Elektroliz Deηeyi? Қoηu Aηlαtımı ~ »

Konu 'Kimya 10. Sınıf' bölümünde Moderatör Sümeyye tarafından paylaşıldı.

  1. Moderatör Sümeyye

    Moderatör Sümeyye Süper Moderatör Yönetici Süper Moderatör

    Katılım:
    25 Mayıs 2012
    Mesajlar:
    5.397
    Beğenileri:
    4.144
    Ödül Puanları:
    113


    1.Deneyin Amacı
    Elektrolizin öğrenilmesi ve %98-99 saflıktaki bakırın rafinasyon elektrolizinde akım verimininhesaplanması.

    2.Teorik Bilgiler2.1. Elektroliz kavramı
    Bir elektrolit ile içine daldırılmış iki elektrottan oluşan elektroliz hücresinde elektrotlar yardımıyladışarıdan elektrik akımı uygulayarak kimyasal reaksiyonun gerçekleştirilmesi işlemine elektrolizdenir. Elektroliz sistemi 3 ana bölümden oluşur.


    Elektrolit:
    Elektrolizde kullanılan elektrik akımını ileten sıvıdır. Erimiş tuzlar ve asit, baz,tuz çözeltileri elektrolit olarak kullanılır.


    Elektrotlar:
    Katı iletkenlerdir. Genelde, grafit ve platin gibi asal elektrotlar kullanılır. Anotve katot olmak üzere iki tanedir. Anot, yükseltgenmenin gerçekleştiği elektrottur. Katot,indirgemenin gerçekleştiği elektrottur. Yani pozitif yüklü olan elektrot anot negatif yüklüolan elektrot ise katot olarak adlandırılır.


    Üreteç:
    Dış devrede elektrik enerjisini sağlayan doğru akım kaynağıdır. Üretecin pozitif kutbuna bağlı elektrot anot, negatif kutbuna bağlı elektrot katottur.Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte elektroliz gerçekleşir.

    [​IMG]



    Elektrolizde; katyonlar (+ yüklü iyonlar) indirgenerek katotta, anyonlar da (- yüklü iyonlar)yükseltgenerek anotta açığa çıkar. Elektroliz kabında birden fazla tür katyon varsa, ilk önceindirgenme eğilimi (potansiyeli) en büyük olan indirgenir. Daha sonra sırası ile indirgenme devameder. Elektroliz kabında birden fazla cins anyon varsa, anotta ilk önce yükseltgenme eğilimi enbüyük olan anyon toplanır. Aktifliği az olan anyon öncelikle anotta, aktifliği az olan katyon daöncelikle katotta açığa çıkar. Elektrolizde bileşikler elementlerine ayrıştırılabilir. Elektrokimyasalpile, pil geriliminden yüksek bir gerilim uygulanırsa, pil de gerçekleşen tepkime tersine döner.Elektroliz oluşur. Bu olaya pilin şarj edilmesi denir
    .

    2.2. Bir Elektrotun İçinden Akım Geçişi
    Bir elektrolit (bir asit, bir baz veya bir tuz) eriyiğinde iyon adı verilen serbest elektriklitanecikler bulunmaktadır. Elektrolitin çözünmesinde meydana gelen iyonlar pozitif veyanegatif olarak yüklü atomlar veya atom gruplardır. İyonların elektriksel bir alandahareketleri ise akımın geçişini sağlar.
    2.2.1.

    İyonların Elektrotlara Göçü
    Bunun için, elektroliz kabına daldırılmış olan iki elektrotu bir üretecin kutuplarına bağlamakyeterlidir. Bu is yapılınca, katoda üretecin negatif kutbundan elektronlar gelir, anottaki elektronlarınbir kısmı ise üretecin pozitif kutbuna çekilir ve böylece anot pozitif, katot ise negatif olarakyüklenmiş olur. Elektrotlar arasında oluşan elektrik alanının etkisiyle, pozitif iyonlar katota negatif iyonlar ise anota doğru göç ederler. Katota varan pozitif iyonlar, buradan kendilerini nötrleyecekkadar elektron alırlar. Anoda geçen negatif iyonlar ise elektronları anota vererek nötr hale geçerler.Belli bir zaman süresi içinde katottan alınan elektronların sayısı ile anota verilen elektronların sayısıeşitlenir.
    2.3.

    Bakırın Rafinasyon ve Redüksiyon Elektrolizi
    Bakır rafinasyon elektrolizinde ateşle rafine edilmiş %98-99 saflıkta olan bakır kullanılır.Bileşimde safsızlık olarak oksijen ve kükürdün yanında soy metal olan altın, bakır, platin ve çeşitlimiktarlarda As, Sb, Bi, Sn, Se, Te, Pb, Zn ve Fe içermektedir. Katot olarak elektrolit bakır kaplanmış titan levhalar veya yapışmayı önlemek için üzeri yağ ile sıvanmış elektrolit bakır katotlevhalar kullanılır.

    Rafinasyon elektrolizinde anot ve katot aynı metalden oluştukları için parçalanma voltajıteorik olarak sıfırdır. Uygulanan hücre voltajı bu nedenle sadece elektrolitin direncinin biraz üstündeolmalıdır. Rafinasyon elektrolizini tarif edecek toplam bir reaksiyon anlamsızdır.


    [​IMG]

    Anotta oluşan bir kısım bakır iyonları disproporsiyonlaşır. Burada oluşan bakır toz halindeanot yüzeyinde ve yüzeyden ayrılarak banyonun dibinde anot çamurunda birikir. Pb, Sn, Sb ve Bianodik olarak çözünürler fakat elektrolit içinde oluşturdukları bileşikler nedeniyle slam şeklindeyüzerler ve mekanik olarak katot kirliliği yaratabilirlerse de genelde çökerler ve anot çamuru içindebirikirler. Anodik olarak çözümlendirilemeyen Au, Ag ve Pt gibi elementler anodun yenilmesineparalel olarak anottan ayrılıp banyo dibine inerler ve burada anot çamuru içinde birikirler. Ortalamaolarak Au, Ag, Se, Te ve Pb %98 oranında, Sb %60 civarında anot çamuruna geçer. Anotbileşimindeki nikelin %5’i çözünmez ve bakır-nikel karışık kristali halinde anot çamuruna geçer. Aynı şekilde 3 Cu2 .O Sb2.05' de büyük oranda çözünmeden anot çamuruna gider. Üçüncü grupmetaller de bakırla karışık kristal halinde bulunurlar ve anodik çözünme potansiyeli bakıra yakındır. Ancak bu metaller çözünseler bile daha sonra sementasyon sonucu anot çamuruna giderler.Örneğin, gümüş:
    Cu + 2 Ag+= Cu2+Ag

    Dördüncü grupta yer alan metallerden Se ve Te’ün Cu2S ve Cu2 Te halinde anot bakırındabulunduğu ve çözünmeden direkt anot çamuruna geçtiği kabul edilir. Kalay ise bakırla intermetalikbileşik olmasına rağmen tamamen çözünür, ancak CuSO4 ’lı çözeltilerde çözünürlüğü çok azolduğundan aşağıdaki tepkime uyarınca hidroliz olarak anot çamuruna geçer:


    Kurşun direkt olarak çözünmeyen PbSO4

    oluşturarak anot yüzeyinde kalır. Anot bakırı fazlamiktarda kurşun içerirse oluşan PbSO4 yüzeyi tamamen kaplayarak anodun pasifleşmesine neden olur.

    Rafinasyon ve indirgenme elektrolizleri arasındaki temel fark anot tepkimeleridir. Rafinasyonelektrolizinde anot olarak kullanılan malzeme oksitlenip çözeltiye geçerken, indirgenmeelektrolizinde çözünmeyen anotlar kullanılır. Çözünmeyen anotların indirgenme elektrolizindekigörevi iletkenliği sağlamaktır ve yüzeyinde oksijen çıkışı meydana gelir.Oksitli bakır cevherlerin doğrudan, diğerlerinin bir ön işlemden sonra veya bakteriler yardımıylaçözümlendirilmesi sonucu değişen derişimlerde elde edilen sülfatlı çözeltilerden bakırınkazanılmasında uygulanan yöntemlerden bir tanesi de indirgenme elektrolizidir.

    İndirgenme elektrolizinde satılabilir kalitede katodik bakır üretimi elektrolitteki bakır derişimilitresinde 15 g civarına ininceye kadar mümkündür. 15 g'dan 8 g'a kadar olan derişimlerde yinesatılabilir fakat toz veya sünger halde bakır üretilebilmektedir. Bu satılabilirlik sünger bakırın anotfırınında işleneceği açısından geçerlidir.
    2.4. Rafinasyon ve Redüksiyon Elektrolizi Arasındaki Fark
    Rafinasyon ve redüksiyon elektrolizleri arasındaki farklardan biri; katot reaksiyonları aynıiken anot reaksiyonları farklı oluşudur. Rafinasyon elektrolizinde anottan çözünen metal iyonlarıkatotta redüklenirken, redüksiyon elektrolizinde çözünmeyen anotlar (genellikle %4 – 6 Sb içerenkurşun alaşımları) kullanıldığından, anot reaksiyonu elektrolitte bulunan bir anyon veya molekülünoksidasyonu ile sağlanmalıdır. Oksidasyon işlemi, sulu çözeltilerde suyun disosiyasyonu sonucuoluşan OH- iyonunun üstlendiği bir görevdir.

    Elektroliz Şartları ve Katkı Maddeleri

    Aşağıdaki tabloda elektroliz şartları gösterilmiştir.


    Kolloid homojen bir karışımdır. Bu homojen karışım içersinde jelâtin ve thiourea içerir.Jelâtin, bakırın katot yüzeyine homojen ve düzgün bir şekilde bağlanmasını sağlar ve ince kristallisert bir bakır yapısı oluştur. Jelâtinin yan etkilerini ortadan kaldırmak için ise thiourea kullanılır.Thioureanın diğer bir görevi de katot yüzeyindeki sivri uçları ve çukurları izole eder. Diğer bir katkımaddesi olan mersolat, antioksidan görev görür ve katot yüzeyindeki sülfatlanmayı geciktirir.HCl’nin homojen karışım içine katılmasının maksadı ise elektrolit içindeki gümüş iyonlarını (Ag
    +
    ) ,gümüş klorür (AgCl) halinde çökelmesini sağlamaktır.
    2.6.

    Katotta Biriken Metal Miktarının Hesaplanması


    Akım randımanı %90-95 olup enerji sarfiyatı 0,2-0,25 kWh/kg Cu aralığındadır.Faraday kanunlarına göre katotta biriken metal miktarı devreden geçen akım şiddeti ile doğruorantılı olarak değişir. Bir eşdeğer gram maddenin transferi 69500 coulomb değerinde bir elektrikakımı gerekir. Bir eşdeğer gram (k= A/z.96500) maddenin atom veya molekül gram kütlesininiyonsal değerliliğine bölünmesi ile elde edilir. 69500 coulomb Avagadro sayısı kadar elektronaeşdeğer bir miktar olup 1 Faraday olarak tanımlanır. Teorik olarak katotta birikmesi beklenen metalmiktarı aşağıdaki Faraday eşitliği ile hesaplanır:

    4.- Deneyin Yapılışı ve Sonuçları4.1. Rafinasyon Elektrolizi
    Deneye başlamadan önce Tablo 1’deki verileri kullanarak elektrolit sıvısı hazırlandı.Hazırlanan elektrolit behere konuldu. Daha sonra katot levhası alkolle temizlenip kurutuldu vehassas terazide ağırlığı ölçüldü. Hazırlanan elektrolitin sıcaklığı 65 C’ye çıkartıldı ve bu sıradamanyetik karıştırıcı çalıştırıldı. Katot levhasının elektrolit içindeki yüzey alanı ölçülerek akımyoğunluğu hesaplandı. Hazırlanan anot ve katot levhalar güç kaynağına bağlanarak hesaplananakım yoğunluğuna uygun akım verildi. Elektroliz işlemi 15 dakika sürdükten sonra güç kaynağı tamzamanında kapatıldı. Katot plakası elektrolitten çıkartılarak alkolle temizlenip kurulandı ve sonağırlığı hassas terazide ölçüldü. Daha sonra deney süresince elde edilecek teorik bakır miktarı(*) denklemi kullanılarak hesaplandı. Elektroliz verimi hesaplamak için (**) denklemi kullanılarakakım randımanı hesaplandı.

Sayfayı Paylaş