Kimya Deneyleri: Elektroliz ile Bakır Kaplama

DENEYİN ADI: Elektroliz İle Bakır Kaplma

DENEYİN AMACI: Elektroliz olayının öğrenilmesi ve bir metal parçasının bakır ile kaplanması

TEORİK BİLGİ:

Elektroliz Nedir?

    Bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmaya elektroliz denir. Elektroliz, bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte gelişir. Elektrolit, çoğunlukla erimiş olarak ya da bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi halindedir. Volta pilinin bulunmasıyla (1800) ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili ilk deneyler, XIX. yy’ın başlarında gerçekleştirilmiştir. Elektroliz sözcüğünün, olayı özel olarak inceleyen Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı sanılmaktadır.

Elektroliz İle İlgili Bazı Terimler :

Elektrolit : İçinde serbest iyon bulunduran ortamlara denir.

Elektrot : Elektrolit içine batırılan metallere denir.

         AnotBir elektroliz kabında üreticinin pozitif kutbuna bağlı elektroda denir.

Katot : Bir elektroliz kabında üreticinin negatif kutbuna bağlı elektroda denir. 

Elektrolitik İletkenlik

Elektrik akımının yüklü iyonlar tarafından taşınması olgusuna elektrolitik iletkenlikdenir. Elektrolit içindeki iyonlar hareket etmedikçe elektrolitik iletkenlik gözlenmez. Elektrolitik iletkenlikten yararlanılarak ergimiş tuzların ve elektrolit çözeltilerinin elektrolizi yapılır.

Elektrolitik iletkenlik iyonların hareketinden kaynaklandığından, bu hareketleri engelleyici bir etki, akıma karşı bir direncin doğmasına yol açar.

   Faraday Yasaları :

       Elektroliz ürünlerinin miktarı, ürünlerin meydana gelme hızı ve tabiatı, elektroliz şartlarına bağlıdır. Faraday elektroliz yasalarına göre;

      1- Elektrolitten elektrik akımı geçirildiği zaman serbest hale geçen veya çözünen madde miktarı elektrolitten geçen elektrik miktarı ile orantılıdır.

      2-Çeşitli elektrolitlerden aynı miktar elektrik akımının geçirilmesiyle ayrılan veya çözünen madde miktarı bu cismin kimyasal eşdeğeri ile orantılıdır.

Kimyasal eşdeğer, bir atomun atom tartısının veya bir atom grubunun mol tartısının, bunların dahil olduğu bileşikteki değerliğe oranıdır. Bir coulombluk elektrik miktarının serbest hale geçirdiği  veya çözdüğü maddenin gram miktarı, bu maddenin elektrokimyasal eşdeğeridir. Faraday’ın elektroliz kanunlarına göre;

m = A / n. Q / F bağıntısı yazılabilir. Burada;

m = Ayrılan veya çözünen madde miktarı

A = Ayrılan maddenin atom ağırlığı (iyon-gram)

n  = Ayrılan maddenin bileşikteki değerliği

Q = Elektroliz sırasında devreden geçen akım miktarı

F = Faraday (96500 Coulomb)

Devreden geçen akım miktarı Q (Coulomb) uygulanan akım şiddeti ve elektroliz süresiyle orantılıdır. Eğer akım şiddeti sabit ise Q = i . t ; eğer akım şiddeti değişiyorsa

 Q = ∫ A. dt olur. Devreden geçen akım miktarını hassas olarak ölçmek için Coulomb metrelerden yararlanılır. Ayrıca elektronik cihazlar yardımı ile akım miktarı tayin edilmektedir.

Elektrolizin başlayabilmesi, yani elektrotlarda indirgenme ve yükseltgenme olaylarının başlayabilmesi elektrot potansiyeline bağlıdır. Bazen madde toplanmasının başlayabilmesi için teorik olarak hesaplanan potansiyel değerinden daha büyük potansiyel değerine ihtiyaç duyulabilir. Bu durumda aşırı potansiyel söz konusudur. Eğer toplanan veya ayrılan madde miktarı Faraday’ın elektroliz yasaları ile hesaplanan teorik değere eşitse akım verimi %100, eğer eşit değilse %100’ün altındadır, denir.

Kullanılan araç ve gereçler:

      Beher glas

      Metal Parçası (1 tl)

      Bakır elektrot

      Krokodil

      Bakır sülfat

      Bağlantı kabloları

      Ampül

      Kurşun plaka

      Kurşun oksit plaka

      Pens (parayı tutarken)

      HNO3 asiti

      NaOH bazı

      Plakaların içinde bulundurulan asit H2SO4 asitidir.

DENEYİN YAPILIŞI:

          Mavi su bakır sülfat çözeltisidir. Pil deneyindeki gibi düzenek kurulur. Beherde sülfirik asit vardır. (H2SO4) Parayı yani metal parçası olarak kullandığımız 1 tl yi temizleriz. Once asite sonra suya, baza tekrar suya batırıp temizleriz. Temizlerken kullandığımız asit HNO3 asitidir. Baz ise NaOH bazıdır. Parayı temizlerken pens yardımıyla tuttuk. Pil deneyi gibi kurduğumuz zdüzenekte beherde kurşun ve kurşun oksit plaka vardır. Krokodil ile ampere bağlayıp amperdeki değeri ölçtük. Amerde ölçtüğümüz değer 0.2 amperdi. Gri renkli olan plakaya parayı kahverenkli olan plakaya ise bakırı krokodiller yardımıyla tutturduk.

Ve bakırın kaplanması için geçen süreyi not ettik. Deneyi yaparken kurşun ve kurşun oksit kaplamalarının tükenip tükenmediğini kontrol etmek için krokodiller yardımıyla ampüle bağladık ve ampülün yanıp yanmadığını kontrol ettik.

                                       

 

DENEYİN SONUCU

Bakırın kaplanması için geçen süre 15 dk dır. 15 dk =15*60 sn= 900 sn

 Ampermetrede okuduğumuz değer 0.2 dir.

Burdan q=I*t formülünden geçen yükün miktarını buluruz

             q = 0.2* 900= 180 C

1 F                96.500 C

x F                 180 C                     denkleminden x i yani devreden geçen faradı x=180/96.500

x=1.86

                                           

Ma/td = 63.55/4 = 15.88 gr Cu

1F                 15.88 gr Cu

180/96.500     x                                     denkleminden x=1.86*15.88= 29,62 buluruz.

DENEYİN YORUMU:

Bu deneyde elektrolizin ne demek olduğunu ve bu sonuçta bir metal parçasını nasıl bakır ile kaplayacağımızı öğrendik.

 Elektrolizle bakır kaplama sayesinde çok kısa sürede kaplama gerçekleşmiş oldu. Bu sebeple  elektroliz ile kaplamalar sanayide çok kullanılmaktadır.

 Faraday yasasına göre deneyimizdeki değerler sonucunda, anahtarda toplanması gereken madde miktarıyla deney sonunda toplanan madde miktarı farklı çıktı. Buna neden olan faktörler; ölçümlerin yeterince hassas yapılmaması, elektroliz süresinin doğru takip edilmemiş olması olabilir.

Elektrolizin uygulama alanları :

Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) başvurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, üretra ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.

Elektrolizden yararlanma :

1.Metallerin Ayrıştırılması : Bunun için hangi metal ayrıştırılacaksa, o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır. Bu yöntem en çok bakır metali için kullanılır. Çözelti içine batırılan elektrotlardan biri arı bakır, diğeri de arı olmayan bakırdır. Bakır iyonları (+) yüklü olduğundan katota gider, orada nötrleşerek arılaştırılmış olur.

KAZANIMLAR:

      Herhangi bir metalle kaplamak istediğimiz bir cisim elektroliz kabında katot olarak kullanılır. Hangi metalle kaplamak istiyorsak o da anot olarak seçilir. Çözelti yerine anot olarak kullanılan metalin tuzunun, sudaki çözeltisi alınır. Teknikte kromaj, nikelaj ve gümüşle kaplama bu metotla olur. Bir demir çatal nikelle kaplanmak isteniyorsa, çatal katot,nikel ise anot olarak seçilir. Çözelti olarak nikel tuzu çözeltisi kullanılır. Sulu çözelti içindeki nikel iyonları katota gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler.

KAYNAKÇA:

- Deney föyü

.     Prof. Dr. Ender Erdik, Prof. Dr. Yüksel Sarıkaya; Temel Üniversite Kimyası Cilt-1, s. 472-474-475