Tel:
Fax:
Email:
www.hayatiboskut.com.tr
Elektrokimya
Maddenin elektrik niteliği Faraday'ın elektroliz deneyleri ve elementel taneciklerin e/m oranlarının tayini çalışmalarında ortaya konduktan sonra anlaşılmış ve elektrik iletiminin mekanizması açıklanabilmiştir.Maddeler öncelikle elektrik iletkenliği bakımından, iletken ve yalıtkan özelliğe sahip olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Bu bölümde iletken maddelerin madde ile elektrik enerjisi arasındaki ilişkisi yer alacaktır. Maddenin elektrik potansiyeli ile ilgili nitel ve nicel açıklamaları Elektrokimya konusunda bulacaksınız.
Bölüm Hedefi
Bu bölümü tamamladığınızda;
- Elektrik enerjisinin fonksiyonel hale gelişini,
- Elektrod ve elektrod potansiyellerini,
- Redoks dengelerinin elektrik niteliği ve niceliğini,
- Elektrik enerjisinden yararlanmanın yöntemlerini,
- Yarı iletkenliği
öğrenmiş olacaksınız.
13.1 İletkenlik ve İletkenler
İletkenlik özellikle katı fazın önemli bir karakteristiğidir. Başta elementler olmak üzere, iyonik katılar, organik ve anorganik bileşikler ve polimerler değişik ölçülerde ısı ve elektrik iletkenliği gösterirler. Parlaklık, kolay işlenebilme gibi özelikleri de bulunan metallerin iletkenlik kavramını incelemede tercih edilmeleri kolaylık sağlar. Çünkü metaller tek tür atomlardan ibaret kristal maddelerdir ve düzgün geometrik yapı gösteren küreler gibi düşünülebilirler. Ayrıca her atom aynı elektron düzlemine dolayısı ile aynı sayıda değerlik elektronuna sahiptir.
İletkenliğin açıklanmasında; sonsuz sayıda atomdan ibaret bir katı fazın tamamı molekül olarak ele alınarak küçük moleküller için ortaya konan Molekül Orbital Teori kullanılabilir. Bunun yanında kütle içindeki elektronların ortak bir zeminde bulunduklarını kabul etmek ile diğer birçok metalik özellik izah edilebilir.
Elektronların (özellikle değerlik elektronlarının) kütle içindeki serbest hareketinden kaynaklanan bu özellikler Elektron Gazı kavramını ortaya çıkarmıştır. Bu kavram kütle içindeki serbest hareketin niteliğini doğruya yakın şekilde ifade eder.Örneğin bir metalin şekil değiştirmesi elektron kümesinin (elektron gazı) çok çabuk hareketlenerek atomların birbiri üzerinden kaymasına fırsat vermesi ile mümkün olur. Metal atomları düzgün ve sık istiflenmiş küreler olarak tasarlanabiliyorsa; bunların arasındaki boşlukların elektron gazı ile (elektronlar veya elektron bulutları ile) doldurulduğunu varsaymak yanlış olmayacaktır. Bu durum elektron denizinde yüzen atomlar şeklinde de tanımlanabilir.Katıların elektrik iletme dereceleri bir sınıflandırma ortaya çıkarmıştır. İletken, yalıtkan, yarı iletken ve süper iletken olmak üzere yapılan bu sınıflandırmada, iletme kolaylığı yanında iletkenliğin sıcaklık ile değişimi de farklılık göstermektedir.
13.1.1 İletkenler
İletken grubundaki metallerde sıcaklık artışı ile iletkenlik azalması, yarı iletkenlerde ise sıcaklık artışı ile iletkenlik artması görülür. Yalıtkan maddeler pratik ölçüler dahilinde önemsiz kabul edilen iletkenliğe sahiptirler. Ancak bunların ölçülebilen bir değerde iletkenlikleri var ise; yarı iletkenlerde olduğu gibi sıcaklık ile iletkenlik artışı görülecektir. Süper iletkenler özel bir madde sınıfıdır ve elektrik dirençleri sıfıra çok yakındır. Metallerde olduğu gibi sıcaklık iletkenliği olumsuz etkiler.
Elektrik iletkenliği elektronun enerjisi dikkate alınmak suretiyle de açıklanabilir:
Metal ve ametal alaşımları katı halde iletkendirler ve bu tip maddelere 1.sınıftan iletkenler denir. 1.sınıf iletkenlerde elektrik akımı atomlardaki hareketli değerlik elektronları ile sağlanır.
NaCl, CaCl2 gibi iyonik şebeke yapılı katılar ise elektriği iletmezler. Bunların yapı taşı olan (+) ve (-
Son yıllarda geliştirilen sıvı kristaller molekül formundaki maddelerin de bir takım elektrik ve elektro-
13.1.2 Yarı iletkenler
Elementlerin iletkenlikleri incelendiğinde, ilk bakışta metallerin iletken, ametallerin yalıtkan olduğu görülür. Ancak, metaller ile ametaller arasında kesin bir sınır yoktur. Arada her iki özelliği göstermeye de yatkın elementler vardır. Bunlara yarı metaller denir.Yarı metallere örnek olarak silisyum, germanyum, arsenik, kalay, tellür, polonyum ve astatin verilebilir. Bunlar arasında, aynı metalin bir allotrop hali metal özelliği gösterirken, başka bir allotropu ametal özelliği gösterebilir. Örneğin kalayın iki allotropundan biri metal, diğeri ametaldir. Oda sıcaklığında kararlı beyaz kalay metal özelliği gösterir ve yüksek iletkenliğe sahiptir. 13,10C'nin atında kararlı allotrop olan gri kalay ise elmas gibi tetrahedral düzende kristaller oluşturur ve iletkenliği düşüktür. Elektrik iletkenliği metallere oranla düşük olan maddelere yarı iletken maddeler denir. Fakat yarı iletken maddeleri metallerden ayıran en belirgin özellik, iletkenliklerinin sıcaklıkla değişimidir. Metallerin iletkenlikleri sıcaklıkla azalırken, yarı iletkenlerin iletkenlikleri artar
13.1.3 Süper İletkenler
Süper iletken elektrik akımını herhangi bir direnç ile karşılaşmadan ileten bileşiklerdir. 1987 yılına kadar bazı metaller, oksitler ve halojen bileşikleri 200K gibi düşük sıcaklıklarda süper iletken fonksiyonu göstermekteydi. Ancak 1987 yılında ilk yüksek sıcaklık-
Resimde görülen küçük mıknatıs havada durmaktadır. Havada durmasının sebebi kendisinin meydana getirdiği manyetik alanın süper iletken üzerinde bir elektrik akısı meydana getirmesidir ve bu akım da yeni bir manyetik alan oluşturup mıknatısı havada tutmaktadır. Bu olay süper iletkenin belirtilen sıcaklığın altında kaldığı sürece devam eder.
Lokal deformasyon kuvvetli pozitif yük oluşturacağı için ikinci bir elektron bu bölgeye gelir. Bu şekilde her iki elektron arasında zahiri bir çekme ortaya çıkar ve çift olarak kalırlar. Lokal deformasyon iyonların termik hareketleri ile kolayca ortadan kalkar, bu yüzden meydana gelen çekme sadece düşük tempeatürlerde mümkündür.Bir elektron tarafından meydana getirilen deformasyon, çarpışma ile bölgeden uzaklaşması halinde, diğer elektronu çekmesi ile tekrar ortadan kaldırılabileceği için elektron çifti (Cooper-
13.2 Elektrokimyasal Sistemler
Bu bölüm altında şu alt başlıkları inceleyeceksiniz.
- Elektrodlar
- Standart Elektrod Potansiyelleri
- Gerilim Sırası
Elektrokimyasal Piller
13.2.1 Elektrodlar
İkinci sınıftan bir iletkenin çözeltisine birinci sınıftan bir iletken konduğunda bir elektrod ya da yarım pil elde edilir. Örneğin ZnSO4 çözeltisine bir çinko metali daldırılırsa Zn2+/Zn yarım pili elde edilir. Akım geçen bir çözeltide (+) yüklü iyonlar (katyonlar) (-
Bölüm -
