Elektrik Akımın Kimyasal Etkisi
Elektrik akımı bazı sıvı bileşiklerden geçirilince (asitli, bazlı, tuzlu su) sıvı iyonlarına ayrılır ve bu iyonlar elektron taşıyıcısı durumuna geçerek sıvıdan elektrik akımının geçmesini sağlarlar.
1.Elektroliz
Elektrolizin, özellikle metalürji ve galvanoteknikte olmak üzere birçok kullanım alanı vardır. Elektroliz düzeneği, bazı metallerde değişiklikler meydana getirmek ve bazı gazların üretimi için kullanılır. Metallerin saflaştırılması, sertleştirilmesi, kaplanması vb işlemlerin bir kısmı elektrolizle de yapılmaktadır.
Elektrot, elektrolit (çözelti), elektroliz tanımları
Bir elektroliz düzeneği, içinde asit, baz ya da tuz çözeltisi bulunan bir kap, bir kaynak ve kaynağın uçlarına bağlı birbirine değmeyecek şekilde elektroliz kabına (çözeltiye) daldırılmış iki elektrottan oluşur.
Elektrot: Birer uçları kaynağa ve birer uçları ise sıvının içine daldırılan ve genellikle metal olan iletken çubuklara denir.
Kaynağın pozitif ucuna bağlı olan elektroda anot ve kaynağın negatif ucuna bağlanan elektroda ise katot denir.
Elektrolit: Eriyik halindeki (iyonlarına ayrılmış) sıvılarla suyun karışımı olan (iyon ihtiva eden) iletken sıvıdır.
Elektroliz: Elektolitik sıvıdan (çözelti) elektrik akımı geçirildiğinde sıvı içerisinde gerçekleşen tepkimelere elektroliz denir.
İyon: Elektrolit içerisindeki artı ya da eksi yüklü atom ya da bileşikler.
Bir bileşiğin içerisindeki eksi (-) yüklü iyonlara Anyon, artı yüklü iyonlara ise Katyon denir.
Elektroliz Olayı
Elektroliz olayını anlamak için öncelikle bileşikler arasındaki bağları (bileşikleri bir arada tutan kuvvet) anlamak gerekir. Bileşikler arasında değerlik elektronuna bağlı iki tür bağ söz konusudur.
Kovalent bağ: Kovalent bağda bileşikler elektron ya da elektronları ortak kullanırlar.
İyonik bağ: Bileşik atomlarından (ya da moleküllerden) biri diğerine elektron vererek kendisi pozitif iyon haline gelir. Diğer atom ya da bileşik ise negatif iyon durumuna geçer.
Kovalent bağlı bileşikler elektrik alanı ile ayrıştırılamazlar. Buna karşın iyonik bağlı bileşikler elektrik alanı ile (potansiyel fark uygulanarak) ayrışabilirler.
Elektroliz farklı amaçlar için farklı şekillerde yapılabilir. Örneğin, bir metalin başka bir metalle kaplanması isteniyorsa kullanılacak eriyik ve elektrotlar ona göre seçilir. Ya da su ayrıştırılarak Hidrojen gazı elde edilmek istendiğinde farklı bir çözelti ve farklı elektrotlar kullanılır.
Elektroliz olayının nasıl işlediğini anlamak bakımından Şekil’deki düzenek bir örnek teşkil edebilir. Bu düzenek, kaynağın eksi ucuna bağlanmış olan malzemenin (katot) kaynağın artı ucuna bağlanmış olan malzeme (anot) ile kaplanması için tasarlanmıştır.
Elektroliz kabının içindeki suya bakırsülfat (CuSO 4 ) karıştırılmış ve bakırsülfat, bakır (Cu +2 ) ve sülfat (SO 4-2 ) şeklinde suda çözünerek iyonlarına ayrılmıştır. Sisteme enerji verildiğinde kaynağın artı (+) ucu anottan elektron çekerken eksi (-) ucu ise katoda elektron verir. Anotta negatif iyon durumuna geçen bakır atomları (Cu -2 ) çözeltide serbest halde bulunan sülfat iyonları (SO4 -2 ) ile birleşerek bakırsülfatı (CuSO 4 ) oluştururlar. Bu esnada çözeltide serbest halde bulunan pozitif bakır iyonları (Cu +2 ) katottaki fazla elektronları alarak katotla birleşirler. Bu şekilde akım geçtiği sürece katottaki metal, anottaki metal ile kaplanmış olur.
Zamana ve devre akımına göre kaplanan bakırın miktarı Faraday Yasaları ile açıklanabilir.
Faraday Kanunu
Elektroliz ürünlerinin miktarı ve ürünlerin meydana gelme hızı elektroliz şartlarına bağlıdır. Faraday elektroliz yasalarına göre:
1- Elektrolitten elektrik akımı geçirildiği zaman serbest hale geçen ya da çözünen madde miktarı elektrolitten geçen elektrik yükü ile doğru orantılıdır.
2- Çeşitli elektrolitlerden aynı miktar elektrik akımının geçirilmesiyle ayrılan veya çözünen madde miktarı, bu cismin kimyasal eşdeğeri ile doğru orantılıdır.
Bir cismin kimyasal eşdeğeri, bir kulonluk (coulomb) elektrik yükü miktarının serbest hale geçirdiği veya çözdüğü maddenin gram miktarıdır.
Endüstrideki kullanım alanları
1- Metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında ya da arıtılmasında,
2- Galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede, aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında, (nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama)
3- Suyun elektroliziyle arı hidrojen ve başka gazlar elde etmede
4- Metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesinde
5- Elektrolizle parlatmada, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılmasında
6- Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, üretra(idrar yolları) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde
2.Piller
Piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren kaynaklardır. Pillerden doğru akım (DA/DC) elde edilir.
Piller, günümüzün (düşük güçlü mobil cihazlar için) vazgeçilemez enerji kaynaklarından biri durumuna gelmişlerdir. Artık şarjlı (yeniden doldurulabilen) ve şarjsız (yeniden doldurulamayan) piller çok değişik tiplerde üretilmekte ve bunlardan en az birini nerdeyse her an yanımızda taşımaktayız.
Pillerin yapımında kullanılan elektrot ve bileşik çeşitleri geniş bir yelpaze teşkil etmektedir. Özellikle yeniden doldurulabilen pillerin birçoğunun elektrolitleri ve içerdikleri bileşiklerin oranları nerdeyse ticari bir sır niteliğindedir.
Birçok pilin tek bir kap içerisinde seri bağlanmasıyla elde edilen pil grubuna batarya denmektedir ve daha yüksek gerilim ve kapasite isteyen cihazlarda bunlar kullanılmaktadır.
Çok kullanılan bazı piller ve özellikleri
Piller hayatımızı bunca kuşatmışken onları daha iyi tanımalı, nasıl kullanacağımızı, kullanım süreleri bitince nasıl davranacağımızı bilmemiz gerekmektedir. Ticari piller şarj edilebilir olup olmamasına göre iki grupta incelenebilir.
Tek kullanımlık piller (birincil piller) üreten firmaya, içerisindeki malzemeye bağlı olarak gerilimleri aynı olmakla birlikte farklı enerji potansiyellerine sahiptirler.
Tekrar doldurulabilen (şarjlı) piller (ikincil piller) ise yine üretilen firma ve yapımında kullanılan malzemeye bağlı olmak üzere farklı gerilimlere ve farklı enerji kapasitelerine sahiptirler.
Piller kullanıldıktan ya da ömürlerini tamamladıktan sonra içerdikleri zararlı bileşikler nedeniyle çöpe atılmamalı, geri dönüşüm kutularına bırakılmalıdırlar.
Pil alacağımız zaman ihtiyacımızı iyi belirler ve pilleri de iyi tanıyarak seçimimizi ona göre yaparsak daha ekonomik ve daha akıllı davranmış oluruz. Bu amaca yönelik olarak çok kullanılan birkaç ticari pil çeşidi ve özellikleri birer tablo halinde verilmiştir.
Pillerin çalışma ilkesi
Pillerin işleyiş mekanizması elektroliz ile benzerdir. Tek fark, elektrolizde işleyen süreç pillerde tersine işler.
Kullanılan sıvı ya da jel halindeki çözelti (elektrolit) ve elektrot olarak kullanılan metalin cinsine göre farklı yapılarda ve farklı voltajlarda pil elde etmek mümkündür.
Bir metal çubuk uygun bir elektrolit içine daldırılırsa, elektrolit ile çubuk arasında bir potansiyel farkı oluşur. Buna değme emk’i (elektro motor kuvvet) denir.
Piller kuru pil veya sıvı çözeltili pil olabilir.
