Elektroliz, elektrik enerjisi kullanılarak kimyasal reaksiyonların meydana getirilmesi işlemidir. Bu olay, kendiliğinden gerçekleşmeyen redoks (indirgenme-yükseltgenme) reaksiyonlarını tetiklemek için dışarıdan elektrik akımı verilmesini gerektirir. Elektroliz, birçok endüstriyel uygulamada, örneğin metallerin saflaştırılmasında, kaplamacılıkta ve kimyasal bileşiklerin üretiminde hayati bir rol oynar.
Elektroliz, bir elektroliz hücresinde gerçekleşir. Bu hücre temel olarak şunlardan oluşur:
Elektroliz sırasında, pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) negatif elektroda (katot) doğru hareket eder ve burada indirgenirler (elektron alırlar). Negatif yüklü iyonlar (anyonlar) ise pozitif elektroda (anot) doğru hareket eder ve burada yükseltgenirler (elektron verirler). Bu elektron transferi, kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesini sağlar.
Elektroliz sürecini nicel olarak anlamak için Michael Faraday'ın ortaya koyduğu elektroliz kanunları büyük önem taşır. Bu kanunlar, elektroliz sırasında elektrotlarda açığa çıkan madde miktarıyla elektrik akımı arasındaki ilişkiyi açıklar.
Birinci kanun, elektroliz sırasında bir elektrottaki madde miktarının, elektrolitten geçen elektrik yükü miktarıyla doğru orantılı olduğunu belirtir. Matematiksel olarak ifade edersek:
m ∝ Q
Burada:
İkinci kanun, aynı miktarda elektrik yükü ile farklı elektrolitlerden geçirildiğinde, elektrotlarda açığa çıkan farklı maddelerin miktarlarının, bu maddelerin eşdeğer ağırlıklarıyla orantılı olduğunu ifade eder. Eşdeğer ağırlık, bir maddenin atom ağırlığının, değerliği (iyon yükü) ile bölünmesiyle bulunur.
Faraday kanunlarını kullanarak elektroliz hesaplamaları yapmak mümkündür. İşte temel formüller ve adımlar:
Gümüş nitrat (AgNO3) çözeltisinden 2 amperlik bir akım 30 dakika boyunca geçirildiğinde katotta kaç gram gümüş (Ag) birikir? (Ag'nin molar kütlesi: 107.87 g/mol, Faraday sabiti: 96485 C/mol)
Sonuç olarak, katotta yaklaşık 4.03 gram gümüş birikir.
Elektroliz, modern endüstride geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir:
