İçeriğe geç

12. sınıf · Kimya · 10. hafta (23-27 Kasım 2026)

Elektroliz Uygulamaları (Erimiş Tuzların, Sulu Çözeltilerin ve Suyun Elektrolizi, Metal Kaplamacılığı) ve Korozyondan Korunma (Kurban Elektrot) (12.1.5 & 12.1.6)

1. ÜNİTE: KİMYA VE ELEKTRİK teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Dışarıdan elektrik enerjisi verilerek istemsiz redoks tepkimelerinin gerçekleştirildiği elektroliz yöntemi; doğada bileşikleri hâlinde bulunan aktif metallerin ve hidrojen-oksijen gazlarının saf olarak elde edilmesinden, metallerin aşınmaya karşı kaplanmasına kadar endüstride çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Elektroliz ilkelerinin yanında metallerin elektrokimyasal çürümesi olan korozyonu önleyen kurban elektrot teknolojisi de ülke ekonomisi için hayati değer taşır.

Erimiş Tuzların, Sulu Çözeltilerin ve Suyun Elektrolizi

Erimiş (sıvı) bir tuzun (örneğin NaCl(s)) elektrolizinde ortamda yalnızca tuzun iyonları bulunur: Katotta (- kutup) katyonlar indirgenerek metali (Na⁺ + e⁻ → Na(s)), anotta (+ kutup) ise anyonlar yükseltgenerek ametal gazını (2Cl⁻ → Cl_2(g) + 2e⁻) oluşturur.

Sulu çözeltilerin elektrolizinde ise ortamda tuz iyonlarının yanında suyun H⁺ ve OH⁻ iyonları da bulunduğu için elektrotlarda yarışma gerçekleşir: Katotta indirgenme eğilimi (pasifliği) en büyük olan katyon ilk önce açığa çıkar; anotta ise yükseltgenme eğilimi (aktifliği) en büyük olan anyon ilk önce açığa çıkar (SO_4²⁻, NO_3⁻ gibi köklere karşı OH⁻ yükseltgenerek O_2 gazı verir).

Suyun Elektrolizi (Hoffman Voltametresi): Saf su elektriği çok az ilettiği için içine az miktarda sülfürik asit (H_2SO_4) damlatılarak elektroliz edilir. Net tepkime 2H_2O(s) → 2H_2(g) + O_2(g) şeklindedir. Katotta H⁺ iyonları indirgenerek H_2 gazı (2V hacim), anotta ise OH⁻/su yükseltgenerek O_2 gazı (V hacim) açığa çıkar; katotta toplanan hidrojen gazı hacmi, anottaki oksijen gazı hacminin iki katıdır.

HOFFMAN VOLTAMETRESİ İLE SUYUN ELEKTROLİZİ VE AKTİFLİK KURALI Suyun Elektrolizi (Hoffman Voltametresi) • Elektrolit: H₂SO₄ damlatılmış saf su • Katot (-): 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g) (Hacim = 2V) • Anot (+): H₂O → ½O₂(g) + 2H⁺ + 2e⁻ (Hacim = V) • Net: 2H₂O(s) → 2H₂(g) + O₂(g) Oran: n(H₂) / n(O₂) = V(H₂) / V(O₂) = 2 / 1 Sulu Çözeltide Öncelik (Yarışma) Kuralı • KATOTTA (-): İndirgenme potansiyeli en büyük (en pasif) katyon önce toplanır. (Örn: Cu²⁺, Ag⁺, Au³⁺ > H⁺ > Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺) • ANOTTA (+): Yükseltgenme potansiyeli en büyük (en aktif) anyon önce ayrışır. (Örn: I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > SO₄²⁻, NO₃⁻, F⁻) Aktif metal katyonu varsa katotta H₂ gazı çıkar!
🔍 Büyütmek için dokunun

Elektrolizle Metal Kaplamacılığı ve Saflaştırma

Demir, çelik veya pirinçten yapılmış metal eşyaları paslanmadan (korozyondan) korumak ve onlara parlak, estetik bir görünüm kazandırmak amacıyla yüzeylerinin elektroliz yoluyla altın, gümüş, krom, nikel veya çinko gibi başka bir metalle ince bir tabaka hâlinde örtülmesine elektrolitik metal kaplamacılığı (galvanoteknik) denir.

Metal kaplamacılığı düzeneğinde üç altın kural geçerlidir: 1) Kaplama yapacak saf metal ANOT (+) kutbuna bağlanır (örneğin gümüşle kaplanacaksa anot Ag metalidir). 2) Üzeri kaplanacak metal eşya (çatal, yüzük vb.) KATOT (-) kutbuna bağlanır. 3) Elektrolit çözelti olarak kaplama metalinin iyonlarını içeren bir tuz çözeltisi (örneğin AgNO_3(suda)) kullanılır.

Akım verildiğinde anottaki gümüş elektrot yükseltgenerek çözeltiye Ag⁺ iyonları verir (Ag(k) → Ag⁺ + e⁻), çözeltideki Ag⁺ iyonları ise katottaki çatalın yüzeyinde indirgenerek birikir (Ag⁺ + e⁻ → Ag(k)). Bu süreçte elektrolit çözeltideki Ag⁺ iyonu derişimi sabit kalır. Benzer ilkeyle saf olmayan bakır külçeler anot yapılarak katotta %99,9 saflıkta elektrolitik bakır saflaştırması gerçekleştirilir.

ELEKTROLİZ İLE METAL KAPLAMACILIĞI DÜZENEĞİ (GÜMÜŞ KAPLAMA) 1. ANOT (+) KUTBU • Kaplayacak saf metal (Ag) • Yükseltgenerek aşınır: Ag(k) → Ag⁺(suda) + e⁻ • Kütlesi zamanla azalır. 2. ELEKTROLİT ÇÖZELTİ • Kaplama metalinin tuzunu içerir (AgNO₃ çözeltisi). • Anottan gelen Ag⁺ kadar katotta Ag⁺ indirgenir. • [Ag⁺] derişimi değişmez! 3. KATOT (-) KUTBU • Kaplanacak eşya (Demir çatal) • İndirgenme yüzeyde olur: Ag⁺(suda) + e⁻ → Ag(k) • Eşyanın yüzeyi Ag ile kaplanır.
🔍 Büyütmek için dokunun

Korozyon ve Korozyondan Korunma Yöntemleri (Kurban Elektrot)

Metallerin veya alaşımların bulundukları ortamdaki oksijen, nem, asit veya tuz çözeltileriyle kendiliğinden elektrokimyasal tepkimeye girerek yükseltgenmesi ve fiziksel-mekanik özelliklerini kaybetmesi olayına korozyon (aşınma / paslanma) denir. Demirin nemli havada paslanması (Fe_2O_3·nH_2O) ve gümüşün kararması en yaygın korozyon örnekleridir.

Metali korozyondan korumak için; metal yüzeyini boyamak, paslanmaz başka bir metalle elektrolitik olarak kaplamak (galvanizleme) veya alaşım hâline getirmek (paslanmaz çelik) gibi yöntemler uygulanır. Ancak gemi gövdeleri, yer altı doğal gaz/petrol boru hatları, köprü ayakları ve su tankları gibi devasa yapılarda en etkili elektrokimyasal yöntem katodik koruma (kurban elektrot) sistemidir.

Katodik Koruma (Kurban Elektrot): Korozyondan korunmak istenen metal yapıya (örneğin demir boruya), aktifliği (yükseltgenme potansiyeli) o metalden daha büyük olan başka bir metal (örneğin Mg, Al veya Zn) iletken telle bağlanır. Oluşan elektrokimyasal hücrede daha aktif olan metal anot (kurban elektrot) görevi üstlenerek korunan metalin yerine kendisi yükseltgenip aşınır; korunan demir yapı ise katot konumunda kalarak korozyondan kurtulur.

KATODİK KORUMA VE KURBAN ELEKTROT SEÇİM İLKESİ KURBAN ELEKTROT (ANOT) • Korunacak metalden daha aktif seçilir. • Yükseltgenme eğilimi: E°_yük(Kurban) > E°_yük(Fe) • Demir (Fe) için: Mg, Al, Zn kullanılır. • Zamanla yükseltgenerek aşınır ve tükenir, belirli aralıklarla yenisiyle değiştirilir. Tepkime: Mg(k) → Mg²⁺ + 2e⁻ (Kendini feda eder) KORUNAN METAL YAPI (KATOT) • Gemi gövdesi, yer altı boru hattı, iskele ayağı • Kurban elektrottan gelen elektronları alır. • Katot konumuna geçtiği için yükseltgenemez. • Paslanma (korozyon) tamamen önlenir. Aktiflik: Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Cu > Ag
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Hoffman voltametresinde bir miktar su elektroliz edildiğinde anotta normal koşullarda (NŞA) 4,48 litre O_2 gazı toplanmaktadır. Buna göre katotta hangi gazdan kaç litre toplanır ve devreden kaç mol elektron geçmiştir?

    Cevabı göster

    Suyun elektrolizinde anotta O_2, katotta ise onun iki katı hacimde H_2 gazı toplanır. Anotta 4,48 L (n = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol) O_2 toplandığına göre, katotta 2 · 4,48 = 8,96 L (0,4 mol) H_2 gazı toplanır. 2H⁺ + 2e⁻ → H_2 yarı tepkimesine göre 0,4 mol H_2 için devreden 0,8 mol elektron (0,8 Faraday) geçmiştir.

  2. Örnek 2Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde erimiş MgCl_2, ikincisinde erimiş AlCl_3 tuzları bulunmaktadır. Birinci kabın katodunda 7,2 gram Mg metali toplandığında ikinci kabın katodunda kaç gram Al metali toplanır? (Mg = 24 g/mol, Al = 27 g/mol)

    Cevabı göster

    Toplanan Mg'nin mol sayısı n_Mg = 7,2 / 24 = 0,3 moldür. Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg tepkimesine göre devreden geçen elektron n_e- = 2 · 0,3 = 0,6 moldür. Seri kaplardan aynı elektron geçtiği için ikinci kapta Al³⁺ + 3e⁻ → Al tepkimesine göre n_Al = 0,6 / 3 = 0,2 mol Al toplanır. Kütle m_Al = 0,2 · 27 = 5,4 gram bulunur.

  3. Örnek 3Demirden yapılmış bir anahtarın yüzeyini elektroliz yöntemiyle bakır (Cu) metaliyle kaplamak isteyen bir öğrenci anot, katot ve elektrolit olarak neleri seçmelidir?

    Cevabı göster

    Kaplama yapacak saf bakır (Cu) metali anot (+) kutbuna, üzeri kaplanacak demir anahtar ise katot (-) kutbuna bağlanmalıdır. Elektrolit olarak bakır(II) sülfat (CuSO_4) gibi Cu²⁺ iyonları içeren sulu bir çözelti kullanılmalıdır.

  4. Örnek 4Metallerin elektron verme (yükseltgenme) eğilimleri sırası Mg > Zn > Fe > Cu > Ag şeklindedir. Yer altındaki demir (Fe) su borularını korozyondan korumak için bu metallerden hangileri kurban elektrot olarak kullanılabilir? Neden?

    Cevabı göster

    Kurban elektrot olarak seçilecek metalin aktifliği (elektron verme eğilimi) korunacak demir (Fe) metalinden daha büyük olmalıdır. Verilen sırada demirden daha aktif olan Mg (magnezyum) ve Zn (çinko) metalleri kurban elektrot olarak kullanılabilir; Cu ve Ag ise demirden pasif olduğu için kullanılamaz.

  5. Örnek 5Sulu CuSO_4 çözeltisi platin elektrotlarla elektroliz edildiğinde anot ve katotta öncelikle hangi maddeler açığa çıkar? (Elektron verme eğilimi: H_2 > Cu > OH⁻ > SO_4²⁻)

    Cevabı göster

    Çözeltide katyon olarak Cu²⁺ ve H⁺, anyon olarak SO_4²⁻ ve OH⁻ bulunur. Katotta indirgenme eğilimi daha büyük (daha pasif) olan Cu²⁺ iyonları indirgenerek Cu metali toplanır. Anotta ise yükseltgenme eğilimi SO_4²⁻ iyonundan büyük olan OH⁻ yükseltgenerek O_2 gazı açığa çıkar.

  6. Örnek 6Katodik koruma yönteminde kurban elektrot olarak bağlanan metalin zamanla kütlesinin azalmasının ve yenisiyle değiştirilmesi gerekmesinin elektrokimyasal nedeni nedir?

    Cevabı göster

    Katodik korumada kurban elektrot anot görevi üstlenir ve korunan metal yapının yerine sürekli kendisi yükseltgenerek (elektron vererek) çözünür. Bu yükseltgenme tepkimesi sonucunda kurban elektrot zamanla aşınıp tükendiği için belirli aralıklarla yenilenmesi gerekir.

Kavram Kartları

1 / 8

Karta dokunarak arka yüzündeki açıklamayı görün; yön tuşlarıyla kartlar arasında geçiş yapın.

Etkinlikler

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

  1. 1Hoffman voltametresi ile gerçekleştirilen suyun elektrolizi deneyiyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

  2. 2Metal bir madalyonun yüzeyini elektroliz yöntemiyle altın (Au) ile kaplamak için kurulan elektrolitik hücrede; I. Saf altın (Au) çubuk anot (+) kutbuna bağlanmalıdır. II. Üzeri kaplanacak madalyon katot (-) kutbuna bağlanmalıdır. III. İşlem süresince çözeltideki Au³⁺ iyonu derişimi sürekli sıfıra doğru azalır. yargılarından hangileri doğrudur?

  3. 3Bazı metallerin standart indirgenme potansiyelleri aşağıda verilmiştir: • Mg²⁺(suda) + 2e⁻ → Mg(k) E° = -2,37 V • Zn²⁺(suda) + 2e⁻ → Zn(k) E° = -0,76 V • Fe²⁺(suda) + 2e⁻ → Fe(k) E° = -0,44 V • Cu²⁺(suda) + 2e⁻ → Cu(k) E° = +0,34 V • Ag⁺(suda) + e⁻ → Ag(k) E° = +0,80 V Buna göre çelikten (Fe) yapılmış bir gemi gövdesini korozyondan korumak için hangi metaller kurban elektrot olarak seçilebilir?

  4. 4Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde AgNO_3(suda), ikincisinde CuSO_4(suda) çözeltileri bulunmaktadır. Birinci kabın katodunda 21,6 gram Ag metali toplandığında ikinci kabın katodunda kaç gram Cu metali toplanır? (Cu = 64 g/mol, Ag = 108 g/mol)

  5. 5

    • Elektrolizle metal kaplamacılığında kaplanacak eşya elektroliz kabının katot (-) kutbuna bağlanır.
    • Korozyon, metallerin bulundukları ortamla elektrokimyasal tepkimeye girerek yükseltgenmesi ve aşınması olayıdır.
    • Katodik korumada kurban elektrot olarak seçilen metal, korunacak metalden daha pasif olmalıdır.
    • Suyun elektrolizinde anotta hidrojen gazı, katotta ise oksijen gazı açığa çıkar.
    • Seri bağlı elektroliz kaplarındaki tüm elektrotlardan eşit miktarda elektrik yükü (Q) geçer.

  6. 6

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7

    1. Suyun elektrolizinde katotta toplanan gazının hacmi, anotta toplanan oksijen gazının hacminin iki katıdır.
    2. Demir bir çatalı gümüşle kaplamak için elektroliz düzeneğinde saf gümüş çubuk kutbuna bağlanır.
    3. Gemi gövdelerini ve yer altı boru hatlarını daha aktif bir metal bağlayarak aşınmadan koruma yöntemine koruma denir.
    4. Sulu çözeltilerin elektrolizinde katotta indirgenme potansiyeli en olan katyon ilk önce açığa çıkar.
    5. Metallerin nemli ve oksijenli ortamda kendiliğinden yükseltgenerek bozunması olayına adı verilir.

  8. 8Yer altına döşenen çelik (Fe) doğal gaz boru hattının nemli toprakta korozyona uğramasını önlemek amacıyla uygulanan 'katodik koruma (kurban elektrot)' yönteminin çalışma ilkesini; anot, katot, elektron akış yönü ve aktiflik kavramlarını kullanarak açıklayınız.

Kısaca

  • Erimiş tuzların elektrolizinde katotta metal, anotta ametal açığa çıkar; sulu çözeltilerde ise katotta en pasif katyon, anotta en aktif anyon öncelikle toplanır.
  • Suyun Hoffman voltametresinde elektrolizi sonucunda katotta 2V hacimde H_2 gazı, anotta ise V hacimde O_2 gazı elde edilir.
  • Elektrolizle metal kaplamacılığında kaplayacak saf metal anot (+), üzeri kaplanacak eşya ise katot (-) kutbuna bağlanır.
  • Metallerin ortam etkisiyle elektrokimyasal olarak yükseltgenip aşınmasına korozyon (paslanma) adı verilir.
  • Katodik korumada korunacak metal yapıya kendisinden daha aktif bir 'kurban elektrot' (Mg, Zn, Al) bağlanarak korunan metal katot hâline getirilir.

Bu dersin öteki kaynakları