Elektr yurituvchi kuchni o’lchash

Elektr yurituvchi kuchni o’lchash
Kimyoviy reaksiya natijasida elektr energiyasi olinadigan, ya’ni kimyoviy energiyani elektr energiyaga aylantirib beradigan qurilmaga galvanik element deyiladi.
Galvanik element ikki yoki bir nechta elekktrolit eritmalariga tushirilgan va bir-biri bilan ulangan metal plastinkalar – elektrodlardan tashkil topadi. Masalan, shunday sistemaga mis-ruxli galvanik element misol bo’ladi, uni quyidagi sxema bilan ifodalash mumkin:
Cu  CuSO₄ eritmasi ZnSO₄ eritmasi  Zn
Bu elementda elektr energiyasi quyidagi reaksiya natijasida hosil bo’ladi:
Zn + CuSO₄ → Cu + ZnSO₄ yoki Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Kuchsiz elektrolit eritmalarida ularning ionlarga dissotsiyalanishi to’liq sodir bo’lmaydi. Bunday eritmalarda ionlar konsentratsiyalari to’g’risda gapirish mumkin. Kuchli elektrolitlarning hattoki, konsentrlangan eritmalarida erigan modda molekulalarining barchasi to’liq dissotsilanadi, ammo hosil bo’lgan ionlar elektrostatik ta’sirlashadi. Ionlararo kuchlarning ta’siri natijasida kuchli elektrolit eritmalarining ideal eritmalar qonunlaridan chetlanishi sodir bo’lishiga olib keladi. Shuning uchun bu qonunni kuchli elektrolitlarga qo’lash uchun formulaga umumiy konsentratsiya o’rniga aktivlik kattaligi kiritiladi:
a = f_a c
bunda a-aktivlik, f_a – aktivlik koeffitsiyenti, c – erigan modda konsentratsiyasi, mol/l da.
Cheksiz suyultirilgan eritmalar uchun f=1 va a = c_.
Elektrolitga tushirilgan metallning tabiatiga, elektrolit konsentratsiyasiga va temperaturaga bog’liq holda galvanic elementda elektr yurituvchi kuch (E.Yu.K.) hosil bo’ladi. Metall – elektrolit chegarasida potensiallar farqi vujudga keladi.
Metall va shu metal tuzi eritmasi o’rtasida hosil bo’lgan elektrod potensiali kattaligi Nernst tenglamasi yordamida hisoblanadi:
,
E₀-berilgan haroratda metall va eritma uchun doimiy kattalik – normal elektrod potensiali, R – gaz doimiysi, T – absolyut harorat, n – metallning valentligi, yani metallning ionga aylanishida bergan elekktronlar soni, F – Faradey soni, 96500 kl, c – metall ionlari konsentratsiyasi, kuchli elektrolitlarning konsentrlangan eritmalari uchun konsentratsiya orniga aktivlik ishlatiladi.
Tenglamaning o’ng tomonidagi natural logarifmni 2,303 ga ko’paytirib, o’nli logaifmga aylantirsak, 20⁰C harorat uchun quyidagi tenglama hsil bo’ladi:

Konsentratsiya 1 ga teng bo’lganda tenglamaning o’ng tomonidagi ikkinchi qo’shiluvchi nolga teng bo’ladi va E = E₀ qiymat olinadi.
1 litr eritmada 1 g-ion metall kationlari saqlagan eritmaga botirilgan metallning elektrod potensialiga normal yoki standart elektrod potensial deyiladi.
Metallning standart elektrod potensiali normal vodorod elektrodiga nisbatan aniqlanadi. Vodorod elektrod kislota eritmasiga tushirilgan va doimiy ravishda vodorod gazi yuborib turiladian platinalangan platina elektroddan iborat bo’lib, uni H₂/2H⁺ tarzida ifodalash mumkin. Agar vodorod gazining bosimi 1 atm va kislota eritmasi 1 litrda 1 g-ion vodorod ionlari saqlasa, normal vodorod elektrod hosil bo’ladi, uning potensiali nolga teng deb qabul qilingan. Bu elektrodni istalgan haroratda boshqa elektrod bilan taqqoslash mumkin. Metall ioni vodorodga nisbatan qaytaruvchi bo’lsa, elektrod potensiali kattaligi manfiy (–), oksidlovchi bo’lsa, musbat (+) qiymatga ega bo’ladi. Metallarning standart elektrod potensiallari ma’lumotnomalarda keltiriladi.
Galvanik elementning E.Yu.K.i elektrod potensiallari ayirmasi bilan topiladi:
E = E₂ – E₁
25⁰C da E₀(Cu/Cu²⁺)= + 0,34; E₀(Zn/Zn²⁺)= – 0,76 ga teng bo’lsa, mis-ruxli galvanik element – Cu CuSO₄ eritmasi ZnSO₄ eritmasi Zn uchun E.Yu.K.:
(+ 0,34) – ( – 0, 76) = + 1,10 V ga teng.
Agar bir metallning turli xil konsentratsiyali eritmalariga shu metalldan yasalgan ikkita bir xil elektrod tushirilgan bolsa, bunday elementga konsentratsion element deyiladi. Masalan, AgNO₃ ning konsentrlangan va suyultirilgan eritmalariga tushirilgan kumush elektrodlardan iborat galvanik element:
Ag AgNO₃ c₁ mol/l Ag AgNO₃ c₂ mol/l (c₂>c₁).
Bunday holatda zanjirning E.Yu.K.si:
ga teng bo’ladi.
Tajriba yo’li bilan E.Yu.K. ni aniqlashda kompensatsion yoki taqqoslash usuli qo’llaniladi. Bu usulda E.Yu.K.i aniq bo’lgan element (masalan, Vestonning normal kadmiyli elementining E.Yu.K.i 20⁰C da 1,01830 V ga teng. Uning qiymati boshqa haroratlarda ham juda kam o’zgaradi: E = 1,01830-0,00004(T-20); Kalomel elektrodning 25 ⁰C da E.Yu.K.i 1,0 N KCl eritmasida – 0,2816; E=0,2816 + 0,00024 (25-t); 0,1 N KCl eritmasida – 0,3341 V; KCl ning to’yinan eritmasida – 0,2426 V ga teng; Xingidron elektrodning 18⁰C da E.Yu.K.i 0,7044 V ga teng) bilan tekshirilayotgan elementning E.Yu.K. lari taqqoslanadi.
Ishning maqsadi: 1. Galvanik elementning E.Yu.K.ini o’lchash 2. Elektrod potensialini aniqlash.
Kerakli asbob va reaktivlar: Akkumlyator; reoxord; galvanometr; normal kadmiyli element; bir qutbli ulagich kalit; ikki qutbli ulagich kalit; 2 ta elektr o’chirgich kalit, kalomel elektrod, rux elektrod, mis elektrod, vodorod elektrodi, mis simlar, xingidron kristali, eritmalar: 0,1 N va 0,01 N li CuSO₄; 0,1 N va 0,01 N li ZnSO₄; KCl ning to’yingan eritmasi.
Galvanik elementlarning E.Yu.K.ini o’lchash uchun ishlatiladigan qurilmaning tuzilishi: 11 – rasmga ko’rsatilgan sxemadan foydalanib kompensatsion usulda elementning E.Yu.K.ini o’lchash qurilmasi yig’iladi. Bunda zanjirga parallel holda tekshirilayotgan element (5) va normal kadmiyli element (4) kiritiladi. Shu ikkala elementni xohlagan vaqtda zanjirga ulash mumkin bo’lishi uchun ularning manfiy (–) qutbi ikki qutbli ulagich kalit (6) ga biriktiriladi.
Tajriba olib borayotgan paytda elektroliz va boshqa jarayonlar sodir bo’lmasligi uchun ikkala element va galvonometr birgalikda kam vaqt davomida zanjirga ulanishi uchun o’chirgich kalit (8) kiritiladi.

11 – rasm. E.YU.K.ni aniqlash qurilmasining sxemasi: 1-akkumulyator; 2,8-o’chirgich kalitlar; 3-harakatlanuvchi kontakt; 4-normal kadmiyli element; 5-tekshirilayotgan element; 6- ikki qutbli ulagich kalit; 7-galvonometr; AB-reoxord.
Ishning borishi. Tajriba. Cu-Zn li galvanik element E.YU.K.ini o’lchash.
Yuqorida ko’rsatilganidek qurilma yig’iladi. Har xil konsentratsiyali tuz eritmalariga tushirilgan Cu va Zn elektrodlaridan iborat zanjir tuziladi.
1. (+)Cu/Cu²⁺ | 0,1 N CuSO₄ | to’yingan KCl | 0,1 N ZnSO₄ | Zn/Zn²⁺(–)
2. (+)Cu/Cu²⁺ | 0,01 N CuSO₄ | to’yingan KCl | 0,01 N ZnSO₄ | Zn/Zn²⁺(–)
Normal kadmiyli element uchun kompensasiya nuqtasini aniqlashda zanjirga akkumlyator va normal element kiritiladi. Harakatlanuvchi kontakt 3 ni reaxord AB orqali yurgizib, vaqt-vaqti bilan o’chirgich (8) ni ulab turib galvanometr strelkasi kuzatiladi. Kompensasiya vaqti galvonometr strelkasi 0 ga kelganligi bilan aniqlanadi. Reoxorddagi harakatlanuvchi kontaktining holati aniqlanadi. Bunda normal element biriktirilgan lineyka uchidan harakatlanuvchi kontakt holatigacha bo’lgan kesma o’lchanadi.
Kuzatishlarni 3 marta takrorlab, o’rtacha arifmetik qiymat hisoblanib topiladi. So’ngra normal elementning o’rniga zanjirga tekshirilayotgan Cu-Zn li galvanik element (0,1 N li tuz konsentratsiyasi) kiritiladi. Bunda ham normal element kabi kompensasiya vaqtidagi reoxord harakatlanuchi kontaktining holati aniqlanadi.
Cu-Zn galvanik zanjirining E.Yu.K.si quyidagi formula yordamida topiladi:

Bu yerda E_x -Cu-Zn galvanik zanjirning E.Yu.K.i ; V,
E_n- normal element E.Yu.K.i
a₁- tekshirilayotgan element bilan kompensatsiya holatidagi lineyka kesmasining uzunligi, mm,
a- normal element bilan kompensatsiya holatidagi lineyka kesmasining uzunligi, mm.
Bunday o’lchash va hisoblashlar 0,01 N konsentratsiyali tuzlar bilan ham olib boriladi.
Zanjirning E.Yu.K.i quyidagi formula bo’yicha topiladi:

Zanjir	a, mm	a1, mm	Tajribada topilgan Ex; v	Hisoblangan Ex; v	Xatolik %
1. 2.

Ishning hisoboti. 1. Kompensatsion metod bilan E.Yu.K.ini aniqlash qurilmasining sxemasini chizish. 2. Tekshiraliyotgan elementlarning E.Yu.K.ini berilgan ma’lumotlar asosida hisoblash va hisoblashlar natijalarini ishda ko’rsatilgandek jadvalga kiritish.
Nazorat savollari

1. 
   Galvanik element deb nimaga aytiladi?
   
2. 
   Konsentratsion element nima?
   
3. 
   Kompensatsion usulning mohiyati nimada?
   
4. 
   Nima uchun elektrod potensiallarining qiymati haroratga bog’liq bo’ladi?