Bilim Son Makaleler

GALVANİK PİLLER

Tarafından yazılmıştır admin

Zn(k) + Cu 2+ (suda) > Zn2+(suda) +  Cu(k)

Elektronlar çözeltideki indirgen türden (Zn), yükseltgen türe (Cu 2+) doğru aktarılırlar. Ancak, yükseltgen tür ile indirgen türü fiziksel olarak ayırırsak, elektronlar bir dış bağlantı (bir metal tel) yoluyla bir elektrottan diğerine iletilebilirler. Tepkime ilerledikçe sürekli bir elektron akışı olur ve böylece elektrik üretimi sağlanır (yani, bir elektrik motorunu çalıştırılabilecek elektriksel iş üretilir).

İstemli bir tepkimeyle elektrik üretimini sağlayan deneysel düzenek, İtalyan bilir adamları Luigi Galvani ve Alessandra Volta nın anısına galvanik pil ya da volta hücresi olarak adlandırılmıştır. Şekilde bir galvanik pilin genel yapısı görülmektedir.

Burada çinko çubuk ZnSO4 çözeltisine, bakır çubuk ise CuSO4 çözeltisine daldırılmıştır. Pil sistemi, ayrı bölmelerde bulunan Zn metalinin Zn2+ ye yükseltgenmesi ve Cu 2+  iyonunun n Cu metaline indirgenmesinin karşılıklı olarak aynı anda yürümesiyle çalışır. Bunun sonucu olarak Zn elektrottan Cu elektrotu doğru dış devredeki telden elektron akışı olur. Çinko ve bakır çubuklara elektrot adı verilir. Elektrot (Zn ve Cu) ve çözeltilerin (Zn SO4 ve CuSO4) bu şekilde yerleştirilmiş haline Daniell pili adı verilir. Tanım olarak bir galvanik hücredeki anot, yükseltgenmenin gerçeklettiği elektrot, katot ise indirgenmenin gerçeklettiği elektrottur.

Daniell hücresinde yarı-hücre tepkimeleri yani elektrotlardaki yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri aşağıdaki gibidir:

Zn elektrot (anot):      Zn(k) → Zn2+ (suda) + 2e

Cu elektrot (katot):     Cu2+(suda) + 2e–   →  Cu(k)

Eğer her iki çözelti ayrı bölmelerle birbirinden ayrılmasaydı Cu2+ iyonları çinko çubukla doğrudan tepkimeye gireceklerdi,

Cu2+(suda) + Zn(k)     →      Cu(k) + Zn2+ (suda)

ve bu durumda kullanılabilir bir elektrik elde edilemeyecekti.

Elektrik devresinin tamamlanabilmesi için çözeltilerdeki, katyonların ve anyonların bir elektrot bölmesinden diğerine gidebilecekleri bir iletken ortamla temasta olması gerekir. Bunun için çözeltideki iyonlarla veya elektrotlarla tepkimeye girmeyen elek­trolit çözeltisi (KCl veya NH4NO3 gibi) ters çevrilmiş bir U tüpüne konur ve her iki çözeltiye teması sağlanır. Bu U tüpüne tuz köprüsü denir (Yukarıdaki şekile bakınız). Net redoks tepkimesi süresince elektronlar dış kablo ve voltmetre yoluyla anottan (Zn elektrodu) katoda (Cu elektrodu) akar. Çözeltideki katyonlar (Zn2+, Cu2+ ve K+) katoda doğru hareket ederken anyonlar (SO4 2- ve Cl) anoda doğru hareket eder. İki çözeltiyi birbirine bağlayan tuz köprüsü olmasaydı, anot bölmesinde pozitif yük birikmesi (Zn2+ iyonlarına bağlı olarak) ve katot bölmesinde negatif yük birikmesi (Cu2+ iyonları Cu a indirgendiğinden) nedeniyle pilin çalışması neredeyse mümkün olmayacaktı.

Elektrotlar arasında elektriksel potansiyel enerji farkı olduğundan, elektrik akımı anottan katoda doğrudur. Elektrik akımının bu akışı, yerçekimindeki potansiyel enerji farkından dolayı bir şelaleden suyun aşağı doğru akışı ya da gazın yüksek basınç bölgeden düşük ¡basınçlı bölgeye doğru akışına benzer. Anot ve katot arasındaki elek­triksel potansiyel fark deneysel olarak bir voltmetre ile ölçülebilir ve volt olarak ölçülen bu potansiyel pil gerilimi olarak adlandırılır. Ancak, elektromotor kuvveti, emk (E), ve pil potansiyeli terimleri de pil gerilimi yerine sıkça kullanılır. Pil gerilimi yalnızca elektrot ve iyonların cinsine değil, aynı zamanda iyonların derişimine ve sıcaklığa da bağlıdır.

Galvanik pilleri göstermek için hücre şeması kullanılır. Bu Daniell pili için ilk şekil de gösterilmiştir. Zn2+ Cu2+ iyonlarının derişimleri 1 M alınırsa, pil şeması şöyle gösterilebilir.

Zn(k) | Zn2+(1 M) ||Cu2+(1 M) | Cu(k)

Burada tek dikey çizgi faz sınırını gösterir, Örneğin, çinko elektrot bir katıdır, çözeltide Zn + iyonları bulunur (ZnS04 den). Buna göre, Zn ve Zn2+ arasındaki çizgi tek çizgi faz sınırını gösterir. Çift dik çizgi tuz köprüsünü gösterir. Pil şeması gösteriminde genel olarak anot önce yazılır, yani çift çizginin solunda yer alır. Diğer bileşenler anottan katoda doğru giderken karşılaşacakları sırayla verilirler.

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: