Elektrotlar ve Elektrokimyasal Hücreler

Solda çinko levha çinko sülfat çözeltisinde, sağda bakır levha mavi bakır sülfat çözeltisinde. Levhaları bir tel, kapları ters U biçimli bir boru birleştiriyor. Voltmetre $1{,}10\ \text{V}$ okuyor: düzenek kimyasal enerjiyi elektriğe çeviriyor.

Çinkoyu doğrudan bakır sülfata daldır. Mavi $\text{Cu}^{2+}$ iyonları levhada elektron alıp bakır olarak yapışır, levhadan $\text{Zn}^{2+}$ çözeltiye geçer. Elektronlar kısa yoldan geçtiği için enerji ısı olur: termometre yükselir, mavi açılır.

Elektrik almak için iki yarı tepkimeyi ayır. Levha ve çözeltisi bir yarı hücredir. İkinci yarı hücre gelir, levhalar tel ve voltmetreyle bağlanır; köprü takılınca hücre tamamlanır ve voltmetre $0$'dan $1{,}10\ \text{V}$'a çıkar.

Mavi boncuklar elektronlar: çinkodan çıkıp telden ve voltmetreden geçerek bakıra varıyor. Elektron çözeltiye ve köprüye girmez; orada yükü iyonlar taşır.

Çinko yüzeyini büyüttük. Yüzeydeki Zn atomu iki elektronunu levhada bırakıp $\text{Zn}^{2+}$ iyonu olarak çözeltiye geçiyor; iyon atomdan küçük. Elektron veren, yani yükseltgenmenin olduğu elektrot anottur; kütlesi azalır.

Bakır tarafında telden iki elektron iniyor. Çözeltiden gelen $\text{Cu}^{2+}$ iyonu bu elektronları alıp bakır atomu olarak yüzeye yapışıyor. İndirgenmenin olduğu elektrot katottur; kütlesi artar.

Anotta kopan her Zn atomunun bıraktığı iki elektron telden geçip katotta bir $\text{Cu}^{2+}$ iyonuna gider. İki yarı tepkime toplanınca elektronlar sadeleşir; geriye hücre tepkimesi kalır.

Çinkoda elektron birikir: galvanik hücrede anot eksi $(-)$ kutuptur. Bakır elektron çeker: katot artı $(+)$ kutuptur. Elektronlar dış devrede her zaman anottan katoda akar.

Hücre tek satırla yazılır: anot metali, anot çözeltisi, köprü, katot çözeltisi, katot metali. Tek çizgi katı ile çözelti arasındaki sınırı, çift çizgi tuz köprüsünü gösterir. Elektronlar da soldan sağa akar.

Anot kabında $\text{Zn}^{2+}$ çoğalır, katot kabında $\text{Cu}^{2+}$ azalır. Köprüdeki $\text{NO}_3^-$ iyonları anot kabına, $\text{K}^+$ iyonları katot kabına gider: iki kap da elektrikçe nötr kalır, iç devre tamamlanır.

Köprü çıkınca iç devre açılır. Anot kabında artı, katot kabında eksi yük birikir; elektron akışı durur ve voltmetre $0$ okur.

Sağ kapta $\text{Fe}^{3+}$ ve $\text{Fe}^{2+}$ iyonları var; elektrot olacak katı yok. Platin levha konur: sarı $\text{Fe}^{3+}$ iyonları onun yüzeyinde elektron alıp yeşil $\text{Fe}^{2+}$ olur. Platin tepkimeye girmez, kütlesi değişmez.

Her kap $1\ \text{L}$, başta $1\ \text{M}$. Elektron geçtikçe çinko incelir, bakır kalınlaşır; $[\text{Zn}^{2+}]$ artar, $[\text{Cu}^{2+}]$ azalır, mavi solar. Her $2$ mol elektronda $1$ mol Zn çözünür, $1$ mol Cu birikir.

$0{,}2$ mol Zn çözünür ($13\ \text{g}$), $0{,}2$ mol Cu birikir ($12{,}8\ \text{g}$); derişimler $1{,}2$ ve $0{,}8\ \text{M}$ olur. Kaybedilen kütle kazanılana eşit değildir; eşit olan geçen elektronun mol sayısıdır.

Anot: yükseltgenme, eksi kutup, kütle azalır. Katot: indirgenme, artı kutup, metal birikir. Elektron telde anottan katoda gider; köprüde anyon anoda, katyon katoda göç eder. Katı tür yoksa platin ya da grafit elektrot kullanılır.