Kendiliğinden gerçekleşmeyen redoks tepkimelerinin dışardan elektrik enerjisi verilerek oluşturulmasına elektroliz denir.Elektrolizde kullanılan elektrik akımını ileten çözeltilere elektrolit denir. (Asit, baz, tuz çözeltileri) Elektrolitlerin içine Pt, Cu, Ag, Au gibi elektrotlar batırılır. Elektrik enerjisi doğru akım kaynağı (pil) ile sağlanır. Pilin (+) kutbuna bağlı elektrot anot, (–) kutbuna bağlı elektrot katottur. Katotda indirgenme, anotta yükseltgenme olur. Katyonlar katotta indirgenir, anyonlar anotta yükseltgenir.

Erimiş Tuzların Elektrolizi

Erimiş NaCl elektrolizinde ortamda Na+ ve Cl– iyonları bulunur. Na+ iyonları katotta indirgenir. Cl– iyonları anotta yükseltgenir.

Katotta 2 mol Na toplanır. Anotta 1 mol Cl2 gazı açığa çıkar.

•  Elektroliz kabında birden fazla çeşit katyon varsa, indirgenme potansiyeli büyük olan ilk önce indirgenir.
•  Elekroliz kabında birden fazla çeşit anyon varsa yükseltgenme potansiyeli büyük olan ilk olarak yükseltgenir.

Sulu Çözeltilerin Elektrolizi

Sulu çözeltilerde tuzdan gelen iyonların yanında, kısmen iyonlaşan sudan, H+ ve OH– iyonları gelir.

Örnek
KBr Sulu Çözeltisinin Elekrolizi

Ortamda K+ ve H+ katyonları, Br– ve OH– anyonları bulunur.
Elektron verme eğilimleri K > H > Br– > OH– şeklindedir.
Buna göre K+ ve H+ katyonlarından indirgenme eğilimi büyük olan H+ indirgenir. Br– ve OH– anyonlarından yükseltgenme eğilimi büyük olan Br– yükseltgenir.

Anotta Br2(s) katotta, H2(g)açığa çıkar. OH– derişimi arttığı için çözelti bazik olur. pH artar.

Faraday Yasaları

Elektroliz devresinde açığa çıkan madde miktarı devreden geçen yük miktarı ile doğru orantılıdır.
Q = I.t Q : Yük miktarı
I : Akım şiddeti(amper)
t : zaman(saniye)
Elektroliz devresinden 1 faradaylık akım (96500 kulon = 1 mol elektron yükü) geçtiğinde elektrotlarda 1 eşdeğer gram madde açığa çıkar.
Elektotlarda toplanan madde miktarı

eşitliği bulunur.
m = Toplanan madde miktarı (g)
I = Akım şiddeti (amper)
t = Zaman (saniye)
Ma = Mol kütlesi (g/mol)
e = Etki (tesir) değerliği
ÖRNEK: 1 faraday elektrik yükü için,
I. 1 mol elektronun yüküdür.
II. 96500 kulan (coulomb) dur.
III. CuSO4 çözeltisinden 1 mol Cu açığa çıkaran elektrik akımıdır.
tanımlarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III
1995 ÖYS
ÇÖZÜM: 1 faradaylık elektrik yükü 1 mol elektronun yüküdür ve 965000 kulondur.

2 mol elektron yükü, 2 faraday elektrik yükü gerekir. 1 faraday elektrik yükü 0,5 mol Cu açığa çıkarabilir.
Yanıt D

•  Seri bağlı elektroliz kaplarında aynı miktarda elektrik akımı aynı süreyle geçer. Seri bağlı elektroliz kaplarında elektroliz edilen iki maddenin toplanan kütleri arasında aşağıdaki oran vardır.

[kimya_ygs_lys]

Pil gerilimine etki eden faktörleri Mg – Cu pilinde inceleyelim:

Mg+2 + 2e– Æ Mg E° = –2,37 V
Cu+2 + 2e– Æ Cu E° = 0,34 V

Yukarıda verilen yarı tepkimelere göre, indirgenme potansiyeli küçük olan anottur. Mg elektrot anot, Cu elektrot katottur. Mg nin yükseltgenme potansiylei alınmalıdır
Le Chatelier ilkesine göre sıcaklık, derişim ve basıncın pil gerilimine etkisini inceleyelim:

Sıcaklık

Pil sistemleri dışarıya enerji verir. Sıcaklık arttırılırsa denge gireler yönüne kayar ve pil gerilimi azalır.

Derişim

•  1. kaba su eklenmesi: 1. kaba su eklenirse Mg+2 iyonu derişimi azalır, Mg+2 iyonlarının derişimini arttırmak için denge ürünler yönüne kayar. Pil gerilimi ar- tar.
• II. kaba su eklenmesi: II. kaba su eklenirse Cu+2 iyonu derişimi azalır, Cu+2 iyonlarını derişimini arttırmak için denge girenler yönüne kayar. Pil gerilimi azalır.
• I. kaba Mg+2 iyonu içeren tuz eklemesi: I. kaba Mg+2 iyonu içeren tuz eklendiğinde Mg+2 iyonu derişimi artar. Mg+2 iyonu derişimini azaltmak için denge girenlere doğru ilerler. Pil gerilimi azalır.
• II. kaba Cu+2 iyonu içeren tuz eklenmesi: II. kaba Cu+2 iyonu içeren tuz eklendiğinde Cu+2 iyonu deri- şimi artar. Cu+2 iyonu derişimini azaltmak için den- ge ürünlere doğru ilerler. Pil gerilimi artar.
• I. kaba Na S eklemek: I. kaba Na S eklenince MgS çökeceğinden Mg iyonu derişimi azalır. Mg iyonu derişimini arttırmak için denge ürünlere doğur ilerler Pil gerilimi artar.
• II. kaba Na S eklemek: II. kaba Na S eklenince CuS çökeceğinden Cu+2 iyonu derişimi azalır. Cu+2 iyonu derimini arttırmak için denge girenlere doğru ilerler. Pil gerilimi azalır.

NOT: Dengeyi ürünlere doğru kaydıran etkenler pil gerilimi- ni arttırır, dengeyi girenlere doğru kaydıran etkenler pil gerilimini azaltır.

Basınç

Basıncın pil gerilimine etkisi gaz elektrotlarda gözlenir.

Derişim Pilleri

Elektrotlar ve yarı pil çözeltileri aynı, çözelti derişimleri farklı olan pil sistemleridir. Pil derişim farkıyla çalışır, iki yarı pilde derişimler eşit olunca pil çalışmaz. Derişim pillerinde derişimi küçük olan yarı pil anot, derişimi büyük olan yarı pil katotdur

Derişimi küçük olduğu için I. yarı pil anot, II. yarı pil katotdur.

I. Kaba su eklenmesi pil gerilimini azaltır. II. kaba su eklenmesi pil gerilimini artırır.
II. Kaba 900 ml su eklenirse derişim 0,1M olur.

ÇÖZÜM: Derişim pillerinde yapı pil çözeltilerinin derişimleri eşit olduğunda pil çalışmaz. II. kaba 100 ml su eklendiğinde başlangıçta 2M olan derişim hacim 2 katına çıktığı için 1M olur. İki kapta derişimler eşit olduğundan pil çalışmaz.
Yanıt D

[kimya_ygs_lys]

Kimyasal enerjiyi, elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklere elektrokimyasal pil denir. Elektrokimyasal pillerde yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri iki ayrı kapta oluşur. iki kap arasındaki elektron akışı bir iletken telle sağlanır.

Çözeltilerin içine konulan metal çubuklara elektrot denir. Elektrotlar, voltmetre üzerinde iletken tel ile birbirine bağlanır. İyon hareketini sağlamak amacıyla iki kap ara- sına tuz köprüsü koyulur. Tuz köprüsü, içinde KNO , KCl3 gibi çözeltiler bulunan ters U borusudur.
Zn nin yükseltgenme eğilimi Ag den fazla olduğu için Zn 2e vererek yükseltgenir. Zn elektrotun kütlesi zamanla azalır. Çözeltide Zn+2 iyonu derisimi artar.
Zn (k) Æ Zn+2 (aq) + 2e– (yükseltgenme yarı tepkimesi)
Ag+ iyonları eletron alarak indirgenir. Çözeltide Ag+ iyonu derisimi azalır. Ag elektrot üzerinde metalik Ag birikir. Ag elektrodun kütlesi artar.
Ag+ (aq) + e– Æ Ag (indirgenme yarı tepkimesi)
Elektrokimyasal pillerde yükseltgenmenin gerçekleştiği elektroda anot, indirgenmenin gerçekleştiği elektroda katot denir.
Buna göre Zn elektrot anot, Ag elektot katottur. Toplam pil tepkimesi yazılırken indirgenme yarı tepkimesi ile yükseltgenme yarı tepkimesi taraf tarafa toplanır.
Tepkimelerde alınan ve verilen elektronlar eşit olmalıdır.
Bu yüzden indirgenme yarı tepkimesi 2 ile çarpılır.

şeklinde ifade edilebilir.
Pil çalışırken anot bölmesinde Zn+2 derişimi arttığı için (+) yük fazlalığı oluşur. Katot bölmesinde Ag+ derişimi azaldığı için (–) yük fazlalığı oluşur. Yük denkliğini sağlamak amacıyla tuz köprüsünden anyonlar anod, katyonlar katoda doğru hareket eder.

•  Pil çalışırken tuz köprüsünden anyonlar anoda, katyonlar katoda göç eder.
• Pilde elektron akışı anottan katoda doğrudur.

Standart Pil Gerilimi

Sıcaklığın 25°C, basıncın 1 atam ve iyon derişimlerinin
1M olduğu şartlarda (standart şartlar) ölçülen pil gerili- mine standart pil gerilimi(potansiyeli) denir. Hidrojen elektrodun standart koşullarda gerilimi 0,00 volt kabul edilip hangi yarı pilin gerilimi saptamak isteniyorsa, standart hidrojen yarı piline bağlanarak pil oluşturulur.

[ad1]
Standart pil gerilimleri E° ile gösterilir.
Bir yarı tepkime ters çevrilirse E° değerinin işareti deği- şir. Yarı tepkime denklemi herhangi bir sayı ile çarpılırsa E° değeri değişmez.
Pil gerilimi indirgeme potansiyeli ile yükseltgenme potan- siyelinin toplanması ile bulunur.

Yükseltgenme potansiyeli büyük olan elektrot anot, küçük olan elektrot katottur.

ÇÖZÜM: X elektrodun miktarı azaldığına göre,X elektrot yükseltgeniyordur. Y indirgenir Y nin miktarı 64 g artmaktadır. X 1 mol azalırken Y 1 mol artıyorsa X ve Y nin yükleri eşittir. X anot olduğu için 1. kapta X iyonları derişimi artar.
Yanıt D

[kimya_ygs_lys]

Redoks tepkimelerinde atomların türleri, sayıları ve elektrik yüklerinin eşit olması gerekir.
Redoks tepkimeleri iki yöntemle denkleştirilir.
I. Değerlik yöntemi
II. Yarı tepkime (iyon – elektron) yöntemi

1. Değerlik Yöntemi

•  Atomların değerlikleri bulunur ve değerliği değişen atomlar belirlenir.
•  İndirgenme ve yükseltgenme sonucu alınan ve veri-len elektronları eşitlemek amacıyla indirgenen ve yükseltgenen atomların başına gerekli katsayılar ya-zılır.
•  Atom türleri ve sayılarını eşitlemek amacıyla diğer atomların katsayıları yazılır.
•  Asidik ve bazik ortamda yük eşitliği de sağlanmalı-dır. Asidik ortamda (+) yükün eksik olduğu tarafa H+ iyonu eklenir. Bazik ortamda (–) yükün eksik olduğu tarafa OH–iyonu eklenir. Oksijen ve hidrojen sayıla-rını eşitlemek için H O yazılır.

2. Yarı Tepkime Yöntemi

•  İndirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri ayrı ayrı yazılır. Değerliği değişen atomlar sayıca eşitlenir.
•  Yarı tepkimelerde oksijen eşitliği sağlanır. Eşitliği sağlamak amacıyla H2O ilave edilir.
•  Hidrojen eşitliğini sağlamak amacıyla asidik ortam- da H+, bazik ortamda OH– ilave edilir.
•  Yük denkliğini sağlamak amacıyla gerekli tarafa elektron eklenir.
•  Elektronları eşitlemek için denklemler uygun sayılar- la çarpılır ve yarı tepkimeler taraf tarafa toplanır.

Aktiflik

•  Aktiflik, bir atom veya iyonun elektron alma ya da elektron verme eğiliminin bir ölçüsüdür.
•  Metaller için aktiflik elektron verme eğilimi, ametaller için aktiflik elektron alma eğilimidir.
•  Metallerde yükseltgenme eğilimi fazla olan daha aktiftir.
•  Ametallerde indirgenme eğilimi fazla olan daha akiftir.

[ad1]

Şekilde görüldüğü gibi AgNO3 çözeltisi bulunan bir kaba Mg çubuk batırılırsa Mg nin zamanla aşındığı (Mg elektron verir ve yükseltgenir) Mg çubuk üzerinde Ag biriktiği (Ag elektron alır ve indirgenir) görülür. Burada Mg nin Ag den daha aktif olduğu söylenebilir. Mg nin yükseltgenme eğilimi Ag den fazladır



[m2]

[kimya_ygs_lys]

Redoks Tepkimeleri

İndirgenme
Atom veya iyonun elektron almasına indirgenme (redüksiyon) denir. İndirgenen maddenin değerliği azalır.
Mg+2 (suda) + 2e– Æ Mg(k)
N+5 + 3e– Æ N+2
İndirgenen maddeye yükseltgen denir.
Yükseltgenme
Atom veya iyonun elektron vermesine yükseltgenme (oksidasyon) denir. Yükseltgenen maddenin değerliği artar.
Fe+2 (suda) Æ Fe+3 (suda) + e–
S+4 Æ S+6 + 2e–
Yükseltgenen maddeye indirgen denir.
İndirgenme ve yükseltgenme tepkimelerinin birarada gerçekleştiği reaksiyonlara redoks reaksiyonları denir.

Bir redoks tepkimesindeki maddeler ile ilgili olarak;
I. Yükseltgenen, elektron verir. II. İndirgenen, elektron alır.
III. Yükseltgen, elektron alır.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III
1990 ÖYS

Yükseltgenme Sayısı (Değerlik)

Bir elementin bileşik meydana getirirken aldığı veya verdiği elektron sayısına yükseltgenme sayısı (değerlik) ya da yükseltgenme basamağı denir.
Yükseltgenme sayılarının bulunmasında bazı kurallar geçerlidir.

•  Serbest durumdaki element atomlarının değerliği sıfırdır. (Na, H , Br …)
• Tek atomlu iyonların değerliği iyonun yüküne eşittir. (Fe+3, Ag+, Br–)
• Bileşiklerde atomların yükseltgenme sayıları toplamı sıfırdır.
• Çok atomlu iyonlarda atomların yükseltgenme sayı-ları toplamı, iyonun yüküne eşittir.

Bazı elementlerin yükseltgenme sayıları:

•  1A grubu (alkali metalleri) +1 değerlik alırlar (Li, Na,K…)
•  2A grubu toprak alkali metalleri +2 değerlik alırlar. (Mg, Ca…)
•  Hidrojen çoğunlukla bileşiklerinde +1 değerilk alır.(H O, NH , HF …). Metal hidrürlerinde –1 değerlik alır. (NaH, MgH …)
•  Oksijen bileşiklerinde çoğunlukla –2 değerlik alır. (SO , MgO…) Peroksitlerde –1 değerlik alır. (H O ,K O , CaO …) OF bileşiğinde +2 değerlik alır.
• Oksijensiz bileşiklerde halojenler genellikle –1 değerlik alır. F, tüm bileşiklerinde –1 değerlik alır. (HCl, KI, MgBr …)

[kimya_ygs_lys]