15-mavzu: elektrokimyoviy jarayonlar

• 15-mavzu: ELEKTROKIMYOVIY JARAYONLAR

• 15.1. Elektrokimyoviy jarayonlar

• Nazorat savollari

• O’quv moduli birliklari:

• 15.2. Galvanik elementlar

• 15.3. Standart vodorod va metallarni standart elektrod potensiali

• 15.1. Elektrokimyoviy jarayonlar

• Elektr toki ta’sirida yoki o’zi elektr toki hosil qilib boradigan kimyoviy jarayonlar elektrokimyoviy jarayonlar deyiladi. Bunday jarayonlarni kimyoning elektrokimyo bo’limida o’rganiladi. Elektrokimyo kimyoviy va elektr energiyalarining bir biriga aylanish qonuniyatlarini o’rganadi.
• Agar oddiy kimyoviy reaksiya paytida elektronlar bir zarrachadan ikkinchisiga ko’chib o’tishi ular to’qnashgan paytda sodir bo’lsa, elektrokimyoviy jarayon paytida elektronlar ma’lum bir yo’nalish orqali, ya’ni biror – bir elektr o’tkazgich yordamida biridan ikkinchisiga o’tadi. Bu xil reaksiyalar odatda o’zidan tok o’tkazadigan, biror – bir qattiq yuza (elektodda)da borib, ko’pchilik holatlarda reaksiya tezligi va uning borish va bormasligi ana shu elektrod xossasiga ham bog’liq bo’ladi. Elektrokimyoning vujudga kelishi natijasida endilikda ko’pgina kimyoviy jarayonlarni elektr energiyasi yordamida amalga oshirish imkoniyati paydo bo’ldi.
• Shunday qilib XX asr boshlariga kelib, elektrokimyo sanoati vujudga keldi, u sanoat ishlab chiqarishning juda ko’p tarmoqlarini o’z ichiga oldi. Jumladan, elektrometallurgiyada elektr toki ishtirokida deyarli barcha rangli metallar elektroliz orqali ma’danlardan ajratib olina boshlandi. Mis, nikel, alyuminiy, kumush, oltin kabi ko’pgina metallar elektrokimyoviy yo’l bilan olinadi va tozalanadi. Galvanotexnika usuli bilan ko’pgina metall buyumlarning yuzasi, xrom, mis, latun, nikel, kumush, oltin kabi metallar bilan qoplana boshlandi.

• Galvanik elementlar deb – oksidlanish–qaytarilish reaksiyalari natijasida kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantirib beruvchi elektrokimyoviy sistemalarga aytiladi. Galvanik elementlar boshqacha nom bilan kimyoviy tok manbalari ham deb aytiladi. Birinchi yasalgan galvanik element Daniel–Yakobi elementi deyilib, u mis va rux elektrodlarining shu metallar tuzlari eritmalariga tushirilib yasalgan edi.
• Mis va rux elektrodlar galvanometr orqali metall o’tkazgich bilan ulangan. Elementda faol metall rux o’zining ionlarini eritmaga yuborib, elektrodda elektronlar ortiqchaligi vujudga keladi va rux anod vazifasini o’taydi.
• Anod (–) Zn – 2e → Zn+2
• Mis nisbatan kam faol bo’lganligi tufayli ruxdagi elektronlar metall o’tkazgich orqali misga o’tib uning yuzasida eritmadagi mis ionlari qaytarilib, mis katod vazifasini bajaradi:
• Katod (+) Cu+2 + 2e → Cu
• Shunday qilib, tashqi o’tkazgich orqali elektronlar harakati vujudga keladi, ya’ni tok o’ta boshlaydi va quyidagi reaksiya ketadi:
• Zn + Cu+2 → Zn+2 + Cu
• Rux oksidlanadi, mis ionlari qaytariladi. Shu bilan bir qatorda rux sulfat eritmasida rux ionlari miqdori ortib, mis sulfat eritmasida sulfat ionlari ortiqchaligi vujudga keladi.

• 15.2. Galvanik elementlar

• Har bir yarim element berilgan moddaning oksidlangan va qaytarilgan shakllari sistemasini ifoda etadi. Bu sistemani redoks–sistema yoki oksidlanish–qaytarilish jufti, redoks jufti ham deyiladi. Bunday juftlarga misol sifatida: Fe3+/Fe2+, MnO4–/Mn2+, Sn4+/Sn2+ va hokazolarni keltirishimiz mumkin. Redoks so’zi lotinchadan olingan bo’lib, reductio (qaytarilish) va oxydatio (oksidlanish) ma’nolarini anglatadi. Har bir alohida olingan juftning potensialini o’lchash mumkin emas. Ammo har bir yarim elementni shartli standart qilib qabul qilingan bitta elektrodga nisbatan potensialini o’lchash mumkin. Bunday elektrod sifatida standart vodorod elektrodi qabul qilingan.
• Standart vodorod elektrodning potensiali hamma haroratlarda nolga teng deb olingan. U holda elektrod potensiallari orasidagi farqni ifodalovchi tenglamadagi E2=0 bo’lsa elektr yurituvchi kuch=E1 bo’ladi. Shunday qilib berilgan elektrod potensiali – shu berilgan elektrod va standart vodorod elektroddan tuzilgan elementning elektr yurituvchi kuchidir.
• Oksidlanish–qaytarilish potensiali (E) ning konsentratsiya va haroratga bog’liqligi Nernst tenglamasi orqali ifodalanadi ya’ni:
• Bu yerda Eo – standart oksidlanish–qaytarilish potensiali, R– universal gaz doimiysi (8,312 j/k-mol), T–absolyut harorat, F–Faradey soni (96500 Kl), n–elektrod jarayonida ishtirok etadigan elektronlar soni, aok –moddaning oksidlangan shakli aktivligi, ared– moddaning qaytarilgan shakli aktivligi:

• 15.3. Standart vodorod va metallarni standart elektrod potensiali