Elektroliz Nedir? 

Elektroliz nedir: Elektrik akımı yardımıyla, bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması işlemine elektroliz denir. Bu ayrıştırma işlemi, maddenin elektron vermesinden veya almasından kaynaklanır. Elektroliz işlemi, elektroliz kabı ya da tankı denen bir cihaz içinde uygulanır.

Elektroliz kabı içerisinde, çözünerek artı (+) ve eksi (-) yüklü iyonlara ayrılmış bir bileşiğin (→Elektrolit) içine birbirine değmeyecek şekilde daldırılmış iki elektrottan oluşur. Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında gerilim oluşur. Bu da iyonları karşıt yüklü elektroda (kutup) doğru hareket ettirir. Karşıt kutupta yükünü dengeleyen atom veya moleküller elektrotta çökelir. Ya da elektrolit içindeki moleküllerle yeni reaksiyonlara girer. Yeni reaksiyona girme eğilimi daha fazladır.

Örneğin sofra tuzu içeren elektrolitte anotta klor açığa çıkar. Nötr sodyum atomları su moleküllerini etkileyerek katottan hidrojen açığa çıkmasına neden olurlar. Böylece elekrolitte sodyum hidroksit meydana gelir.

Elektroliz bu akımın elektrolit içerisinde iletilmesi ile birlikte gelişir. Elektrolit çoğu kez erimiş olarak veya  bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi şeklindedir. Volta pilinin (1800)  bulunması ile ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili deneyler 19. Yüzyılın başlarında gerçekleşmiştir. Elektroliz olayını özel olarak inceleyen, Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı  düşünülmektedir.

Elektroliz ile İlgili Terimler

İyon Nedir?

Suda çözülebilen kimyasal bileşiklerin bir kısmı negatif ve pozitif yüklü, atom veya atom gruplarına ayrılırlar. Pozitif ve negatif yüklü bu parçacıklara göç eden anlamına gelen iyon denir.

İyonlaşma Nedir?

Bir bileşiğin iyonlarına ayrışmasına iyonlaşma denir. Örneğin gümüş nitrat iyonlaşırsa; AgNO3→Ag+NO3 gümüş ve nitrat kökü iyonlarına ayrılır.

• Asitlerin (sülfirik asit=zaç yağı, nitrik asit= kezzap, hidroklorik asit= tuz asidi),
• Bazların (sodyum hidroksit= sud kostik, potasyum hidroksit= potas kostik),
• Tuzların ( bakır sülfat=göz taşı, gümüş nitrat= cehennem taşı)

sudaki çözeltileri kendiliğinden iyonlaşırlar. İyonlaşan çözeltiler ise elektrik akımını iletirler.

Elektrot Nedir?

Elektrolit içine batırılan iletken metallerdir. Suya daldırılan iletkenlerdir. Örnek, grafit çubuğu.

Elektrolit Nedir?

Çözelti olarak veya ergimiş halde alındığında doğru akımı geçiren maddeye elektrolit denir. Elektrolitlerin içerisinde serbest iyonlar vardır. Elektrolit, sulu çözeltide elektriği ileten maddedir. Örneğin hidroklorik asit (HCl) sülfirik asit (H2SO4), nitrik asit (HNO3) çözeltileri.

Elektroliz Hücresi Nedir?

İki elektrolit çözeltinin ve elektroliz olayının oluştuğu hücreye elektroliz hücresi denir. Elektrolizin yapıldığı kaba elektroliz kabı denir. Bir elektroliz için doğru akım güç kaynağı, elektrotlar ve elektrolit gerekir.

Anot Nedir?

Elektroliz  kabında, üretecin pozitif (+) kutbuna bağlı elektroda anot adı verilir.

Katot Nedir?

Elektroliz  kabında, üretecinin eksi (-) kutbuna bağlı elektroda katot adı verilir.

Anyon Nedir?

Atomların elektron almış durumudur. Negatif yükle yüklü atom ya da atom gruplarına anyon denir.

Katyon Nedir?

Atomların elektron vermiş durumudur. Pozitif  yükle yüklenmiş atom ya da atom gruplarına katyon denir. Elektrik enerjisinin, kimyasal reaksiyonu için tam kapalı, devre elektrik akımı gerekir.

Elektroliz Olayı

Bu olayı anlamak için ilk önce bileşikler arasındaki bağları (bileşikleri bir arada tutan kuvvet) öğrenmek gerekir. Bileşikler arasında değerlik elektronuna bağlı iki tür bağ vardır.

Kovalent bağ: Kovalent bağda bileşikler elektron veya elektronları ortak kullanırlar.

İyonik bağ: Bileşik atomlarından (veya moleküllerden) biri diğerine elektron verir. Böylece kendisi pozitif iyon durumuna gelir. Diğer atom veya bileşik ise negatif iyon durumuna geçer.

Kovalent bağlı bileşikler elektrik alanı ile ayrıştırılamazlar. Buna karşın iyonik bağlı bileşikler elektrik alanı ile ayrışabilirler.

Elektroliz Ne İşe Yarar?

Elektroliz farklı amaçlar için farklı şekillerde yapılabilir. Özellikle metalürji alanında ayrıştırma işlemleri sırasında kullanılır. Ayrıca kaplamacılık sektöründe de pratik bir yöntem olmasından tercih edilmekte ve yaygın olarak kullanılmaktadır.

Örneğin, bir metal başka bir metal ile kaplanacaksa kullanılacak eriyik ve elektrotlar ona göre seçilmelidir. Veya su ayrıştırma ile Hidrojen gazı elde edilmek istendiği zaman farklı bir çözelti ve farklı elektrotlar kullanılır.

Elektroliz Olayı Nasıl Gerçekleşir?

Elektroliz olayının nasıl gerçekleştiğini anlamak için aşağıda şekildeki düzenek bir örnektir. Bu düzenek, kaynağın eksi ucuna bağlı katotun artı ucuna bağlı anot ile kaplanması için tasarlanmıştır.

Elektroliz kabının içindeki suya bakır sülfat (CuSO₄) karıştırılmıştır. Bakır sülfat, bakır (Cu⁺²) ve sülfat (SO₄ ^-2) şeklinde suda çözünerek iyonlarına ayrılmıştır. Sisteme enerji verildiği zaman kaynağın artı (+) ucu anottan elektron çeker. Eksi (-) ucu ise katoda elektron verir.

Anotta bakır atomları (Cu^-2 ) negatif iyon durumuna geçer. Çözeltide serbest halde bulunan sülfat iyonları (SO₄ ^-2) ile birleşerek bakır sülfatı (CuSO₄) oluştururlar. Bu sırada da pozitif bakır iyonları (Cu⁺²) çözeltide serbest halde bulunur. 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.

Elektroliz Deneyi 

Bakır sülfattan bir miktar alalım, arı suda çözdürelim, bakır sülfat çözeltisi hazırlayalım. Çözeltinin içine elektrolitik bakır ile bir de ham bakır daldıralım. Ham bakırın ucunu bir pil bataryasına bağlayalım.

Pozitif (+) kutbu olan anota elektrolitik bakırın ucunu da üretecin negatif (-) kutbu olan katota bağlayalım. Bir süre sonra elektrotlara bakalım. Anot olan ham bakır delik deşik olur, kütlesi azalır. Buna karşılık bakır tel kalınlaşır, üzerinde saf bakır toplanır.

Bakır sülfatın elektrolizi

Bakır sülfat çözeltisi;

CuSo_4→  Cu + So₄ pozitif yüklü bakır, negatif yüklü sülfat kökü iyonlarına ayrışmış olduğundan doğru akım geçince elektrolize uğrar.

Pozitif yüklü bakır iyonu katottan iki elektron alarak nötrleşir ve atom durumuna geçer, katotta toplanır. Onun için kattot ağırlaşır. Negatif yüklü sülfat kökü iyonu ise ham bakır olan (+) yüklü anota gider. İki elektron vererek serbest hale geçer, bakır sülfat yapar, bu tuz ise suda çözünür, onun için ham bakırda azalma olur.

Kattota toplanan bu bakıra elektrolitik bakır denir. Elektrolizde doğru akım kullanılır. Şiddeti ve yönü belli olan doğru akımda iyonlar kolaylıkla göç hareketi yapabilirler. Elektrolizde alternatif akım kullanılacak olursa iyonlar göç hareketi yapamadan akımda yön değişmesi olur. Onun için alternatif akım kullanılmaz. Ancak alternatif akım doğru akıma çevrilir, ondan sonra kullanılabilir.

Elektrolizin Endüstrideki Kullanım Alanları

• Elektroliz metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) veya  arıtılmasında (çözünür anot) kullanılmaktadır.
• Galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle metal birikimiyle döküm kalıbına şekil vermede kullanılır. Aşınmaya karşı korumada, bir metal çökeltisi ile metallerin kaplanmasında kullanılan bir yöntemdir. (örneğin, kadmiyum, altın, gümüş, nikelaj, çinko, krom, bakır kaplama gibi)
• Suyun elektrolizi ile arı hidrojen ve başka gazlar elde etmede.
• Metallerin anot veya katot anot olarak yağlardan temizlenmesi. Ayrıca (alüminyumun, alümin sayesinde anotlaştırılması) elektrolizle parlatma, gaz üretimi (klor) gibi.
• Elektroliz, voltmetrelerdeki akım miktarının, akım şiddetlerinin ölçülmesine de imkan sağlar.
• Devamlı akım sayesinde, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi. Yemek borusu ve idrar yolu (üretra) daralmaları. Burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesi. Cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların vs hastalıkların tedavisinde  kullanılmaktadır.

Elektrolizin Uygulama Alanları

• Alüminyum, ergitilmiş alüminyum oksitin elektrolizinden elde edilir.
• Klor-alkali fabrikalarında sodyum ve klor; ergitilmiş yemek tuzunun elektrolizinden elde edilir.
• Metallerin ayrıştırılmasında elektrolizden yararlanılır. Hangi metalin  ayrıştırılması isteniyorsa, o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır. Saf olarak istenen metaller suda çözünen tuzlarının elektrolizinden elde edilir. Bu sistem elektrolitik bakır metali için kullanılır. Çözelti içerisine batırılan elektrotlardan biri saf bakır, öbürü de saf olmayan bakırdır. Bakır iyonları (+) yüklü olduğu için katoda gider orada nötrleşerek saflaştırılmış olur.
• Metalle kaplamacılıkta  elektrolizden faydalanılır. Kullandığımız araç ve gereçlerin üzerlerini çevreden etkilenmemesi için korumak gerekir. Herhangi bir cisim metalle kaplanmak istenirse elektroliz kabında katot olarak kullanılır. Hangi metal ile kaplanacaksa o da anot olarak seçilir. Havadan etkilenmeyen metallerin tuzunun, suda çözünen tuzları alınır. Nikelaj, kromaj ve gümüşle kaplama bu yöntemle olur.  Böylece herhangi bir cismin üzerine nikel, gümüş, bakır, altın, krom kaplanabilir. Bir demir boru nikelle kaplanacak olursa, boru katot, nikelse anot olarak seçilir. Çözeltisi için nikel tuzu çözeltisi kullanılır. Sulu çözelti içerisindeki nikel iyonları katoda gider. Böylece element halinde toplanarak elektroliz kaplama olayı gerçekleşmiş olur. Bu işleme endüstride galvanoteknik denir.

Elektrolizi Kim Buldu?

Elektroliz konusunda 18oo’ de Anthony Carlisle ve William Nicholsun. 1807’ de Humphry Davy ve 1833’ de Faraday’ın keşifleri. 1887’ de Svante Arrhenius tarafından geliştirilen iyon teorisi, günümüzün  atom fiziğine temel oluşturmuşlardır.

Elektrolizi, Michael Faraday bulmuştur. İlgi alanı elektrik ve kimyadır. Kimya araştırmalarından ilki maden kömürü katranlarında benzeni bulmaktı. Basit bir cihazın içerisinde sıkıştırma ve soğutmayla, o çağda bilinen tüm gazları sıvılaştırmayı başardı. Qersted’in icatından sonra 1824′ de elektromanyetikliği incelemeye başlamıştı.

Bir mıknatısın elektrik akımı üzerindeki etkisini gözlemleyerek Ampére’in teoremlerini tamamlamıştır. Bu yolla, devamlı mıknatısların etkisinde olan bir elektrik devresini döndürmeyi başarmıştır. Böylece elektrik motorunu çalıştıracak prensibi bulmuştur. 1831’de, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektromanyetik indüklemeyi bulmuş. Böylece dinamo yapımını sağlamıştır. 1833’te elektroliz teorisini, olayın ismini, elektrot ve iyon terimlerini ortaya atmıştır.