Evrim Ağacı Logo Evrim Ağacı
Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Elektrokimyasal Piller Nasıl Çalışır? Galvanik (Voltaik) Hücrelerin Çalışma Prensipleri Nelerdir?

Elektrokimyasal Piller Nasıl Çalışır? Galvanik (Voltaik) Hücrelerin Çalışma Prensipleri Nelerdir?
Akü
Pixabay
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Elektrokimyasal piller, kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üretebilen veya elektrik enerjisiyle kimyasal tepkime başlatabilen sistemlerdir. Elektrokimyasal pillerin bir türü olan galvanik hücrelerden bu yazımızda, 2019 Nobel Kimya Ödülü'nün lityum-iyon piller üzerine araştırmalara verildiğinden burada bahsetmiştik. Şimdi, bu pillere biraz daha detaylı bir bakış atacağız.

Pil
Pil
Pixabay

Galvanik (Voltaik) Hücreler

Galvanik hücreler, kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üretebilen piller kapsamındadırlar. Galvanik hücrede gerçekleşen indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri sayesinde elektrik akımı elde edilir. Akü ve piller, galvanik hücrelere iyi birer örnektir. Aşağıdaki grafik, galvanik hücrelerin çalışmasını mümkün kılan kimyasalları ve bunların ne tür bir düzen içinde yerleştirildiğini özetlemektedir.

Galvanik Hücre
Galvanik Hücre
ScienceABC

Bu sistemi ilk defa görüyorsanız, korkmayın. Dışarıdan çok karmaşık gibi gözükse de, öyle değil. Teker teker açıklamaya çalışacağız.

Solda gördüğünüz yarı hücre anottur. Yani (-) yüklü kısım. Bu kısımda yükseltgenme gerçekleşir. Görüldüğü üzere çinko yüksüz haldeyken Zn2+ haline gelir ve ortama 2 serbest elektron verir. Elektron vermesine bağlı olarak yükü pozitif olacak biçimde arttığından, bu tepkimeye "yükseltgenme tepkimesi" deriz. Katı çinkonun kaynağı elektrot olduğu için, bu kısımdaki çinko elektrotun zamanla aşınacağını söyleyebiliriz.

Sağda gördüğünüz yarı hücre ise katottur. Yani (+) yüklü kısım. Bu kısımda da indirgenme gerçekleşir. Cu2+ iyonları ortamda bulunan 2 serbest elektronu yapısına katarak yüksüz katı bakır oluşturur. Elektron almaya bağlı olarak yükü negatif olacak biçimde azaldığından, bu tepkimeye "indirgenme tepkimesi" deriz. Bu durumun sonucunda ise, bakır elektrot üzerinde katı bakır toplanacaktır.

Tuz köprüsünün amacı ise yük denkliğini sağlayarak hücrenin çalışmasını sağlamaktır.

  • Anot: Zn(k) → Zn2+ +2e-
  • Katot: Cu2+ + 2e- → Cu(k)
  • Net tepkime: Zn(k) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(k)

Bu olayların sonucunda da devreye bağlanan ampul yanacaktır.

"Peki hangi elementin indirgeneceğini veya yükseltgeneceğini belirleyen kriter ne?" diye sorduğunuzu duyabiliyoruz. Bunun da bir cevabı var. Bu soruya cevap verebilmemiz için önce "indirgenme potansiyeli" kavramını irdelemeliyiz.

İndirgenme Potansiyeli (E0)

İndirgenme potansiyeli, kısaca, standart koşullarda elektrotta oluşan indirgenme eğilimidir. Bu sebeple indirgenme potansiyeli yüksek olan element, daha kolay indirgenecektir.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Örnek olarak kullandığımız hücreyi incelersek E0 değerleri tepkimelerin altında yer almaktadır. Bakırın E0 değeri -0.34V iken, çinkonun indirgenme potansiyeli (indirgenme potansiyelinden bahsediyoruz fakat çinkonun altında yükseltgenme potansiyeli yazıyor) ise -0.76V. Bakırın indirgenme potansiyeli yüksek olduğu için bu hücrede bakır indirgenecektir.

Elektrolitik Hücreler

Galvanik hücrelerin aksine elektrolitik hücreler, elektrik enerjisi kullanarak kimyasal tepkimeleri meydana getirirler. Yani istemli bir şekilde gerçekleşmeyecek pil tepkimesinin çalışmasını sağlarlar.

Elektrolitik Hücre
Elektrolitik Hücre
Chemistry LibreTexts

Hücre şekli galvanik hücreyle aynıdır ama ampul yerine tepkimeyi başlatabilmek için bir güç kaynağı koyulur. Böylece istemli bir şekilde gerçekleşmeyecek tepkimeler gerçekleştirilmiş olur.

İstemlilik ve İstemsizlik

İstemlilik ve istemsizlik, bilimde kullanılan çok önemli kavramlardır. Bir tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini öngörmemizi sağlar. Bunun için de Gibbs serbest enerjiden yararlanılır.

Gibbs serbest enerjisi, Jossiah Willard Gibbs tarafından bir sistemin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini öngörmek için tanımlanmıştır. Maalesef, Gibbs, kendi zamanında hak ettiği değeri görememiştir. Halbuki buluşu, termodinamik için devrim niteliğinde bir buluştu. Gibbs serbest enerjisi şöyle ifade edilir:

G=H−TS\LARGE{G = H - TS}

HH entalpiyi, TT sıcaklığı, SS ise entropiyi temsil etmektedir.

Kimyasal süreçlerde genellikle değişim incelenir. Bu yüzden Gibbs serbest enerji ifadesi çoğunlukla şu şekilde kullanılır:

ΔG0=ΔH0−TΔS0\LARGE{\Delta{G^0}=\Delta{H^0}-T\Delta{S^0}}

  • ΔG0 < 0 ise tepkime kendiliğinden gerçekleşir.
  • ΔG0 > 0 ise tepkime kendiliğinden gerçekleşmez.
  • ΔG0 = 0 ise tepkime dengededir.

Pilimiz için de bu eşitliği kullanamayız. Bu sebeple bu ifadeyi elektrokimyasal pillere uyarlamalıyız. Sizi matematiksel detaylarla sıkmamak adına ara basamakları es geçiyoruz. Uyarlanmış Gibbs enerjisi ifademiz:

ΔG0=−nFEpil0\LARGE{\Delta{G^0}=-nFE_{\text{pil}}^0}

nn, akan mol elektron sayısı, FF, Faraday sabiti (1 mol elektronun toplam elektriksel yükü), Epil0E_{\text{pil}}^0 ise pil potansiyelidir.

Tepkimenin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini öngörmek için önce E0pil değerini hesaplamamız gerekir. Bu değer, katotun indirgenme potansiyelinden anotun indirgenme potansiyeli çıkartılarak bulunur.

Epil0=Ekatot0−Eanot0\LARGE{E_{\text{pil}}^0=E_{\text{katot}}^0-E_{\text{anot}}^0}

Eğer elde edilen sonuç pozitif ise pil kendiliğinden çalışır. Çünkü ΔG0 değeri sıfırdan küçük olacaktır. Negatif ise kendiliğinden çalışmaz ve bu pili çalıştırmak için dışarıdan müdahalede bulunmak gerekir.

Hücre Diyagramı

Elektrokimyasal piller, kolaylık olması için diyagramlarla gösterilir. Çünkü her seferinde pili çizecek olsaydık bu çok uzun sürerdi. Bu diyagramlar, hücrelerin tanımını basitleştirmek için kullanılırlar. Örneğin ilk örnekte bahsedilen pilin gösterimi şu şekildedir:

Zn(k)∣Znsuda2+∣∣Cusuda2+∣Cu(k)\LARGE{Zn(k) | Zn^{2+}_{suda} || Cu^{2+}_{suda} | Cu(k)}

Hücre diyagramını yazarken önce anot sonra katot yazılır. "|" faz sınırı, "||" ise tuz köprüsü anlamına gelir.

Sonuç

Elektrokimyasal piller, göründüklerinin aksine anlaşılması zor sistemler değildir. Sadece diğer her şey gibi biraz ilgi isterler. Onlara yaklaşıp, ne anlatmak istediklerini anlamak istemek yeterlidir. Diğerlerinin aksine sizi asla yarı yolda bırakmazlar. Tabii araba akünüz ömrünün sonuna gelmiş durumda değilse...

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 2
  • Merak Uyandırıcı! 1
  • Muhteşem! 0
  • Bilim Budur! 0
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 0
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 0
  • Umut Verici! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Sıkça Sorulan Sorular

Elektrokimyasal piller, kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üretebilen veya elektrik enerjisiyle kimyasal tepkime başlatabilen sistemlerdir.

Galvanik hücreler, kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üretebilen piller kapsamındadırlar. Galvanik hücrede gerçekleşen indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri sayesinde elektrik akımı elde edilir. Akü ve piller galvanik hücrelere iyi birer örnektir.

Galvanik hücrelerin aksine elektrolitik hücreler, elektrik enerjisi kullanarak kimyasal tepkimeleri meydana getirirler. Yani istemli bir şekilde gerçekleşmeyecek pil tepkimesinin çalışmasını sağlarlar.

Gibbs serbest enerjisi, Jossiah Willard Gibbs tarafından bir sistemin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini öngörmek için tanımlanmıştır

Jossiah Willard Gibbs, literatürde Gibbs serbest enerjisi olarak geçen ifadeyi tanımlayan kişidir.

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 28/11/2020 10:24:01 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9072

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Instagram
Kozmoloji
Cinsel Yönelim
Maymun
Nörobiyoloji
Şempanzeler
Hafıza
Canlılık Ve Cansızlık Arasındaki Farklar
Charles Darwin
Primatlar
Robot
Teyit
Anatomi
Yıldız
Stres
Epistemik
Bilimkurgu
Analiz
Acı
Genel Halk
Avrupa
Nobel Ödülü
Astronot
Kimyasal Evrim
Çağ
Hormon
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Biyolojiyle savaşamazsınız. Ancak orasından burasından kurallarını çekiştirebilirsiniz.”
David Brin
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol