Elektrokimyasal piller

advertisement
KOROZYONUN
ELEKTROKİMYASAL
PRENSİPLERİ
Bir malzemenin kimyasal bileşimi ve fiziksel
bütünlüğü korozif bir ortam içerisinde değişir.
Malzemeler;
• Korozif bir sıvı ile çözünebilir,
• Yüksek sıcaklıklarda bozunabilir,
• Radyasyona ve hatta,
• Bakteriye maruz kaldıklarında değişebilirler.
Bir reaksiyonun elektrokimyasal
yürüyebilmesi için;
yoldan
• potansiyel fark bulunmalı,
• yük transferi reaksiyonu olmalı ve
• sürekli bir akım iletim yolu bulunmalıdır.
Bu nedenle ilk olarak denge halinde olan bir
elektrotun potansiyel değerinin ele alınması
uygun olur.
Elektrot ve Standart Elektrot Potansiyeli
Bir metal çubuk kendi
iyonlarını içeren bir çözelti
içine
daldırılırsa,
metal
iyonları çözeltiye geçer.
•
•
Çözelti (+) yükle,
Metal (-) yükle yüklenir.
Ara yerde bir potansiyel farkı
doğar.
Zaman
içerisinde
denge
oluşur.
M0 = Mn+ + ne-
Denge halinde metal ile çözelti arasında oluşan
potansiyele ELEKTROT POTANSİYELİ denir.
Hatasız ideal bir metalin 1 M kendi çözeltisi
içerisinde 1 atm basınçta ve 25ºC’de ölçülen
potansiyeline
STANDART
ELEKTROT
POTANSİYELİ denir.
•
•
•
Denge halinde bulunan bir elektrodun potansiyeli
sabit kalır.
Metal
üzerindeki
elektronlar
bir
şekilde
uzaklaştırılırsa denge bozulur ve metal tekrar
çözünmeye devam eder.
Tersi olur metale dışarıdan elektron verilirse
çözeltideki iyonlar indirgenerek metale birikir.
Referans Elektrotlar
• Elektrot
•
•
•
potansiyeli
deneysel
olarak
doğrudan ölçmek mümkün değildir.
Ancak referans elektrot olarak adlandırılan
bir yardımcı elektrotla ölçülebilir.
Bu amaç için potansiyeli bilinen ve zamanla
değişmeyen özel elektrotlar geliştirilmiştir.
Potansiyeli bilinmeyen elektrot ile referans
elektrot aynı çözelti içerisine daldırılarak
ikisi arasındaki potansiyel farkı yüksek iç
direnci olan bir voltmetre ile ölçülebilir.
•
Ölçüm sırasında devreden geçen akımın mümkün
olduğu kadar küçük tutulması gerekir.
•
Ölçüm ile elde edilen potansiyel farkı (ΔE) ve
referans elektrodun potansiyel (Eref) değeri
toplanarak elektrot potansiyeli (E) hesaplanabilir.
E = ΔE + Eref
REFERANS ELEKTRODLAR
1-Standart Hidrojen Elektrot, (Pt/H2/H+)
Elektrot reaksiyonu
2H+ + 2e-  H2
(H+) = 1 PH2 = 1 atm
E= 0 mV
2-Kalomel Elektrot, (Hg/Hg2Cl2, Cl)
Elektrot reaksiyonu
Hg2Cl2 + 2e-  2Hg+ + 2ClE=0.2677-0.059 logacı
E= 0,244 V ( doygun klorür)
3-Gümüş-Gümüş Klorür,(Ag/AgCl - )
Elektrot reaksiyonu
AgCl + 2e-  Ag + + ClE=0,2224-0,059 log aCl
E= 0,288 V (Deniz suyunda )
4-Bakır/Bakır sülfat,(Cu/SO4 ,Cu+2 )
Elektrot reaksiyonu
Cu+2 + 2e-  Cu
E=0,340+0,0259 log aCu+2
E= 0,316 V (Doygun CuSO4)
5-Çinko/Deniz suyu
E= 0,800 V
Standart Hidrojen Elektrodu (SHE)
• H+
iyonları aktivitesi 1 olan çözelti içerisine
daldırılmış bir platin çubuk üzerinden 1 atm
basınçta hidrojen gazı geçirilmesi ile elde
edilen elektroda standart hidrojen elektrodu
denir.
• 25ºC’deki potansiyeli 0 kabul edilir.
• Ne
yazık
kullanılmaz.
ki
pratik
uygulamalarda
Doygun Kalomel Elektrodu (SCE)
• Metalik
Hg ve Hg2Cl2 çökeltisinden oluşan
katı ile doygun potasyum klorür (KCl)
çözeltisinin temasından oluşan elektroda
doygun kalomel elektrot denir.
• 25ºC’deki potansiyeli +0,244 Volt’dur.
• Pratikte
en
çok
elektrotlardan biridir.
kullanılan
referans
Gümüş-Gümüş Klorür Elektrot
• Saf
gümüş, gümüş klorür ve 0,1 m KCl
çözeltisinden oluşan elektrottur.
• 25ºC’deki potansiyeli +0,288 Volt’dur.
• Pratikte
en
çok
elektrotlardan biridir.
kullanılan
referans
Doygun Bakır/Bakır Sülfat Elektrot
• Doygun
bakır sülfat çözeltisi içerisine bir
bakır çubuk daldırılarak elde edilen
elektrottur.
• 25ºC’deki potansiyeli +0,316 Volt’dur.
ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER
• Elektrokimyasal piller,
• Elektroliz hücreleri,
• Korozyon hücreleri
Elektroliz Hücresi
• Dıştan
•
•
•
uygulanan
elektrik
enerjisini
kimyasal enerjiye dönüştürürler.
Elektroliz hücrelerinde (-) yüklü elektrot
katot, (+) yüklü elektrot anottur.
Dış akım kaynağının (-) ucu katoda
bağlanarak elektron verilir.
Böylece anotta bir oksidasyon, katotta ise
redüksiyon reaksiyonu zorlanarak yürütülür.
Elektrokimyasal Piller
Kendiliğinden akım
üreterek kimyasal
enerjiyi
elektrik
enerjisine
dönüştürebilen
hücrelerdir.
Örneğin;
kuru
pil
bilinen
karbon pili
olarak
çinko-
Elektrokimyasal piller;
• Galvanik veya voltaik piller,
• Konsantrasyon pilleri,
• Taşımalı piller ve
• Taşımasız piller
olarak sınıflandırılır.
Galvanik piller
Elektrot potansiyeli farklı olan elektrotların
birbirine bağlanması ile elde edilen pillerdir.
Konsantrasyon pilleri
Aynı cinsten iki elektrot, aynı cinsten fakat
konsantrasyonları farklı olan iki elektrolit
içine daldırılarak elde edilir.
Taşımalı ve Taşımasız Piller
• Elektrotlar
arasında
taşımalı piller,
• Elektrotlar
difüzlenme
arsında
difüzlenme
taşımasız piller olarak ifade edilir.
varsa
yoksa
Pillerde Elektrot Reaksiyonları
• Çeşitli ortamlarda elektron alış verişi ile
gelişen oksidasyon (elektron verme) ve
redüksiyon (elektron alma) reaksiyonlarına
“elektrokimyasal” reaksiyonlar denir.
• Elektrokimyasal
reaksiyonlar
elektrokimyasal
hücre
içerisinde
gerçekleşir.
• Elektrokimyasal hücre temas halindeki iki
parça metal ve iletken sıvı, madde veya
elektrolit içerisine yerleştirildiğinde oluşur.
• Elektrik devresinin tamamlanmasıyla elektro
kaplama veya elektrokimyasal korozyon
meydana gelir.
• Bütün elektrokimyasal pillerde anot ve katotta
kendiliğinden yürüyen reaksiyonlar sonucu dış
devrede anottan katota doğru bir elektron
akımı oluşur. Akım yönü ise tam tersine
katotdan anota doğrudur.
• Anotta daima yükseltgenme,
M0 = Mn+ + ne-
• Katotta ise indirgenme reaksiyonu meydana
gelir.
Mn+ + ne- = M0
• Bir
pilde hangi elektrotun anot, hangisinin
katot olacağı elektrot potansiyeli ile anlaşılır.
• Oksidasyon
potansiyeli büyük olan anotta
yükseltgenme reaksiyonu gerçekleşir.
• Oksidasyon
potansiyeli daha küçük olan
katotta
ise
indirgenme
reaksiyonu
gerçekleşir.
• Olay elektroliz hücresinde farklılık arz eder.
• Piller
•
•
•
•
bir şema halinde yazılırken, kural
olarak anot daima sol başa, katot ise sağ
başa yazılır.
Sol ve sağ baştan ikinciler ise çözeltileri
ifade eder.
Metal ve çözelti arasına çekilen dikey tek
çizgi ikisinin temas ettiğini gösterir.
İki çözelti arasındaki dikey çift çizgi ise iki
hücre arasında tuz köprüsü olduğunu
gösterir.
Eğer çözeltiler bir gözenekli çeper ile
ayrılmışsa tek çizgi yeterlidir.
CuICu2+IIAg+IAg
ZnIZn2+IICu2+ICu
Bir pilin elektromotor kuvveti (EMK) şöyle
hesaplanır (Her ikisi de oksidasyon alınırsa).
Epil = Eanot - Ekatot
Anot oksidasyon, katot redüksiyon için alınırsa;
Epil = Eanot + Ekatot
Pilin kendiliğinden akım üretebilmesi için;
Epil = pozitif olmalıdır.
Epil = 0 ise denge hali var demektir.
ÖRNEK SORU
Bir galvanik hücrenin 1 M ZnSO4 çözeltisi içinde
bir Zn elektrotu, 1 M NiSO4 çözeltisi içinde bir Ni
elektrotu bulunmaktadır. Her iki elektrot, çözeltinin
karışmasını engelleyecek gözenekli bir perdeyle
birbirinden ayrılmıştır. Üzerinde bir anahtar
bulunan bir tel dıştan her iki elektrotu
birleştirmektedir. (Zn…..Eo = -0,763 V, Ni…..
Eo = -0,250 V her iki değer oksidasyon için)
Anahtar kapatılınca;
A) Hangi elektrotta yükseltgenme meydana gelir?
B) Hangi elektrot hücrenin anotudur?
C) Hangi elektrot korozyona uğrar?
D)Bu hücrenin yarım hücre tepkimelerini yazınız.
E) Hücre kapatıldığı anda bu galvanik hücrede
EMK ne olur?
ÇÖZÜM
A)
B)
C)
D)
Zn
Zn
Zn
Zn------Zn2+ +2e
(Anodik Reaksiyon)
Ni2+ +2e------Ni0
(Katodik Reaksiyon)
E) Zn------ Zn2++2e
E0 = -0,763 V
Ni2+ +2e------Ni0
E0 = -0,250 V
---------------------------------------------------------------Zn + Ni2++ ------- Zn2+ + Ni0
E0 = -0,513 V
EMK veya EMF Serisi
•
•
•
•
•
Saf bir metal elektrotun, kendi tuzlarından oluşan
1M
çözeltisi
içine
doldurulmuş
olduğunu
düşünürsek her metal kendine özgü bir potansiyel
gösterir.
Elektrod potansiyelini ölçebilmek için, sisteme
uygun bir tuz köprüsü ile Standart Hidrojen
Elektrodun (SHE) eklenmesi gerekir.
Metal elektronları ile hidrojen elektronları
arasındaki Potansiyel farkı kolaylıkla ölçülür.
Referans elektrot olarak seçilmiş SHE’un
potansiyeli sıfır kabul edilir. Fark ise metal
elektrotun potansiyeli olur.
Farkın pozitif veya negatif olarak seçilmesi
keyfidir.
• Saf
•
•
•
metallerin
standart
elektrot
potansiyellerinin sıralanmasıyla elde edilen
seriye EMF veya EMK serisi denir.
EMF serisi saf metallerin oksidasyon veya
redüksiyon reaksiyonlarına göre standart
elektrot
potansiyellerinin
sıralanmasını
içerir.
Metallerin bu serideki konumuna göre anot
ya da katot olup olmadığı anlaşılır.
Seride Standart Hidrojen Potansiyeli 0’dır.
•
•
•
•
•
Galvanik Seri
Metallerin Galvanik Serisi, iki metal arasında galvanik
akımın nasıl oluşacağının ve metallerin temasları
halinde hangi metalin KOROZYONA UĞRAYACAĞI
detaylarını verir.
Bu seride korozyon potansiyeli daha negatif olan
metal korozyona uğrar.
Bir galvanik seri; bir elektrolitteki değişik metal
gruplarının
potansiyellerine
bağlı
olarak
derlenebilmektedir.
Galvanik seri, metal çiftleri arasındaki korozyonun
şiddetini göstermemektedir.
Bu seriler uygulamada korozyon tahmininde hakikate
daha uygun sonuçlar verirler.
Korozyon Hücresi ve Elemanları
• Korozyon
•
•
•
•
olayı biri anotta, diğeri katotta
aynı anda yürüyen iki elektrokimyasal
reaksiyondan oluşur.
Bu açıdan bakıldığında korozyon olayı
kendiliğinden akım üreten galvanik bir pil
olarak düşünülebilir.
Korozyonun gerçekleşmesi için mutlaka iki
ayrı metalin bulunması şartı yoktur.
Korozyon, bir metal bir elektrolit içerisinde
tek başına olduğu zaman da meydana
gelebilir.
Metal yapısında veya elektrolitteki bir
farklılıktan dolayı oluşacak potansiyel farkı
korozyona sebep olur.
• Metalin
veya alaşımın kendi bünyesindeki
yapısal, kimyasal, mekanik veya ısıl
farklılıklar gösteren bölgeleri arasında
potansiyel farkı oluşabilir.
• İki
ayrı metal veya alaşımın teması sonucu
potansiyel farkı oluşur.
• Metalin
temas halinde olduğu ortamdaki
bileşenlerden
katodik
olarak
redüklenebileceklerin konsantrasyonunun,
metalin değişik bölgelerinde farklı olması
potansiyel farkı oluşturabilir.
•
•
•
•
•
Bunun sonucu olarak metal yüzeyinin bazı
bölgeleri anot olur. Böylece mikro ve makro
ölçüde korozyon hücreleri oluşur.
Uygulamada karşılaşılan korozyon hücrelerinin
büyük bir kısmı “makrokorozyon” hücresi ve
korozyon şekli de “bölgesel” korozyondur.
Bazı durumlarda metal yüzeyinde atomsal boyutta
bir nokta, bir anot, bir katot olarak davranabilir.
Sonuçta metalin tüm yüzeyi tekdüze olarak
çözünür.
Bu tip korozyonun meydana geldiği korozyon
hücresine “mikrokorozyon hücresi” denir.
Ya da “homojen korozyon” denir.
• Korozyon
olayı metalin oksidasyonu ile
anotta meydana gelir.
• Anotta
metal elektron vererek iyon halinde
çözeltiye geçer.
• Oysa
redüksiyon reaksiyonları sadece
metalin
indirgenmesi
şeklinde
gerçekleşmeye bilir. Bu reaksiyonlar içinde
bulunduğu ortam koşullarına göre değişiklik
gösterebilir.
•
•
•
•
•
Korozyonun meydana gelebilmesi için “korozyon
hücresi” çevriminin kesintisiz çalışması gereklidir.
Yani anottaki kimyasal değişim ile metal iyonları
meydana gelip çözeltiye geçerken açığa çıkan
elektronlar, elektronik iletken vasıtası ile katoda
taşınırlar.
Korozyon hücresinden geçen akıma “korozyon
akımı” (Ikor) denir.
Korozyon
hücresinde
anot
reaksiyonunun
(korozyon) hızı ile katot reaksiyonunun hızları
birbirine eşittir (Ianot= Ikatod= Ikor).
Sulu ortamda redüklenecek yani elektron
harcayacak madde yoksa korozyon da meydana
gelmez, zira anotta açığa çıkabilecek elektronlar
harcanamaz.
Şu durumlarda korozyon meydana
gelmez;
• Anot
ile katot bölgeleri arasında elektronik
bağ yoksa, yani elektronlar taşınamıyorsa,
• Anot
ile çözelti veya katot ile çözelti
arasında temas engellenirse,
• Sistemde iletken ortam yoksa.
ÖRNEK 1
Cu çözeltisi içinde bulunan Zn metalinin
korozyona
uğramasında
oluşan
reaksiyonları yazınız.
ÖRNEK 2
Çinkonun
havalandırılmış
HCl
asit
çözeltisindeki korozyonunda meydana gelen
reaksiyonları yazınız.
ÖRNEK 3
Bir demir parçasının havalandırılmış deniz
suyu içerisindeki korozyon reaksiyonlarını
yazınız:
•
•
•
•
•
Çeşitli ortamlarda metallerin yüzeyinde her zaman
değişik kalınlıkta su veya su filmi mevcuttur.
Hava ve dolayısı ile onun bir bileşeni olan oksijen
gazı atmosferle temas eden her tür su içinde belirli
bir oranda çözünür.
Su içinde çözünmüş oksijen gazı metal yüzeyinde
“redüklenerek” yani elektron alarak, iyonik hale
dönmeye meyillidir.
Eğer redüksiyon için gerekli elektron metal
tarafından sağlanırsa, elektronlarını oksijene
vererek “oksitlenen” metal atomları katı halden
“sulu iyon” haline gelerek kimyasal değişime
uğrarlar.
Metal-sulu ortam ara yüzeyinde metalin kimyasal
şekil değiştirmesi sonucu “korozyon” gerçekleşir.
Download
Random flashcards
qweeqwqwe

5 Cards oauth2_google_78146396-8b44-4532-a806-7e25cc078908

En Mimar Architecture LTD ŞTİ XD

2 Cards asilyasar069

KALPTE İLETİM NOKTALARI

3 Cards oauth2_google_cfd2531f-f18a-45fd-9d97-afe31596ce7b

Terimler

2 Cards oauth2_google_ef32970e-e5f9-4595-9abe-394e9f6bc8d9

Create flashcards