Elektroliz, kendiliğinden meydana gelmeyen bir kimyasal
reaksiyonun elektrik enerjisiyle gerçekleştirildiği bir işlemdir. İşlem,
elektrolitik hücrelerde yapılır (galvanik hücrenin ters yönünde çalışır)
Galvanik hücrede bakır elektrotu katot, çinko elektrotu
anottur. Bu hücreye, bir dış kaynaktan yeterli miktarda potansiyel uygulaması
halinde hücre, elektrolitik hücre şeklinde çalışır. Burada elektrotların rolü
tersine dönmüştür; bakır elektrotu anot, çinko elektrotu katot olmuştur.
Suyun
Elektrolizi
Suyun elektrolizinde akımı taşıyıcı, sudan daha kolay
oksitlenebilen ve indirgenebilen bir elektrolit kullanılır.
Reaksiyonun
gerçekleşebilmesi için bataryadan 2.057 volttan daha büyük bir potansiyel
uygulanması gerekir.
Ergimiş
Sodyum Klorürün Elektrolizi
Reaksiyonun
gerçekleşebilmesi için bataryadan 4.068 volttan daha büyük bir potansiyel
uygulanması gerekir.
Elektrolizin
Endüstriyel Uygulamaları
Cl2
ve NaOH Üretimi (Klor–Alkali)
Cl2 ve NaOH sodyum klorür çözeltisinin
elektroliziyle elde edilir. Reaksiyonda ayrıca hidrojen gazı da elde edilir.
Elektroliz diyafram veya membran hücrelerde yapılabilir.
Diyafram hücrelerde, asbest ve polimer karışımı poröz bir
diyafram kullanılır. Çözelti diyaframdan sızarak anottan katot bölgesine geçer.
Anot bölgesinde sıvı seviyesi daha yüksek tutularak katot bölgesinde meydana
gelen sodyum hidroksitin geri akışı engellenmiştir.
Membran hücrelerde, pozitif iyonların geçişine olanak veren
bir polimerden yapılmış membran bulunur. Membran, sodyum klorür çözeltisindeki
iyonlardan sadece sodyum iyonlarını geçirir, klor iyonları anot bölgesinde
kalır.
Elektroliz:
Elektroliz sırasında anotta klorür iyonları, katotta
hidrojen gazı ve hidroksil iyonları oluşur.
Anot, yükseltgenme:
Bu yarı-hücrelerin standart potansiyeleri birbirine yakın değerlerdedir; bu
nedenle, anotta Cl2 ve O2 karışımı toplanması beklenir.
Pratikte koşullar, sadece Cl2 gazı toplanacak şekilde ayarlanır.
Katot, indirgenme:
Standart elektrot potansiyelleri kıyaslandığında suyun indirgenmesi sodyum
iyonlarının indirgenmesinden daha kolay olduğundan katotta toplanan tek ürün
hidrojen gazıdır.
Katot çevresinde sodyum hidroksit çözeltisi meydana gelir.
(a) Bir diyafram klor-alkali hücresi, (b) civa-hücreli
klor-alkali prosesi
Elektrorafinasyon
(Elektrosaflaştırma)
Bakırın
Elektrorafinasyonu (Saflaştırma)
Bir elektrosaflaştırma işleminde anot saf olmayan bakır metalidir. Anot
bölgesinde SO4-2 ve O-2 iyonları vardır.
Anyonlar değişmez, sadece Cu atomları elektron kaybederek Cu+2 iyonu
oluşur. Aşağıda bakırın elektrorafinasyon şeması verilmiştir.
Bakırın elektrorafinasyonu
Elektrokaplama
Elektrokaplama elektrik akımıyla, iletken bir malzemenin bir
metal tabakasıyla kaplanmasıdır. Anot, örneğin, bir gümüş çubuk, katot
kaplanacak malzeme , örneğin bir demir kaşık olabilir. Gümüş kaplama işlemi
reaksiyonu basittir ve aşağıdaki gibi gösterilir.
Alüminyum
Rafinasyonu
Susuz Al2O3
2000 0C’de eridiğinden elektrolitik olarak alüminyum elde edilmesi
için gerekli ergimiş ortamın sağlanması zordur. Bu nedenle Al2O3
çok iyi bir iletken olan ergimiş kriyolit (Na3AlF6, erime
noktası 1012 0C) içinde çözülür ve bu karışım elektrolizlenir. (Hall
Prosesi) Anot, grafit çubuklardır, elektroliz işlemi sırasında harcanır.
