Yazar - haticeinann44.files.wordpress.com · • Bu üniteyi çalışmadan önce, Kimya...

Amaçlar

Bu üniteyi çalıştıktan sonra,• reaksiyon hızına, yapısal ve etkenlerin, sıcaklığın, derişimin,

yüzey alanının ve katalizörlerin etkisini bilecek; ve bu olgularıaçıklığa kavuşturucu nitelikte deney önerileri ile tanışacak,

• ısı alış-verişlerine ilişkin temel hatları kavrayacak ve bu olgula-rı açıklığa kavuşturucu nitelikte deney önerileri ile tanışacak,

• indirgenme ve yükseltgenme olgularını kavrayacak, • metallerin yükseltgenme yatkınlıklarını kıyaslayacak ve elekt-

rokimyasal dizi ile ilintili deney önerileri ile tanışacak, • elektrokimyasal pillerin ana hatlarını bilecek ve bu olguya yö-

nelik deney önerileri ile tanışacak,• elektrolitik metal kaplama sürecinin temel noktaları bilecek ve

bu olguya yönelik deney önerileri ile tanışacak,• önerilen tüm deneylerde verilerin değerlendirilmeleri ve he-

saplamalar yönelik bilgiler edinecek,• önerilen tüm deneylerde sonuçlarınızın yorumlamayı öğrene-

ceksiniz.

ÜNİTE

14Kimya Deneyleri II

YazarProf.Dr. D. Lale ZOR

A N A D O L U Ü N İ V E R S İ T E S İ

İçindekiler

• Giriş 259• Reaksiyon Hızına Etki Eden Temel Etkenler 259• Isı Alış Verişleri 265• İndirgenme Yükseltgenme Reaksiyonları 275

(Elektron Alış Verişleri)• Elektroliz 280• Özet 285• Değerlendirme Soruları 286• Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar 289

Çalışma Önerileri

• Bu üniteyi çalışmadan önce, Kimya Kitabınızdaki Termokimya,Elektrokimya ve Kimyasal Reaksiyonlarda Hız Ünitelerini göz-den geçiriniz.

• Deneylerde başarılı olmak için, Ünite 10, 11 ve 12'de açıklanandeneysel teknikleri gözden geçiriniz.

A Ç I K Ö Ğ R E T İ M F A K Ü L T E S İ

1. GirişÜnite 13'de olduğu gibi bu ünitede de kimya-bilgisinin pekiştirilmesine yönelik,deneysel uygulamalara yer verilmiştir. Bu ünitede yeralan deneyler titizlikle se-çilmiş ve deneyler için gereken bilgi özetlerinin verilmesine özen gösterilmiştir.Deneylerin sunulmalarında yine Ünite 13'de kullanılan genel profile sadık kalın-mış ve gereken yerlerde farazî verilere dayanarak hesaplamalara açıklık kazandı-rılmaya çalışılmıştır.

2. Reaksiyon Hızına Etki Eden Temel EtkenlerGenel Bilgiler

Bilindiği kimyasal reaksiyonlar, çok yavaş, yavaş, oldukça hızlı veya hızlı gerçekle-şebilirler. Reaksiyonların hızlarını etkileyen en temel neden, reaksiyona giren maddele-rin özellikleridir (yapısal etken).

Örneğin sodyum karbonat (Na2 CO3 ) çözeltisine limon damlatıldığında, reaksi-yonun hemen olduğunu biliriz. Zira reaksiyon ürünü olan CO2 gaz kabarcıkları-nın çıkışını hemen gözleriz. Öte yandan bir parça demirin paslanması için uzunbir süre (en az birkaç gün) gereklidir.

Ancak reaksiyon hızlarının yapısal etken dışındaki etkenlere de bağımlılık gös-termeleri sözkonusudur. Zira çeşitli dış etkenleri ayarlayarak, reaksiyona girenmaddelerin çarpışma sayılarını, ya da reaksiyona ilişkin aktivasyon enerjilerini(etkinleşme enerjilerini) değiştirmek mümkündür. Buna göre reaksiyon hızlarınıetkileyen başlıca faktörleri şöyle özetleyebiliriz.

• Yapısal Etkenler• Sıcaklık• Derişim (veya basınç)• Reaktant tanecikleri arasındaki temas (kontak) yüzeyi (Yüzey alanı ve

karıştırma hızı)• Katalizörler

K İ M Y A D E N E Y L E R İ I I 259

H2O + CO2 + 2Na +Na 2CO3 + 2H+ Hızlı

2Fe2O34Fe + 3O2Yavaş

!


2.1. Reaksiyon Hızına Sıcaklığın Etkisi

Genel Bilgiler

Bilindiği gibi atomlar, moleküller ve iyonlar sürekli hareket halindedir. Kinetik teoriyegöre sıcaklık arttıkça, atom, molekül ve iyonların hareketliliği de artar. Yani kinetikenerjisi artar. Bu durum, reaksiyonun oluşması için gerekli aktivasyon (etkinleşme)erjisine sahip reaktantların (atom, molekül veya iyon) sayısında bir artış sağlar. Enerji-si aktivasyon enerjisine denk (veya daha yüksek) reaktantların sayısındaki artış ise, reak-siyon hızının artmasına neden olur.

Reaksiyon hızının sıcaklığa ve derişime bağımlılığını incelemek üzere "iyod saa-ti" olarak adlandırılan ünlü bir reaksiyon seçilmiştir. Bu reaksiyon birkaç ardışıkbasamaktan oluşmuştur. Ancak sözkonusu reaksiyonun ilk basamağı en yavaşbasamağı olduğu için, bu basamak aynı zamanda "hız belirleyen basamak" ola-rak bilinir.

Bu ünlü reaksiyonda, iyodat anyonları ile sodyum sülfit çözeltisinin su içindekietkileşimleri üç temel basamak aracılığı ile yürümektedir. Bu reaksiyonda, sülfitanyonlarına kıyasla iyodat anyonlarının miktarı gerekli stokiyometrik miktarınbiraz üstünde tutulur.

Birinci basamakta iyodat anyonu ile sülfit anyonları arasındaki reaksiyon so-nunda, iyodür anyonu (I-) oluşmaktadır.

• Birinci basamaktan daha hızla ilerleyen ikinci basamakta, iyodür anyon-ları (I-), ikinci bir iyodat anyonu ile etkileşerek, moleküler iyod (I2) oluşu-munu sağlarlar.

• Üçüncü basamakta ise, ikinci basamakta oluşan iyod molekülü hızla sülfitanyonu ile reaksiyona girerek, yeniden iyodür anyonu oluşumunu sağlar.

Bu durumda ortamdaki tüm sülfit anyonları (HSO3- ) tüketilene kadar, iyod birikmez.

Zira basamak 2'de üretilen tüm I2'nin, basamak 3'de hızla tüketilmesi sözkonusudur.Ancak HSO3

- bütünüyle tüketildiğinde, moleküler I2 birikmeye başlar ve bu birikimnişasta testi ile kanıtlanır (Moleküler iyod ile nişasta reaksiyona girdiğinde, mavimsibir renk oluşur ve bu reaksiyon bir test olarak kullanılır).

İyod saati reaksiyonu için iyod testinin olumlu olması, reaksiyonun bitme zamanınıbelirten bir belirteç olarak kullanılır.

K İ M Y A D E N E Y L E R İ I I260

!

3I2 (sulu) + 9H2OIO3 (sulu)- + 5I (sulu)- + 6H3O+ Hızlı

3SO4 (sulu)-2 + 3H3O+ + I(sulu)-3HSO3 (sulu)- + IO3 (sulu)- + 3H2O Yavaş

2I (sulu)- + 3SO4 (sulu)-2 + H3O+I2 (sulu) + HSO3 (sulu)- + 4H2O Hızlı

!

!


Deneyin Önerisi 1

Reaksiyon Hızına Sıcaklığın Etkisi

Deneyin Amacı: Bu deneyde "iyod saati" reaksiyonundan yararlanarak, sıcaklı-ğın reaksiyon hızları üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçdoğrultusunda reaksiyonun tüm koşulları sabit tutulmuş ve sadece sıcaklık de-ğiştirilmesinin etkileri incelenmiştir.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Doygun sülfiröz asit çözeltisi, 0.02 N KIO3 çözeltisi,nişasta çözeltisi, erlen (birkaç adet 250 mL), kronometre, deney tüpü (birkaçadet), termometre.

Ön İşlem

• Bu reaksiyonda iki çözelti gereklidir. Bunlardan ilki "sülfit anyonu" kaynağıolarak gereken "sülfiröz asit"çözeltisidir. Bu çözeltinin hazırlanması için birlitre suya doyğunluğa erişene kadar kükürtdioksit (SO2) ilave edilir. Bu şe-kilde hazırlanan sülfiröz asit çözeltisinin derişimi 0.3 N'dir. Bu çözeltiye bir-kaç damla nişasta çözeltisi* damlatılarak, deneyde kullanıma uygun hale(Çözelti A) getirilir.

• Bir litre 0.02 M KIO3 hazırlanır (Çözelti B)

İşlem

• Üç adet temiz deney tüpü alınız. Bunlardan herbirine 10'ar mL "A" çözeltisikoyunuz.

• Benzer şekilde 3 adet temiz deney tüplerinden herbirine, 10'ar mL "B" çözel-tisi koyunuz.

• Temiz ve kuru bir erlene hem "A" hem de "B" çözeltisini içeren (birinci tüp-leri) boşaltınız. Karışımı çalkalayarak, mavi rengin ilk oluştuğu zamanı notediniz (t1). Bu deneyin gerçekleştiği oda sıcaklığını (T1) ölçünüz.

• A ve B çözeltilerini içeren ikinci tüpleri bir su banyosu içinde 50°C'a ısıtınız.Banyo sıcaklığını dikkatle ölçtükten (T2) sonra, tüpleri banyodan çıkarınız vehızla temiz bir erlene boşaltınız. Mavi rengin ilk oluştuğu zamanı not ediniz(t2)

• A ve B çözeltilerini içeren üçüncü tüpleri, soğuk buzlu su içinde tutarak 0°Cile 5°C arasında bir soğukluğa ulaşmasını sağlayınız. Ortam sıcaklığını, dik-katle ölçtükten (T3) sonra, tüpleri soğuk sudan çıkarınız ve hızla temiz bir er-lene boşaltınız. Mavi rengin ilk oluştuğu zamanı (t3) not ediniz.

Verilerin Sunuluşu

Bu deney sonunda elde edeceğiniz verileri, Tablo 14.1'e işleyiniz.

* Bir gram nişasta 100 mLsuda çözünür.


Deney No Sıcaklık Zaman Yorum ve Gözlemler(°C) T (Saniye) t

123

Tablo 14.1: Reaksiyon Hızına Sıcaklığın Etkisi


Tartışma ve Yorum

Bu deneyi dikkatle yürüttüğünüz takdirde, sıcaklık artışının reaksiyon hızında artışaneden olduğunu gözlemleyeceksiniz.

2.2. Reaksiyon Hızına Derişimin Etkisi

Genel Bilgiler

Reaktantların derişimi arttıkça, reaktantların (atom, molekül, iyon) çarpışma sayısı daartar. Bu durumun doğal bir sonucu olarak da, reaktantların derişim artışları, reaksi-yon hızının artmasına neden olur. Gazların reaksiyonlarında ise derişim yerine gazbasıncının artışı, reaksiyon hızının artmasına neden olur.

Deney Önerisi 2

Reaksiyon Hızına Derişimin Etkisi

Deneyin Amacı: Bu deneyde iyod saati reaksiyonundan yararlanarak, derişi-min reaksiyon hızları üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçdoğrultusunda reaksiyonun sıcaklık dahil tüm koşulları sabit tutulmuş ve sade-ce derişim değişikliğinin etkileri incelenmiştir.

İşlem

• Temiz bir erlene 30 mL "A" çözeltisi koyunuz. Bir ikinci erlene ise, 60 mL "B"çözeltisi ve 10 mL "su" koyunuz. (Toplam 70 mL)

• Kısmen seyreltilmiş "B" çözeltisini 30 mL A çözeltisinin yer aldığı erlene ila-ve ediniz. Karışımı bir cam çubukla karıştırarak, mavi rengin, ilk oluştuğuzamanı (t1) not ediniz.

• Yukarıdaki işlemleri bu kez yine 30 mL "A" çözeltisi fakat 50 mL "B" ve 20mL su kullanarak yineleyiniz.

• Benzer şekilde sözkonusu işlemleri Tablo 14.2'de verilen tüm "A" ve "B"kombinasyonları için yineleyiniz.

Verilerin Sunuluşu

Bu deney sonunda elde edeceğiniz verileri Tablo 14.2'ye işleyiniz.


!

A miktarı B Miktarı B'ye Eklenen B + Su Karıştırma Zaman Yorum(mL) (mL) Su Miktarı Miktarı İşleminden (saniye)

(mL) (mL) Sonra IO3 tDerişimi / M

30 60 1030 50 2030 40 3030 30 4030 20 50

Tablo 14.2: Derişimin Reaksiyon Hızına Etkisi

!


Tartışma ve Yorum

Bu deneyi dikkatle yürüttüğünüz takdirde, derişim artışının reaksiyon hızında paralelartışa neden olduğunu gözlemleyeceksiniz. Bu deneyde A çözeltisinde yer alan sülfit(HSO3

-) derişiminin hep sabit kalmasına karşın, iyodat (KIO3) derişimin gittikçe azal-ması söz konusudur ve bu durum reaksiyon bitim süresini uzatma etkisi (hız ya-vaşlatma) yaratacaktır.

2.3. Reaksiyon Hızına Yüzey Alanı ve Karıştırmanın Etkisi

Genel Bilgiler

Reaksiyon hızını etkileyen en önemli faktörlerden biri de "reaktant tanecikleriarasındaki kontağın (temasın) arttırılmasıdır." Bu durum ise,

• Karıştırma hızının artması,• Kontak (temas) yüzeyinin artması

ile sağlanır. Kuşkusuz reaktantların karıştırılma hızlarındaki artış, taneciklerarasındaki paralel bir artışa neden olacaktır. Öte yandan kontak yüzeyindeki ar-tış ise, bütünüyle tanecik boyutları ile ilintilidir.

Reaktant taneciklerine ilişkin boyutlar ne denli küçük ise, toplam yüzey alanı o den-li büyük olur.

Bu durumu örneklemek üzere, reaktantların birinin katı, diğerinin sıvı olduğubir reaksiyonu ele alalım. Katı reaktantın tek bir parça halinde, veya küçücüktoz parçaları halinde olması Şekil 14.1'de görüldüğü gibi toplam yüzey alanınıçok etkilemektedir. Yüzey alanının artması ise, reaktantların birbirleri ile etkile-şim gerçekleştirebilecekleri kontak yüzeyinin artması demektir. Bu durumundoğal bir sonucu olarak da, reaksiyon hızının artması demektir.

Özetle "reaktantların karıştırılma hızları ve kontak yüzeyleri (toplam yüzeyalanları) ne denli fazla ise, reaksiyon hızı o denli yüksek olur" genellemesini yapa-biliriz.

Deneyin Önerisi 3

Reaksiyon Hızına Tanecik Boyutlarının Etkisi

Deneyin Amacı: Bu deneyde tebeşirin (CaCO3) asit (HCI) ile reaksiyonundanyararlanarak, tanecik boyutlarının reaksiyon hızı üzerindeki etkisinin incelen-mesi amaçlanmıştır.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Tebeşir, derişik HCI çözeltisi, havan, deney tüpü (2adet).


!

Şekil 14.1: Tanecik Boyutla-rı - Yüzey Alanı İlişkisi

!


İşlem

• Eşit miktarda iki tebeşir parçası alınız. Bunlardan ilkini tek parça halinde,ikincisini ise havanda ince toz haline getirdikten sonra, temiz birer deney tü-püne koyunuz.

• Her iki deney tüpüne de 20-25 damla derişik HCI ilave ediniz ve tüm reaksi-yon bitene dek gözlem yapınız.

Tartışma ve Yorum

Bilindiği gibi tebeşirin HCI ile reaksiyonu sonunda CO2 çıkışını gözlenir.

Tebeşirin tek parça halinde bulunduğu tüpte çok yavaş bir CO2 çıkışı gözlemeniz, re-aksiyon hızının yavaş olduğuna kanıt kabul edilir. Benzer şekilde toz tebeşirin yer aldı-ğı tüpte hızlı bir CO2 çıkışını, reaksiyon hızının yüksek olduğuna kanıt kabul edilir.

2.4. Reaksiyon Hızına Katalizörün Etkisi

Genel bilgiler

Bilindiği gibi, reaksiyon esnasında sarf olunmamalarına karşın reaksiyon hızını art-tıran maddelere "katalizör" denir. Katalizör yardımı ile hızlandırılan reaksiyonlara da"katalize reaksiyonlar" denir. Katalizörler, reaksiyonların gerçekleşebilmesi için reak-tantların aşmaları gereken enerji bariyerini (yani aktivasyon veya enerjisini) düşü-rürler. Bunun doğal bir sonucu olarak da reaksiyon hızlarının artmasına neden olur-lar.

Deney Önerisi 4

Reaksiyon Hızına Zimaz Enziminin (Katalizörünün) Etkisi

Deneyin Amacı: Maya, biyolojik bir katalizör olan "zimaz" enzimini içerir. Bukatalizör (enzim) ise, şekerin alkol ve karbon dioksite dönüştürülmesini (fer-mantasyonunu) katalize eder. Bu deneyde şekerin maya yardımı ile alkol vekarbon dioksite parçalanmasından yararlanarak, katalizörün reaksiyon hızı üze-rindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Maya* (iki kaşık), toz şeker (altı kaşık), beher (400mL, üç adet).

İşlem

• Beherlerden ilkine oda sıcaklığında, ikinci ve üçüncüsüne ise, 37°C sıcaklık-ta 200'er mL su koyarak, içlerine ikişer karışık şeker atınız. Şekerli suyu ka-rıştırarak şekerlerin çözünmesini sağlayınız.

* Bu amaçla piyasada sa-tılan yaş veya tercihen ku-ru mayalardan yararlan-malısınız.


CaCl 2 + H2O + CO2↑CaCO3 + 2HCl

!

!


• Beherlerden ilk ikisine birer kaşık maya ilave ediniz ve dikkatlice karıştırı-nız.

• Birinci beheri oda sıcaklığında tutunuz. İkinci ve üçüncü beherlerin sıcaklı-ğını 37°C civarında tutmak için bu beherleri, ılık bir yere (kalorifer üstüne,su banyosu içine vb.) yerleştiriniz.

• Yaklaşık yarım saat gözlem yaparak gözlemlerinizi not ediniz.

Tartışma ve Yorum

Bilindiği gibi şekerin fermantasyonu maya yardımı ile gerçekleşir ve bu işlem so-nunda CO2 ve alkol oluşur.

Bu deneyin dikkatle yürütülmesi durumunda ortaya çıkan gözlemler şöyle özet-lenebilir.

• Birinci beherde fermentasyon gerçekleşir, ancak hızı çok düşüktür.• İkinci beherde CO2 gaz kabarcıklarının çıkışı, kolaylıkla gözlenir. Yani fer-

mantasyon hızı oldukça yüksektir.• Üçüncü beherde hiç CO2 gaz kabarcığı çıkışı gözlenmez. Zira fermantasyon

gerçekleşemez.Bu sonuçları şöyle açıklayabiliriz. Şekerin alkol ve CO2 'ye dönüşmesine ilişkinaktivasyon enerjisi çok yüksektir.

Bu nedenle bu reaksiyonun yürümesi için katalize edilmesi gereklidir. Üçüncübehere hiç maya (katalizör) ilave edilmediği için, bu beherde 37°C 'da reaksiyonolmamasını doğal karşılarız. İkinci ve birinci beherlerdeki reaksiyonların ger-çekleşebilmesini ise, bu beherlere maya ilave edilmesi ile (yani bu beherlerdekireaksiyonların katalize edilmeleri ile) açıklarız.

Fermantasyonun, birinci behere kıyasla ikinci beherde daha hızlı gerçekleşmesini ise, arala-rındaki sıcaklık farkı ile açıklayınız. İkinci beherde, hem katalizör hem de sıcaklık faktö-rünün, olumlu etkisi ile daha hızlı bir fermentasyon gerçekleşmesini doğal karşılarız.

3. Isı Alış VerişleriGenel Bilgiler

Herhangi bir fiziksel veya kimyasal değişimde ısı alış verişi (yani ısının açığaçıkması veya ısı soğurulması) sözkonusudur. Aşağıda ısı alış verişlerine yöneliktemel noktalar kısaca özetlenmektedir.

• Isı alış verişi (değişimi), gerçekleşen olayın doğasına göre, erime ısısı, kay-nama ısısı, çözünme ısısı, oluşum ısısı, nötürleşme ısısı, reaksiyon ısısı vb.gibi değişik isimlerle belirtilir. Ancak tüm bu süreçler Hess Yasası ve Enerji-nin Korunumu Yasası çerçevesinde değerlendirilirler.


CaCl 2 + 2CH3CH2OH + 2CO2↑C6 H12 O6 Maya (Zimaz)

Glukoz (Şeker) Etanol

!


• Isı alış verişlerine yönelik denel çalışmalar, kalorimetre yardımı ile yürütü-lürler. Şekil 14.2'de gösterildiği gibi kalorimetreler, çok basit* yapıda olabil-dikleri gibi çok hassas ve pahalı cihazlar şeklinde de olabilirler.

• Enerjinin Korunumu Yasasına göre, bir sistem içinde ısı sıcaktan soğuğadoğru aktarılır ve ısı veren maddenin kaybettiği enerji (ısı), ısı alan mad-denin ve çevrenin ısı kazanımına tam olarak eşittir. Ancak çevre olarak ka-lorimetreyi ele aldığımızda, çevrenin ısı soğurmadığını varsayabiliriz. Budurumda aşağıdaki ifadeleri geçerli kabul edebiliriz.

Sıcak maddenin ısı kaybı = Soğuk maddenin ısı kazanımı + Kalorimetrenin ısı kazanımı

Sıcak maddenin ısı kaybı = Soğuk maddenin ısı kazanımı

• Bilindiği gibi endotermik süreçlerde ısı (q) soğurulması (kazanımı) ve ekzo-termik süreçlerde ise, ısı açığa çıkarılması (kaybı) sözkonusudur. Endoter-mik süreçlerdeki ısı kazanımı, q'nın (+) işaretli olması ile ve benzer şekildeekzotermik süreçlerdeki ısı kaybı q'nın (-) işaretli olması ile belirtilir.

• Endotermik veya ekzotermik olaylar sonunda, ortam sıcaklığında bir deği-şim olur.

• Bir mol maddenin soğurduğu ısı ile sıcaklığındaki**değişim "ısıkapasitesi*** " ile ilintilidir. Bu durumu matematiksel olarak, aşağıdaki gibiifade edebiliriz.

Yani bir mol maddenin sıcaklığını 1°C arttırmak için soğurulması gereken ısı miktarı-na o maddenin "ısı kapasitesi" denir. Örneğin 1 mol (18 gram) suyun sıcaklığını 1°Carttırabilmek için 18 kalorilik enerji (ısı) soğurulması gereklidir. Buna göre suyunmolar ısı kapasitesi "18 cal/(mol) (°C)" olmalıdır.

Öte yandan 1 gram maddenin sıcaklığını 1°C arttırabilmek için soğurulması gereken ısımiktarına ise "özgül ısı kapasitesi (c)" veya kısaca "özgül ısı" denir. Örneğin 1gram suyun sıcaklığını 1°C arttırabilmek için 1 kalorilik ısı soğurulması gereklidir.Buna göre suyun özgül ısısı C = 1 cal/(g) °C olmalıdır. Bu durumu matematiksel olarakaşağıdaki gibi ifade**** edebiliriz.

q = c x m x ∆T

Hess Yasası, "Reaksiyon Isılarının Toplanabilirliği Yasası" olarak da bilinir. Bu yasayagöre "birden fazla basamak halinde yazılabilen bir reaksiyona ilişkin reaksiyonısısı, basamakların reaksiyon ısılarının toplamına eşittir." Bu yasayı örneklemeküzere karbon dioksit oluşumunun iki ayrı süreçte gerçekleşmesi durumunu ele alalım.İlkin karbon dioksitin iki basamakta oluşmasını inceleyelim (Şekil 14.3).

Düzen

* Düzeneğinizde yalıtkanmadde olarak stratofor,karton, tahta vb. kullana-bilirsiniz.

** Sıcaklık değişimi vesıcaklık hem °K hem de°C olarak belirtilebilir.

*** Isı kapasitesi genel-likle kalori/(mol) (°C) ifa-de edilir. Ancak kalori ye-rine joule de kullanılabi-lir.

**** m = Maddeningram kütlesi.


Şekil 14.2: Basit Bir Kalori-mere düzeneği

Isı Kapasitesi = Soğurulan ısı (q)Sıcakl ık fark ı (∆T)

!

!

!


Bu basamakları topladığımızda denklemin her iki tarafındaki karbon mo-noksit birbirlerini götürürler. Bu durumda karbon dioksitin tek basamaktaoluşmasına ilişkin denklem ortaya çıkmıştır.

Gerçekten de deneysel çalışmalar bu yasayı doğrulayıcı sonuçlar vermiş vekarbon ile oksijenin tek basamaktaki reaksiyonlarının 94 k cal/mol enerjiaçığa çıkardığı anlaşılmıştır.

Bu kesimde kalorimetre yardımı ile bir grup deneyin gerçekleştirilmesi önerilmektedir.Bu deney grubunda kalorimetre yardımı ile hem erime ve kaynama gibi fiziksel deği-şimlere hem de kimyasal değişimlere ilişkin ısı alış verişlerinin incelenmesi amaç-lanmıştır. (Q3 ≅ Qt).

3.1. Molar Erime Isısının Saptanması

Genel Bilgiler

Belirli bir miktarda ve sıcaklığı saptanmış suya (T1) belirli bir miktar buz ilaveedilmesi halinde sudan buza ısı aktarımı olur. Kalorimetrenin ısı soğurmadığınıve buzun sıcaklığının da 0°C olduğunu varsayalım. Bu durumda suyun kaybe-deceği ısı, öncelikle buzun erimesine ve daha sonra erimiş buzun sıcaklığınınyükseltilmesine (T2) neden olacaktır.

Deney Önerisi 5

Buzun Molar Erime Isısının Saptanması

Deneyin Amacı: Bu deneyde "buzun molar erime ısısının" saptanması amaçlan-mıştır. Ancak Enerjinin Korunumu Yasasına göre 0°C suyun donması sonundada aynı miktar enerji açığa çıkacağından, bu deneyde aynı zamanda "suyun mo-lar donma ısısının" da saptanması sözkonusudur.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Beher, yalıtkan kap*, yalıtkan blok, yalıtkan kapak,termometre, hassas terazi, kağıt havlu.

* Bu amaçla tercihenstratofor bardak kullan-malısınız. Plastik bardakvb. de kullanabilirsiniz.


+ +

C(k) + O2(g)

Q1 = -26.4 k cal/mol

CO + 1/2O2

Q2 = -67.7 k cal/mol

CO2(g)

Şekil 14.3: Reaksiyon Isıla-rının Toplanabilirliği

csumsu T1- T2 = mBuzlu su csu T2- 0 + mBuz x Donma ısısı cal/g

Suyun soğurken (T1 'denT2 'ye ulaşırken)kaybettiği ısı

=

Buzun 0°C suya dönüşürken(erirken) kazandığı ısı + buzlusuyun T2'ye ulaşırken (ısınırken)kazandığı ısı

CO(g) Q1 = -26.4 k cal/mol(1) C(k) + 1/2O2 (g)

CO2 (g) Q2 = -67.7 k cal/mol (2) CO(g) + 1/2O2 (g)

CO + CO2 Qt = -94.1 k cal/mol C(k) + CO + O2

CO2 Q3 = 94.1 k cal/mol C(k) + O2 (g)


İşlem

• Şekil 14.1'de gösterilen kalorimetre düzeneğini kurunuz.• Yalıtkan kabınızı dikkatlice tartınız. Kaba yaklaşık 50° C ısıtılmış 200 mL su

ilave edip, suyla birlikte kabı yeniden tartınız.• Ilık suyun sıcaklığını özenle ölçünüz (T1)• Ilık suya, üzerini kağıt havlu ile iyice kuruladığınız birkaç parça buz atınız.• Buzlu suyu iyice karıştırarak, tüm buzun erimesini sağlayınız.• Erimeyen buz varsa bunu ortamdan ayırdıktan sonra, sıcaklığı (T2) kontrol

ediniz.• Soğuk suyu yeniden tartınız.

Verilerin Sunuluşu ve Hesaplamalar

Bu deneye ilişkin verilerinizi ve hesaplamalara dayanarak elde ettiğiniz sonuçla-rınızı Tablo 14.3'e işleyiniz.

Hesaplamaları örneklemek üzere ilkin net olarak 200 g ve 40°C sıcaklıktaki (T1)suya net olarak 99g buz ilave edildiğini ve bu işlem sonunda 0°C sıcaklığa ulaşıl-dığını varsayalım. Bu farazi verilere ve suyun özgül ısısının 1 olduğuna daya-narak, buzun "molar erime ısısını" hesaplayalım.

Hesaplamalara ikinci bir örnek oluşturmak üzere 200 g 45°C sıcaklıktaki suya(T1) net olarak 50 g buz ilave edildiğini ve bu işlem sonunda 20°C sıcaklığa ula-şıldığını varsayalım. Bu farazi verilere ve buzun denel erime ısısının 80.8 cal/golduğuna dayanarak, bu kez suyun "özgül ısısısını" hesaplayalım.


Yalıtkan kabın kütlesi (g) Suyun ısı kaybı (cal)Kap + suyun kütlesi (g) Buzun erime ve T2'ye ulaşmak için ısı

kazanım (cal)Suyun net kütlesi (g) Buzun sadece erirken kazandığı enerji (cal)Başlangıçtaki ılık suyun sıcaklığı (T1) Bir mol buzun erirken kazandığı enerji (cal)Suyun buz ilavesinden sonra ulaştığı Buzun denel molar erime ısısı (cal/mol)sıcaklık (T2)Sıcaklık değişimi (T1-T2) Buzun 1 gramı için denel erime ısısı (cal/g)Kap+ su + erimiş buzun kütlesi (g) Gerçek değerler 80 cal/g ve 1440 cal/molEriyen buzun net kütlesi (g) Gerçek değerlerden sapma

Tablo 14.3: Buzun Molar Erime Isısının Saptanmasına İlişkin Veriler ve Sonuçlar

Suyun ısı kaybı = Buzun erimesi için gereken ısı 200 x 1 x (40 - 0) = 99 x 1 gram buzun erime ısısı 1 Gram buzun erime ısısı = 200 x 40

99 cal

= 80.8 cal/g1 Mol buzun erime ısısı = 80.8 x 18 = 1454.4 cal/mol


200 x (45 - 20) x c = 80.8 x 50 + (20 - 0) x 50 x c 4000 c = 4040 c = 1.01 cal/(mol) (°C)

Tartışma ve Yorum

Titiz bir çalışma sergilediğinizde ve özellikle ısı kaybı iyi yalıtımla azaltılmış birkalorimetre ile gerçek değere yakın bir erime ısısı saptayabilirsiniz.

3.2. Kristallenme Isısının Saptanması

Deney Önerisi 6

Asetamidin Molar Kristallenme Isısının Saptanması

Deneyin Amacı: Bu deneyde "asetamidin molar kristallenme ısısının" saptan-ması amaçlanmıştır. Daha önce de değinildiği gibi saptanan bu ısı, aynı zamandaasetamidin molar erime ısısını da temsil etmektedir.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Beher, yalıtkan kap, yalıtkan blok, 2-3 cm çaplı de-ney tüpü, delikli tıpa, termometre [-10 -(+100)°C] aralığında, termometre [-10-(+50)] aralığında, bunzen beki, spor, demir halka, tel maşa.

İşlem

• Deney düzeneğini Şekil 14.4 'teki gibi kurunuz.• Deney tüpünü boşken hassas olarak tartınız. Tüpün içine yaklaşık 5 g aseta-

mid ilave ettikten sonra; tüpü yeniden tartınız.• Yalıtkan kabınızı dikkatle tartınız. Kaba yaklaşık 100 mL su ilave edip, suyla

birlikte kabı yeniden tartınız. • Asetamid içeren tüpü bunzen alevine tutarak, içerdiği asetamidin erimesini

sağlayınız. Bu işlem sırasında sıcaklığın 90°C üzerine çıkmamasına özen ges-teriniz.

• Asetamidin 83°C'a kadar soğumasını bekleyiniz. Tam bu noktada bir küçükkristal ilave ederek, tüpü hızla düzenekteki su dolu yalıtkan kap içine yerleş-tiriniz. Bu sırada suyun sıcaklığını not ediniz. (T1)

• Tüp içeriğini ve kap içindeki suyu dikkatle karıştırarak, tüm asetamidinkristallenmesini bekleyiniz. Bu işlem sonunda su dolu yalıtkan kapta ulaşı-lan sıcaklığı not ediniz. (T2)


Bu deneye ilişkin verilerinizi ve hesaplamalara dayanarak elde ettiğiniz sonuçla-rınızı Tablo 14.4'e işleyiniz.


Şekil 14.4: AsetamidinKristallenme Isısının

Saptanması İçinKalorimetri Düzeneği


Tartışma ve Yorum

Titiz bir çalışma yürüttüğünüzde ve kalorimetrenizi iyi yalıttığınızda, asetamidiçin gerçeğe yakın bir molar kristallenme ısı değeri saptayabiliriz. Hesaplamala-rınızda asetamidin kristallenme nedeniyle, açığa çıkardığı tüm ısıyı, suyun so-ğurduğunu varsaymalısınız.

3.3. Reaksiyon Isılarının Toplanabilirliği

Genel Bilgiler

Hess Yasası gereğince reaksiyon ısılarının toplanabilir olmalarına değinilmişti.Bu deney grubunda ,

• İlkin katı NaOH'ın çözünme ısısı ,• Sonra katı NaOH ile HCI çözeltisinin reaksiyon ısısı ve • Üçüncü olarak da NaOH çözeltisi ile HCI çözeltisinin reaksiyon ısılarının

denel olarak saptanmaları gerçekleştirilecektir. • Denel veriler elde edildikten sonra, saptanan ısı değerlerinin Hess ve Enerji-

nin Korunumu Yasaları çerçevesinde yorumlanmaları yoluna gidilecektir.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Katı NaOH, mezür, yalıtkan kap, hassas terazi, be-her, yalıtkan blok 0,5 M HCI, termometre, 0.5 M NaOH.

Deney Önerisi 7

Katı "NaOH'ın Çözünme Isısını" Saptanması

Deneyin Amacı: Bu deneyde kalori metre yardımı ile NaOH'ın molar ÇözünmeIsısının" saptanması amaçlanmıştır.

İşlem I

• Şekil 14.2'de gösterilene benzer bir kalorimetre düzeneği kurunuz.• Yalıtkan kaba 200 mL su koyup, suyun sıcaklığını not ediniz (T1)• Kapaklı bir test tüpüne yaklaşık 2 g katı NaOH koyarak, tüpü tartınız.• Tüp içindeki NaOH'ı hızla yalıtkan kap içindeki suya boşaltarak, kapaklı tü-

pü boşken tartınız.


Tablo 14.4: Asetamidin Molar Kristallenme Isısının Saptanmasına İlişkin Veriler ve Sonuçlar

Yalıtkan kabın kütlesi (g) Test tüpün kütlesi (g)Kap + suyun kütlesi (g) Test tüp + asetamidin kütlesi (g)Suyun net kütlesi (g) Asetamidin net kütlesiBaşlangıçtaki sıcaklığı (T1) Suyun ısı kazanımı (kalori)Suyun ulaştığı son sıcaklık (T2) 1gram Asetamidin donma sırasında

açığa çıkardığı enerji (kalori)Sıcaklık değişimi (∆T) (T1-T2) 1 mol Asetamidin donma sırasında

açığa çıkardığı enerji (kalori)


• Kalorimetrenin kapağını kapatarak, NaOH çözeltisini karıştırınız. Çözünmeişlemi sırasında ulaşılan en yüksek sıcaklığı (T2) not ediniz.

• Deney bittikten sonra, kalorimetredeki NaOH çözeltisini lavaboya dökünüzve bol su ile lavaboyu yıkayınız.

• Kalorimetre yalıtkan kabını yıkayıp, kurulayınız.


Bu deneye ilişkin verilerinizi ve hesaplamalara dayanarak elde ettiğiniz sonuçla-rınızı, Tablo 14.5'e işleyiniz.

Bu deneyde katı NaOH'ın su içinde ekzotermik olarak çözünmesi izlenmiştir.

Deneye ilişkin hesaplamalar, çözünme sonrasında açığa çıkan ısının (q1)* bütü-nüyle çözelti tarafından soğurulduğu varsayımına dayandırılır. Bu durum mate-matiksel olarak aşağıdaki eşitliklerle ifade edilir.

Bu hesaplamalarda çözeltiye ilişkin özgül ısı kapasitesinin (cçöz = 1 cal/g °C) ve yoğun-luğun (d = 1 g/mL), saf suyun değerlerine eşit olduğunu varsayarız. Bu durumda, çö-zünen katı NaOH miktarına ilişkin çözünme ısısı (q1), deneysel olarak saptanan T2 ve T1sıcaklıklarından ve çözücünün toplam hacminden (kütlesinden) yararlanarak hesaplanır.Diğer taraftan 1 mol NaOH'ın çözünmesi sonunda açığa çıkan ısı (Q1) ise, deneysel ve-rilerden hesaplanan çözünme ısısının (q1) NaOH'ın mol sayısına bölünmesi ile hasapla-nır.

Tartışma ve Yorum

Titiz bir çalışma sergilediğinizde ve ısı kaybı minimize edilmiş bir kalorimetrekullandığınızda, çözünen NaOH miktarı için gerçeğe yakın bir çözünme ısısı

* Deney koşullarında açı-ğa çıkan ısı (çözünme ısı-sı) "q1" 'dir. Molar çözün-me ısısı ise Q1 ile ifadeedilmektedir.


Tablo 14.5: Katı NaOH'ın Çözünme Isısının Saptanması

Kapaklı tüpün kütlesi (g) Sıcaklık değişimi (∆T) ∆T = T2 - T1Kapaklı tüp + katı NaOH'ın kütlesi (g) Suyun hacmi (mL)NaOH'ın net kütlesi (g) Suyun kütlesi (g) (dsu = 1 g/mL)NaOH'ın mol sayısı Çözeltinin toplam kütlesi (g)

(dçözelti = 1 g/mL kabul ediniz.)Suyun başlangıçtaki sıcaklığı (T1) Çözeltinin soğurduğu ısı (q1)

(Çözeltinin özgül ısısını 1 cal/ g °C kabul ediniz.)

Suyun NaOH ilavisinden sonraki Mol NaOH basına açığa çıkan sıcaklığı (T2) çözünme ısısı Q1

Q1 = q1

Mol NaOH

Çözünmü olgusunun açığa çıkard ığı enerji = Çözelti taraf ından soğurulan ısı q1

q1 = Çözeltinin toplam kütlesi X Çözeltinin özgül ısısı X T2 - T1

Q1 = q1

Mol NaOH

Na (sulu)+ + HO(sulu)

- + O1NaOH (k) Su

Q1 = q1Mol NaOH

!


(q1) ve molar çözünme ısısı (Q1) değeri saptayabilirsiniz. Ancak çözeltiye* ilişkinözgül ısının farklı olmasına karşın 1 cal/g °C kabul edilmesi ve çözelti yoğunlu-ğunun (d = 1 g/mL) kabul edilmesi, deneysel sonuçlarının gerçek değerlerden bi-raz farklı olmasına yol açacaktır.

Deney Önerisi 8

Katı NaOH İle HCl Çözeltisinin Nötürleşme Isısının Saptanması

Deneyin Amacı: Bu deneyde kalorimetre yardımı ile katı NaOH ile HCI çözelti-sinin nötürleşmelerinden kaynaklanan "molar nötürleşme ısısının" saptanma-ması amaçlanmıştır.

İşlem II

• Bir behere 110 mL 0.5 M HCI ve 90 mL su koyarak, toplam 200 mL çözeltiyikalorimetreye (temiz yalıtkan kaba) aktarınız. Çözeltinin sıcaklığını not edi-niz (T1)

• Kapaklı bir test tüpüne yaklaşık 2 gram katı NaOH koyarak, tüpü NaOH ilebirlikte tartınız.

• Tüp içindeki NaOH'ı hızla kalorimetrede yer alan 200 mL HCI çözeltisi içi-ne boşaltınız ve kapaklı tüpü boşken tartınız.

• Kalorimetrenin kapağını kapatarak, oluşan nötür çözeltiyi karıştırınız. Bu iş-lem sonrasında ulaşılan en yüksek sıcaklığı (T2) not ediniz.

• Deney bitiminde kalorimetredeki çözeltiyi lavaboya dökerek, lavaboyu bolsu ile yıkayınız.

• Kalorimetre yalıtkan kabını yıkayıp, kurulayınız.


Bu deneye ilişkin verilirinizi ve hesaplamalara dayanarak elde ettiğiniz sonuçla-rınızı, Tablo 14.6'ya işleyiniz.

Bu deneyde katı NaOH'ın HCI çözeltisi içinde ekzotermik olarak nötürleşmesiizlenmiştir. Nötürleşme işlemi sonunda tuzlu su (NaCI) çözeltisi oluşmaktadır.

* Gerçekte 1 M NaCI çö-zeltisine ilişkin özgül ısıkapasitesi, 0.93 cal/g°C'dir.


Tablo 14.6: Katı NaOH ile HCI Çözeltisinin Nötürleşme Isısının Saptanması

Kapaklı tüpün kütlesi (g) Nötürleşme sonrası, oluşan NaCI çözeltisinin toplam kütlesi (g)

Kapaklı tüp + NaOH'ın kütlesi (g) Nötürleşme sonrası oluşan NaCI çözeltisininsıcaklığı (T2)

Katı NaOH'ın net kütlesi (g) Sıcaklık değişimi ∆T = (T2 - T1)HCI çözeltisinin başlangıçtaki Çözünen katı NaOH'ın mol sayısı sıcaklığı (T1)HCI çözeltisinin hacmi (mL) Çözeltinin soğurduğu ısı [(q2) nötürleşme ısısı] HCI çözeltisinin kütlesi Mol NaOH basına açığa çıkacak ısı (Q2)(dçöz = 1 g/mL varsayınız)

Q2 = q2

Mol NaOH


Deneye ilişkin hesaplamalar, nötürleşme sonrasında açığa çıkan ısının (q2), tuzlusu çözeltisi tarafından bütünüyle soğurulduğu varsayımına dayandırılır. Bu du-rum matematiksel olarak aşağıdaki eşitliklerle ifade edilir.

Bu hesaplamalarda çözeltiye ilişkin özgül ısı kapasitesi ve yoğunluğun, saf suyun de-ğerleri ile eşit oldukları varsayılır. Bu durumda deneyde nötürleşen katı NaOH mikta-rına ilişkin nötürleşme ısısı (q2), deneysel verilerden hesaplanır. 1 mol NaOH'ınnötürleşmesi sonunda açığa çıkacak ısı (Q2) ise, deneysel verilerden hesaplanan nötürleş-me ısısının (q2), NaOH'ın mol sayısına bölünmesi ile hesaplanır.

Tartışma ve Yorum

Bu deneyde de titiz bir çalışma yürüttüğünüz takdirde gerçeğe yakın nötürleş-me ısı değerleri (q2 ve 1 Mol NaOH için (Q 2) ) saptamalısınız. Çözeltiye ilişkinözgül ısının ve yoğunluğun saf suyun değerleri ile eşit olduğu varsayımı, bu de-neyde de sonuçları etkilemektedir.

Deney Önerisi 9

HCl NaOH Çözeltilerinin Nötürleşme Isısının Saptanması

Deneyin Amacı: Bu deneyde kalorimetre yardımı ile HCl ve NaOh çözeltilerininnötürleşmelerinden kaynaklanan "molar nötürleşme ısısının" saptanması amaç-lanmıştır.

İşlem III

• Kalorimetre yalıtkan kabına 50 mL 0.5 M HCI koyunuz. Öte yandan bir be-here 50 mL 0.5 M NaOH koyarak, her iki çözeltinin de sıcaklıklarını (T1) notediniz. (Her iki çözelti de oda sıcaklığında olmalıdır.)

• NaOH Çözeltisini, kalorimetrede yer alan HCI çözeltisine ilave ederek, kalo-rimetrenin kapağını kapatınız.

• Oluşan nötür çözeltiyi karıştırarak, nötürleşme sonrasında ulaşılan en yük-sek sıcaklığı (T2) not ediniz.

• Deney bitiminde, kalorimetredeki nötür tuzlu su (NaCI) çözeltisini lavaboyadökerek, yalıtkan kabı su ile yıkayınız.

Verilerin Sunuluşu ve Hesaplanmalar

Bu deneye ilişkin verilerinizi ve hesaplamalara dayanarak elde ettiğiniz sonuçla-rınızı, Tablo 14.7'ye işleyiniz.


Q2 = q 2

Mol NaOH

H2O + Na (sulu)+ + CI(sulu)- + Q2 NaOH (k) + H(sulu)+ + CI(sulu)-

Nötürleşmenin açığa çıkardığı enerji çıkardığı enerji = Nötür tuzlu su çözeltisi tarafından

soğrulan ısı q2

q2 = Nötür tuzlu su çözeltisinin toplam kütlesi X Çözeltinin özgül ısısı X ( T2 - T1)

!


Bu deneyde NaOH ve HCI çözeltilerinin ekzotermik olarak nötürleşmesi izlen-miştir. Nötürleşme işlemi sonunda, tuzlu su (NaCI) çözeltisi oluşmaktadır.

Deneye ilişkin hesaplamalar, İşlem II için verilen varsayımlara dayandırılarakyapılır. Buna göre aşağıdaki ifadeler geçerlidir.

Tartışma ve Yorum

Bu deneyleri özenle ve dikkatle yürüterek denel q1, q2 ve q3 değerlerine ulaşabilirsiniz.Elde ettiğiniz q1, q2 ve q3 değerlerini, her deney için kullanılan NaOH mol sayısına bö-lerseniz, bir mol NaOH'a ilişkin açığa çıkan ısı değerlerini (Q1, Q2 ve Q3) hesapla-yabilirsiniz. Hesaplanan Q1, Q2 ve Q3 değerlerini kullanarak Hess Yasasını doğrulaya-bilirsiniz. Şöyle ki:

İşlem I ve İşlem III'e ilişkin denklemler toplanırsa, İşlem II'ye ilişkin denklemortaya çıkar.

Bu durumda (Hess Yasası gereğince) işlem III'den hesaplanan nötralizasyon ısısı(Q3) ile İşlem I'den hesaplanan çözünme ısısı (Q1) toplandığında, İşlem II 'degerçekleşen nötürleşmeye ilişkin ısı (Q2) elde edilmelidir.

Q2 = Q3 + Q1

Bu deneyleri dikkatli yürüttüğünüzde Hess Yasasını doğrulayıcı sonuçlar elde etmelisi-niz.


Nötürleşmenin açığa = Nötür tuzlu su çözeltisi taraf ından çıkard ığı enerji soğrulan ısı q 3

q 3 = Nötür tuzlu su çözeltisinin toplam kütlesi X Çözeltinin özgül ısısı X T2 - T1

!

Na (sulu)+ + HO(sulu)- + Q1 İşlem INaOH (k)Çözünme

H2O + Na (sulu)+ +Na (sulu)+ + HO(suda)- + CI(sulu)- + H(sulu)+ Nötürleşme

+ CI(sulu)- + Q3 işlem III

H2O + Na (sulu)+ + CI(sulu)- + Q2 İşlem IINaOH (k) + H(sulu)+ + CI(sulu)- Nötürleşme

Tablo 14.7: HCI ve NaOH Çözeltilerinin Nötürleşme Isısının Saptanması

Asit ve baz çözeltilerinin başlangıçtaki Nötürleşme sonrası oluşan NaCI sıcaklıkları (T1) çözeltisinin sıcaklığı (T2)Asit çözeltisinin (HCI) net hacmi (mL) Sıcaklık değişimi ∆T = (T2 - T1)Asit çözeltisinin kütlesi (g) NaOH'ın mol sayısı(d = 1 g/mL varsayınız)Baz çözeltisinin net hacmi (mL) NaCI çözeltisinin soğurduğu ısı (q3) Baz çözeltisinin kültesi (g) Mol NaOH basına açığa çıkan ısı (Q3)Nötürleşme sonrası oluşan nötür NaCI çözeltisinin toplam kütlesi (g)

Q2 = q2

Mol NaOH

H2O + Na (sulu)+ + CI(sulu)- + Q3 Na (sulu)+ + HO(sulu)- + H(sulu)' + CI(sulu)-

!


4. İndirgenme Yükseltgenme Reaksiyonları (Elektron Alış Verişleri)

Genel Bilgiler

İyonik bileşiklerin oluşmaları göz önüne alındığında, elektron alış verişlerininsöz konusu olduğu indirgenme-yükseltgenme reaksiyonlarını anlamak çok ko-laydır. Örneğin iyonik bir bileşik olan sodyum klorürün (NaCI), sodyum ve klorelementleri arasında gerçekleşen indirgenme - yükseltgenme reaksiyonununürünü olmasını doğal karşılarız. Bu reaksiyonda sodyum yükseltgenerek (elekt-ron kaybederek) "sodyum katyonuna" ve klor indirgenerek "klorür anyonuna"dönüşmüştür.

Öte yandan kovalent bileşiklerin oluşmalarında ise, indirgenme-yükseltgenmeyorumunda biraz zorlanırız. Örneğin hidrojenle oksijen elementleri arasındagerçekleşen indirgenme-yükseltgenme reaksiyonu sonunda su (H2O) oluşur.

İlk bakışta bu reaksiyonun bir indirgenme-yükseltgenme reaksiyonu olmadığıyanılgısına düşülebilir. Ancak su moleküllerinde yer alan polar O—H bağların-da, oksijen ve hidrojen atomları arasındaki elektron yoğunluğu dağılımı eşit de-ğildir. Elektron yoğunluğu büyük ölçüde oksijen üzerine kayarak, oksijen ato-munun kısmî eksi ve hidrojen atomunun kısmî artı yük kazanmasına neden ol-muştur.

Bu durum göz önüne alındığında, kesin elektron alış verişlerinin söz konusu olduğureaksiyonların yanısıra, yük yoğunluğu eşitsizliğinin söz konusu olduğu reaksiyonla-rın da "indirgenme-yükseltgenme" kapsamında değerlendirildikleri belirtilebilir.

Bir atomdan diğerine elektron yoğunluk transferinin sağlandığı reaksiyonlar "indir-genme-yükseltgenme" reaksiyonları veya kısaca "redoks" reaksiyonları olarak adlandı-rılırlar.

Redoks reaksiyonlarına ilişkin temel noktalar şöyle özetlenebilir.

• Yükseltgenme sayısı: Elementlerin yükseltgenme sayıları daima "sıfır" ka-bul edilir. Bu durum He gibi serbest element atomlarının nötür olmaların-dan ve N2, O2 gibi moleküler yapı gösteren elementlerde de yük dağılımı-nın eşit olmasından kaynaklanır.

• Tek atomlu anyon ve katyonların yükseltgenme sayıları yüklerine eşittir.Örneğin Fe+2 'nin yükseltgenme sayısı +2 ve Cl-1 'in yükseltgenme sayısı -1'dir.

• Bileşiklerde ise bağı oluşturan atomlardan hangisi daha elektronegatif ise,bağ elektronları o atomun üstünde kabul edilir. Örneğin hidrojen klorür(Hδδδδ+—Clδδδδ-) molekülünde klora ilişkin yükseltgenme sayısı -1 ve hidrojeneilişkin yükseltgenme sayısı +1 olarak kabul edilir.

• Kendisinin yükseltgenmesine karşılık, başka bir maddenin indirgenmesineneden olan maddelere "indirgeyici ajan veya indirgen" denir. Kendisinin


!

NaClNa + 1/2Cl2

H2OH2 + 1/2O2

!


indirgenmesine karşılık başka bir maddenin yükseltgenmesine neden olanmaddelere "yükseltgeyici ajan veya yükseltgen" denir.

• Redoks reaksiyonları daima indgenme-yükseltgenme şeklinde ve çift işlem-li olarak gerçekleşirler. Bir maddenin yükseltgenmesi için bir diğer madde-nin mutlaka indirgenmesi gereklidir.

Farklı bir ifade "ile bazı elementlerin yükseltgenme sayılarında artış olurken, bazıelementlerin yükseltgenme sayılarında mutlaka azalma gerçekleşir" denilebilir.

• Farkında olmadan redoks reaksiyonları ile çok iç-içe bir yaşam sürmekteyiz.Kullandığımız piller, metal kaplamacılığı, beyaz çamaşırları ağartma işlemi,yediğimiz gıdaların yanarak CO2 ve H2O'ya dönüşmeleri, vb gibi birçok sü-reç "redoks" olgusu ile yakından ilintilidir.

4.1. Metallerin Yükseltgenme Yatkınlıkları

Genel Bilgiler

Altın bir bileziğin yıllarca bir değişime uğramadan varlığını sürdürebilmesinekarşın, boyanmamış balkon demirlerinin kısa sayılabilecek bir sürede paslanma-ya başladığını hepimiz biliriz.

Bu gibi gözlemlerden yola çıkarak "metallerin reaktivitelerinin" farklı olduğunu belirte-biliriz. Değişik bir ifade ile metallerin "elektron yitirme (yükseltgenme) yatkınlıkla-rının" veya "bileşik oluşturma yatkınlıklarının" farklılıklar gösterdiğini belirtebili-riz. Bu duruma ilişkin temel noktalar şöyle özetlenebilir:

• Metallerin hava, su, çeşitli asitler ve metal oksitlerle verdikleri reaksiyon-ların hızı ve şiddeti, yükseltgenme (iyonik hale geçme) yatkınlıklarının ka-ba bir ölçüsüdür. Örneğin oldukça reaktif bir metal olan çinko (Zn), nisbetendüşük reaktiviteli bir metal olan bakır (Cu) ve reaktivitesi çok çok düşükbir metal olan altını (Au) kıyasyalım (Tablo 14.8).

* Reaktif metallerin iyo-nik hale geçmeleri içinHCI veya H2SO4 uygun-dur. Ancak Cu gibi az re-aktif metallerin yükselt-genmesinde, yükseltgenbir asit olan HNO3 gerek-lidir. Altın gibi çok düşükreaktiviteli metallerde ise,sadece kral suyu kullanı-lır.


Tablo 14.8: Metallerin Yükseltgenme Yatkınlıkları (İyonik Hale Geçme Yatkınlıkları)

Metal

Çinko(Zn)

Bakır(Cu)

Altın(Au)

Hava ile reaksiyon

Zn + 1/2O2 → ZnO(Isıtılınca reaksiyonverir.)

Kuvvetli ısıtılıncareaksiyon verir.

Reaksiyon vermez

Su ile reaksiyon

Zn + H2 O → ZnO + H2(Su buharı ile reaksi-yon verir.)

Buharla bile reaksiyonvermez.

Reaksiyon vermez

Asitlerle* reaksiyon

Zn + 2H+ → Zn + H2(HCI ve H2 SO4 kul-lanılabilir.)

Cu + 2H+ → Cu++HNO3 gibi yükselt-gen asit kullanılır.

Kral suyu dışındaasitlerle reaksiyonvermez.

Metaloksitlerlereaksiyon

Zn + CuO → ZnO + Cu

Cu + ZnO → Reaksiyonvermez.

Reaksiyonvermez.

LityumPotasyumKalsiyumSodyumMagnezyumAliminyumÇinkoDemirNikelKalayKurşunBakırCivaGümüşAltın

Arta

n R

eakt

ivite

(Arta

n Yü

ksel

tgen

me

Yatkın

lığı)

Tablo 14.9: ElektrokimyasalDizi

!

!

Azal

an R

eakt

ivite

(Arta

n İn

dirg

inm

e Ya

tkın

lığı)


• Metallerin sulu çözeltilerdeki reaktivite sıralamaları "elektrokimyasal dizi"olarak bilinir. Dizide daha üstte olan metalin reaktivitesi daha yüksektir.Buna göre metaller, dizide kendilerinden alt sırada bulunan metallere ilişkintuzlarla reaksiyona girerler ve tuzlar da alt sıradaki metalin yerini alırlar.Örneğin bakır sülfat çözeltisine bir çinko şeridi daldırıldığında, birkaç daki-ka sonra şerit yüzeyinin bakır metali ile kaplandığı görülür. Bu reaksiyondabakıra kıyasla daha reaktif olan çinkonun bakırın yerine geçmesi sözkonu-sudur. Yani metalik çinko yükseltgenirken (Zn →→→→ Zn++ + 2e-), bakır katyo-nunun indirgenmesi (Cu++ + 2e- →→→→ Cu) gerçekleşmektedir.

Deney Önerisi 10

Metallerin İndirgenme - Yükseltgenme Yatkınlıkları

Deneyin Amacı: Bu deneyde çeşitli metallerle (Cu, Zn, Pb, Mg, Ag) metal tuzla-rı arasındaki etkileşimin incelenmesi gerçekleştirilecektir. Bu deneyde ayrıca de-ney sonuçlarına dayanarak, metallerin indirgenme-yükseltgenme etkilerinin kı-yaslanması ve elektrokimyasal dizi ile deneysel gözlemler arasında ilinti kurul-ması amaçlanmıştır.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Bakır, magnezyum, kurşun, çinko ve gümüş şerit-ler, 0.1 M Zn(NO3)2 , 0.1 M Pb(NO3)2 , 0.1 M Cu(NO3)2 , 0.1 M Mg(NO3)2 , 0.1 MAgNO3 , yeterince test tüpü, zımpara, mezür.

İşlem

• Küçük şeritler halinde Mg, Cu, Zn, Pb ve Ag alarak, bunlardan Ag dışında-kileri zımpara yardımı ile temizleyip parlatınız.

• Beş ayrı test tüpüne sırasıyla Zn(NO3)2 , Pb(NO3)2 , Cu(HO3)2 , Mg(NO3)2 veAgNO3 çözeltilerinden 5'er mL koyunuz.

• Mg şeridi tüm bu tüplere daldırılarak, 3-4 dakika tüp içinde tutunuz ve me-tal yüzeyinde olan reaksiyonu gözlemleyiniz.

• Bu işlemleri Cu, Zn, Pb ve Ag şeritleri için yineleyiniz.

Verilerin Sunuluşu

Bu deneye ilişkin verilerinizi Tablo 14.10'a işleyiniz. Reaksiyon gözlediğiniz du-rumları Tabloda (+) ile gözlemediğiniz durumları (-) ile belirtiniz. Metallerinyükseltici güçlerini kıyaslamak için, en güçlüyü No 1, en güçsüzü No 5 ile belirti-niz.


ZnSO4 (sulu) + CukZn(k) + CuSO4 (sulu)

Çözeltide bulunan metal iyonu MetalinMetal Cu+2 Zn+2 Mg+2 Pb+2 Ag+1 yükseltici gücü

Cu

Zn

Mg

Pb

Ag

Tablo 14.10: Metallerin İndirgenme Yükseltgenme Yatkınlıkları


Tartışma ve Yorum

• Bu deneyde Tablo 14.10'a işlediğiniz sonuçlarınızı, aynen genel bilgiler kıs-mında açıklanan çinko ve bakır sülfat örneğindeki gibi irdeleyiniz.

• Bazı reaksiyonların gerçekleşmemelerine karşı bazılarının kolayca gerçekleş-mesi ile metalin elektrokimyasal serideki konumu arasında ilinti kurunuz.

• Kolayca yükseltgenebilen metallerin iyi birer indirgeyici ajan olduklarınıdüşünerek, metallerin yükseltici güçlerini sıralayınız.

4.2. Elektrokimyasal Piller

Genel Bilgiler

Bu ünitenih önceki bölümünde (4.1) çeşitli metallerle metal tuzları arasındaki et-kileşim ve redoks reaksiyonları incelenmişti. Ancak bu reaksiyonlarda yükselt-geyici ajan ile indirgeyici ajan durumundaki maddelerin aynı kapta yer almala-rı, yani doğrudan kontak kurabilmeleri sözkonusu idi. Bu durumun doğal bir so-nucu olarak da indirgeyici ajandan yükseltgeyici ajana, doğrudan elektrontransferi gerçekleşebilmekteydi. Diğer taraftan redoks reaksiyonlarından yarar-lanarak, kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi gerçekleştirile-bilir.

Redoks reaksiyonlarından yararlanarak elektrik üretimi sağlayan özel düzeneklere"elektrokimyasal pil" denir.

Bu tür pillerin ilki A.Volta ve L.Galvani* tarafından bağımsız olarak ortaya atıl-dıklarından, günümüzde de hala Voltaik veya Galvanik piller olarak bilinirler.

Elektrokimyasal pillere ilişkin temel noktaları şöyle özetleyebiliriz:

• Pillerde indirgenme yarı reaksiyonu ile yükseltgenme yarı reaksiyonu ikiayrı kapta yürütülür.

• Pil düzeneğinde elektrolit çözeltiye batırılan iletken çubuklar (elektrodlar)farklı isimlerle bilinirler. İndirgenme yarı reaksiyonunun gerçekleştiği elekt-roda "katod" yükseltgenmenin gerçekleştiği elektroda "anod" denir.

• Pil düzeneğinde iki elektrodun bir telle ve iki elektrolit çözeltinin bir tuzköprüsü ile bağlanması sonunda, telden "elektrik akımı" tuz köprüsündenise "iyon akımı" sağlanmış olur.

• Anod ve katodu birbirlerine bağlayan telin orta yerine galvanometre yerleş-tirilmesi halinde, pilde oluşan gerilim farkı ve geçen akımın şiddeti okuna-bilir.

• Pillerde anod ve katodda gerçekleşen yarı reaksiyonların toplamı "pil reak-siyonunu" verir. Pil reaksiyonu standart koşullarda (25°C, 1 atm, 1 M) ger-çekleştirildiğinde ölçülen pil gerilimine "standart pil gerilimi ∆E°AH" denir.

• Bir pilin standart gerilimi (∆E°AH), katodda oluşan yarı reaksiyona ilişkinstandart indirgenme gerilimi (E°K) ile anodda oluşan yarı reaksiyona ilişkinstandard indirgenme geriliminin** (EΑΑΑΑ) farkına eşittir.

* Her ikisi de 18 inci yüz-yılda yaşamış İtalyan bi-lim adamları.

** 1953'de İsveç'te topla-nan Uluslararası Saf veuygulamalı Kimya Birliği(IUPAC) konferansı heriki yarı reaksiyonun daindirgenme gerilimi ola-rak ifade edilmesini ka-rarlaştırmıştır.


!


∆ E°pil = E°K, ind. - E°A, ind.

Kendiliğinden yürüyen pil reaksiyonlarında, standart pil gerilimi (∆ E°pil) sıfırdan bü-yük olmalıdır. Örneğin Cu++ ile Zn arasındaki pil reaksiyonunun standart geriliminibulalım.

(Katod yarı reaksiyonuna ilişkinstandart indirgenme gerilimi)

(Anod yarı reaksiyonuna ilişkinstandart yükseltgenme gerilimi)

(Pil reaksiyonu)

Daha önce belirtildiği gibi standard pil gerilimini hesaplamak için, hem katodhem de anodda gerçekleşen yarı reaksiyonlara ilişkin indirgenme gerilimlerininfarkı alınmalıdır. Buna göre anodda gerçekleşen yarı reaksiyonu da indirgenmeolarak ifade edersek,

olur ve standard pil gerilimi,

∆ E° = E°K, ind - E°A, ind = 0.34 - (-0.76) = 1.12 V

olmalıdır.

Deney Önerisi 11

Pil Gerilimlerinin Kıyaslanması

Deneyin Amacı: Bu deneyde derişimin toplam pil gerilimi üzerindeki etkisininincelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Şekil 14.5'te gösterilene ben-zer bir düzenek hazırlanmış ve ölçümler gerçekleştirilmiştir.

Araç, Gereç ve Malzemeler: 0.5 ve 1 M CuSO4, bakır şerit, bakır tel, 0.5 ve 1 MZnSO4, çinko şerit, doymuş KCl, agar-agar, beher (100 ml, 4 adet), cam U boru,galvanometre, termometre, cam pamuğu.

İşlem

• Dört beherden ilkini 1 M CuSO4, ikincisini 1 M ZnSO4 , üçüncüsünü 0.5MCuSO4 ve dördüncüsünü ise 0.5M ZnSO4 ile doldurunuz. Çözeltilerin sıcak-lıklarını not ediniz.

• Doymuş KCl ve agar-agar ile tuz köprüsünü doldurarak, uçlarını cam pa-muğu ile kapatınız.

• Bakır şeridi 1M CuSO4 çözeltisine ve çinko şeridi 1M ZnSO4 çözeltisine ba-tırarak, Şekil 14.5'teki düzeneği kurunuz. Galvanometre ibresindeki sapmayıokuyunuz.


Şekil 14.5: Galvanik Pil Düzeneği

Cu++ + 2e- Cu(k) E°K, ind. = 0.34 V

Zn(k) Zn++ + 2e- E°A, yük = +0.76 V

Cu++ + Zn(k) Zn++ + Cu(k)

Zn++ + 2e- Zn(k) E°A, ind. = -076 V (İndirgenme gerilimi)

!


• Aynı işlemleri tüm Tablo 14.11'de belirtilen tüm kombinasyonlar için yinele-yiniz.

Verilerin Sunuluşu

Bu deneye ilişkin verilerinizi Tablo 14.11'e işleyiniz.

Tartışma ve Yorum

İlk pilde ölçülen değer ile standard pil geriliminin değerlerini kıyaslayınız.

5. ElektrolizGenel Bilgiler

Kendiliğinden oluşamayan bir kimyasal reaksiyonun (∆E° < 0) bir dış gerilim yardımıile oluşturulmasına "elektroliz" denir.

Buna göre pilin elektrik üretmesine karşın elektrolizin elektrik enerjisi harcayanbir süreç olduğunu belirtmeliyiz.

Elektroliz hücresindeki temel kurgu da pillere benzer. Tek fark galvanometre ye-rine, bir üretecin (kuru pil veya seri bağlı birkaç pil) eksi ucunun katoda ve artıucunun ise anoda bağlanmasıdır.

Bu şekilde eksi uçtan katoda giden elektronlar, katodda indirgenme yarı reaksiyonu-nun oluşmasını sağlarlar. Anodda gerçekleşen yükseltgenme yarı reaksiyonundan açı-ğa çıkan elektronlar ise üretecin artı ucuna pompalanırlar.

5.1. Sulu Çözeltilerin Elektrolizi

Genel Bilgiler

Saf su elektriği çok az iletir. Bu nedenle, suyun elektrolizi çok yüksek gerilim uygulan-ması halinde gerçekleştirilebilir.


Elektrokimyasal Piller Ölçülen (∆E) Pil gerilimleri (∆E°pil)

Zn(k) / Zn+2 (1 M) // Cu+2 (1 M) / Cu(k)

Zn(k) / Zn+2 (1 M) // Cu+2 (0.5 M) / Cu(k)

Zn(k) / Zn+2 (0.5 M) // Cu+2 (1 M) / Cu(k)

Zn(k) / Zn+2 (0.5 M) // Cu+2 (0.5 M) / Cu(k)

Tablo 14.11: Pil Gerilimlerine Derişimin Etkisi

!!

!

!


Öte yandan sodyum klorürün sulu çözeltisinin içinde ise, hem suya ilişkin H+

ve HO- iyonları hem de klorür (Cl-) ve sodyum (Na+) iyonları olmak üzere dörttür iyon bulunur. Bunlardan Na+ ve H+ katoda yönelirler. Ancak H+ 'ya kıyaslaNa+ 'nın yükseltgenme eğilimi (iyonik hali tercih etme yatkınlığı) çok daha yük-sek olduğundan, katodda H+ indirgenir ve H2 gazı ayrılır.

Buna göre elektrokimyasal dizide altta olan elementin tercihen katodda toplan-dığını belirtebiliriz.

Öte yandan anoda yönelen HO- ve Cl- anyonları arasında ise bir rekabet sözkonusudur. Bu anyonların yükseltgenme eğilimleri yakın olduğundan, anoddanO2 veya Cl2 'nin ayrılması, tuzlu suyun derişimine bağlıdır.

Sodyum klorür çözeltisinin seyreltik olması halinde, anoddan "O2 " gazı çıkar. Deri-şik olması halinde ise keskin kokulu "klor" gazı (Cl2) açığa çıkar.

Seyreltik H2SO4 çözeltisinin elektrolizinde ise, üç farklı iyon söz konusudur.Bunlardan H+ katodda H2 olarak açığa çıkar. Ancak anoda yönelen diğer iki an-yondan (SO4 = ve HO-), hidroksil anyonu tercihen yükseltgenir ve anoddan O2gazı açığa çıkar. Tüm bu bilgileri şöyle özetleyebiliriz.

Klorür (Cl-) , bromür (Br-) ve iyodürün (I-) yüksek derişimlerde olmaları dışındakitüm diğer sulu çözeltilerin elektrolizinde, anodda HO- yükseltgenir ve O2 gazı çıkar.

Sulu Çözeltilerin Elektrolizi

Deneyin Amacı: Bu deney grubunda çeşitli sulu çözeltilerin elektrolizini ger-çekleştirmek ve elektrolizi etkileyen temel etkenlerin incelenmesi amaçlanmış-tır.

Araç, Gereç ve Malzemeler: Platin, grafit ve bakır elektrodlar, cam U-tüpü, kurupiller veya bir doğru akım kaynağı, bakır tel, spor, kıskaç, tel bağlama klipleri, 1M Na2SO4 , 1M CuSO4 , beher, bromtimol mavisi.

Deney Önerisi 12

1 M Na2SO4 'ün Elektrolizi

İşlem I

• Elinizdeki malzemeden Şekil 14.6'de gösterilene benzer bir elektroliz düze-neği kurunuz.

• 100 mL Na2SO4 'ün üstüne 10 damla bromtimol mavisi koyarak, pH'ı 7 'yeayarlayınız. Renk yeşile döndüğünde, çözeltinin uygun PH 'da olduğunahükmedip, çözeltiyi U-tüpe aktarınız.


!

!

!

H2 (Katod) + 1/2O2 (Anod) H2O

2Cl- (sulu) 2e- + Cl2 (g)

4HO- (sulu) 4e- + 2H2O + O2(g)


• U-tüpte yeralan çözeltiye platin veya grafit elektrodları daldırarak, elektrod-larla güç kaynağının bağlantısını sağlayınız.

• Çözeltiden 3-4 dakika akım geçirdikten sonra gözlemlerinizi Tablo 14.12'yeişleyiniz.

Verilerin Sunuluşu

Bu deneye ilişkin verilerinizi, Tablo 14.12'ye işleyiniz.

Deney Önerisi 13

1 M CuSO4 'un Platin veya Grafit Elektrod Aracılığı İle Elektrolizi

İşlem II

• U tüpünü boşaltıp temizledikten sonra, 100 mL 1 M CuSO4 ile doldurunuz.• Platin veya grafit elektrod kullanarak, elektrolizi 3-5 dakika sürdürünüz.• Gözlemlerinizi Tablo 14.13'e işleyiniz.

Deney Önerisi 14

1 M CuSO4 'ın Bakır Elektrod Aracılığı İle Elektrolizi


Şekil 14.6: Tuz Çözeltilerinin Elektroliz Düzeneği

Gözlem ve Düşünceler

Anod

Katod

Tablo 14.12: Platin veya Grafit Elektrod İle Na2SO4 'ün Elektrolizi


İşlem III

• İşlem II'de kullandığınız düzeneği ve çözeltiyi aynen koruyarak, sadece pla-tin (veya grafit) elektrodları bakır elektrodlarla değiştiriniz.

• Elektroliz işlemini 3-5 dakika sürdürüp, gözlemlerinizi not ediniz.

Verilerin Sunuluşu

İşlem II ve III'e ilişkin verilerinizi Tablo 14.13'e işleyiniz.

Tartışma ve Yorum

• Elektroliz sürecinde grafit ve platin elektrodların görevi sadece elektron ge-çişine geçit vermektir. İşlem I ve II bu tür inert elektrodlar aracılığı ile yürü-tülmüştür.

• Elektrodların cinsi ve nitelikleri, elektroliz ürünlerini etkileyebilir. Bu duru-mun en klasik örneği İşlem II ve III 'de gözlemlenmiştir. Bakır sülfatın pla-tin (veya grafit) elektrodlar aracılığı ile yürütülen elektrolizi sonunda, ka-todda bakır (Cu+2 + 2e- → Cu) toplanır ve anodda oksijen gazı açığa çıkar.

• Şayet aynı elektroliz bakır elektrodlar aracılığı ile yürütülürse, katodda yinebakır toplanır. Ancak anoda verilen elektronlar bakır elektrodun kendi-sinden çıkar. Yani anoda SO4-2 ve HO- 'in elektron vermeleri yerine anodmateryali olan bakır iyonize olarak (Cu →→→→ Cu++ + 2e-) elektron sağlar.

Sonuç olarak anoddan çözünen bakır, ayni hızla çözeltiye karışır ve katodda safbakır* olarak toplanır.

5.2. Elektrolitik Kaplama

Dekoratif veya koruma amacıyla metal yüzeylerine farklı metallerin kaplanma-sında elektroliz yöntemi kullanılır ve bu işlem "elektrolitik metal kaplama" ola-rak adlandırılır. Bu yöntemde M metali ile kaplanması istenen metalik cisim, Mmetalinin iyonlarını (M+n) içeren elektrolit çözeltiye katod olarak kullanılabile-cek bir stilde daldırılır. Yani kaplanacak cisim katodu oluşturur ve anod görevi-ni ise, platin veya grafit bir elektrod üstlenir. Metal iyonlarının (M+n) katoddaindirgenmesi nedeniyle (M+n + ne- → M) , katod görevini üstlenen cismin yüze-yinde metal kaplanması gerçekleşmiş olacaktır (Şekil 14.7).

* Bu yöntemle endüstri-de saf bakır elde edilir.


Gözlem ve DüşüncelerPlatin veya grafit Bakır elektrodelektrod kullanıldığında kullanıldığında

Anod

Katod

Tablo 14.13: 1M Bakır Sulfatın Elektroliz Sonuçları

Şekil 14.7: Elektrolitik Metal Kaplamanın Şematik

Düzeneği


Elektrolitik Metal Kaplama

Deneyin Amacı: Bu deney grubunda basit bir düzenek yardımı ile metal bir cis-min (örneğin bir anahtarın veya çatalın vb.) bakır ve gümüş kaplanması amaç-lanmıştır.

Deney Önerisi 15

Metal Bir Cismin Gümüş Kaplanması

İşlem I

Araç, Gereç ve Malzemeler: Gümüş iyodür kompleks çözeltisi (bu çözeltiyi ha-zırlamak için 0.5 M AgNO3 çözeltisine, ortamda oluşan tüm AgI çözünene dekKI ilave ediniz), grafit elektrod, cam çubuk, beher, gözenekli kap, bakır bağlantıteli ve klips, güç kaynağı (kuru pil vb.)

• Şekil 14.8 'de görülene benzer bir düzenek kurarak, hazırladığınız gümüşiyodür kompleks çözeltisini (200 mL) gözenekli kaba aktarınız. Gözeneklikabın görevi gümüş kaplama çözeltisini kaplama işlemi sırasında oluşabileniştenmeyen ürünlerden korumaktır.

• Kaplanacak metalik cismi iyice temizledikten sonra, güç kaynağının eksikutbuna bir tel aracılığı ile, platin veya grafit anoda bağladıktan sonra,elektroliz işlemini başlatınız.

• Metalik cismin yüzeyinde gümüş kaplanmasını gözlemleyiniz.

Deney Önerisi 16

Metal Bir Cismin Bakır Kaplanması


Şekil 14.8: Gümüş Kaplama Düzeneği

Şekil 14.9: Bakır KaplamaDüzeneği


İşlem II

Araç, Gereç ve Malzemeler: Bakır kaplama çözeltisi (bu çözeltiyi hazırlamak için30 g CuSO4 hidratı 200 ml suda çözerek, üzerine 7 ml derişik H2SO4 ve 11 mletanol ilave ediniz), bakır elektrod, güç kaynağı, beher (250 ml), yeterince bakırbağlantı teli ve klips.

• Şekil 14.9 'e benzer bir düzenek kurarak, hazırladığınız bakır kaplama çözel-tisini behere aktarınız.

• Kaplanacak metalik cismi iyice temizleyerek, güç kaynağının artı kutbunayine bir tel aracılığı ile anod olarak görev üstlenecek bakır şeridi bağlayınız.Elektroliz işlemini başlatarak, metalik cismin yüzeyine bakır kaplanmasınıgözlemleyiniz.

Tartışma ve Yorum

Gümüş kaplamada inert bir anod materyalinin tercih edilmesine karşın, bakır kaplama-cılığında bakır elektrod (anod) kullanılır. Bu durum kaplamanın saf olması için tercihedilir.

Özet• Reaksiyon hızlarını iç etkenler (yapısal etkenler) yanısıra sıcaklık, derişim, yü-

zey alanı (veya karıştırma hızı) ve katalizör gibi dış etkenler de etkilerler.• Sıcaklık arttıkça, reaktantların hareketliliği yani kinetik enerjileri de artar. Bu

ise daha fazla sayıda reaktanın aktivasyon (etkinleşme) enerjisine ulaşabilmesine vebuna bağlı olarak reaksiyon hızının artmasına neden olur.

• Reaktantların derişimi arttıkça, çarpışma sayısı artar ve buna bağlı olarak reak-siyon hızı artar.

• Reaksiyon hızına sıcaklık ve derişimin etkisini incelemek için "iyod saati" reaksiyo-nu uygundur.

• Reaksiyon hızını etkileyen en önemli etkenlerden biri de "reaktant tanecikleriarasındaki kontağın arttırılmasıdır." Bu durum karıştırma hızının artmasıve/veya kontak (temas) yüzeyinin artması ile sağlanır.

• Katalizörler aktivasyon (etkinleşme) enerjilerini düşürme yoluyla, reaksiyon hız-larını arttırırlar.

• Enzimler biyolojik katalizörlerdir.• Enerjinin Korunumu yasasına göre, ısı alış verişlerinde soğuk maddenin ısı kaza-

nımı, sıcak maddenin ısı kaybına eşit olmalıdır.• 1 mol maddenin sıcaklığını 1°C arttırmak için soğurulması gereken ısı miktarına

"ısı kapasitesi" denir.• 1 gram maddenin sıcaklığını 1°C arttırmak için soğurulması gereken ısı miktarına

"özgül ısı kapasitesi" veya "özgül ısı" denir.• Hess Yasasına göre, reaksiyon ısıları toplanabilir özellik gösterirler. Yani birden

fazla basamakta yürüyen bir reaksiyona ilişkin reaksiyon ısısı, basamakların reak-siyon ısılarının toplamına eşittir.


!


• Bir atomdan diğerine elektron yoğunluk transferinin sağlandığı reaksiyonlar "in-dirgenme-yükseltgenme" veya kısaca "redoks" reaksiyonları olarak bilinirler.

• Kendisinin yükseltgenmesine karşın başka bir maddenin indirgenmesine neden olan maddelere "indirgeyici ajan" veya kısaca "indirgen" denir. Ken-disinin indirgenmesine karşılık başka bir maddenin yükseltgenmesine nedenolan maddelere "yükseltgeyici ajan" veya kısaca "yükseltgen" denir.

• Metallerin hava, su, çeşitli asitler ve metal oksitlerle verdikleri reaksiyonlarınşiddeti ve hızı, "yükseltgenme (iyonik hale geçme) yatkınlıklarının kaba birölçüsü" olarak kabul edilir.

• Matellarin sulu çözeltilerindeki reaktivite sıralamaları "elektrokimyasal dizi" ola-rak bilinir. Dizide daha üstte olan metalin reaktivitesi ve yükseltgenme yatkınlı-ğı daha yüksektir.

• Redoks reaksiyonlarından yararlanarak elektrik üretimi sağlayan düzeneklere "pil"denir.

• Pillerde yükseltgenmenin gerçekleştiği elektroda "anod" ve indirgenmenin ger-çekleştiği elektroda "katod" denir.

• ∆E°pil = E°Katod (ind.) - E°Anod (ind.) = Standard pil gerilimi.• Kendiliğinden yürüyen pil reaksiyonlarında, standard pil gerilimi sıfırdan büyük ol-

malıdır (∆E°pil > 0)• Pillerde ölçülen pil gerilimleri ile standard pil gerilimleri, standard koşullar dışında-

ki tüm diğer koşullarda farklı olmalıdır.• Kendiliğinden gerçekleşemeyen bir kimyasal reaksiyonun (∆E° < 0) bir dış gerilim

yardımı ile oluşturulmasına "elektroliz" denir.• Elektroliz düzeneğinde güç kaynağının eksi ucu katoda, artı ucu anoda bağlanır.• Elektrolizde, elektrokimyasal dizide altta kalan element katodda tercihen indirge-

nir (toplanır).• Klorür (Cl-), bromür (Br-) ve iyodürün (I-) yüksek derişimlerde oldukları sulu çö-

zeltiler dışındaki sulu çözeltilerin elektrolizinde, anodda tercihen HO- yükseltge-nir ve O2 çıkar.

• Metal yüzeylerine koruma veya dekoratif amaçlarla ve elektroliz tekniği ile gerçekleş-tirilen kaplamalara "elektrolitik metal kaplama" denir.

• Elektrolitik kaplamada metal kaplanacak madde katod yerine bağlanır.

Değerlendirme SorularıAşağıdaki sorularda boş olan yerleri en uygun şekilde doldurunuz.

1. .......... reaksiyon ............ etkileyen başlıca etkenlerdendir.A. Sıcaklık, pH'ınıB. Derişim, için gerekli katalizörün türünüC. Katalizör, ısısınıD. Sıcaklık, hızınıE. Karıştırma, ortamının yoğunluğunu



2. ................ 'nın reaksiyon ................. üzerindeki etkisi .............. reaksiyonu ileincelenebilir.A. Nişasta; yönü; iyod saatiB. HSO3

- ; verimi; iyod saatiC. KIO3 ; ısısı; iyod saatiD. Reaktant yüzeyi alanı; yönü; iyod saatiE. Sıcaklık ve derişim; hızı; iyod saati

3. Reaktant taneciklerinin ............. ise ................... o denli .............. olur.A. boyutları ne denli büyük; reaksiyon hızı; yüksekB. toplam yüzey alanları ne denli küçük; reaksiyon hızı; yüksekC. çarpışma sayıları ne denli fazla; reaksiyon hızı; düşükD. kinetik enerjileri ne denli yüksek; reaksiyon hızı; yüksekE. karıştırılma hızları ne denli düşük; reaksiyon hızı; yüksek

4. .................. dönüşmesi reaksiyonunda ...................... .A. Alkollerin şekere; katalizör etkisi vardırB. Şekerin etanole; enzimlerin etkisinden söz edilemezC. Şekerin etanole; mayada bulunan zimaz enzimi hızı azaltırD. Şekerin etanole; mayada bulunan zimaz enzimi hızı etkilemezE. Şekerin etanole; mayada bulunan zimaz enzimi hızı arttırır

5. .................... süreçlerde ............... .A. Ekzotermik; ortamın pH'ın değişirB. Endotermik; ortamın yoğunluğu artarC. Endotermik; ısı değişimi olmazD. Endotermik; ısı soğurulurE. Ekzotermik; ısı soğurulur

6. .............. maddenin sıcaklığını 1°C .................... gereken ısı miktarına o mad-denin ................... denir.A. 1 Gram; azaltmak için soğurulması; ısı kapasitesiB. 100 Gram; yükseltmek için soğurulması; ısı kapasitesiC. 10 Gram; azaltmak için soğurulması; özgül ısı kapasitesiD. 100 Gram; yükseltmek için soğurulması; özgül ısı kapasitesiE. 1 mol; yükseltmek için soğurulması; ısı kapasitesi

7. Bir kalorimetrede yeralan 100 gram "A" sıvısının, 50°C olan başlangıç sıcaklı-ğı (T1), içine 0°C sıcaklıkta 10 g buz ilave edildiğinde sıcaklık 30°C'a (T2)düşmüştür. Buzun molar erime ısısı 1440 cal/mol olduğuna göre, A sıvısının............ .............. .A. ısı kapasitesi, 0.8 cal/g olmalıdırB. ısı kapasitesi, 04 cal/g olmalıdırC. özgül ısısı, 0.4 cal/g olmalıdırD. özgül ısısı, 0.8 cal/g olmalıdırE. ısı kapasitesini hesaplamak için bu veriler yeterlidir



8. Bir deneyde 1 mol katı NaOH 'ın suda çözünmesine ilişkin çözünme ısısı Q1

cal/mol olarak saptanmıştır. Bir diğer deneyde ise 1 mol katı NaOH ile 1 MHCl çözeltisi (1 L) arasındaki nötürleşme sürecine ilişkin nötürleşme ısısı Q2

cal/mol olarak saptanmıştır. Bu denel verilerden ve Hess Yasasından yarar-lanarak 1 M NaOH (1 L) ve 1 M HCl (1 L) çözeltileri arasındaki nötürleşme-ye ilişkin nötürleşme ısısı (Q3) ................... olarak hesaplanabilir.A. SaptanamazB. Q3 = Q2 - Q1 cal/mol NaOHC. Q3 = Q2 + Q1 cal/mol NaOH

D.

E.

9. ................ yükseltgenme sayısı .................... .A. Metalik demirin; sıfır olmalıdırB. Metil bromürde (CH3 _ Br) bromun; +1 olmalıdırC. Oksijen molekülünde oksijen atomunun; iki olmalıdırD. Azot molekülünde azot atomunun; üç olmalıdırE. Demir iyonlarının; daima artı iki olmalıdır

10. Elektrokimyasal dizide ............. yeralan bir metal, kendisinden daha ............yeralan bir metale ................. .A. üstte; aşağıda; kıyasla daha az reaktiflidirB. üstte; aşağıda; kıyasla daha kolay indirgenirC. altta; yukarıda; kıyasla daha kolay yükseltgenirD. altta; yukarıda; kıyasla daha az reaktiftirE. altta; yukarıda; ilişkin metal oksitlerde üst sıradaki metalin yerini alır

11. Pillerde ............. yarı reaksiyon .................... .A. indirgenme; 'unun gerçekleştiği elektroda "anod" denirB. indirgenme ve yükseltgenme; 'ları aynı kapta yürümelidirC. anod ve katodda gerçekleşen; 'ların toplamı "pil reaksiyonunu" verirD. katodda oluşan yarı reaksiyona ilişkin standard indirgenme gerilimi

(E°K) ile anodda oluşan; 'a ilişkin standard indirgenme geriliminin (E°A)toplamı, pilin standard gerilimini (∆E°pil) verir

E. yükseltgenme; 'unun gerçekleştiği elektroda "katod" denir

12. Pillerde ölçülen pil gerilimi (∆Epil) ...................... .A. sadece standard pil gerilimine bağlıdırB. yarı reaksiyonların gerçekleştiği elektrolit çözeltinin derişimine göre

farklılık gösterirC. daima standard pil gerilimine eşittirD. tüm piller için aynı olmalıdırE. sıfırdan küçük bir değer olabilir


Q3 = Q2 + Q1

2 cal/mol NaOH

Q3 = Q2 - Q1

2 cal/mol NaOH


13. .................... elektrolizinde ................. toplanan (açığa çıkan) madde .............olmalıdır.

A. Seyreltik NaCl çözeltisinin; anodda; Cl2 gazıB. Seyreltik NaCl çözeltisinin; katodda; NaC. Seyreltik H2SO4 çözeltisinin; anodda; O2 gazıD. Seyreltik H2SO4 çözeltisinin; anodda; SO3 gazıE. Derişik NaOH çözeltisinin; anodda; Na

14. Elektrolitik kaplama işleminde .................. ................... .A. metal kaplanması istenen cisim, yalıtkan olmalıdırB. metal kaplanması istenen cisim anod görevi üstlenirC. elektrodlar mutlaka grafit olmalıdırD. metal kaplanması istenen madde, güç kaynağının eksi kutbuna bağlanır

ve kaplama sıvısının içine daldırılırE. Bakır kaplama tekniğinde anod tercihen grafit olmalıdır

Yararlanılan ve Başvurulabilecek KaynaklarH.Guler; D.Saraydın, U.Ulusoy. Genel Kimya Laboratuvarı, 2'nci Baskı, Hati-

boğlu Yayınevi, Ankara, 1966.

M.Özcan. Modern Temel Kimya Laboratuvarı, Dicle Üniv.Matbaası, Diyarbakır,1993.

E.R.Toon, G.I.Ellis. Foundations of Chemistry, Taş Kitapçılık Yayıncılık, 1986.

Değerlendirme Sorularının Yanıtları1. D 2. E 3. D 4. E 5. D 6. E 7. D 8. B 9. A 10. D

11. C 12. B 13. C 14. D


Yazar - haticeinann44.files.wordpress.com · • Bu üniteyi çalışmadan önce, Kimya...

Documents

Transcript of Yazar - haticeinann44.files.wordpress.com · • Bu üniteyi çalışmadan önce, Kimya...