İçeriğe geç

12. sınıf · Kimya · 9. hafta (9-13 Kasım 2026)

Elektroliz: Elektrolitik Hücreler, Faraday Elektroliz Kanunları (Q = I·t) ve Elektroliz Hesaplamaları (12.1.5.1)

1. ÜNİTE: KİMYA VE ELEKTRİK teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Galvanik pillerde kendiliğinden gerçekleşen istemli redoks tepkimeleriyle kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülürken, doğada kendiliğinden gerçekleşmeyen istemsiz redoks tepkimeleri dışarıdan elektrik enerjisi uygulanarak yürütülür. Elektrik enerjisi yardımıyla bileşiklerin elementlerine ayrıştırılması ve metallerin saflaştırılması veya kaplanması işlemlerinin temelini oluşturan elektroliz, Michael Faraday'ın ortaya koyduğu nicel yasalarla açıklanır.

Elektroliz Olayı ve Elektrolitik Hücrelerin Yapısı

Kendiliğinden gerçekleşmeyen (istemsiz, ΔG > 0 ve E°_hücre < 0) redoks tepkimelerinin, dış bir doğru akım güç kaynağı (pil veya üreteç) yardımıyla elektrik enerjisi verilerek gerçekleştirilmesi olayına elektroliz, bu işlemin yapıldığı düzeneğe ise elektrolitik hücre (elektroliz kabı) adı verilir. Elektrolizde elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür ve tepkime endotermiktir.

Hem galvanik hücrelerde hem de elektrolitik hücrelerde kural değişmez: Yükseltgenmenin gerçekleştiği elektrot daima ANOT, indirgenmenin gerçekleştiği elektrot ise daima KATOT'tur. Ancak elektrolitik hücrede dış üretecin pozitif (+) kutbuna bağlı olan elektrot anot (+), negatif (-) kutbuna bağlı olan elektrot ise katot (-) olur.

Elektroliz kabında bulunan sıvı veya sulu çözelti içindeki negatif yüklü iyonlar (anyonlar) pozitif yüklü anoda giderek elektron verir ve yükseltgenir; pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) ise negatif yüklü katoda giderek elektron alır ve indirgenir.

ELEKTROLİTİK HÜCRE YAPISI VE GALVANİK PİL İLE KARŞILAŞTIRMASI Elektrolitik Hücrede İyon Göçü + Üreteç (DC) - ANOT (+) Yükseltgenme Anyonlar (-) anoda göç eder. KATOT (-) İndirgenme Katyonlar (+) katoda göç eder. Temel Özellikler • Enerji Dönüşümü: Elektrik → Kimyasal • İstemlilik: İstemsizdir (E°_hücre < 0) • Uygulanan Gerilim: Üreteç potansiyeli, |E°_pil| değerinden büyük olmalıdır. • Kutup İşaretleri: Anot (+), Katot (-) (Galvanik pilde ise Anot (-), Katot (+) idi.)
🔍 Büyütmek için dokunun

Faraday Elektroliz Kanunları ve Yük-Kütle İlişkisi

İngiliz bilim insanı Michael Faraday, elektroliz devrelerinden geçen elektrik yükü miktarı ile elektrotlarda ayrışan veya toplanan madde kütlesi arasındaki nicel ilişkiyi ortaya koymuştur. Elektrik yükü birimi Coulomb (C) olup devreden I (Amper) şiddetinde akımın t (saniye) süreyle geçmesi durumunda toplam yük Q = I · t bağıntısıyla hesaplanır.

Avogadro sayısı kadar (1 mol) elektronun sahip olduğu toplam elektrik yüküne 1 Faraday (1 F) denir ve hesaplamalarda yaklaşık 1 F = 1 mol e⁻ = 96500 Coulomb (C) olarak alınır. Devreden geçen elektronun mol sayısı n_e = Q96500 = I · t96500 formülüyle bulunur.

Faraday'ın Birinci Kanunu'na göre elektrotlarda açığa çıkan madde kütlesi (m), devreden geçen elektrik yükü (Q) ile doğru orantılıdır. İkinci Kanunu'na göre ise katotta Xⁿ⁺ + n e⁻ → X(k) tepkimesiyle toplanan maddenin kütlesi m = I · t · M_A96500 · z (burada M_A mol kütlesi, z veya n ise alınan/verilen elektron sayısı yani tesir değerliğidir) bağıntısıyla hesaplanır.

FARADAY ELEKTROLİZ BAĞINTILARI VE NİCEL HESAPLAMALAR 1. Elektrik Yükü (Q) Q = I · t • Q: Elektrik yükü (Coulomb, C) • I: Akım şiddeti (Amper, A) • t: Zaman (saniye, s) Not: Dakika verilirse 60 ile çarpılır! 2. Faraday Sabiti (1 F) 1 F = 1 mol e⁻ = 96500 C • Devreden geçen e⁻ molü: n(e⁻) = (I · t) / 96500 • 1 F yük geçtiğinde 1 eşdeğer gram (M_A / z) madde toplanır. 3. Kütle Formülü (m) m = (I · t · M_A) / (96500 · z) • m: Toplanan kütle (gram) • M_A: Atom/mol kütlesi (g/mol) • z: İyon yükü / alınan-verilen elektron sayısı (tesir değerliği)
🔍 Büyütmek için dokunun

Seri Bağlı Elektroliz Kapları ve Metal Kaplamacılık

Birden fazla elektroliz kabının art arda bağlanmasıyla oluşturulan seri bağlı elektroliz devrelerinde, kapların tamamından aynı sürede eşit miktarda elektrik yükü (Q_1 = Q_2) ve eşit mol sayısında elektron (n_e1 = n_e2) geçer.

Seri bağlı kaplarda farklı metal katyonları indirgenirken katotlarda toplanan metallerin mol sayıları ile iyon yüklerinin (tesir değerliklerinin) çarpımı birbirine eşittir: n_1 · z_1 = n_2 · z_2 = n_e. Örneğin seri bağlı iki kaptan birinde Ag⁺ (z=1), diğerinde Cu²⁺ (z=2) iyonları varsa ve devreden 2 mol elektron geçerse; 1. kapta 2 mol Ag, 2. kapta ise 1 mol Cu metali toplanır.

Elektrolizin sanayideki en önemli uygulamalarından biri elektrolitik metal kaplamacılıktır (galvanoplasti). Korozyondan korumak veya estetik görünüm kazandırmak amacıyla kaplanacak olan metal eşya (örneğin demir çatal) katoda (-) bağlanır; kaplamada kullanılacak saf metal (örneğin gümüş çubuk) anoda (+) bağlanır ve elektrolit olarak kaplama metalinin tuz çözeltisi (AgNO_3) kullanılır.

SERİ BAĞLI ELEKTROLİZ KAPLARI VE ELEKTROLİTİK KAPLAMA Seri Bağlı Elektroliz Kapları • Tüm kaplardan geçen Q ve n(e⁻) eşittir. n₁ · z₁ = n₂ · z₂ = n(e⁻) • İyon yükü (z) küçük olan metalin katotta toplanan mol sayısı daha büyüktür. • Örnek: 1 mol e⁻ → 1 mol Na⁺, 1/2 mol Mg²⁺, 1/3 mol Al³⁺ Metal Kaplama (Örn: Gümüş Kaplama) • ANOT (+): Kaplayacak saf metal (Ag çubuk) Ag(k) → Ag⁺(suda) + e⁻ (Anot aşınır) • KATOT (-): Kaplanacak eşya (Demir kaşık) Ag⁺(suda) + e⁻ → Ag(k) (Kaşık kaplanır) • Çözelti: Ag⁺ iyonu içeren elektrolit (AgNO₃) Çözeltideki Ag⁺ derişimi işlem boyunca sabit kalır.
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Erimiş CaCl_2 tuzu 19,3 Amperlik sabit akımla 1000 saniye süreyle elektroliz edildiğinde katotta kaç gram Ca metali toplanır? (Ca = 40 g/mol, 1 F = 96500 C)

    Cevabı göster

    Önce devreden geçen yük bulunur: Q = I · t = 19,3 · 1000 = 19300 C. Geçen elektronun mol sayısı: n_e = 19300 / 96500 = 0,2 mol e⁻. Katot tepkimesi Ca²⁺ + 2e⁻ → Ca(k) olduğundan 2 mol e⁻ geçtiğinde 1 mol Ca toplanır; 0,2 mol e⁻ geçtiğinde ise 0,1 mol Ca toplanır. Kütle: m = 0,1 · 40 = 4 gram Ca bulunur.

  2. Örnek 2Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde erimiş AlCl_3, ikincisinde ise erimiş MgCl_2 tuzu bulunmaktadır. Birinci kabın katodunda 5,4 gram Al metali toplandığında ikinci kabın katodunda kaç gram Mg metali toplanır? (Al = 27 g/mol, Mg = 24 g/mol)

    Cevabı göster

    Birinci kapta toplanan Al'nin mol sayısı: n_Al = 5,4 / 27 = 0,2 mol. Al³⁺ iyonunun yükü z_1 = 3, Mg²⁺ iyonunun yükü z_2 = 2'dir. Seri bağlı kaplarda n_1 · z_1 = n_2 · z_2 bağıntısından: 0,2 · 3 = n_Mg · 2 → n_Mg = 0,3 mol bulunur. Toplanan Mg kütlesi: m_Mg = 0,3 · 24 = 7,2 gramdır.

  3. Örnek 3Demir bir yüzüğü elektroliz yöntemiyle altın (Au) ile kaplamak isteyen bir kuyumcu, anot ve katoda hangi maddeleri bağlamalı ve elektrolit olarak ne kullanmalıdır?

    Cevabı göster

    Kaplanacak olan demir yüzük indirgenmenin gerçekleşeceği KATOT (-) kutbuna bağlanmalıdır. Kaplama maddesi olan saf altın (Au) metali ANOT (+) kutbuna bağlanmalı, elektrolit olarak ise içerisinde Au³⁺ iyonları bulunduran bir altın tuzu çözeltisi kullanılmalıdır.

  4. Örnek 4Erimiş NaCl tuzunun elektrolizinde anot ve katotta gerçekleşen yarı tepkimeleri yazarak devreden 0,4 Faradaylık yük geçtiğinde normal koşullarda (NŞA) anotta kaç litre Cl_2 gazı açığa çıkacağını bulunuz.

    Cevabı göster

    Katotta indirgenme: Na⁺ + e⁻ → Na(s); Anotta yükseltgenme: 2Cl⁻ → Cl_2(g) + 2e⁻. Anot denklemine göre 2 mol e⁻ (2 F) yük geçtiğinde 1 mol Cl_2 gazı açığa çıkar. Devreden 0,4 F (0,4 mol e⁻) geçtiğinde 0,4 / 2 = 0,2 mol Cl_2 gazı oluşur. NŞA'da hacmi: V = 0,2 · 22,4 = 4,48 litredir.

  5. Örnek 5Galvanik hücre (pil) ile elektrolitik hücre (elektroliz kabı) arasındaki üç temel farkı belirtiniz.

    Cevabı göster

    1. Galvanik pilde istemli redoks tepkimesiyle kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşürken, elektrolitik hücrede elektrik enerjisiyle istemsiz redoks tepkimesi gerçekleştirilir. 2. Galvanik pilde E°_hücre > 0 iken elektrolitik hücrede E°_hücre < 0'dır. 3. Galvanik pilde anot (-), katot (+) kutup iken; elektrolitik hücrede anot (+), katot (-) kutuptur.

  6. Örnek 6CuSO_4 sulu çözeltisi 9,65 Amperlik akımla 200 saniye elektroliz edildiğinde devreden kaç Coulomb elektrik yükü ve kaç mol elektron geçer? (1 F = 96500 C)

    Cevabı göster

    Elektrik yükü Q = I · t = 9,65 A · 200 s = 1930 Coulomb (C) olarak bulunur. Elektron mol sayısı ise n_e = Q / 96500 = 1930 / 96500 = 0,02 mol elektron (0,02 Faraday) olarak hesaplanır.

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. 1Elektrolitik hücreler ve elektroliz olayı ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

  2. 2Erimiş MgCl_2 tuzu 9,65 Amperlik sabit akımla 1000 saniye süreyle elektroliz edilmektedir. Buna göre katotta kaç gram Mg katısı toplanır? (Mg = 24 g/mol, 1 mol e⁻ = 96500 C)

  3. 3Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde erimiş AgCl, ikincisinde ise erimiş XCl_n tuzu bulunmaktadır. Devreden bir süre elektrik akımı geçirildiğinde 1. kabın katodunda 0,6 mol Ag metali, 2. kabın katodunda ise 0,2 mol X metali toplandığına göre X iyonunun yükü (n) kaçtır?

  4. 4Bakır (Cu) bir madalyonu elektroliz yöntemiyle gümüş (Ag) metaliyle kaplamak isteyen bir öğrencinin kurduğu düzenekle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  5. 5

    • Elektrolitik hücrelerde üretecin pozitif (+) kutbuna bağlı elektrot anot, negatif (-) kutbuna bağlı elektrot ise katottur.
    • Bir Faradaylık elektrik yükü, Avogadro sayısı kadar (1 mol) elektronun yüküne eşit olup yaklaşık 96500 Coulomb'dur.
    • Seri bağlı elektroliz kaplarında iyon yükü büyük olan metalin katotta toplanan mol sayısı daha fazladır.
    • Elektroliz sırasında çözeltideki negatif yüklü anyonlar katoda giderek yükseltgenir.
    • Metal kaplamacılıkta (galvanoplasti) kaplanacak olan metal eşya elektroliz devresinin katoduna bağlanır.

  6. 6

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7

    1. Elektroliz devresinden geçen elektrik yükü miktarı Q = bağıntısıyla hesaplanır.
    2. Seri bağlı elektroliz kaplarının tamamından eşit sürede eşit mol sayısında geçer.
    3. Erimiş AlCl_3 tuzunun elektrolizinde devreden 3 Faraday yük geçtiğinde katotta mol Al metali toplanır.
    4. Elektrolitik hücrede elektrik enerjisi enerjiye dönüştürülür.
    5. Demir bir çatalı gümüşle kaplamak için saf gümüş metali elektroliz kabının kutbuna bağlanmalıdır.

  8. 8Erimiş FeCl_3 tuzunun 9,65 Amperlik sabit akımla 50 dakika süreyle elektroliz edilmesi sonucunda katotta kaç gram Fe metalinin toplanacağını adım adım hesaplayınız. (Fe = 56 g/mol, 1 F = 96500 C)

Kısaca

  • Elektroliz, istemsiz redoks tepkimelerinin dışarıdan doğru akım elektrik enerjisi verilerek gerçekleştirilmesi olayıdır; anot (+), katot (-) kutuptur.
  • Elektroliz kabında anyonlar anoda (+) giderek yükseltgenir, katyonlar ise katoda (-) giderek indirgenir.
  • Devreden geçen elektrik yükü Q = I · t (Coulomb) bağıntısıyla bulunur; 1 mol elektronun yükü 1 Faraday (96500 C) değerine eşittir.
  • Katotta toplanan madde kütlesi m = (I · t · M_A) / (96500 · z) formülüyle hesaplanır; seri bağlı kaplarda n_1 · z_1 = n_2 · z_2 eşitliği geçerlidir.
  • Metal kaplamacılıkta kaplanacak eşya katoda (-), kaplama metali ise anoda (+) bağlanır.

Bu dersin öteki kaynakları