Soru: Görseldeki elektroliz devresi ile ilgili hangi yargılar doğrudur?
Cevap: I, II ve III doğru — E şıkkı.
Açıklama (adım adım):
- Devredeki kutuplar ve roller
- Soldaki elektrot X güç kaynağının + ucuna bağlı → anot (oksidasyon).
- Sağdaki elektrot Y - ucuna bağlı → katot (indirgenme).
Elektrolizde kaplanacak (gümüş kaplanacak) parça katoda bağlanmalıdır, çünkü iyonların indirgenip metalik Ag şeklinde biriktikleri yer katottur. Bu yüzden Y = Fe olmalıdır. Bu I. önermeyi doğrular.
- Elektrolit seçimi
- Gümüş kaplama için çözelti Ag+ iyonu içermelidir; yaygın ve uygun elektrolit AgNO3 (sulu) tir. Ayrıca anod olarak Ag metal kullanılırsa anottan çözeltiye Ag+ verilir ve katotta çökelme olur. Bu nedenle II. önerme doğrudur.
- Güç kaynağı potansiyeli ile ilgili yorum
- İstenilen akımı ve yönlü reaksiyonları sağlamak için güç kaynağı, sistemin kendi elektromotor kuvvetini (pil potansiyelini) yenebilmelidir. Fe–Ag arasındaki standart potansiyeller: E^\circ_{Ag^+/Ag}=+0{,}80\ \text{V} ve E^\circ_{Fe^{2+}/Fe}\approx -0{,}44\ \text{V}. Buna göre Fe–Ag galvanik hücre potansiyeli yaklaşık olarak
E_{hücre}=0{,}80-(-0{,}44)=1{,}24\ \text{V}
Çalıştırmak istediğimiz yön (Ag’ın anotta çözünüp Ag+ iyonlarının katotta Fe üzerine indirgenmesi) için güç kaynağı bu hücre potansiyelini aşmalıdır (ayrıca aşımlar, dirençler ve diğer kayıplar nedeniyle biraz daha büyük gerilim gerekir). Yani III. önerme de doğrudur.
Ana elektrokimyasal yarı reaksiyonlar:
- Anot (Ag): Ag \rightarrow Ag^{+} + e^{-}
- Katot (Fe üzerine çökelme): Ag^{+} + e^{-} \rightarrow Ag\ (s)
Özet: I ve II ve III hepsi doğru olduğundan doğru seçenek E şıkkıdır.
**Soru: Bir elektroliz devresinde demir (Fe) metalinden yapılan çubuk, gümüş (Ag) ile kaplanmak isteniyor. Şekildeki elektroliz devresi ile ilgili;
I. X metali Ag, Y metali Fe olmalıdır.
II. Elektrolit olarak AgNO₃ sulu çözeltisi kullanılmalıdır.
III. Güç kaynağı potansiyeli Fe–Ag pil potansiyelinden büyük olmalıdır.
Yargılarından hangileri doğrudur?
Cevap Özeti
Doğru seçenek I ve II’dir. III. ifade yanlıştır.
İçindekiler
- Elektroliz ve Galvanik Hücre Kavramları
- Neden X = Ag, Y = Fe? (I. İfade)
- Elektrolit: AgNO₃ Çözeltisi (II. İfade)
- Güç Kaynağı Potansiyeli Ne Olmalı? (III. İfade)
- Adım Adım Elektroliz Mekanizması
- Özet Tablosu
1. Elektroliz ve Galvanik Hücre Kavramları
- Galvanik Hücre (Pil): Spontan redoks tepkimelerinden elektrik akımı elde edilir.
- Elektroliz Hücresi: Dışarıdan uygulanan gerilimle, normalde gerçekleşmeyen redoks tepkimeleri zorlanarak yaptırılır.
Burada amaç, demir çubuğa gümüş kaplama yapmak için dışarıdan bir güç kaynağı (batarya) kullanarak elektroliz gerçekleştirmektir.
2. Neden X = Ag, Y = Fe? (I. İfade)
- Elektrolizde çözeltideki indirgenecek iyonlar, katotta (negatif elektrot) indirgenir. Biz gümüşü (Ag) demir çubuğa kaplamak istiyoruz.
- Katot olarak demir çubuğun (Fe) görev yapması gerekir. Şekilde “Y” elektrodu katoda bağlıdır (– uca bağlı). Dolayısıyla Y metali Fe olmalıdır.
- Anot ise pozitif uca bağlıdır ve çözeltideki Ag⁺ iyon kaynağını korumak için Anot metalinin Ag olması uygundur. Böylece anot Ag → Ag⁺ + e⁻ tepkimesiyle çözeltideki iyon konsantrasyonunu sabit tutar.
- Sonuç: X = Ag, Y = Fe olmalıdır.
- I. ifade doğrudur.
3. Elektrolit: AgNO₃ Çözeltisi (II. İfade)
- Çözeltide kaplama yapılacak metalin iyonları bulunmalıdır. Biz Ag kaplayacağımız için elektrolit olarak gümüş nitrat (AgNO₃) sulu çözeltisi kullanılır.
- Başka bir tuz (örneğin CuSO₄ veya Fe(NO₃)₃) gümüş iyonu sağlamaz. Dolayısıyla II. ifade doğrudur.
4. Güç Kaynağı Potansiyeli Ne Olmalı? (III. İfade)
- Platin satsız bir galvanik hücrede Fe/Fe²⁺ vs. Ag⁺/Ag yarı hücre potansiyelleri:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag (E° = +0,80 V)
– Fe²⁺ + 2 e⁻ → Fe (E° = –0,44 V)
– Eₒₓ (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻) = +0,44 V
– E_cell = E_red + E_ox = 0,80 V + 0,44 V = 1,24 V (Fe–Ag pil potansiyeli) - Ancak biz elektrolizde Ag anodu ve Fe katodu kullanıyoruz:
– Anotta: Ag → Ag⁺ + e⁻ (E_ox = –0,80 V)
– Katotta: Ag⁺ + e⁻ → Ag (E_red = +0,80 V)
– Net spontane E_cell = 0,80 + (–0,80) = 0 V → tepki kendiliğinden yürümez. - Dolayısıyla, Fe–Ag pil potansiyelini (1,24 V) “yenmek” gibi bir kavram bu düzenekte geçerli değildir.
- Tek gereken, minumum sıfırın biraz üzeri bir gerilim uygulayarak Ag anotta çözünüp katotta plakalanmasını sağlamaktır (pratikte aşırı gerilim ve dirençleri de aşması için birkaç volt uygulanır).
- Bu yüzden III. ifade yanlıştır.
5. Adım Adım Elektroliz Mekanizması
- Bataryanın pozitif (+) ucu → Ag anot (X):
• Ag(s) → Ag⁺(çözelti) + e⁻ - Elektronlar dış devreyi izleyerek negatife akar.
- Bataryanın negatif (–) ucu → Fe katot (Y):
• Ag⁺(çözelti) + e⁻ → Ag(s) (demir yüzeyine çökme) - Çözelti derişimi sabit kalır; sürekli kaplama gerçekleşir.
6. Özet Tablosu
| İfade | Doğru/Yanlış | Açıklama |
|---|---|---|
| I. | Doğru | X = Ag, Y = Fe |
| II. | Doğru | Elektrolit olarak AgNO₃ çözeltisi kullanılır |
| III. | Yanlış | Fe–Ag pil potansiyeli bu düzende rol oynamaz (E_cell ≈ 0 V) |
Sonuç: I ve II. ifadeler doğru, III. ifade yanlıştır. Seçenek C: I ve II.