ENSTRÜMENTAL ANALİZ;ENSTRÜMENTAL ANALİZ;1-Sspekroskopik,1-Sspekroskopik,

2-ELEKTROANALİTİK ,2-ELEKTROANALİTİK ,3-Ayırma yöntemleri3-Ayırma yöntemleri

Spektroskopi: Işın madde etkileşimine dayanan bir dizi nicel ve nitel analiz yöntemi

Işın: Dalgasal olarak ilerleyen bir enerji türü veya enerji fotonlarıdır.

Gama- X- vakum UV –UV -GB- IR- MD- RDEnerji azalır

Spektroskopik YöntemlerNÖTRON AKTİVASYON: Nötron akısı ile

Radyoaktif hale getirilmiş çekirdeklerin ışıması. Eser element analizi (Nükleer reaktör gerekli; pahalı; örnek çözülmez ve kaybedilmez)

X-IŞINLARI FLORESANSI,DİFRAKSİYONU: Atomdaki iç kabuk elektronları ile x ışınlarının ve elektron akısının etkileşmesi. Elementel analiz, kristal yapı analizi, yüzey görüntüleme ve yüzeyde noktasal element analizi (SEM, XRD, XRF). Madde çözülmez.(Avantaj). Ancak binde bir düzeyinde analiz yapılır.

Spektroskopik Yöntemler (devam)UV-VIS ABSORPSİYONU, EMİSYONU

FLORESANSI:Atomdaki dış kabuk elektronları ve moleküler bağ elektronları uyarılır veya uyarılma sonucu temel enerji seviyesine iner.

(AAS,ICP,Alev Fotometre, UV-Vis Moleküler spektrotometre, Florometre): Atomik ve moleküler eser analiz. ppm, ppb, ppt düzeyinde.

INFRARED ABSORPSİYONU: Molekülde(atomlararası) bağların titreşimi uyarılır. Organik madde yapı analizi, örneklerin aynı olup olmadığını anlamak için spektrumları alınarak genel bir karşılaştırma

Spektroskopik Yöntemler(devam)KÜTLE SPEKTROMETRİSİ: Moleküllerin gaz

fazında enerji kaynakları ile iyonlaştırılması ve m/e oranlarına göre ayrılması. Yapı analizi, nitel ve nicel analiz

NMR: Manyetik alanda çekirdek spin enerjilerinin ayrılması ve radyo dalgalarının absorpsiyonu Yapı analizi

ELEKTROANALİTİK KİMYAELEKTROANALİTİK KİMYA

Elektroanalitik Kimya , bir elektrokimyasal hücredeki analit çözeltisinin elektrokimyasal özelliklerine dayanan bir grup kantitatif yöntemi kapsar. Elektroanalitik yöntemler çok düşük tayin sınırlarına ulaşabilirler. Maddelerin, ara yüzeylerdeki yük aktarımının stokiyometrisi ve hızı, kütle aktarım hızı, adsorpsiyon ve kemisorpsiyon derecesi, kimyasal tepkimelerin hızı ve denge sabitleri gibi bilgiler verir.

Elektroanalitik yöntemler , diğer yöntemlere göre bazı üstünlüklere sahiptir.

•Elektrokimyasal ölçümler çoğu kez bir elementin bir yükseltgenme basamağı için spesifiktir.

•Elektroanalitik yöntemlerde kullanılan cihazlar diğerlerine göre daha ucuzdur.

•Elektrokimyasal yöntemler, kimyasal türlerin derişimlerinden çok aktiflikleri hakkında bilgi verir.

ElektroanalitikMaddenin elektriksel özelliklerinin(akım,

gerilim, iletkenlik) madde türüne ve konsantrasyonuna bağlı olarak değişmesi

(pH metre, iyon seçici elektrotlar, voltametri, konduktometri)

ELEKTROANALİTİK YÖNTEMLERİN TİPLERİÇok çeşitli elektroanalitik yöntemler önerilmektedir.

Bunlardan en yaygın kullanılanlar Aşağıdaki Şekil de gösterilmiştir. Bu yöntemler, ara yüzeyde gerçekleşen yöntemler ve tüm analiz ortamında gerçekleşen yöntemler olarak ikiye ayrılırlar. Ara yüzeylerde gerçekleştirilen yöntemlerin daha genel bir kullanım alanı vardır. Ara yüzey yöntemleri, elektrot yüzeyleri ve bu yüzeylere hemen bitişik olan ince çözelti tabakası, arasındaki ara yüzeyde oluşan olaylara dayanmaktadır. Tüm analiz ortamı yöntemleri, aksine çözeltinin tamamında oluşan olanlara dayalıdır ve ara yüzey etkilerinden kaçınmak için her yola başvurulur.

Ara yüzey yöntemleri, elektrokimyasal hücrelerin akımın varlığında veya yokluğunda işleyişine göre statik ve dinamik olmak üzere iki ana sınıfa ayrılırlar. Potansiyometrik ölçümleri içeren statik yöntemlerin hızları ve seçicilikleri nedeniyle ayrı bir önemi vardır.

Elektrokimyasal hücrelerdeki akımların hayati bir rol oynadığı dinamik anı yüzey yöntemlerinin çeşitli tipleri vardır:,Bu yöntemlerden Şeklin solunda görülen üç tanesinde diğer değişkenlerin ölçümleri yapılırken hücrenin potansiyeli kontrol edilmektedir. Genellikle bu yöntemler duyarlıdırlar, oldukça geniş çalışma aralığı vardır (10-3-10-8 M), Ayrıca bu analizlerin çoğu mikrolitre, hatta nanolitre seviyesindeki numune miktarlarıyla gerçekleştirilebilir. Gözlenebilme sınırları pikomol seviyesinde olabilir.

ZnSOZnSO44 CuSOCuSO44

ZnZn CuCuTuz Tuz köprüsüköprüsü

1.1 V1.1 V

Bir DC elektrokimyasal hücre her biri uygun bir elektrolit çözeltisine daldırılmış, elektrot olarak isimlendirilen iki elektriksel iletkenden oluşmaktadır. Bir hücrede bir akım oluşabilmesi için,

(1) Elektrotların bir metal iletkenle dış bağlantılarının sağlanması,

(2) Çözeltiler arasında birinden diğerine iyon geçişine imkan verecek bir temas olması

(3) her iki elektrodun her birinde bir elektron aktarım reaksiyonunun cereyan etmesi gereklidir.

Basit bir elektrokimyasal hücrenin örneği Şekil de gösterilmektedir. Hücre çinko sülfat çözeltisine daldırılan bir çinko elektrot ve bakır sülfat çözeltisine daldırılan bir bakır elektrottan oluşmaktadır. Potasyum klorürle veya bazen de başka bir elektrolitle doyurulmuş bir çözelti ile doldurulan tüpten oluşmuş bir tuz köprüsü ile iki çözelti birbirine bağlanır. Hücre iki tane sıvı teması içermektedir, bunlardan biri çinko sülfat çözeltisi ile tuz köprüsünün teması olan ara yüzeydir, diğeri ise köprünün öbür ucundaki köprü elektrolit çözeltisinin bakır sülfat çözeltisi ile temas ettiği yerdir.

BİR HÜCREDE ELEKTRİK İLETİMİElektrik yükü, gösterilen hücrenin çeşitli kısımlarında farklı üç işlemle iletilmektedir:1. Bakır ve çinko elektrotlarda, dış iletkende olduğu gibi, elektronlar çinkodan iletken tel yoluyla bakıra geçerek taşıyıcı gibi davranırlar.2. Çözeltiler içinde elektriğin akışı, hem katyonların hem de anyonların göçü ile olur. Soldaki yarı hücrede çinko iyonları elektrottan uzaklaşırken, sülfat ve hidrojen sülfat iyonları elektroda doğru hareket eder; diğer bölümde bakır iyonları elektroda doğru hareket eder ve anyonlar elektrottan uzaklaşır. Tuz köprüsü içersinde potasyum iyonlarının sağ tarafa, Klorür iyonlarının sol tarafa hareketi ile elektrik taşınır. Böylece bu üç çözeltideki tüm iyonlar elektrik akışına katılırlar.3. Üçüncü bir işlem iki elektrodun yüzeyinde olmaktadır. Burada çözeltinin iyon iletimi ile elektrodun elektron iletimi birlikte, devredeki yük akışını tamamlamak üzere bir yükseltgenme veya indirgenme reaksiyonuna neden olmaktadır. Bu iki elektrot işlemi

Cu elektrot : Cu2+ + 2e- Cu(k) indirgenme

Zn elektrot : Zn(k) Zn2+ + 2e- yükseltgenme

eşitlikleriyle tanımlanabilir.

NET HÜCRE TEPKİMESİ

Zn(k) Zn2+ + 2e-

Cu2+ + 2e- Cu(k)

Cu2+ + Zn(k) Zn2+ + Cu(k) Sıvı temas yüzeyi

HÜCRE TİPLERİ: Galvanik Hücreler – kendiliğinden olan elektrokimyasal tepkime ( önceki

şekildeki hücre) - pozitif potansiyel (Eh = +) - ekzotermik enerji üretir

Elektrolitik Hücreler – kendiliğinden olmayan elektrokimyasal tepkime,olması için dışardan enerji gerekir

- negatif potansiyel (Eh = -) - endotermik enerji ister Kimyasal olarak tersinir hücre – Akımın yönünü ters çevirmekle iki

elektrottaki reaksiyonların da tersine döndüğü bir hücreye kimyasal tersinir hücre denir. Bir güç kaynağının negatif ucu, üzerinde tartışılan hücrenin çinko elektrotuna, pozitif ucu da bakır elektrotuna bağlanarak bu hücre elektrolitik hücre haline getirilebilir. Güç kaynağının çıktısı 1,1 V'dan daha büyük olursa} iki elektrot reaksiyonu da tersine çevrilir ve net hücre reaksiyonu

Cu(k) + Zn2+ Cu2+ + Zn(k) halini alır. Akımın yönünü ters çevirmekle iki elektrottaki reaksiyonların da

tersine döndüğü bir hücreye kimyasal tersinir hücre denir. ELEKTROTLARTanım olarak, elektrokimyasal bir hücrenin katodu indirgenmenin olduğu elektrottur, anot ise yükseltgenmenin olduğu elektrottur. Bu tanımlamalar hem galvanik hem de elektrolitik hücreler için geçerlidir. Şekil de gösterilen galvanik hücrede bakır elektrot katot ve çinko elektrot ise anottur. Aksine aynı hücre elektrolitik bir hücre olarak çalıştırıldığında bakır elektrot anot, çinko elektrot katot olur.

Sıvı Temassız HücrelerFarklı elektrolitler içeren iki,çözelti arasındaki veya aynı elektrolitin farklı derişimli çözeltileri arasındaki ara yüzey sıvı teması olarak adlandırılır. Çoğunlukla elektrokimyasal hücreler, bir veya daha fazla sıvı teması içerirler. Yukarıdaki şekilde gösterilen hücrede, birisi çinko sülfat çözeltisi ile tuz köprüsünün bir ucu arasında, diğeri de bakır sülfat çözeltisi ile tuz köprüsü arasında olmak üzere iki sıvı teması vardır. Sıvı temasları bazen elektrokimyasal ölçümlerde önemlidir, çünkü ara yüzeylerde oluşan küçük temas potansiyelleri hücreninölçülen toplam potansiyelinin büyüklüğünü etkiler.

Bazen elektrotların ortak bir elektrolit çözeltisini paylaştıkları ve böylece temas potansiyelinin etkisinin yok edildiği hücrelerin hazırlanması mümkün ve avantajIıdır. Bu tip hücrelerin bir örneği Şekil de gös terilmektedir. Burada gümüş katottaki reaksiyon şu şekilde yazılabilir:AgCl(k) + e- Ag(k) + Cl-(suda) Hidrojen, platin anotta tüketilmektedir:H2(g) 2H+(suda) + 2e

Toplam hücre reaksiyonu birinci eşitlikteki her terimi 2 ile çarpıp sonra iki eşitliğin toplanmasıyla elde edilir:2AgCl(k) + H2(g) 2Ag(k) + 2H+(suda) + 2Cl-(suda)Hidrojen ile katı gümüş klorür arasındaki doğrudan reaksiyon o kadar yavaştır ki ortak elektrolit, hücre bileşenleri arasındaki doğrudan reaksiyondan doğan anlamlı bir hücre verimi kaybı olmaksızın kullanılabilir.

HÜCRELERİN ŞEMATİK GÖSTERİMİ Hücrelerin tarifini basitleştirmek için, kimyacılar çoğunlukla kısaltılmış bir gösterim şekli

kullanırlar. Aşağıdaki Şekilde verilen hücre şematik olarak şu şekilde gösterilir:

Zn|ZnSO4(aZN2+ = 0.0100)||CuSO4(aCu2+ = 0.0100)|Cu

Faz sınırları Elektrot/Çözelti Ara yüzeyi

2 sıvı temas yüzeyi (Tuz Köprüsü)

Anotla temastaki

çözelti

Katotla temastaki

çözelti

Anot Katot

ELEKTROANALİTİK HÜCRELERDE POTANSİYELLERElektroanalitik yöntemler; sabit bir potansiyeldeki akımın veya akım sabit bir değerde tutulurken hücrenin potansiyelinin ölçümüne dayanabilir.Genel olarak elektrokimyasal bir deneyde, deneyci sadece hücrenin potansiyelini istenen bir değerde tutarken oluşan akımın değerini ölçebilir veya tam tersi bir durum söz konusudur. Seçilen bir değişkenin alacağı değer kontrol edilirken, diğerinin değeri kontrol edilemez.Hücre Potansiyellerinin TermodinamiğiBir elektrokimyasal hücrenin potansiyelinin hücre reaksiyonundaki reaktif ve ürünlerin aktiviteleri ile ilişkili olduğunu, dolayısıyla,molar derişimleriyle dolaylı olarak ilişkili olduğunu anlamak önemlidir. Çoğunlukla bir yaklaştırma yaparak aktivitelerin molar derişimlere eşit olduğunu farz edilir; fakat bu kabulün hesaplanan potansiyellerde hatalara neden olacağı her zaman dikkate alınmalıdır. ax = x[X]Burada, x çözünen X'in aktiflik katsayısıdır ve köşeli parantez içersindeki terim, X'in molar derişimidir. Bazı örneklerde kolaylık olması için aktivite katsayısının bire yaklaştığı, molar derişimle aktifliğin aynı olduğunu kabul edilmesi işlem kolaylığı açısından yararlıdır.2AgCl(k)+H2 (g) 2Ag(k) + 2Cl- + 2H+ tepkimesi için

K= a2H+ a2

Cl- denge kurulmadan Q= (a2H+)i (a2

Cl-)i

pH2 pH2

G= RTLnQ-RTLnK= RTLnQ/K G=-nFEh den RTLnQ/K= -nFEh

Ehücre=E0-RT ln a2H+ a2

Cl- (Nernst eşitliği) nF pH2 denge kurulduğunda sistemden akım geçmez. Ehücre=Ek-Ea=0 olur.R gaz sabitini (8,316 J/ mol K) ve T kelvin olarak sıcaklık, F faradaydır (1 mol elektron için 96485 coulomb) ve n yükseltgenme/indirgenme işlemi ile ilgili elektron mol sayısıdı r.

ELEKTROT POTANSİYELLERİBir elektrokimyasal hücrenin hücre reaksiyonunu, iki yarı-hücre reaksiyonundan oluşmuş şekilde düşünmek uygundur, bunlardan herbiri karakteristik bir elektrot potansiyeline sahiptir. Daha sonra görüleceği gibi bu elektrot potansiyelleri, geleneğe uygun olarak her ikisi de indirgenme yönünde yazıldığı zaman her iki yarı-reaksiyonun itici gücünü ölçer.

AgCl(k) + e- Ag(k) + Cl-(suda) H2(g) 2H+(suda) + 2e EAgCl ve EH+ elektrot potansiyellerinin, her iki yarı-reaksiyon için bilindiğini farz edelim. Hücre reaksiyonunu elde etmek için ikinci yarı-reaksiyon birinci yarı-reaksiyondan çıkarılır.2AgCI(k) +H2 2Ag(k) + 2H+ + 2CI

Benzer şekilde, hücre potansiyeli Ehücre de, ikinci hücrenin elektrot potansiyelini birinciden çıkararak elde edilir. Bu da,Ehücre = EAgCl - EH+ dir. Bu son ilişkinin daha genel ifadesiEhücre = Ekatot – Eanot dur.

Elektrot potansiyelleri, incelenen elektrot katot, standart hidrojen elektrot anot olacak şekilde oluşturulan hücrelerin hücre potansiyelleri olarak tanımlanır. Bir elektrot potansiyeli aslında, referans elektrodun anot olarak tanımlandığı bir elektrokimyasal hücrenin potansiyelidir.

Elektrot potansiyelinin işareti SHE ye göre indirgenmenin kendiliğinden olup olmayacağını gösterir. Bir elektrot potansiyelinin negatif çıkması o tepkimenin kendiliğinden yürümeyeceğini dışardan enerji vermek suretiyle olabileceğini gösterir.

Elektrot Potansiyellerinin ÖzellikleriBir elektrokimyasal hücrenin potansiyeli, katot potansiyeli ile anot potansiyeli arasındaki farktır ve burada bir elektrot potansiyelinin ne anlama geldiğine ilişkin açık bir görüşe sahip olmak önemlidir. Bu potansiyel bir elektrotun elektron enerjisinin bir ölçümüdür. Bir elektrolit çözeltisi içine batırılan bir metalik iletkende fazla yüklerin hepsi iletkenin yüzeyindedir ve bu yüzeydeki yük yoğunluğunu ayarlamak, iletkene bağlanan dış güç kaynağının çıkışını ayarlamakla mümkündür. Bu dış kaynak elektronları bir elektrotun yüzeyine doğru zorlar yüzeydeki elektronlar kalabalıklaşır ve coulomb itme gücü nedeniyle enerjileri artar. Sonuçta bir negatif potansiyel artışı olur. Eğer dış devre elektrottan yeteri kadar elektron geri çekerse, yüzey pozitif yük kazana caktır ve bir pozitif potansiyel gelişecektir. Bütün potansiyel ölçüm aletleri, sadece potansiyeldeki farkları ölçtüğünden dolayı tek bir elektrotla mutlak potansiyelin ölçümünü mümkün kılan bir yöntemin olmadığını vurgulamak gerekir. Potansiyel farkını ölçen bir cihazdan çıkan bir iletken söz konusu elektroda bağlanır. Potansiyel farkını ölçmek için ikinci bir iletken, söz konusu yarı-hücrenin elektrolit çözeltisiyle temasta olmalıdır.'Bu son temas kaçınılmaz olarak bir katı-çözelti ara yüzeyini kapsar ve bu nedenle eğer bir yük akışı varsa bir kimyasal reaksiyonun da olacağı ikinci bir yarı-hücre gibi davranır. Bu ikinci yarı-reaksiyon nedeniyle belirlenmek istenen yan-hücre potansiyelinin mutlak değeri ölçülemez; ölçülen, ilgilenilen potarisiyelle, potansiyel ölçüm aleti ile çözeltinin teması ile oluşan yarı-hücrenin potansiyeli arasındaki farktır.Referans Elektrotlar:Yarı-hücre işlemleri için mutlak potansiyelleri ölçmedeki yetersizliğimiz, ciddi bir engel değildir, yaygın bir referans elektroda karşı ölçülmüş bağıl yarı-hücre potansiyellerinden yararlanırız. Bu bağıl potansiyeller gerçek hücre potansiyellerini vermek üzere birleştirilebilir; ayrıca bunlar yükseltgenme/indirgenme işlemlerinin denge sabitlerini hesaplamak için kullanılabilir.Bir referans elektrot, analit çözeltisinin bileşiminden bağımsız sabit elektrot potansiyeline sahip bir yarı-hücredir.Bağıl yarı-hücre veya elektrot potansiyellerinin kullanışlı bir listesini yapmak için tür bir referans elektroda sahip olmak gerekir. Standart hidrojen elektrot (SHE), veya normal hidrojen elektrot (NHE) böyle bir yarı-hücredir. Bunun haricinde Ag/AgCl ve Doymuş kalomel elektrot kullanılır.

HClHCl

PtPt

HH22(g)(g)

Standart Hidrojen Elektrot (SHE) Hidrojen gaz elektrotlar, eskiden beri

elektrokimyasal çalışmalarda sadece referans elektrotlar olarak değil, aynı zamanda pH tayinlerinde indikatör elektrotlar olarak da yaygın biçimde kullanılmıştır. Bu tip bir elektrodun yapısı

Pt,H2(p, atm) l H+(aH+= x)

2H++(suda)+2é H2(g) şeklinde gösterilebilir. Parantez içindeki

terimlerden platin yüzeyindeki potansiyelin, çözeltideki hidrojen iyonun aktivitesine ve çözeltiyi doyurmak için kullanı lan hidrojenin kısmi basıncına bağlı olduğu anlaşılır.

Bir tuz köprüsü aracılığıyla birleştiği yarı-hücreye bağlı olarak anot veya katot olarak davranır. Elektrot bir anot olduğunda hidrojen, hidrojen iyonlarına yükseltgenir; elektrodun katot olması durumunda ters reaksiyon oluşur. Uygun şartlar altında hidrojen elektrot elektrokimyasal olarak tersinirdir.

Hidrojen elektrodun potansiyeli,sıcaklığa, çözeltideki hidrojen iyonu aktivitesine ve elektrot yüzeyindeki hidrojen basıncına bağlıdır. Deney esnasında değişebilecek bu değerler referans işlevi görecek yarı-hücre için dikkatle tanımlanmalıdır. Standart hidrojen elektrodun özellikleri birim hidrojen iyonu aktivitesi ve tam bir atmosfer hidrojen-kısmi basıncıdır. Geleneksel olarak bu elektrodun potansiyeli tüm sıcaklıklarda tam sıfır volt olarak kabul edilir.

aH+=1

Standart Elektrot Potansiyeli E0

Ehücre=E0-RT ln a2H+ a2

Cl- de aktiviteler 1 basınç, 1 atm olduğunda Ehücre=E0

olur. nF pH2

Böylece standart potansiyel genellikle reaktiflerin ve ürünlerinin birim aktivitede Olduğu bir yarı-hücre reaksiyonunun elektrot potansiyeli (SHE karşı) olarak tanımlanır .

Standart elektrot potansiyeli, bir yarı-hücre için, ba ğıl yürütücü gücün kantitatif ölçüsünü veren önemli bir fiziksel sabittir. Bu sabitle ilgili 4 gerçek akılda tutulmalıdır.

(1') Elektrot potansiyeli sıcaklığa bağlıdır; önemli olması durumunda tayin sıcaklığı belirtilmelidir.

(2).Standart elektrot potansiyeli, gerçekte, anodu dikkatle tarif edilmiş bir referans elektrot potansiyeli sıfır volt olarak (SHE) kabul edilmiş olan bir elektrokimyasal hücrenin potansiyeline eşit bağıl bir büyüklüktür.

(3) Standart potansiyelin işareti, galvanik\!hücrede incelenen yarı-hücre ile temasta olan iletkenin işaretine eşittir. Bu galvanik hücrenin diğer yarısı standart hidrojen elektrottur.

(4) Standart potansiyel, bir yarı-reaksiyon için yürütücü gücün bir ölçüsüdür.

Standart Elektrot Potansiyelleri (SHE ye göre ölçülmüştür).

Yüzeyler Arasındaki reaksiyon Yarı hücre potansiyeli (Eo)25 ºC

Al3+ + 3e- Al -1.706 V

Zn2+ + 2e- Zn -0.763 V

Cr3+ + 3e- Cr -0.744

Fe2+ + 2e- Fe -0.409V

Cd2+ + 2e- Cd -0.401 V

Ni2+ + 2e- Ni -0.230 V

Pb2+ + 2e- Pb -0.126 V

2H+ + 2e- H2 0.00 V

AgCl + e- Ag + Cl- +0.223 V

Hg2Cl2 + 2e- 2Hg + 2Cl- +0.268 V

Cu2+ + 2e- Cu +0.340 V

Ag+ + e- Ag +0.799 V

Au+ + e- Au +1.680 V

Kol

ayca

indi

rgen

ir, k

arşı

sınd

akin

i yük

seltg

er

Kol

ayca

yük

seltg

enir,

kar

şısı

ndak

in in

dirg

er

Ohm Kanunu E = IR burada E volt cinsinden iyonların hareketini sağlayan

potansiyel farkıdır, I amper olarak akım şiddetidir, R ohm cinsinden elektrolitin akıma direncidir. Bu direnç,

çözeltideki iyonların cinsine ve derişimine bağlıdır.

Hücrelerde Akım Geçişiyle Kütle Hücrelerde Akım Geçişiyle Kütle AktarımıAktarımı

Bir elektrot, sadece elektrot yüzeyindeki çok ince bir çözelti tabakasında etkili olabildiğinden , faradayik bir akım, ana çözeltiden elektrot yüzeyine reaksiyona giren türlerin devamlı kütle aktarımını gerektirir. Kütle aktarımı üç mekanizmayla olur: konveksiyon, göç ve difüzyon.

Konveksiyon, karıştırma veya elektrotun yüzeyinden geçen çözeltinin akışı sonucunda ortaya çıkan mekanik hareketi kapsamaktadır.

Göç, iyonlarla, yüklü elektrot arasındaki elektrostatik çekimin neden olduğu iyonların hareketidir.

Difüzyon, türlerin derişim farkı nedeniyle yaptıkları harekettir.

ELEKTROKİMYASAL HÜCRELERDE AKIMLAR

Elektrot çözelti ara yüzeyinden akım iki tip işlemle iletilir. Birincisinde, elektrotlardan birinde yükseltgenme reaksiyonu olurken diğerinde indirgenme reaksiyonu olur, bu sırada elektronların doğrudan aktarımı ile akım iletilir. Bu tip işlemlere, bir elektrottaki kimyasal reaksiyon miktarının geçen akımla orantılı olduğunu ifade eden Faraday yasalarına uygun olması nedeniyle Faradayik işlemler adı verilir, bu şekilde oluşan akımlara Faradayik akımlar denir.

Bazı koşullarda bir hücre termodinamik veya kinetik nedenlerden dolayı, faradayik işlemlerin elektrotlardan birinde veya her ikisinde de engellendiği bir potansiyel aralığı gösterecektir. Burada sürekli alternatif akımların iletimi hala mümkün olacaktır. Bu tür akımlarla, yük ilişkisinin her yarı döngüde tersine dönüşü nedeniyle, önce negatif sonra pozitif İyonlar alternatif olarak elektrot yüzeyine çekileceklerdir. Elektrik enerjisi tüketilir ve bu iyonik hareketin ortaya çıkardığı sürtünme nedeniyle ısıya dönüştürülür. Böylece her elektrot yüzeyi, kapasitansı büyük olabilen (cm2 başına bir kaç yüzden birkaç bin mikro farad kadar) bir kapasitörün bir tabakası gibi davranabilir. Kapasitif akım faradayik olmayan bir akımdır.

FARADAYİK VE FARADAYİK OLMAYAN AKIMLAR

ÇÖZELTİ YAPISI;ÇİFT TABAKA Elektrokimyasal Ölçümlerin heterojen sistemlere neden olduğunu fark etmek

önemlidir, çünkü elektrot hemen kendisine bitişik çözelti tabakasındaki bir türe elektron verebilir veya ondan elektron alabilir. Bu nedenle bu tabakanın bileşimi çözeltinin diğer kısımlarının bileşiminden önemli ölçüde farklı olabilir.

Örneğin ilk önce elektroda pozitif bir potansiyel uygulandığında, elektroda bitişik çözeltinin yapısını dikkate alalım. Potansiyel, uygulandıktan hemen sonra eğer elektrodun yüzeyinde reaksiyona girebilecek aktif bir tür yoksa, hızlı bir şekilde sıfıra düşen anlık bir akım dalgası oluşacaktır. Bu akım her iki elektrodun da yüzeyinde bir negatif yük fazlalığı (veya eksikliği) yaratan bir yükleme akımıdır. Fakat, iyonik hareketliliğin bir sonucu olarak elektrotlara bitişik olan "çözelti tabakalarında derhal bir zıt yüklenme oluşur. Bu etkileşim Şekil de görülmektedir. Metal elektrodun yüzeyinde uygulanan pozitif potansiyelin bir sonucu olarak oluşan pozitif yük fazlalığı gösterilmektedir. Yüklü çözelti tabakası iki kısımdan oluşmaktadır: (1) bir yoğun iç tabaka (do'dan d1 'e), bu tabakada elektrot yüzeyinden uzaklaşıldıkça potansiyel mesafe ile doğrusal ilişkili olarak azalır ve (2) bir difüze tabaka (d1 'den d2'ye), burada elektrot yüzeyinden uzaklaşıldıkça ortaya çıkan potansiyel üstel olarak azalır. Elektrot yüzeyindeki ye yüzeye bitişik çözeltideki bu yük topluluğu bir elektriksel Çift tabaka olarak adlandırılır

AKIMIN HÜCRE POTANSİYELİNE ETKİSİ Doğru akım bir elektrokimyasal hücreden geçtiğinde ölçülen hücre potansiyeli

termodinamik hesaplamalardan elde edilmiş sonuçlardan normal olarak sapar. Bu fark bir dizi olayın göstergesi olabilir, bunlar ohmik direnç ve yük-aktarım polarizasyonu, reaksiyon polarizasyonu, difüzyon polarizasyonu gibi çeşitli etkilerden olabilir. Genellikle, bu olaylar, bir galvanik hücrenin potansiyelini azaltma veya bir elektrolitik hücrede akım oluşması için gereken potansiyeli artırma etkisine sahiptirler.

Ohmik Potansiyel düşmesi Galvanik veya elektrolitik hücrelerin her ikisinde de bir akım oluşturmak için

iyonların anot ve katoda doğru hareketlerine olan direnci yenmek üzere potansiyel şeklinde bir itici güce ihtiyaç vardır. Metalik iletkenlikte olduğu gibi, bu güç Ohm yasasına uyar ve amper olarak akımın ve ohm olarak hücre direncinin çarpımına eşittir. Bu güç genellikle ohmik potansiyel veya IR düşüşü olarak verilir.

IR düşüşünün net etkisi, bir elektrolitik hücreyi çalıştırmak için gereken potansiyeli artırmak veya bir galvanik hücrenin ölçülen potansiyelini azaltmaktır. Bu nedenle, IR düşüşü daima teorik hücre potansiyelinden çıkarılır.

Ehücre= Ekatot - Eanot - IR

Polarizasyon Bir çok önemli elektroanalitik yöntem, hücredeki akımın değişimini potansiyelin

değişiminin bir fonksiyonu olarak ölçen akım-potansiyel eğrilerine dayanır. Yukarıdaki eşitlik, sabit elektrot potansiyellerinde hücre potansiyeli ile akım arasında doğrusal bir ilişkinin geçerli olması gerektiğini göstermektedir. Gerçekte, doğrusallıktan uzaklaşılan durumlarla sıklıkla karşılaşılır; bu koşullarda hücre polarize olmuştur denir. Polarizasyon bir elektrotta veya her iki elektrotta birden ortaya çıkabilir. İdeal bir polarize elektrot, geniş bir aralıkta akımın po tansiyelden bağımsız ve sabit kaldığı bir elektrottur.

Bir elektrodun polarizasyon derecesi aşırı gerilim veya aşırı potansiyelle () ölçülür; bu, gerçek elektrot potansiyeli (E) ile termodinamik veya denge potansiyeli (Ed) arasındaki farktır.

= E - EdBurada E < Ed dur. Polarizasyonun daima bir sistemin elektrot

potansiyelini azalttığı gerçeği önemlidir. Bu nedenle E, daima Ed'den küçük ve daima negatif'dir

Derişim PolarizasyonuDerişim polarizasyonu, reaktif türlerinin elektrot yüzeyine doğru

aktarım hızı gereken akımı sağlamaya yetersiz olduğunda ortaya çıkar. Derişim polarizasyonunun başlamasıyla bir difüzyon aşırı gerilimi gelişir.

Örneğin, ideal bir polarize olmamış anodu ve kadmiyum iyonlarını içeren bir çözeltiye batırılmış küçük bir kadmiyum elektrottan oluşmuş polarize olabilen bir katodu olan bir hücre düşünelim. Kadmiyum iyonlarının indirgenmesi hızlı ve tersinir bir işlemdir, bu elektroda bir potansiyel uygulanmadığında çözeltinin yüzey tabakası elektrotla hemen dengeye gelir. Bu esnada kadmiyum iyonlarının yüzey derişiminin

E = EOCd - 0,0592 log1/C0

2 eşitliğindeki denge derişimine (C0) inmesiyle oluşan kısa süreli bir akım gözlenir. Ana

çözeltideki kadmiyum iyonlarının yüzey tabakasına taşınabilmesi için herhangi bir mekanizma mevcut değilse, yüzey filmindeki derişim, C0'a yaklaşırken akım da hızla sıfıra doğru düşecektir. Ancak göreceğimiz gibi kadmiyum iyonlarını ana çözeltiden yüzey tabakaya sabit bir hızla getirecek bir çok mekanizma gerçekte mevcuttur. Sonuç olarak, başlangıçtaki büyük akım, süratle iyon taşınma hızı tarafından belirlenen sabit bir seviyeye düşer.

Aşırı Gerilim

Elektrotların birinde veya her ikisinde birden yükseltgenme veya indirgenme reaksiyonunun hızı teorik olarak gerekli olan akımı oluşturabilecek kadar hızlı değilse, yük aktarım polarizasyonu oluşur, Yük aktarım polarizasyonu ile ortaya çıkan aşırı gerilim aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Aşırı gerilimler akım yoğunluğu ile artar (akım yoğunluğu elektrot yüzeyinin cm2 si başına amper olarak tanımlanır).

2. Aşırı gerilimler genellikle sıcaklık arttıkça azalır. 3. Aşırı gerilimler elektrodun kimyasal bileşimine göre

değişir; genellikle kalay, kurşun, çinko ve özellikle cıva gibi 'daha yumuşak metallerin durumunda daha büyük olur.

4. Aşırı gerilimler hidrojen veya oksijen gibi gaz ürünlerin oluştuğu elektrot işlemleri için çok önemlidir; metalin biriktiği veya bir iyonun yükseltgenme basamağının değiştiği durumlarda genellikle ihmal edilirler.

5. Aşırı gerilimlerin büyüklüğü bir dizi kontrol edilemeyen değişkene bağlı olarak, belirlendiğinden önceden kesin olarak tahmin edilemez.

Yük Aktarım Polarizasyonu

Çok çeşitli elektroanalitik yöntemler önerilmektedir. Bunlardan en yaygın kullanılanlar Aşağıdaki Şekil de gösterilmiştir. Bu yöntemler, ara yüzeyde gerçekleşen yöntemler ve tüm analiz ortamında gerçekleşen yöntemler olarak ikiye ayrılırlar. Ara yüzeylerde gerçekleştirilen yöntemlerin daha genel bir kullanım alanı vardır. Ara yüzey yöntemleri, elektrot yüzeyleri ve bu yüzeylere hemen bitişik olan ince çözelti tabakası, arasındaki ara yüzeyde oluşan olaylara dayanmaktadır. Tüm analiz ortamı yöntemleri, aksine çözeltinin tamamında oluşan olanlara dayalıdır ve ara yüzey etkilerinden kaçınmak için her yola başvurulur.

Ara yüzey yöntemleri, elektrokimyasal hücrelerin akımın varlığında veya yokluğunda işleyişine göre statik ve dinamik olmak üzere iki ana sınıfa ayrılırlar. Potansiyometrik ölçümleri içeren statik yöntemlerin hızları ve seçicilikleri nedeniyle ayrı bir önemi vardır.

Elektrokimyasal hücrelerdeki akımların hayati bir rol oynadığı dinamik anı yüzey yöntemlerinin çeşitli tipleri vardır:,Bu yöntemlerden Şeklin solunda görülen üç tanesinde diğer değişkenlerin ölçümleri yapılırken hücrenin potansiyeli kontrol edilmektedir. Genellikle bu yöntemler duyarlıdırlar, oldukça geniş çalışma aralığı vardır (10-3-10-8 M), Ayrıca bu analizlerin çoğu mikrolitre, hatta nanolitre seviyesindeki numune miktarlarıyla gerçekleştirilebilir. Gözlenebilme sınırları pikomol seviyesinde olabilir.

ELEKTROANALİTİK YÖNTEMLERİN TİPLERİ

Kromatografi Bir ortamda bulunan maddelerin iki farklı faz

arasındaki dağılım oranlarının farklı olması sonucu birbirlerinden ayrılması (sıvı-sıvı ekstraksiyonu) veya türlerine göre hareketli ve durgun iki faz arasında dağılım oranlarının farklı olması nedeniyle hareketli faz içinde ilerleme hızlarının farklı olması sonucu birbirlerinden ayrılması ve herbirinin ilerleme hızına göre veya ayrılarak kolon sonuna ulaşan komponenetlerin kütlelerine göre (MS) tespit edilmesidir.

Nicel ve nitel analizler yapılır. Adli kimyanın en işlevsel analitik kimya koludur.

Kromatografi TürleriSıvı-Sıvı Ekstraksiyon Katı-Sıvı Ekstraksiyon(Özellikle Gaz

Kromatografi öncesi çok kullanılır. Örnekteki (dokulardaki) komponenetlerin gaz kromatografide incelenmesi için organik bir faza aktarılması için)

İnce Tabaka Kr.(TLC) Çok çabuk, pratik ve ucuz Kağıt Kr.İyon KrGaz-Sıvı Kr(GC)Gaz-Katı KrYüksek Performans Sıvı Kr(HPLC)Elektroforez; Kapiler Elektroforez

Birleştirilmiş YöntemlerGaz kromatografi-kütle spek: GC-MS Gaz-sıvı kromatografide kolon sonuna ulaşan

komponentler ulaşma süresine göre değil kütlelerine göre belirlenir.

LC-MS: HPLC de komponentler MS ile belirlenir

ICP-MS: ICP de örnekteki analit atomları kütlelerine göre belirlenir.

Ayrıca HS-GC-MS, HPLC-ICP-MS ve LA-ICP-MS vb gibi tandem metotlar adli kimya laboratuvarlarında kullanılmaktadır.

Analiz Yöntemi Seçimi

Örnek TürüKonsantrasyon İstenen Kesinlikİstenen HassasiyetÖrnek Sayısı Analiz Hızı

Analiz Sırasında Hata Kaynakları-Örnek laba geldiğinde bozulmuş ve/veya kontamine olmuş olabilir (Analizci

için yapacak bir şey yok!!!)

-Tekrarlanabilirlik için yeteri kadar örnek alınmamıştır (Analizci için yapacak bir şey yok!!!)

-Uygulanan yöntem yanlıştır (literatürden uygun bir yöntem aranmalıdır)

-Çalışılan alet tayin için uygun değildir (aletlerin özellikleri ve sınırları bilinerek söz konusu analiz için uygun bir alet seçilmelidir)

-Örneği analize hazırlarken(çözme, ekstraksiyon vb) hata yapılmıştır (Deney şartları kontrol edilerek optimize edilmelidir)

-Aletin kalibrasyonu bozulmuştur (kolon kirlenmesi, terazi pipet vs kalibrasyonu bozulmuştur.

(Aletlerin zaman zaman bakımı ve kalibrasyonu yapılmalıdır)

-Kişisel hatalar : Dalgınlık, özensizlik, dikkatsizlik,eğitim eksikliği, (Kişinin kendini kontrolü, eğitmesi ve sorumluluğunu bilerek disipline olması ile en aza indirilir).

S O N U Ç

DOĞRU SONUÇ ÖRNEK ALANLARIN VE ANALİZCİLERİN

KOORDİNELİ VE BİLİNÇLİ ÇALIŞMALARINI

GEREKTİRİR. NUMUNENİN ALINMASINDAN

SONUÇLARIN VERİLMESİNE KADAR GEÇEN ÇEŞİTLİ

AŞAMALARIN BİR TANESİNDE BİLE (ÖRNEK ALMA,

SAKLAMA,NAKLETME,ÇÖZME VE ÖLÇME) YAPILACAK

HATA SONUÇLARIN DOĞRULUĞUNU BOZAR VE DİĞER

ÇABALARIN ANLAMI KALMAZ.