Faraday elektroliz hesaplamaları (Q=I.t)

Question

Bu konuyu tam anlayamadım. Elektrik yükü (Q), akım (I) ve zaman (t) arasındaki ilişkiyi kurmakta zorlanıyorum. Bir mol elektronun yükünü (F) bu denkleme nasıl entegre edeceğimi kavrayamadım.

Answer 1

⚡ Faraday Elektroliz Hesaplamaları

Elektroliz, bir elektrik akımı kullanılarak bir bileşiğin kimyasal olarak ayrıştırılması işlemidir. Bu süreçte devreden geçen elektrik yükü ile elektrotlarda açığa çıkan madde miktarı arasında doğrudan bir ilişki vardır. Bu ilişkiyi anlamak ve hesaplamalar yapmak için temel formülümüz Q = I . t'dir.

🔋 Elektrik Yükü (Q) Nedir?

Elektrik yükü (Q), bir elektrik devresinden belirli bir sürede akan yük miktarıdır. Birimi Coulomb (C)'dur. Bu yükü, elektrik akımı (I) ve zaman (t) cinsinden hesaplarız:

Q = I . t

• ➡️ Q: Coulomb (C) cinsinden elektrik yükü
• ➡️ I: Amper (A) cinsinden elektrik akım şiddeti
• ➡️ t: Saniye (s) cinsinden zaman

Önemli: Eğer zamanı dakika veya saat olarak verirlerse, mutlaka saniyeye çevirmen gerekir! 🎯

1 dakika = 60 saniye
1 saat = 3600 saniye

🧪 Faraday Yasaları ve Elektroliz

Michael Faraday'ın elektrolizle ilgili iki yasası vardır. Bu hesaplamalar, özellikle 1. Faraday Yasası ile doğrudan ilgilidir:

1. Faraday Yasası: "Elektrotlarda toplanan veya çözünen madde miktarı, devreden geçen elektrik yükü ile doğru orantılıdır."

📝 Hesaplama Adımları

Bir elektroliz devresinde, belirli bir sürede açığa çıkan madde miktarını bulmak için şu adımları izleyebilirsin:

1. 💡 Verilenleri Belirle: Problemde akım (I) ve zaman (t) genellikle verilir.
2. 💡 Toplam Yükü Hesapla (Q): Q = I . t formülünü kullanarak toplam Coulomb miktarını bul.
3. 💡 Mol Sayısını Bul: Faraday sabitini (F ≈ 96500 C/mol) kullanarak, devreden geçen elektronların mol sayısını hesapla. (n_e- = Q / F)
4. 💡 Madde Miktarını Hesapla: Elektroliz tepkimesine ve maddenin değerliğine bağlı olarak, açığa çıkan elementin mol sayısını ve ardından kütlesini bul.

🧮 Örnek Problem ve Çözümü

Örnek: Bakır sülfat (CuSO₄) çözeltisi 5 amper akımla 30 dakika elektroliz ediliyor. Katotta toplanan bakırın (Cu) kütlesi kaç gramdır? (Cu: 63,5 g/mol, F=96500 C/mol)

Çözüm:

1. ✅ Zamanı Saniyeye Çevir: t = 30 dakika x 60 = 1800 saniye
2. ✅ Toplam Yükü Hesapla: Q = I . t = 5 A . 1800 s = 9000 C
3. ✅ Elektron Molünü Bul: Bakır iyonu (Cu²⁺) 2 elektron alarak nötr bakır atomuna (Cu) dönüşür. İndirgenme tepkimesi: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
   n_e- = Q / F = 9000 C / 96500 C/mol ≈ 0,0933 mol elektron
4. ✅ Bakır Molünü Bul: 2 mol elektron 1 mol Cu açığa çıkarırsa,
   0,0933 mol elektron → ? mol Cu
   n_Cu = 0,0933 / 2 = 0,04665 mol Cu
5. ✅ Kütleyi Hesapla: m = n . M_A = 0,04665 mol . 63,5 g/mol ≈ 2,96 gram Cu

Cevap: Katotta yaklaşık 2,96 gram bakır toplanır.

📌 Pratik Bir Formül

Bu tür problemleri çözmek için pratik bir formül türetebiliriz:

m = (M . I . t) / (n . F)

• ➡️ m: Açığa çıkan maddenin kütlesi (gram)
• ➡️ M: Maddenin mol kütlesi (g/mol)
• ➡️ I: Akım (Amper)
• ➡️ t: Zaman (saniye)
• ➡️ n: İyonun değerliği (aldığı/verdiği elektron sayısı)
• ➡️ F: Faraday sabiti (96500 C/mol)

Bu formülü kullanarak önceki örneği tekrar çözelim:
m = (63,5 . 5 . 1800) / (2 . 96500) = 571500 / 193000 ≈ 2,96 gram ✅

🎯 Özet

• 🔹 Elektrolizde açığa çıkan madde miktarı, devreden geçen elektrik yükü ile doğru orantılıdır.
• 🔹 Temel formülümüz Q = I . t'dir.
• 🔹 Zamanı her zaman saniye cinsinden kullanmalıyız.
• 🔹 Faraday sabiti (F ≈ 96500 C/mol), Coulomb'u kimyasal madde miktarına bağlayan köprüdür.
• 🔹 Pratik formül: m = (M . I . t) / (n . F)