Elektrokimyasal Hücreler

1. Yukarıda tanımı verilen düzenek, kullandığımız bütün pillerin temelini oluşturur. Bu düzeneğin adı nedir?

• A) Galvanik hücre
• B) Elektrolitik hücre
• C) Kondansatör
• D) Transformatör
• E) Direnç

Doğru cevap: A — Kendiliğinden yürüyen bir redoks tepkimesinin kimyasal enerjisini elektrik enerjisine çeviren düzenek galvanik (voltaik) hücredir.

1. Tanımın iki anahtarı var: tepkime "kendiliğinden" (istemli) gerçekleşiyor ve enerji dönüşümü kimyasaldan elektriğe doğru.
2. Galvanik hücrede anottaki yükseltgenmeden açığa çıkan elektronlar dış devreden katoda gider; bu elektron akışı elektrik akımıdır.
3. Elektrolitik hücre ise tersini yapar: dışarıdan elektrik enerjisi harcayarak istemsiz bir tepkimeyi yürütür. Tanım bu yüzden galvanik hücreye uyar.
4. Denetleyelim: el feneri pili hiçbir güç kaynağına bağlı olmadan akım üretir ✓; pillerin temeli galvanik hücredir.

2. Elektrokimyasal hücrelerde anot ve katotta gerçekleşen tepkimeler sorulmaktadır. Doğru eşleştirme hangisidir?

anot: yükseltgenme, katot: indirgenme

• A) Anotta indirgenme, katotta yükseltgenme
• B) İkisinde de indirgenme
• C) Anotta yükseltgenme, katotta indirgenme
• D) İkisinde de yükseltgenme
• E) Anotta hiçbir tepkime olmaz

Doğru cevap: C — Her elektrokimyasal hücrede anotta yükseltgenme, katotta indirgenme gerçekleşir.

1. Yükseltgenme elektron vermek, indirgenme elektron almaktır.
2. Anot, elektronların tanecikten ayrıldığı elektrottur; orada bir tür elektron verir, yani yükseltgenir.
3. Katot, elektronların bir taneciğe aktarıldığı elektrottur; orada bir tür elektron alır, yani indirgenir. Bu eşleşme galvanik ve elektrolitik hücrede aynıdır; yalnız elektrotların işaretleri değişir.
4. Denetleyelim: Zn–Cu pilinde anotta Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (yükseltgenme), katotta Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (indirgenme) ✓.

3. Çalışan bir galvanik hücrede dış devredeki elektron akış yönü sorulmaktadır. Elektronlar hangi yönde hareket eder?

elektron: anot \rightarrow katot

• A) Katottan anoda
• B) Tuz köprüsünden geçerek
• C) Çözelti içinden
• D) Her iki yönde eşit
• E) Anottan katoda

Doğru cevap: E — Galvanik hücrede elektronlar yükseltgenmenin olduğu anotta açığa çıkar ve dış devreden anottan katoda akar.

1. Anotta yükseltgenme olur; metal atomları elektron verip iyonlaşır, elektronlar elektrotta birikir.
2. Bu elektronlar dış devreye (tel) geçer; tel onları katoda taşır.
3. Katotta çözeltideki iyonlar bu elektronları alarak indirgenir; akış anottan katoda doğru sürer.
4. Denetleyelim: galvanik hücrede anot negatif (−), katot pozitif (+) kutuptur; negatif yüklü elektronlar da − kutuptan + kutba akar ✓.

4. Galvanik hücrelerdeki tuz köprüsünün çıkarılması durumunda akımın hemen kesildiği gözlenmektedir. Tuz köprüsünün görevi nedir?

• A) Elektron taşımak
• B) İyon geçişiyle iki yarı hücredeki yük birikmesini dengelemek ve devreyi tamamlamak
• C) Çözeltileri karıştırmak
• D) Elektrotları tutmak
• E) Isıyı dağıtmak

Doğru cevap: B — Tuz köprüsü iyon geçişiyle iki yarı hücredeki yük birikmesini dengeler ve devreyi tamamlar.

1. Hücre çalışırken anot bölmesine metal katyonları geçer; orada pozitif yük fazlası oluşur.
2. Katot bölmesinde katyonlar indirgenip çözeltiden ayrılır; orada negatif yük fazlası (artan anyonlar) kalır.
3. Bu yük birikmesi elektron akışını hemen durdurur. Tuz köprüsü anyonları anot bölmesine, katyonları katot bölmesine göndererek iki bölmeyi de nötr tutar ve iç devreyi tamamlar.
4. Denetleyelim: köprü çıkarılınca iyon yolu kesilir, yük dengelenemez ve akım hemen durur ✓; gözlem bu açıklamayla uyuşur.

5. Tabloda iki hücre türündeki elektrot işaretleri karşılaştırılmış, biri boş bırakılmıştır. Tabloda eksik kalan işaret hangisidir?

• A) Pozitif (+)
• B) Negatif (−)
• C) Nötr
• D) Değişken
• E) Belirlenemez

Doğru cevap: B — Elektrolitik hücrede işaretler galvanik hücrenin tersidir: anot pozitif, katot negatif (−) kutuptur.

1. Galvanik hücrede anot kendiliğinden elektron ürettiği için negatif, katot pozitif kutuptur (tablodaki ilk satır).
2. Elektrolitik hücrede elektrotlar güç kaynağına bağlanır: kaynağın negatif ucu bağlı olduğu elektroda elektron pompalar, bu elektrotta indirgenme olur, yani katottur.
3. Kaynağın pozitif ucu elektronları çeker; orada yükseltgenme olur, yani anottur. Tabloda anot pozitif yazılı; katot negatif (−) olmalı.
4. Denetleyelim: işaretler hücreye göre değişti ama anot–yükseltgenme, katot–indirgenme eşleşmesi iki hücrede de aynı kaldı ✓.

6. Çalışan bir galvanik hücrede elektrotların kütlelerindeki değişim ölçülmektedir. Doğru gözlem hangisidir?

anot erir, katot kalinlasir

• A) Anot kütlesi azalır, katot kütlesi artar
• B) İkisi de azalır
• C) İkisi de artar
• D) Anot kütlesi artar, katot kütlesi azalır
• E) İkisi de değişmez

Doğru cevap: A — Galvanik hücrede anot metali iyonlaşıp çözeltiye geçtiği için incelir, katotta metal biriktiği için kalınlaşır.

1. Anotta yükseltgenme olur: metal atomları (örneğin Zn → Zn²⁺ + 2e⁻) iyon olarak çözeltiye geçer; elektrotun kütlesi azalır.
2. Katotta indirgenme olur: çözeltideki metal iyonları (örneğin Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu) elektron alıp elektrot yüzeyinde katı metal olarak birikir.
3. Katot kütlesi artar; iki elektrotun kütle değişimleri ters yönlüdür.
4. Denetleyelim: Zn–Cu pilinde çinko çubuk zamanla aşınır, bakır çubuk üzerinde kırmızımsı bakır birikir ✓.

7. Bir galvanik hücrenin iki ayrı kapta kurulmasının gerekçesi sorulmaktadır. Bu ayrımın nedeni nedir?

• A) Elektronların dış devreden geçmeye zorlanması; aynı kapta doğrudan aktarım olur ve elektrik elde edilemez
• B) Çözeltilerin donmaması
• C) Elektrotların paslanmaması
• D) Kapların ucuz olması
• E) Isının dağılması

Doğru cevap: A — Galvanik hücre iki kapta kurulur ki elektronlar dış devreden geçmeye zorlansın; aynı kapta aktarım doğrudan olur ve elektrik elde edilemez.

1. Çinko çubuk Cu²⁺ iyonlarıyla aynı kaptaysa elektronlar çinkodan iyonlara doğrudan geçer; tepkime yürür ama enerji ısı olarak açığa çıkar.
2. İki yarı hücre ayrı kaplara konunca yükseltgenen ve indirgenen türler birbirine dokunamaz; elektronlar ancak dış devredeki tel üzerinden katoda ulaşabilir.
3. Teldeki bu yönlü elektron akışı elektrik akımıdır ve bir cihazı çalıştırabilir; iki kap tuz köprüsüyle bağlanarak iç devre tamamlanır.
4. Denetleyelim: seçilen gerekçe enerjinin ısı yerine elektrik olarak alınmasını açıklıyor ✓; hücrenin var olma amacı da budur.

8. Bir pilin zamanla bitmesinin kimyasal nedeni sorulmaktadır. Doğru açıklama hangisidir?

• A) Elektronların tükenmesi
• B) Pilin ısınması
• C) Kabın delinmesi
• D) Tepkimeye giren maddelerin tükenmesi ve tepkimenin dengeye ulaşması
• E) Elektrik akımının yok olması

Doğru cevap: D — Pil, tepkimeye giren maddeler tükendikçe ve tepkime dengeye ulaştıkça biter; hücre potansiyeli sıfıra düşer.

1. Pilin içinde istemli bir redoks tepkimesi yürür ve potansiyel farkı bu tepkimenin itici gücünden gelir.
2. Tepkime ilerledikçe anot metali ve katottaki iyonlar gibi girenler azalır, ürünler birikir.
3. Girenler azaldıkça tepkimenin ileri yönde yürüme eğilimi zayıflar; denge kurulduğunda net tepkime durur ve hücre potansiyeli sıfıra iner, pil biter.
4. Denetleyelim: şarj edilebilir pilde dışarıdan akım verilince girenler yeniden oluşur ve pil tekrar çalışır ✓; bu da bitişin sebebinin maddelerin tükenmesi olduğunu gösterir.

9. Tabloda iki pil türü karşılaştırılmış, biri boş bırakılmıştır. Tabloda eksik kalan açıklama hangisidir?

• A) Yine tersinmez
• B) Hiç tepkime olmaz
• C) Tersinir, dışarıdan akım verilerek şarj edilebilir
• D) Yalnız bir kez çalışır
• E) Belirlenemez

Doğru cevap: C — Sekonder (ikincil) pillerde tepkime tersinirdir; dışarıdan akım verilerek şarj edilebilir.

1. Tablonun ilk satırı primer pili tanımlıyor: tepkime tersinmez, pil şarj edilemez (çinko-karbon pil).
2. İkinci satırdaki örnekler kurşunlu akü ve lityum iyon pil; ikisi de telefonda ve araçlarda tekrar tekrar doldurulan pillerdir.
3. Şarj sırasında dışarıdan verilen akım hücreyi elektrolitik hücre gibi çalıştırır; tepkime ters yönde yürür ve girenler yeniden oluşur. Boşluğa "tersinir, dışarıdan akım verilerek şarj edilebilir" gelir.
4. Denetleyelim: seçilen açıklama primer pilin "tersinmez" özelliğinin karşıtı ve verilen örneklerle uyumlu ✓.

10. Lityum iyon pillerinin cep telefonu ve elektrikli araçlarda yaygınlaşmasının kimyasal nedeni sorulmaktadır. Doğru açıklama hangisidir?

• A) Lityumun ucuz olması
• B) Lityumun ağır olması
• C) Lityumun renksiz olması
• D) Lityumun yanmaz olması
• E) Lityumun çok aktif ve hafif bir metal olması; birim kütle başına yüksek enerji sağlaması

Doğru cevap: E — Lityum hem çok hafif hem de elektron verme eğilimi çok yüksek bir metal olduğu için birim kütle başına yüksek enerji sağlar.

1. Taşınabilir cihazlar için ölçüt, pilin kütlesine göre ne kadar enerji depolayabildiğidir.
2. Lityum en hafif metaldir (atom kütlesi yaklaşık 7); aynı miktar elektron için çok az kütle gerekir.
3. Elektron verme eğilimi (aktifliği) de çok yüksektir; bu, yüksek hücre potansiyeli demektir. Hafiflik ve yüksek potansiyel birleşince birim kütle başına enerji büyür.
4. Denetleyelim: telefon ve elektrikli araçta pil kütlesi kısıtlıdır ✓; yüksek enerji yoğunluğu tam bu kısıtı karşılar.

11. Hücre gösteriminde çift dikey çizginin neyi temsil ettiği sorulmaktadır. Bu sembol neyi gösterir?

anot \,|\, ... \,\|\, ... \,|\, katot

• A) Elektrotu
• B) Elektronu
• C) Isıyı
• D) Tuz köprüsünü
• E) Dış devreyi

Doğru cevap: D — Hücre gösteriminde tek dikey çizgi faz sınırını, çift dikey çizgi tuz köprüsünü gösterir.

1. Gösterim soldan sağa yazılır: solda anot yarı hücresi, sağda katot yarı hücresi.
2. Tek çizgi (|) iki farklı faz arasındaki sınırı gösterir; örneğin katı çinko ile Zn²⁺ çözeltisi arasındaki sınır: Zn(k) | Zn²⁺(suda).
3. İki yarı hücreyi birbirine bağlayan tuz köprüsü çift çizgiyle (‖) yazılır: Zn | Zn²⁺ ‖ Cu²⁺ | Cu.
4. Denetleyelim: gösterimde çift çizgi iki yarı hücrenin tam ortasında duruyor ✓; hücrede de iki kabı birleştiren parça tuz köprüsüdür.

12. Çinko ve bakır elektrotlarla kurulan bir hücrede çinkonun daha aktif metal olduğu bilinmektedir. Bu hücrede anot hangisidir?

• A) Bakır; daha soy olduğu için yükseltgenir
• B) Çinko; daha aktif olduğu için elektron verir ve yükseltgenir
• C) İkisi de anottur
• D) Hiçbiri
• E) Belirlenemez

Doğru cevap: B — Çinko daha aktif olduğu için elektron verir ve yükseltgenir; yükseltgenmenin olduğu elektrot anottur.

1. Daha aktif metal, elektron verme eğilimi daha yüksek olan metaldir; çinko bakırdan aktiftir.
2. Hücrede elektronu çinko verir: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Elektron vermek yükseltgenmedir.
3. Yükseltgenme anotta olduğu için çinko anottur; bakır ise Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu tepkimesinin olduğu katottur.
4. Denetleyelim: çinko çubuk aşınır, bakır çubukta metal birikir ✓; bu, anot ve katodun kütle davranışıyla uyuşur.

13. Hidrojen yakıt pillerinin sıradan pillerden farkı sorulmaktadır. Doğru açıklama hangisidir?

• A) Elektrik üretmemesi
• B) Şarj edilmesi
• C) Tepkime içermemesi
• D) Tepkenlerin dışarıdan sürekli beslenmesi; içindeki madde tükenmediği için beslendiği sürece çalışması
• E) Katı olması

Doğru cevap: D — Yakıt pillerinde tepkenler (hidrojen ve oksijen) dışarıdan sürekli beslenir; beslendiği sürece pil tükenmeden çalışır.

1. Sıradan pilde tepkimeye girecek maddeler hücrenin içinde kapalıdır; bunlar tükenince pil biter.
2. Hidrojen yakıt pilinde anoda hidrojen, katoda oksijen dışarıdan sürekli verilir; hücre bir depo gibi değil, bir dönüştürücü gibi çalışır.
3. Toplam tepkime $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$’dur; ürün sudur ve besleme sürdükçe elektrik üretimi sürer.
4. Denetleyelim: yakıt pili şarj edilmez, deposu doldurulur ✓; seçilen fark tam olarak bunu anlatıyor.

14. Grafikte bir pilin voltajının kullanım süresiyle değişimi verilmiştir. Sondaki hızlı düşüşün nedeni nedir?

• A) Pilin ısınması
• B) Kabın delinmesi
• C) Tepkenlerin büyük ölçüde tükenmesi ve tepkimenin dengeye yaklaşması
• D) Elektronların bitmesi
• E) Devrenin kopması

Doğru cevap: C — Tepkenler bol iken potansiyel yavaş düşer. Tükenmeye yaklaşınca derişimler hızla azalır ve voltaj çöker; pilin "birden bitmesi" böyle görünür.

1. Voltaj tepkenlerin derişimine bağlıdır.
2. Tepkenler tükenirken derişim hızla düşer.
3. Voltaj çöker.

15. Tuz köprüsündeki iyonların hareket yönü incelenmektedir. Anyonlar hangi bölmeye göç eder?

• A) Katot bölmesine
• B) İkisine eşit
• C) Hiçbirine
• D) Rastgele
• E) Anot bölmesine; orada biriken pozitif yükü dengelemek için

Doğru cevap: E — Tuz köprüsündeki anyonlar, pozitif yük biriken anot bölmesine göç eder.

1. Anotta metal atomları katyon olarak çözeltiye geçer; anot bölmesinde pozitif yük fazlası oluşur.
2. Bu fazlayı dengelemek için bölmeye negatif yük gelmelidir; negatif yüklü tanecikler anyonlardır.
3. Tuz köprüsündeki anyonlar anot bölmesine, katyonlar ise katyonların indirgenerek azaldığı katot bölmesine göç eder.
4. Denetleyelim: iki bölme de böylece elektriksel olarak nötr kalır ve akım kesintisiz sürer ✓.

16. Bazı hücrelerde platin ya da grafit gibi elektrotların kullanıldığı görülmektedir. Bu elektrotların seçilme nedeni nedir?

• A) Ucuz olmaları
• B) Çözünmeleri
• C) Renkli olmaları
• D) Tepkimeye girmeyip yalnız elektron aktarımına yüzey sağlamaları
• E) Isıtmaları

Doğru cevap: D — Platin ve grafit tepkimeye girmez; yalnız elektron aktarımı için iletken bir yüzey sağladıkları için seçilir (inert elektrot).

1. Bazı hücrelerde yükseltgenen ya da indirgenen türlerin hepsi çözeltide ya da gaz hâlindedir (örneğin Fe³⁺/Fe²⁺ ya da H₂/H⁺); ortada elektrot olacak bir metal yoktur.
2. Bu durumda elektronların alınıp verileceği iletken bir yüzey gerekir; ama bu yüzey tepkimeye katılırsa sonuç bozulur.
3. Platin ve grafit iletkendir ama bu koşullarda yükseltgenmez ya da çözünmez; elektrot kendisi değişmeden yalnız elektron aktarımına aracılık eder.
4. Denetleyelim: standart hidrojen elektrodunda hidrojen gazı platin yüzeyinde tepkimeye girer, platin değişmez ✓.

17. Uzaktan kumandaya iki pilin uç uca yerleştirilmesinin gerekçesi sorulmaktadır. Doğru açıklama hangisidir?

• A) Potansiyellerin toplanıp cihazın gerektirdiği voltaja ulaşılması
• B) Akımın azalması
• C) Pillerin uzun ömürlü olması
• D) Pillerin soğuması
• E) Direncin düşmesi

Doğru cevap: A — Piller uç uca (seri) bağlanınca potansiyelleri toplanır ve cihazın gerektirdiği voltaja ulaşılır.

1. Uç uca yerleştirmek, birinin pozitif ucunu diğerinin negatif ucuna değdirmektir; bu seri bağlamadır.
2. Seri bağlamada hücre potansiyelleri toplanır: $1{,}5 + 1{,}5 = 3$ V.
3. Kumandanın devresi 3 V ile çalışacak biçimde tasarlanmıştır; tek pilin 1,5 voltu yetmez.
4. Denetleyelim: pillerden biri ters takılırsa potansiyeller birbirini götürür ve cihaz çalışmaz ✓; bu da gerilimlerin toplandığını gösterir.

18. Atık pillerin çöpe atılmayıp ayrı kutularda toplanması istenmektedir. Bu uygulamanın gerekçesi nedir?

• A) Pillerin yeniden şarj edilmesi
• B) İçerdikleri ağır metallerin toprağa ve suya karışıp uzun süre kalıcı kirlilik yaratması
• C) Pillerin ağır olması
• D) Pillerin yanıcı olması
• E) Pillerin pahalı olması

Doğru cevap: B — Atık piller içerdikleri ağır metaller toprağa ve suya karışıp uzun süre kalıcı kirlilik yarattığı için ayrı toplanır.

1. Pillerin bir bölümünde kurşun, kadmiyum, cıva gibi ağır metaller ve aşındırıcı elektrolitler bulunur.
2. Çöpe atılan pilin kabı zamanla bozulur; bu maddeler toprağa ve yeraltı suyuna sızar.
3. Ağır metaller doğada parçalanmaz; canlıların dokularında birikir ve besin zinciri boyunca derişimleri artar. Ayrı toplamak hem bu kirliliği önler hem metallerin geri kazanılmasını sağlar.
4. Denetleyelim: seçilen gerekçe pilin ağırlığı ya da fiyatıyla değil çevreye ve sağlığa etkisiyle ilgili ✓; atık pil kutularının amacı budur.

19. Bir öğrenci basit bir galvanik hücre kurup akım elde etmek istemektedir. Düzenekte bulunması gereken bileşenler hangileridir?

• A) Yalnız iki metal çubuk
• B) Yalnız bir çözelti
• C) Aktiflikleri farklı iki metal elektrot, kendi iyonlarını içeren iki çözelti, tuz köprüsü ve dış devre
• D) Yalnız tuz köprüsü
• E) Yalnız bir güç kaynağı

Doğru cevap: C — Galvanik hücre için aktiflikleri farklı iki metal elektrot, kendi iyonlarını içeren iki çözelti, tuz köprüsü ve dış devre gerekir.

1. Potansiyel farkı için iki farklı metal gerekir: aktif olan anot olup elektron verir, daha soy olan katot olur. Aynı iki metal potansiyel farkı yaratmaz.
2. Her metal kendi iyonlarının çözeltisine daldırılır; böylece iki yarı hücre kurulur.
3. İki çözelti tuz köprüsüyle bağlanarak yük dengesi sağlanır; iki elektrot da bir telle (dış devre) birbirine bağlanarak elektronların yolu açılır.
4. Denetleyelim: bu parçalardan biri çıkarılırsa ya potansiyel farkı oluşmaz ya da devre açık kalır ve akım geçmez ✓.

20. Galvanik hücrede anotta yükseltgenme, katotta indirgenme olur; elektronlar dış devreden anottan katoda akar ve tuz köprüsü iyon geçişiyle yük dengesini sağlar. Bu bilgiye dayanarak aşağıdakilerden hangisi söylenemez?

• A) Anot kütlesi zamanla azalır.
• B) Katotta metal birikir.
• C) Tuz köprüsü çıkarılırsa akım kesilir.
• D) Elektronlar anotta açığa çıkar.
• E) Tuz köprüsü dış devrenin yerini tutar ve elektron taşır.

Doğru cevap: E — Tuz köprüsü dış devrenin yerini tutmaz ve elektron taşımaz; içinden iyonlar geçer. Bu yüzden söylenemeyecek yargı budur.

1. Verilen bilgiyi ayıralım: elektronlar dış devreden akar, tuz köprüsü iyon geçişiyle yük dengesini sağlar.
2. Diğer yargılar bu bilgiden çıkar: anotta yükseltgenme olur, metal çözünür ve kütlesi azalır; katotta metal birikir; elektronlar anotta açığa çıkar; tuz köprüsü çıkarılınca yük dengelenemez ve akım kesilir.
3. Tuz köprüsünün elektron taşıdığı yargısı ise bilgiyle çelişir; köprüde elektron değil iyon hareketi vardır ve dış devre olmadan elektronların yolu kalmaz.
4. Denetleyelim: tuz köprüsü dış devrenin yerini tutsaydı tel çıkarıldığında akım sürerdi; oysa dış devre açılınca akım durur ✓.