Yüz Yıllık Elektrokimya Yasası Güncellendi!
Gouy-Chapman teorisi, bir tuz çözeltisi ile temas halindeki bir elektrotun yakınında ne olduğunu tanımlar, ancak bu tanım gerçeklikle uyuşmuyor. Araştırmacı Kasinath Ojha, Yrd. Doç. Katharina Doblhoff-Dier ve Prof. Marc Koper, teorinin yeni bir versiyonu sunuyor. “Yeni nesil elektrokimya kitapları farklı gözükecek”
Bir yakıt hücresinin içine baktığınızda genellikle platinden yapılmış olan bir elektrot göreceksiniz. Bu metal parçası, iyon adı verilen pozitif ve negatif yüklü tanecikleri bulunduran tuz çözeltisi ile temas halindedir. Eğer elektrot ve tuz çözeltisi arasındaki ara yüze yakından bakacak olursanız, tüm etkileşim türlerini anlayabilirsiniz. Elektrotun yüzeyinde elektron yükleri olan yerler bulunur. Bu yükler tuz çözeltisindeki iyonlara doğru çekilir böylece sıvının yanındaki elektrotta toplanırlar. Yüklerin bu yapısına elektriksel çift tabaka adı verilir. Eğer cihazdaki voltajı değiştirirseniz, çift tabaka da değişir. Gouy-Chapman teorisi bu yükün tam olarak nasıl dağıldığını açıklar.
Gerçekliğe Uymayan Teori
Araştırmacı Kasinath Ojha ve Yrd. Doç. Katharina Doblhoff-Dier ile Kataliz ve Yüzey Kimyası Profesörü Marc Koper, bu tanımın gerçeklikle uyuşmadığını keşfetti. “Bu yüzyılı aşmış ve 20. Yüzyılın 40’larında ve 50’lerinde David Grahame tarafından doğrulanan, katı metaller ile ölçümler zor olduğu için elektrot olarak civa kullanılan klasik bir teori” şeklinde açıkladı. “İnsanlar teorinin aynı zamanda platin gibi katı metallere de uygulanabilir olduğunu düşündü ancak bunun doğru olmadığı ortaya çıktı.” Koper’ın araştırma ekibi PNAS dergisinde geliştirilmiş teoriyi sundular.
Önemli Miktarlar Bulunamıyor
Gouy-Chapman teorisini kullanarak hangi voltajda çift tabakada etkileşim olmadığının tahminini yapabilirsiniz. Bu tam olarak elektrotta sıfır yük biriktiğinde ve sonuç olarak tuz çözeltisindeki iyonlar etkileşime girmediğinde olur. Bu duruma sıfır yükün potansiyeli denir. Koper’a göre bu elektrokimyacılar için önemli bir miktardır.
Makalenin baş yazarı Ojha “Ölçümleri çok fazla seyreltilmiş tuz çözeltilerinde yapıyoruz” şeklinde açıkladı. “Konsantrasyonu yeterince düşük yaptığınızda, sıfır yükün potansiyelini bir noktada bekleyebilirsiniz. Ancak bizim platin ile yaptığımız ölçümlerde bu noktaya asla ulaşamadık.”
“Eureka!” Anı
Koper’a göre, Ojha’nın, çözeltiyi 10 katı kadar daha seyrelterek konsantrasyonu daha da düşürme ile ilgili ‘dahiyene fikri’ vardı. Daha önce bunu kimse yapmadığından ve potansiyel sıfır nihayet ortaya çıktığından, bu bir eureka anına dönüştü. Koper “Ekstrem şekilde düşük konsantrasyonlara gitmek zorunda kalmamız, çift tabakada teorinin öngördüğünden daha fazla iyon bulunduğunu gösteriyor” şeklinde açıkladı. “Bu miktarda iyonlara sebep olan bir olay var ancak teori bunu hesaba katmıyor.”
Olası açıklamalar
Araştırmacılar tam olarak neler olduğunu henüz açıklayamasa bile çeşitli ipuçları ve fikirleri var. Koper “İyonun doğası, çift tabakadaki iyon sayısı ile ilgili değil. Ancak pozitif yüklü iyon ve negatif yüklü iyon boyutu arasındaki fark önemli. Çünkü, küçük bir iyon elektrota, büyük bir iyondan daha fazla yaklaşabilir, bu durum da ölçümlerde asimetriye yol açar” şeklinde açıkladı. Ek olarak Ojha, bu bilinmeyen etkileşimin sıcaklıktaki değişimlere karşı hassas olduğunu ekledi.
Bu etkenler göz önüne alındığında Koper, etkileşimin kimyasal bir doğaya sahip olmadığı sonucuna vardı. Profesörün aldığı ERC ödeneği, bu yapbozdaki eksik parçayı doldurmak için yardımcı olacak.
Güncellenmiş Kitaplar
Ojha’nın ölçümlerine dayanarak, araştırmacılar Gouy-Chapman teorisini, gerçekliğe daha yakın şekilde tanımlayan ve tahmin eden bir şekilde güncellediler. Ojha:” Tüm bulgularımızın, yeni nesil elektrokimya kitaplarında yer alacağını umuyoruz. İnsanlar metaller üzerinde birçok elektrokimyasal ölçümler yapıyor ve güncellenmiş teori sayesinde bu tür metallerdeki mekanizma ve reaksiyonlara karşı olan anlayışlarını ilerletebilirler.”
Kaynak: sciencedaily.com
