepkimesi gerçekleşir ve sistem elektrik enerjisi üretir. Yukarıda gösterilen düzenekte içerisinde Zn elektrodu ve ZnSO4 çözeltisi bulunan anot yarı hücresiyle Cu elektrodu ve CuSO4 çözeltisi bulunan katot yarı hücresinin iletken tel ve tuz köprüsüyle birleştirilmesiyle oluşturulmuş bir elektrokimyasal pil görülmektedir (Şekil 1.7). Anot ve katot yarı hücrelerindeki metallerin standart indirgenme eğilimleri farkından gerilim oluşur. Zamanla bu gerilim azalarak pil tepkimesi dengeye ulaşır ve gerilim sıfır olur.

Daniell pilindeki elektrotlar çözeltide bulunan metal katyonuyla aynı türden seçilmiştir. Ancak elektrokimyasal pillerde elektrotlar ile çözeltide bulunan katyonlar aynı türden seçilmeyebilir. Elektrokimyasal pilde hidrojen yarı hücresi kullanılacağı zaman hidrojen elektrot kullanmak mümkün değildir. Çünkü elektrot, elektriği iletebilen katı bir madde olmalıdır. Hidrojen ise standart koşullarda gaz hâldedir. Bu nedenle hidrojen yarı hücresinde elektrot olarak yarı hücrenin elektrolitiyle tepkime vermeyen Pt ve Au gibi soy metaller seçilir. Tepkimeye girme isteği çok az olan bu tür metallerden oluşan elektrotlara inert elektrot denir.

Metallerin aktiflik sıralaması yardımıyla çözeltilerin hangi kaplarda saklanacağı belirlenir. Metal kaplara konulacak çözeltideki metal iyonunun aktifliği, kabın yapıldığı metalin aktifliğinden daha fazla olmalıdır. Aksi durumda kapla çözelti arasında tepkime gerçekleşecek ve kap aşınacaktır. Bu nedenle kimyasal maddeler çoğunlukla cam ya da plastik kaplarda saklanır (Görsel 1.4).

Pillerin daha uzun süre ve verimli bir şekilde kullanılabilmesi için aşağıdaki uyarılara dikkat edilmelidir:
• Öngörülen voltaj değerinin üzerindeki akımlar çekilmemelidir.
• Kısa devrelere maruz bırakılmamalıdır.
• Ani ve aşırı voltajla yüklenmemelidir.
• Çok düşük veya yüksek sıcaklıklarda kullanılmamalıdır.
• Üreticisi tarafından tavsiye edilen şarj cihazları ile şarj edilmelidir.
• Darbelere, şoklara, titreşimlere maruz bırakılmamalıdır.
• Uzun süre şarjda tutulmamalıdır.

Kullanım ömrü sınırlı piller, içerdikleri kimyasallar nedeniyle özel geri dönüşüm işlemlerine tabi tutulmalıdır. Kullanılmış piller, evsel atıklarla beraber çöpe değil, piller için oluşturulmuş geri dönüşüm kutularına atılmalıdır (Görsel 1.6). Bu, çevrenin kirletilmemesi açısından çok önemlidir. Bu nedenle, okullar başta olmak üzere, birçok yerde atık pil geri dönüşüm kutuları bulunmaktadır. Siz de hem ülke ekonomisine hem de çevrenizin temiz kalmasına katkıda bulunmak istiyorsanız evlerinizde bulunan atık pilleri, toplama merkezlerindeki atık pil geri dönüşüm kutularına atmalısınız. Bu bilgileri sosyal medya üzerinden paylaşarak çevre duyarlılığı konusunda farkındalık oluşturabilirsiniz.

Lityum İyon Pilleri

Bir pilin potansiyeli, pili oluşturan elektrotların yükseltgenme potansiyellerinin farkı ile doğru orantılıdır. Anot yarı hücresindeki elektrodu oluşturan metalin yükseltgenme potansiyeli ne kadar yüksek ve katot yarı hücresindeki elektrodu oluşturan metalin yükseltgenme potansiyeli ne kadar düşük ise pil potansiyeli o kadar büyüktür. Standart indirgenme potansiyeli en düşük element olan lityum, anot yarı hücresinde kullanılarak potansiyeli daha büyük pil elde etmek mümkündür. Lityum iyon pilleri 3,6 V’a kadar gerilim üretebilir. Elektrolit olarak çözelti yerine elektriği iletebilen polimer yapıda katı bir madde kullanılır. Bu polimer madde, iyon geçişine izin verirken elektron geçişini engeller. Lityum iyon pillerinde lityum anot, TiS2 [titanyum(IV) sülfür] katot olarak kullanılır (Şekil 1.16).