Suyu Bileşenlerine Ayıralım

Su hayatın kaynağı olarak kabul edilen bir madde. Birçoğumuz suyun hidrojen ve oksijenden oluştuğunu biliyoruz. Deney Kutusu köşesinin bu etkinliğinde suyu bileşenlerine ayrıştırarak farklı fiziksel ve kimyasal olguları gözlemleme imkânı yakalayacağız.

Bilmekte fayda var!

Su, iki hidrojen ve bir oksijen atomunun birbirlerine bağlanmasıyla oluşan bir bileşik. Bu süreçte aynı zamanda enerji açığa çıkıyor. Suyu bileşenlerine ayırmak için ise enerjiye ihtiyaç var. Bu tepkime elektroliz olarak isimlendiriliyor.

Elektroliz tepkimesinin verimliliği yüksek bir şekilde gerçekleştirilebilmesi hayli önemli. Çünkü geleceğin enerji teknolojilerinden biri olarak kabul edilen yakıt hücrelerinde yakıt olarak çoğunlukla hidrojen kullanılıyor. Suyun yapısında bulunan hidrojen, fosil yakıtlar gibi sera gazı salımına neden olmadığı için, temiz bir enerji kaynağı olarak kabul ediliyor.

Fotosentez yapan bitkiler bunu başarılı bir şekilde gerçekleştirebiliyor. Çünkü yenilenebilir bir enerji kaynağı olan güneş ışığını kullanarak suyu bileşenlerine ayırıyorlar.

Nelere ihtiyacımız var?

• Çok derin olmayan bir cam kap
• 1 adet 9 V’luk pil
• 2 adet grafit çubuk (kurşun kalem ucu)
• 2 adet paket lastiği
• Tuz
• Kaşık
• pH belirteci olarak kullanabileceğimiz bir çözelti, örneğin kırmızı lahana suyu (isteğe bağlı)

Ne oldu?

Pilin kutuplarına tutturduğumuz grafit çubukları tuzlu suya batırdıktan kısa süre sonra çubukların etrafında küçük gaz baloncuklarının ortaya çıkmaya başladığını gözlemledik. Suyun ayrışması sonucu açığa çıkan bu gazlar hidrojen ve oksijen.

Suyun bileşenlerine ayrılması elektron alışverişinin gerçekleştiği bir indirgenme-yükseltgenme tepkimesidir. Grafit çubukları tuzlu suya batırdığımızda sudaki hidrojen iyonları (katyon), pilin eksi ucuna (indirgenme tepkimesinin meydana geldiği elektrot yani katot) bağlı grafit çubuk üzerinden elektron alarak yani indirgenerek hidrojen gazını; sudaki oksijen iyonlarıysa (anyon) pilin artı ucuna (yükseltgenme tepkimesinin meydana geldiği elektrot yani anot) bağlı elektrota elektron vererek yani yükseltgenerek oksijen gazını oluşturur.

Deney sırasında grafit çubuklardan birinin çevresinde daha fazla gaz baloncuğunun oluştuğu dikkatinizi çekmiştir. İndirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri sırasında gerçekleşen tepkime denklemlerini yazdığımızda bu durumun sebebi daha kolay anlaşılabilir.

Yükseltgenme tepkimesinin meydana geldiği elektrotta yani anotta gerçekleşen tepkime:

2H₂O + → O₂ + 4H⁺ + 4e^-

İndirgenme tepkimesinin meydana geldiği elektrotta yani katotta gerçekleşen tepkime:

4H₂O + 4e^-→ 2H₂ + 4OH^-

Tepkime denklemlerini incelediğimizde deney sırasında açığa çıkan hidrojen gazı miktarının, oksijen gazı miktarından iki kat fazla olduğunu görebiliyoruz.

Aynı deneyi bir pH belirteci (pH değerinde yani asitlik derecesinde bir değişim olduğunda rengi değişen bir madde) örneğin kırmızı lahana suyu ile yaptığımızda, gaz çıkışının yanı sıra grafit çubukların etrafındaki çözeltinin renginde de bir değişim olduğunu fark etmişsinizdir. Yukarıdaki tepkimeleri incelediğimizde bu durumun nedenini anlayabiliriz. Çünkü anotta meydana gelen yükseltgenme tepkimesi sonucunda artı yüklü hidrojen iyonları (H+) açığa çıkar. Bu durum, üzerinde yükseltgenme tepkimesinin meydana geldiği grafit çubuğun çevresinde çözeltinin asitlik derecesinin artmasına yani pH değerinin azalmasına neden olur. Katotta meydana gelen indirgenme tepkimesi sonucu ise hidroksit iyonları (OH^-) açığa çıkar. Bu durum da katot çevresinde çözeltinin asitlik derecesinin azalmasına yani pH değerinin artmasına yol açar. Kırmızı lahana suyunun normal yani nötr haldeki rengi mordur. Çözeltinin asitlik derecesi arttığında rengi kırmızıya, azaldığında ise maviye döner. Suyun ayrışması sırasında ortaya çıkan gaz çıkışı miktarlarını ve renk değişimlerini inceleyerek gözlemlerimizin bu bilgilerimizi doğrulayıp doğrulamadığını sınayabiliriz.