Bu soruda, sodyum klorür ($NaCl$) çözeltisinin elektrolizi sırasında meydana gelen tepkimeleri ve açığa çıkan madde miktarları arasındaki ilişkiyi kullanarak biriken sodyum miktarını bulacağız. Elektroliz, elektrik enerjisi kullanarak istemsiz redoks tepkimelerini gerçekleştirme işlemidir.
- Adım 1: Elektroliz Tepkimelerini Belirleyelim
- NaCl çözeltisinin elektrolizinde anotta (yükseltgenme) ve katotta (indirgenme) gerçekleşen tepkimeleri yazalım. Soru, sodyumun biriktiğini belirttiği için, katotta sodyum iyonlarının indirgendiğini varsayacağız.
- Anot (Yükseltgenme): Klorür iyonları ($Cl^-$) klor gazına ($Cl_2$) yükseltgenir.
- $2Cl^-(aq) \to Cl_2(g) + 2e^-$
- Katot (İndirgenme): Sodyum iyonları ($Na^+$) sodyum metaline ($Na$) indirgenir.
- $Na^+(aq) + e^- \to Na(s)$
- Adım 2: Açığa Çıkan Klor Gazından Aktarılan Elektron Miktarını Bulalım
- Soruda 0,2 mol $Cl_2$ gazının açığa çıktığı belirtilmiştir. Anot tepkimesine göre, 1 mol $Cl_2$ gazı oluşumu için 2 mol elektron ($e^-$) gereklidir.
- Eğer 1 mol $Cl_2$ için 2 mol $e^-$ gerekiyorsa, 0,2 mol $Cl_2$ için kaç mol $e^-$ gerekir?
- $n_{e^-} = 0,2 \text{ mol } Cl_2 \times \frac{2 \text{ mol } e^-}{1 \text{ mol } Cl_2} = 0,4 \text{ mol } e^-$
- Demek ki, devreden 0,4 mol elektron geçmiştir.
- Adım 3: Aktarılan Elektron Miktarından Biriken Sodyum Miktarını Bulalım
- Elektroliz devresinde anotta ve katotta aynı miktarda elektron akışı olur. Katot tepkimesine göre, 1 mol sodyum ($Na$) metali oluşumu için 1 mol elektron ($e^-$) gereklidir.
- Eğer 1 mol $Na$ için 1 mol $e^-$ gerekiyorsa, 0,4 mol $e^-$ ile kaç mol $Na$ birikir?
- $n_{Na} = 0,4 \text{ mol } e^- \times \frac{1 \text{ mol } Na}{1 \text{ mol } e^-} = 0,4 \text{ mol } Na$
- Yani, 0,4 mol sodyum metali birikecektir.
- Adım 4: Biriken Sodyumun Kütlesini Hesaplayalım
- Sodyumun mol kütlesi ($M_a$) 23 g/mol olarak verilmiştir. Biriken sodyumun kütlesini ($m$) bulmak için mol sayısını ($n$) mol kütlesiyle çarpalım.
- Kütle ($m$) = Mol sayısı ($n$) $\times$ Mol kütlesi ($M_a$)
- $m_{Na} = 0,4 \text{ mol } \times 23 \text{ g/mol } = 9,2 \text{ g}$
- Bu durumda, 9,2 gram sodyum birikir.
Cevap C seçeneğidir.
