Faraday Yasaları Nelerdir?
1) Elektroliz devresinden geçen elektrik yükü miktarı (Q) ile katotta ve anotta toplanan ve çözünen madde miktarı (m) doğru orantılıdır.
2) Bir elektroliz devresinden 1 Faradaylık yük geçtiğinde anot ya da katotta 1 eşdeğer – gram madde toplanır ya da çözünür.
1Faraday ( 1 F) = 1 mol elektron = 965 00 Coulomb
NOT:
a. Katotta ya da anotta değişime uğrayan madde miktarı: m .QeM96500A= eşitliği ile de bulunur.
b. Q = I . tQ: Elektrik yükü (coulomb)I : Akım şiddeti (amper)t : Zaman (saniye)
c. EeMA=E : Eşdeğer ağırlıkMA: Mol kütlesie : Etki (tesir) değerliği
NOT:
Seri bağlı elektroliz kaplarında devreden geçenelektrik yükleri eşittir. Yani elektron gördüğünüzyere katsayısı ne olursa olsun aynı değeryazılır.
1. Faraday’ın Birinci Yasası
Bu yasa der ki: “Bir elektroliz kabında elektrotlarda biriken veya çözünen madde miktarı, devreden geçen elektrik yükü (Q) ile doğru orantılıdır.” Yani devreden ne kadar çok elektron geçerse, o kadar çok madde birikir.
Matematiksel Formül:
M = Z x Q veya m = Z x I x T
M: Biriken madde miktarı (gram)
Q: Toplam elektriksel yük (Coulomb)
I: Akım şiddeti (Amper)
t: Zaman (Saniye)
2. Faraday’ın İkinci Yasası
Farklı elektrolitlerden aynı miktar elektrik yükü geçirilirse, elektrotlarda açığa çıkan maddelerin kütleleri, bu maddelerin eşdeğer kütleleri (mol kütlesi / etki değerliği) ile doğru orantılıdır.
Bu yasa ise seri bağlı kaplarla ilgilidir: “Seri bağlı elektroliz kaplarından aynı miktarda elektrik yükü geçerse, elektrotlarda toplanan maddelerin eşdeğer gram sayıları birbirine eşittir.”
Eğer seri bağlı kaplardan aynı akım geçiyorsa:
Yani özetle; devreden geçen elektron miktarı (mol elektron) her kapta aynıdır.
Bu yasalar, pillerin ömrünü hesaplamaktan metal kaplamacılığına (galvanoplasti) kadar endüstride pek çok alanda rehberlik eder.
İpuçları (Soru Çözerken Hayat Kurtarır)
- Zaman Birimine Dikkat: Sorularda süre dakika veya saat verilirse mutlaka saniyeye çevirmelisin.
- Gaz Hacmi Sorulursa: Önce biriken maddenin mol sayısını bul, sonra bu molü NK’da (Normal Koşullar) 22,4 L ile çarparak hacme geç.
- Anot ve Katot Farkı:
- Katotta: Katyonlar indirgenir .
- Anotta: Anyonlar yükseltgenir.
1. Temel Mantık: Elektronlar “Taşıyıcı” Gibidir
Elektroliz kabını bir inşaat alanına, elektronları da bu alana malzeme taşıyan kamyonlara benzetebilirsin.
- Akım (Amper): Kamyonların ne kadar hızlı geldiği.
- Zaman (Saniye): Kamyonların ne kadar süre çalıştığı.
- Yük (Coulomb): Toplamda kaç kamyonun inşaat alanına giriş yaptığı.
Eğer daha çok kamyon (elektron) gönderirsen, duvar daha hızlı yükselir (yani katotta daha fazla metal birikir). Yani devreden geçen elektrik miktarı ne kadar fazlaysa, toplanan madde o kadar fazladır.
2. İyonların “Yükü” Neyi Değiştirir?
Her metalin “iştahı” farklıdır. Bazı metal iyonları (mesela Gümüş: $Ag^+$) doyup katı hale geçmek için sadece 1 elektron ister. Bazıları ise (mesela Alüminyum: $Al^{3+}$) doyabilmek için 3 elektron ister.
Bu durumda aynı miktar elektrik gönderdiğinde:
- Gümüş “kanaatkar” olduğu için hemen katılaşır, çok fazla gümüş birikir.
- Alüminyum “obur” olduğu için aynı miktarda elektronla ancak az bir miktar alüminyum biriktirebilirsin.
Kural: İyonun yükü arttıkça, aynı elektrik akımıyla toplanan maddenin mol sayısı azalır.
Elektroliz dediğimiz olay, aslında elektrik enerjisi kullanarak bir bileşiği zorla parçalarına ayırma işlemidir. Faraday da bu parçalanma sırasında “ne kadar elektrik verirsek, elimize ne kadar madde geçer?” sorusuna yanıt bulmuştur.
Eğer daha çok (elektron) gönderirsen, daha hızlı yükselir (yani katotta daha fazla metal birikir). Yani devreden geçen elektrik miktarı ne kadar fazlaysa, toplanan madde o kadar fazladır.
Sözel Kural: İyonun yükü arttıkça, aynı elektrik akımıyla toplanan maddenin mol sayısı azalır.
3. Seri Bağlı Kaplar
Seri bağlı kaplar, üzerinden tek bir kablonun geçtiği lambalar gibidir. Birinden ne kadar elektron geçerse, mecburen diğerinden de o kadar geçer.
- Hangi kapta hangi madde olduğu önemli değildir; hepsinden geçen “elektron sayısı” eşittir.
- Bu kaplarda toplanan maddelerin kütleleri farklı olabilir (birinde 10 gram, diğerinde 20 gram gibi), ama devreden geçen yük her zaman aynıdır.
4. Anot ve Katot’ta Neler Olur?
- Katotta İndirgenme: Burası “toplanma” yeridir. Çözeltideki artılar buraya koşar, elektronları kapar ve metal olarak yapışır.
- Anotta Yükseltgenme: Burası “gaz çıkarma” yeridir. Çözeltideki eksiler buraya gelir, elektronlarını bırakır ve genellikle gaz (Klor gazı, Oksijen gazı gibi) olarak uçup gider.
Özetle Faraday diyor ki: “Bana ne kadar elektrik verdiğini söyle, ben de sana hangi elektrottan kaç gram madde alacağını, kaç litre gaz çıkaracağını söyleyeyim. Çünkü bu iş tamamen bir alışveriş meselesidir; ne kadar elektron, o kadar madde!”