Nitrat iyonunun polipirol kaplı bakır elektrotta elektrokimyasal indirgenmesi

Abstract

Azot canlılar için önemli bir maddedir. Canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için oksijen ve karbondioksite ihtiyaç duydukları gibi, büyüyebilmek için de azota (N2) ihtiyaç duyarlar. Ekosistemlerdeki canlıların kullanabilmesi için öncelikle atmosferik azot gazının inorganik forma indirgenmesi (fiksasyon) gerekmektedir. Fiksasyon sonucu elde edilen inorganik form genellikle amonyak (NH3) ve nitrattır (NO3-). Azot döngüsü çok basamaklı tepkimelerden oluşur. Hem azotun indirgenmesi hem de bu indirgenme prosesinde ara ürün olarak meydana gelen nitrat iyonunun indirgenmesi doğada kendiliğinden gerçekleşmektedir. İndirgenme işlemindeki her bir basamak, laboratuar koşullarında aydınlatılmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmada, polipirol kaplı bakır elektrot ve bakır elektrot üzerinde nitrat iyonunun, asidik ortamdaki elektrokimyasal indirgenme reaksiyonu incelenmiştir. Nitrat iyonunun elektrokimyasal indirgenme reaksiyonuna pH' nın, elektrot potansiyelinin, nitrat iyonu derişiminin ve polimer film kalınlığının etkisi incelenmiştir. Aynı zamanda, sabit potansiyel elektrolizleri ile nitrat iyonunun ve oluşan ürünlerin derişimleri spektrofotometrik analiz yoluyla tespit edilmiştir. Cu elektrotta, nitrat iyonunun indirgenmesiyle ana ürün olarak nitrit iyonu belirlenirken, Cu-PPy elektrotta ana ürün olarak amonyum iyonu belirlenmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde, nitrat iyonunun elektrokimyasal indirgenme reaksiyonun Cu elektrotta elektron transferi, Cu-PPy elektrotta hidrojenasyon üzerinden yürüdüğü düşünülmektedir. Bu veriler ışığında, nitrat iyonunun indirgenmesine ait olası bir mekanizması önerilmiştir.

Nitrogen is a very crucial material for all living creatures. As creatures need oxygen and carbon dioxide to live, they also need nitrogen (N2) for the same reason. Nitrogen can only be used by very few organisms while it is in the gas form. First of all atmospheric nitrogen gas is needed to be in an inorganic reduction form to be used by the creatures in the ecosystem. Generally, ammonium (NH3) and nitrate (NO3-) are the inorganic forms which are produced by the fixation. Nitrogen cycle consist of muti-step reactions. Both reduction of nitrogen and reduciton of nitrate that intermediate product in reduction process spontaneously occur in nature. Reduction at each step in the process, trying to be solved in laboratory conditions. In this study, we examine the electrochemical reduction reaction of nitrate ion on both the polypyrrole coated copper electrode (Cu-PPy) and the copper electrode(Cu). We also examine the effects of nitrate ion to the pH, the electrode potential, the nitrate-ion concentration and the polymeric film thickness of the electrochemical reduction reaction. At the same time, we determine the concentration of nitrate ion with constant potential electrolyze and the reaction?s products by spectrophotometric analysis. NO2- is detected as the main product by electrochemical reduction of nitrate on Cu electrode and NH4+ is the main product on Cu-PPy electrode. As an evaluation of results, we estimated that the electrochemical reduction of nitrate occurs by electron transfer on Cu electrode and by hydrogenation on Cu-PPy electrode. Based on these data, we estimate a possible reaction mechanism belonging to the nitrate ion reduction.