🧪 Faraday Yasaları Nedir?
Faraday Yasaları, elektroliz sırasında gerçekleşen kimyasal değişimlerle elektrik akımı arasındaki ilişkiyi açıklar. Michael Faraday tarafından ortaya konulmuştur ve iki temel yasadan oluşur.
✨ 1. Faraday Yasası
Birinci Faraday Yasası, bir elektrottaki madde miktarının (kütle veya mol sayısı) elektrolizden geçen toplam yük miktarıyla doğru orantılı olduğunu belirtir. Yani, ne kadar çok elektrik yükü geçirirseniz, o kadar çok madde elde edersiniz.
- 🔑 Formül: $m = k \cdot Q$
- $m$: Elektrottaki madde miktarı (genellikle gram cinsinden)
- $k$: Elektrokimyasal eşdeğer (her madde için farklıdır)
- $Q$: Elektrik yükü (coulomb cinsinden)
- 🍎 Elektrik Yükü (Q): $Q = I \cdot t$ formülü ile bulunur.
- $I$: Akım (amper cinsinden)
- $t$: Süre (saniye cinsinden)
✨ 2. Faraday Yasası
İkinci Faraday Yasası, farklı elektrolitlerden aynı miktarda elektrik yükü geçirildiğinde, elektrotlarda toplanan madde miktarlarının, maddelerin eşdeğer ağırlıklarıyla orantılı olduğunu ifade eder.
- 🔑 Formül: $\frac{m_1}{E_1} = \frac{m_2}{E_2}$
- $m_1$ ve $m_2$: Farklı elektrotlarda toplanan madde miktarları
- $E_1$ ve $E_2$: Maddelerin eşdeğer ağırlıkları
- 🍎 Eşdeğer Ağırlık (E): Bir maddenin atom ağırlığının (veya molekül ağırlığının) değerliliğine (iyon yüküne) bölünmesiyle bulunur. $E = \frac{M}{z}$
- $M$: Atom veya molekül ağırlığı
- $z$: Değerlik (iyon yükü)
⚗️ Faraday Sabiti
Faraday Sabiti (F), 1 mol elektronun taşıdığı toplam elektrik yüküdür. Değeri yaklaşık olarak 96485 coulomb/mol'dür, genellikle 96500 C/mol olarak yuvarlanır.
- 🔑 Formül: $F = 96485 \ C/mol \approx 96500 \ C/mol$
🧲 Uygulama Örnekleri
📌 Örnek 1:
Gümüş nitrat ($AgNO_3$) çözeltisinden 5 amperlik bir akım 10 dakika boyunca geçiriliyor. Katotta kaç gram gümüş ($Ag$) toplanır? (Ag: 108 g/mol)
- 🍎 Çözüm:
- Öncelikle toplam yükü hesaplayalım: $Q = I \cdot t = 5 \ A \cdot 600 \ s = 3000 \ C$
- Gümüşün eşdeğer ağırlığı: $E = \frac{108 \ g/mol}{1} = 108 \ g/mol$ (Gümüşün değerliği +1'dir)
- Faraday Yasası'nı kullanarak toplanan gümüş miktarını bulalım: $m = \frac{Q \cdot E}{F} = \frac{3000 \ C \cdot 108 \ g/mol}{96500 \ C/mol} \approx 3.36 \ g$
📌 Örnek 2:
Bakır sülfat ($CuSO_4$) çözeltisi elektroliz edildiğinde katotta 6.35 gram bakır ($Cu$) birikmektedir. Devreden geçen elektrik yükü kaç coulomb'dur? (Cu: 63.5 g/mol)
- 🍎 Çözüm:
- Bakırın eşdeğer ağırlığı: $E = \frac{63.5 \ g/mol}{2} = 31.75 \ g/mol$ (Bakırın değerliği +2'dir)
- Faraday Yasası'nı kullanarak elektrik yükünü bulalım: $Q = \frac{m \cdot F}{E} = \frac{6.35 \ g \cdot 96500 \ C/mol}{31.75 \ g/mol} = 19300 \ C$
📌 Örnek 3:
Aynı sürede ve aynı akımla elektroliz edilen $AgNO_3$ ve $CuSO_4$ çözeltilerinde, gümüş elektrottaki kütle artışı 10.8 gramdır. Bakır elektrottaki kütle artışı kaç gramdır? (Ag: 108 g/mol, Cu: 64 g/mol)
- 🍎 Çözüm:
- Gümüşün eşdeğer ağırlığı: $E_{Ag} = \frac{108 \ g/mol}{1} = 108 \ g/mol$
- Bakırın eşdeğer ağırlığı: $E_{Cu} = \frac{64 \ g/mol}{2} = 32 \ g/mol$
- İkinci Faraday Yasası'nı kullanalım: $\frac{m_{Ag}}{E_{Ag}} = \frac{m_{Cu}}{E_{Cu}}$
- $\frac{10.8 \ g}{108 \ g/mol} = \frac{m_{Cu}}{32 \ g/mol}$
- $m_{Cu} = \frac{10.8 \ g \cdot 32 \ g/mol}{108 \ g/mol} = 3.2 \ g$
