13. Mutaxasislikka kirish fani va uning vazifalari. Mutaxassis

96. Elektroliz va uning amaliy axamiyati
Elektroliz (elektro... va ...liz) - qizdirib suyuqlantirilgan elektrolit yoki uning suvdagi eritmasi orqali oʻzgarmas elektr toki oʻtganida elektrodlarda sodir boʻladigan oksidlanishqaytarilish jarayonlari. E.ning mohiyati kimyoviy reaksiyani elektr energiyasi hisobiga amalga oshirishdan iborat. Elektr toki berilganda ionlarning elektron qabul qilish yoki elektron berish hodisasi birlamchi jarayonni tashkil qiladi. Bu jarayon natijasida koʻpincha E.ning dastlabki mahsulotlari hosil boʻladi. E. mahsulotlari sof holda ajralib chiqishi yoki erituvchi bilan oʻzaro kimyoviy reaksiyaga kirishishi mumkin. Ikkinchi holda E.ning ikkilamchi mahsulotlari hosil boʻladi. Qizdirib suyuklantirilgan elektrolitlar E. qilinganida faqat birlamchi mahsulotlar chiqadi. Elektrolitlarning suvdagi eritmalarida E. ancha murakkab boradi, chunki koʻpincha ikkilamchi jarayonlar sodir boʻladi. Umuman E. jarayonining borishi va E. oxirida qanday mahsulotlar hosil boʻlishi birlamchi mahsulotlar, erituvchi tabiati, elektrodlarning qanday materialdan yasalgani, tra, elektrodlardagi tokning zichligi va h.k.ga bogʻliq. Katod, yaʼni doimiy tok manbaining manfiy qutbiga ulangan elektrod qaytaruvchilik rolini bajaradi, anod esa (yaʼni manbaning musbat qutbiga ulangan elektrod) oksidlovchi sifatida xizmat qiladi. Elektrodlarda ajralib chiqadigan moddalarning massalari, tok kuchi va E. davom etadigan vaqt orasida matematik tenglamalar bilan ifodalanadigan bogʻlanishlar mavjud (qarang Faradey qonunlari).
E. sanoatning turli sohalarida keng qoʻllanadi. Kimyo sanoatida xlor va ishqorlar olishda, xlorat, perxlorat, persulfat kislota, kaliy permanganat, sof holdagi vodorod, ftor va boshqalar qimmatli mahsulotlar hosil qilishda, rangli metallurgiyada metallarni rafinatsiyalasht E.dan foydalaniladi. Turli metallarning birikmalarini qizdirib suyuqlantirib, E. yordamida oʻsha metallar ajratib olinadi. Mashinasozlik, radiotexnika, elektronika, poligrafiya sanoatlarida turli buyumlar sirtini metallar bilan qoplashda va boshqalarda E. qoʻllanadi.
Elektrolitik dissotsiya. Elektrolit eriganda molekulalarining musbat va manfiy zaryadlangan ionlarga ajralishiga elektrolitik dissotsiatsiya deyiladi. Natijada eritmada musbat ionlar (kationlar) va manfiy ionlar (anionlar) hosil bo`ladi. Odatda kationlar metallar va vodorodning ionlari, anionlar esa kislota
Elektroliz.Tashki elektr maydoni bo`lmaganda eritmani tashkil qiluvchi qarama-qarshi ishorali ionlar va molekulalar betartib harakat holatida bo`ladi. Agar eritmaga elektr maydoni ta’sir etsa, ionlarning harakati tartibga tushadi. Elektrolitda elektr tokini sim orqali tok manbaiga ulangan elektrodlarni tushirish bilan hosil qilish mumkin.
lektr maydoni ta’sirida kationlar manfiy elektrod katodga (k) qarab, anionlar esa musbat elektrod anodga (A) qarab harakatlana boshlaydi. Shuni ta’kidlash lozimki ionlarning tezligi juda kichik masalan E=10<sup>2</sup> v/m bo`lganda vodorod ionlarining tezligi m/s bo`ladi. Natijada elektrolitlarda zaryadlangan zarralarning batartib harakati, ya’ni elektr toki vujudga keladi.Tok kuchi elektrolitning ma’lum kesimidan o`tuvchi earyadning vaqtga nisbatiga teng. Elektr tokining zichligi esa Om qonuniga muvofiq aniqlanadi. Elektrolitdan tok o`tganda elektroliz hodisasi ro`y beradi.
Elektrolitdan tok o`tganda tarkibiga kiruvchi moddalarning elektrodlarda ajralib chiqishiga elekroliz hodisasi deyiladi.
Elektrolitlarda tok o`tishi moddaning ko`chishi bilan bog’liq bo`lganligi sababli ularga ikkinchi tur o`tkazgichlar deyiladi.
Faradeyning birinchi qonuni. 1833 yil M.Faradey elektroliz qonunlarini yaratdi. Faradeyning birinchi qonuni: elektrodda ajralib chiqadigan moddaning massasi m, elektrolitdan o`tgan zaryad miqdori Q ga proportsional.
Elektroliz hodisasi texnikada va sanoatda keng qo`llaniladi. Bu usul bilan toza moddalar: temir, marganets, xrom, mis, rux, xlor, ftor va boshqa moddalar ajratib olinadi.
Galvanotexnika. Metalldan yasalgan detallar va asboblarni zanglamaydigan qoplama bilan qoplash usuli galvanotexnika ham sanoatda keng qo`llaniladi.Tez oksidlanadigan metallardan yasalagn narsalarning sirti qiyin oksidlanadigan: nikel, kumush, rux va boshqalar balan qoplanadi. Nikellangan buyumlar: samovar, choynik, pichok, qoshiq, sanchqilar shu usul bilan hosil qilinadi.
Narsalarning sirtini oksidlanmaydigan metallar bilan qoplashga galvanostegiya deyiladi. Bu usul eng arzon, qulay va tez bajariladigan usuldir.
Masalan nikel bilan qoplash kerak bo`lgan buyumni yaxshilab tozalab so`ngra elektrolitik vannaga tushiriladi. Vannaga nikelning ikkilamchi tuzining ammiakdagi eritmasi solinadi. Anod sifatida nikel parchasi olinsa, buyum katod vazifasini o`taydi. Ma’lum vaqt tok o`tkazilib, nikel qatlamining kerakli qalinligi hosil qilinadi.
Buyumlarni kumush yoki oltin bilan qoplashda kumush va oltin tuzlarining eritmalaridan foydalaniladi.
Biror shaklni hosil qilish uchun buyum sirtiga metallni elektrolitik chuktirish usuliga galvanoplastika deyiladi.Galvanoplastika 1836 yilda rus fizigi B.Yakobi tomonidan kashf etilgan bo`lib, tezda sanoatda keng qo`llanila boshladi.
3. Galvanik elemen. U turli baraeleflar (naqsh), xaykalchalar nusxasini tayyorlashda, kredit kartochkalari va boshqa kog`ozlarni chiqarish uchun klihe tayyorlashda foydalaniladi.
Agar eritmaga metall elektrod tushirilsa, unda elektrodning manfiy ionlari metal sirtiga kelib kristall panjaradagi musbat ionlarni sug`urib oladi. Shu bilan birga teskari jarayon, metal ionlarining elektrodda yopishishi ham ro`y beradi. Agar elektrolitning kationlari elektrod metalining ioni bo`lsa juda ham yaxshi bo`ladi.
Metall ionlarining eritmaga o`tishi natijasida, metal- manfiy, eritma esa musbat zaryadlanib qoladi, ya’ni eritmadan metalga yo`nalgan elektr maydoni vujudga keladi va u metalning yana erishiga to`sqinlik qiladi. Bordi-yu dastlab teskari jarayon eritma ionlarining elektrodda yopishib qolishi jadalroq ro`y bersa, unda elektrod musbat zaryadlanib qoladi.
Har ikkala holda ham, metal va eritma orasida paydo bo`lgan potentsiallar farqi elektrodning emirilish va kristallanish tezligini tenglashtirib turadi.Bu potentsiallar farqi mazkur metalning mazkur eritmadagi elektrolitik potentsiali deyiladi.
Agar eritmaga turli metallardan yasalgan ikkita elektrod botirilsa, ularning elektrolitik potentsiallari farqiga teng bo`lgan potentsiallar farqi vujudga keladi. Shunday qilib, metal va elektrolitlarning kimyoviy ta’sir energiyasi elektr maydon energiyasiga aylanadi.
Galvanik elementlarning ko`pchiligida uzoq foydalanilganda EYuK kamayadi va tok berolmay qoladi. Bunga sabab elektrodlarning qutblanishidir.
Volta elementining ish prinsipida katta kamchilik mavjud. Mis elektrodda ajralayotgan vodorodlar ma’lum vaqtdan so`ng elektrodni o`rab oladi va vodorodning yangi ionlari kelishiga to`sqinlik qiladi. Natijada elektrodlarning elektrolitik potentsiali va demak ularning farqi ham o`zgaradi.Bu hodisaga elektrolitlarning qutblanishi deyiladi. Elektrodlarning qutblanishi elementda go`yoki qarama-qarshi EYuK vujudga keltiradi va undagi tokni kamaytiradi. Elementning qutblanishini yo`qotish uchun, ajraladigan gaz bilan birikuvchi oksidlovchi modda kiritiladi. Bunday oksidlovchilarga qutblashni yo`qotuvchilar, qutblarni yo`qotuvchi elementlarga esa qutblanmaydiganlar deyiladi va ular ancha uzoq vaqt ishlaydi. Qutblanmaydigan galvanik elementlarning juda ko`p turlari mavjud bo`lsada ularning ish prinsipi bir xil. Ularning eng ko`p tarqalganlaridan biri Leklanshe elementi bo`lib EYuK 1,5 V ni tashkil qiladi.
Akkumlyator. Galvanik elementlar unda mavjud bo`lgan kimyoviy energiya to`la sarflanguncha (masalan Leklanshe elementida ruh eriguncha) ishlashi mumkin. So`ngra esa faoliyatini to`xtatadi. Shuning uchun ham ba’zida, ularning faoliyati uchun zarur bo`lgan kimyoviy energiyani elektroliz natijasida tiklashi mumkin bo`lgan galvanik elementlardan foydalaniladi.
Bunday elementlarga akkumlyatorlar, ularda elektroliz yordamida energiyani to`plash jarayoniga esa akkumlyatorlarni zaryadlash (energiyani to`plash) deyiladi.
Akkumlyatorlarni zaryadlashda tashqi manbaning toki u beradigan tokka qarama-qarshi yo`nalishda o`tkaziladi.
Texnikada ikki xil kislotali va ishqorli akkumlyatorlardan foydalaniladi. Kislotali akkumlyatorlar sulfat kislota eritmasiga tushirilgan qo`rg`oshin plastinkalardan tashkil topgan. Manfiy plastinka toza qo`rg`oshindan sirti yumshoq qilib, musbat plastinka esa qo`rg`oshin ikki oksidi bilan qoplangan bo`ladi. Akkumlyator razryadlanganda har ikkala plastinka ham asta-sekin oltingugurt kislotali qo`rg`oshin bilan koplana boshlaydi. Akkumlyator zaryadlanganda esa musbat va manfiy plastinkalar orasidagi farq tiklanadi. Kislotali akkumlyatorlarning EYuK. 2V atrofida bo`ladi.
Ishqorli akkumlyatorlar cho`ntakchalari bor nikelli temir plastinkalardan tashkil topgan. Musbat plastinkaning cho`ntagida nikel oksidi, manfiy plastinkaning cho`ntagida esa temir oksidi solinadi. Elektrolit vazifasini kaliy ishqori o`taydi. Ishqorli akkumlyatorning EYuK. 1,4 V ni tashkil qiladi. Ishqorli akkumlyatorlar kislotalarnikiga nisbatan qulay va yengil, zararli bug` va gazlar chiqarmaydi, qisqa paytdagi qisqa tutashuvda buzilmaydi.

Akkumlyatorning F.I.K. deb, zaryadlanish paytida olgan energiyasining qancha qismini razryadlanishda qaytarishini ko`rsatadigan kattalikka aytiladi.

Kislotali akkumlyatorning f.i.k. 80%, ishqorlisiniki 60% atrofida bo`ladi. Har bir akkumlyator o`z sig`imi bilan xarakterlanadi. Akkumlyatorning sig`imi zaryadlangan akkumlyator razryadlanishda beradigan zaryad miqdori bilan o`lchanadi. U kulonlarda emas, maxsus birlik amper-soatlarda o`lchanadi.