Bu Reklamı Kapat

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

Elektrokimyasal Piller Nasıl Çalışır? Galvanik (Voltaik) Hücrelerin Çalışma Prensipleri Nelerdir?
Akü
Pixabay
Bu Reklamı Kapat
Çağrı Mert Bakırcı Editör Çağrı Mert Bakırcı
4 dakika
39,938 Okunma Sayısı
Notlarım
Bu Reklamı Kapat

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.

Bu Reklamı Kapat

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.

Bu Reklamı Kapat

  • 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.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

"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.

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.

Bu Reklamı Kapat

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.

Bu Reklamı Kapat

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.

Agora Bilim Pazarı
Dünya Küresi: Antik, 20 cm, Işıksız

Dünyanın siyasi durumunu eskitme harita tekniği ile geçmişi ve bugünü bir arada sunan “Antik Küre” ofislerin vazgeçilmez bir aksesuarı niteliğindedir.

  • Harita Türü: Antik
  • Çap: 20 santimetre
  • Işık Durumu: Işıksız
Devamını Göster
₺99.00 ₺159.30
Dünya Küresi: Antik, 20 cm, Işıksız

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...

Okundu Olarak İşaretle
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 5
  • İnanılmaz 2
  • Muhteşem! 1
  • Bilim Budur! 1
  • Merak Uyandırıcı! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 0
  • Güldürdü 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 25/01/2022 22:16:54 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.

Bu Reklamı Kapat
Bu Reklamı Kapat
Size Özel (Beta)
İçerikler
Hastalık Kontrolü
Tarih
Kemik
Irk
Dil
Bilgi Felsefesi
Kertenkele
Mikroevrim
Diş
Tutarlılık
Avrupa
Balık
Teori
Kamuflaj
Etimoloji
Balıklar
Bilgi
Skeptisizm
Stres
Kozmoloji
Tür
Karadelik
Astronomi
Görüş
Sürüngen
Daha Fazla İçerik Göster
Evrim Ağacı'na Destek Ol
Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

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
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nda reklamları 2 şekilde kapatabilirsiniz:

  1. Ücretsiz üye girişi yapmak: Sitedeki reklamların %50 kadarını kapatmak için ücretsiz bir Evrim Ağacı üyeliği açmanız ve sitemizi/uygulamamızı kullanmanız yeterli!

  2. Maddi destekçilerimiz arasına katılmak: 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, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok 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 yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Sizi Takip Ediyor

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın

Önizleme
Görseli Kaydet
Sıfırla
Vazgeç
Bu Eseri Neden Tavsiye Ediyorsun?
Aşağıdaki kutuya, isimli neden tavsiye ettiğini girebilirsin. Ne kadar detaylı ve kapsamlı bir analiz yaparsan, bu eseri [OKUMAK/İZLEMEK] isteyenleri o kadar doğru ve fazla bilgilendirmiş olacaksın. Tavsiyenin faydalı bulunması halinde Evrim Ağacı kullanıcılarından daha fazla UP kazanman [UP bilgi linki] mümkün olacak. Tavsiyenin sadece negatif içerikte olamayacağını, eğer bu sistemi kullanıyorsan tavsiye ettiğin içeriğin pozitif taraflarından bahsetmek zorunda olduğunu lütfen unutma. Yapıcı eleştiri hakkında daha fazla bilgi almak için burayı okuyabilirsin.
Tavsiye Et