Suyun Elektrolizi ile Ayrışması
Suyun doğru akım kullanılarak hidrojen ve oksijenlerine ayrılması işlemine elektroliz denmektedir. Hidrojen üretimi için en yalın metot bi şekilde bilinmektedir. İlke bir şekilde, bir elektroliz hücresi içinde, genelde düzlem bir metal ya da karbon plakalar olan, iki elektrot ve bunların içine daldırıldığı, elektrolit bir şekilde adlandırılan iletken bir sıvı bulunmaktadır.
Doğru akım kaynağı bu elektrotlara bağlandığında akım iletken sıvı içinde, pozitif elektrottan negatif elektroda doğru akacaktır. Bunun sonucu, elektrolit içindeki su, katot tan çıkan hidrojen ve anot tan çıkan oksijene ayrışacaktır. Burada ancak suyun ayrışmasına bedel, su iyi bir iletken olmadığı için elektrolit in içine iletkenliği artırıcı bir şekilde genelde potasyum hidro oksit gibi bir nesne eklenir.
Suyun elektrolizi sebebiyle, normal basınç ve sıcaklıkta, ideal bir şekilde bir.23 volt yeterlidir. Tepkimenin yavaş olması ve farklı nedenlerle, elektroliz işleminde daha yüksek gerilimlerde kullanılır.
Hidrojen üretim hızı, hakikat akım şiddeti birlikte orantılı olduğundan, ekonomik nedenlerle yüksek akım yoğunlukları yeğlenmektedir. Bun dan dolayı pratikte suyun ayrıştırılması için hücre başına uygulanan gerilim genelde iki volt dolayındadır.
Kuramsal bi şekilde, bütün metreküp oksijen için iki.8kW-saat elektrik enerjisi kafi olmakla ile, yukarıda özetlenen nedenlerle pratikte kullanılan elektrik enerjisi miktarı 1 metreküp hidrojen üretimi için üç.9-4.6 kW-saat arasında değişmektedir. Buna göre elektroliz işleminin verimi %70 dolayında olmaktadır. yalnız, son yıllarda bu alanda yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji sayesinde %90 verim elde edilmiştir. Pratikte kullanılan elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır.
Fosil ya da nükleer yakıtlardan elde edilen birincil enerjilerin elektroliz yolu suyun hidrojene dönüştürülmesinin verimi, ilk başlarda bu yakıtlardan elde edilecek elektrik enerjisinin verimine bağlıdır.
Elektrik üretim verimi, çağdaş fosil yakıt santralleri için %38 ve nükleer tesisler için %32 dolayında dır. Suyun elektroliz hücresinin ticari bi şekilde %80 verim de çalıştığı düşünüldüğünde, fosil yakıtlardan elektroliz yoluyla hidrojen elde etmede toplam verim %25-30 olmaktadır.
Elektrik üretimi sırasında oluşan hararet enerjisi, suyun ayrıştırılması için kullanıldığında, daha yüksek verim elde etmek olanaklıdır. yalnız, suyun hararet enerjisi birlikte ayrıştırılması için en az 25000C lik bir sıcaklık gerekmektedir.
Burada, tek basamakta termo-kimyasal işlem yerine, birkaç basamaklı işlemler ön görülmektedir. Bu alanda yapılan çalışmalar sonucu, epey basamaklı ısıl kimyasal işlemlerde lazım sıcaklık 9500C ye kadar indirilmiş, toplam verim ise %50 bir şekilde bulunmuştur. Isıl-kimyasal metot üzerindeki çalışmalar yoğun bir biçimde sürmektedir.
SUYUN ELEKTRİK AKIMININ ETKİSİYLE ELEMENTLERİNE AYRILMASININ GÖZLENMESİ
DENEYİN AMACI: Bileşikleri (su) elektrik enerjisi birlikte ayrıştırarak farklı saf nesneler elde etmek.
HAZIRLIK SORULARI:
1-Farklı yükler kendilerini çekerler yargısı elektrotta gerçekleşen hadiseler için söylenebilir mi' Araştırınız.
2-Suyu oluşturan gazlardan oksijen gazı hangi elektrotta toplanmasını beklersiniz'
3-Suyun elektrolizinde oluşan hidrojen ve oksijen gazları arasındaki yaklaşık oran nedir' Araştırınız.
4-Saf su birlikte elektroliz olayını gerçekleştirmek olabilir müdür?
SUYUN ELEKTROLİZ AYRIŞIMI İÇİN KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
1.kuvvet kaynağı 4.krokodil kablo 7.3 ayak 10.bunzen kıskacı
2.deney tüpü- iki adet 5.cam çubuk 8.statif çubuk 11.su
3.çelik elektrot-2 adet 6.damlalık 9.beherglas (800 ml) 12.sülfirik asit ya da sodyum karbonat
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Bir beherglas içerisine 500 ml su koyunuz. İçine az miktar sülfirik asit ya da 30 gr kadar çamaşır sodası (Na2CO3) koyarak çözeltinizi hazırlayınız.
2-İki deney tüpünü de hazırladığınız çözeltiyle ağzına kadar doldurunuz. sonraları hava almayacak biçimde parmağınızla kapatarak ters çeviriniz ve beherglas içerisindeki çözeltiye daldırınız. Tüpleri Bunzen kıskacıyla sabitleyiniz.
3-Elektrotların uçlarını biçimde görüldüğü gibi tüplerin içlerine yerleştiriniz. Krokodilleri elektrotlara bağlayarak, diğer uçlarını kuvvet kaynağının doğru akım çıkışına bağlayınız.
4-Tüplerdeki gaz birikmesi sona erdikten sonraları yine hava almayacak biçimde sudan çıkarınız. Tüplere kibrit alevi yaklaştırdığınızda patlayarak yanan gaz hidrojen (yanıcı gaz), alevi daha parlak yakan gaz ise oksijen (yakıcı gaz) gazıdır.
DENEYİN SONUCU:
Suyun elektrolizinde; ( - ) kutba bağlantılı olan tüpte 2 hacim hidrojen , ( + ) kutba bağlantılı olan tüpte 1 hacim oksijen gazı toplanır.
TEORİK BİLGİ:
Bir bileşiğin elektrik yardımıyla bileşenlerine ayrılma olayına elektroliz denir. Herhangi bir bileşiğin elektrolizinde bileşiğin anyonu anottan, katyonu ise katottan açığa çıkar.
Elektroliz düzeneğinde pozitif ve negatif kutupların bütün ikisine birden elektrot denir. kuvvet kaynağının pozitif kutbuna bağlanan elektrot anot , negatif kutbuna bağlanan ise katottur. İki kutup arasında elektrik taşınmasını sağlayan iletken çözeltiye elektrolit denir.
Suyun elektrolizinde katotta ( - ) hidrojen, anotta( + ) ise oksijen gazı toplanır. Deney sırasında bir süre sonraları tüplerde toplanan hidrojen gazı hacim bi şekilde oksijen gazının iki katı olur. Yapılan deneyde yaklaşık bir şekilde bir coulombluk yükün devreden geçmesi halinde yaklaşık bi şekilde 0,12 cm3 hidrojen, 0,06 cm3 oksijen gazının açığa çıktığı görülmüştür.