Elektrokimyo, Elektrolitlarning eritmalari

Elektrokimyo, Elektrolitlarning eritmalari.

Reja.

1. Elektrolitlarning eritmalariga umumiy xarakteristika.

2. Elektrolitik dissotsiyalanish nazariyasi

3. Kuchli va kuchsiz elektrolitlar.

4. Kislota-asos nazariya.

Elektrolit eritmalarining osmotik bosimi Vant-Goff qonuni asosida elektrolitmaslar uchun hisoblangan osmotik bosimdan doimo ortiq bo‘ladi. Vant-Goff qonuni bu eritmalarga to‘g‘ri kelish uchun uni quyidagicha yozish mumkin:

R= (ic) RT bu tenglamada i- izotonik koeffitsient bo‘lib u quyidagi tenglama orqali topiladi.

P _ekter

i = 

R _nazariy

1000 . a . ε

Elektrolitmaslar uchun µ = 

Δ T . v

Tenlama orqali molekulyar og‘irlik qiymatlarini topish mumkin bo‘lsa; elektrolitlar uchun topilgan molekulyar og‘irlik qiymatidan kam bo‘ladi.

Kislota, asos va tuzlar eritmalarning yuqoridagi qonunlardan chetlanishi, ya’ni ikkinchi gruppa eritmalariga kirishi tajribalarida aniqlangan. Bu eritmalarning 1 gruppa eritmalaridan farqi shundaki ular elektr tokini o‘tkazadi. Elektr tokini o‘tkazuvchi eritmalar elektrolit eritmalari yoki qisqacha, elektrolitlar deb ataladi. Demak hamma elektrolitlar Vant-Goff va Raul qonunlariga bo‘ysunmaydi. Buning sababi shundaki ular ionlarga ajragan bo‘ladi.

Elektrolitik dissotsiallanish nazariyasi.

Bu nazariyani 1887 yilda S. Arrenius yaratgan bo‘lsa-da, bu nazariyaga boshqa olimlar o‘tkazgan bir qancha kuzatishlar va ular qilgan taxminlar zamin tayyorlagan.

1805 yili rus olimi Grotgus elektrolitlardan elektr toki o‘tishi mexanizmini quyidagicha izohlab bergan edi; erigan moddaning zarrachalari musbat va manfiy zaryadlangan bo‘lib, ular elekt maydoni ta’sirida ma’lum tartibda, go‘yo ipga chizilgandek joylashadi. Zaryadlangan bunday zarrachalar ionlar deb ataladi. Musbat zarrachalar manfiy qutbga, manfiy zarrachalar esa musbat qutbga tomon harakat qila boshlaydi. Grotgusning fikricha , ionlarning ana shunday qatori elektrod oldiga borganda, elektrod yaqinidagi ion boshqalardan uzilib, elektrodga o‘tadi.

1878 yilda Peterburg texnologiya institutining professori R. Lens quyidagi nazariyani bayon etgan edi; modda suvda eriganda uning molekulalari ajralishi, o‘zaro yoki erituvchi molekulalari bilan birikib, molekulalar hosil qilish mumkin.

1881 yilda D.I.Medeleevning shogirdi N.N. Kayander kislotalarni suvdagi eritmalarining kataliz xossasi bilan elektr o‘tkazuvchanligini solishtirib, bu xossalarini bir-biriga paralell ekanligini ko‘rsatgan edi. Kayander ham erigan moddaning molekulalarining parchalanishi mumkin; shu bilan birga kislota eritmasidagi parchalangan eritmalarning soni erituvchi miqdoriga proporsional bo‘ladi, parchalanishdan hosil bo‘lgan zarrachalargina reaksiyaga kirisha oladi degan fikrni ilgari surdi.

Arreniusning elektrolitik dissotsialanish nazariyasi vujudga kelishida yuqorida aytilgan kuzatishlar va taxminlar zamin tayyorladi. Elektrolitik dissotsiyalanish nazariyasini asosi quyidagilardan iborat;

1. 
   Elektrolitlar erituvchida eritilganda ionlarga parchalanadi.
   
2. 
   Eritma suyultirilgan sari parchalanish osha boradi.
   
3. 
   Erigan modda molekulasi parchalanganda nisbat va manfiy zaryadlangan ionlar hosil bo‘ladi.
   

Bu ionlar baravar miqdordagi elektr bilan zaryadlanadi. Shuning uchun butun eritma elektroneytral bo‘ladi. Masalan:

Na Cl  Na^  Cl^- Ba Cl₂  Ba^2  2Cl^-

KOH K^  OH^- H₂SO₄  2H^  SO₄^-2

4.Elementning ioni o‘z xossalari jihatidan element atomidan butunlay farq qiladi, masalan, xlor atomi qo‘llansa hidli bo‘lsa, xlor ioni Sl- butunlay hidsiz va rangsizdir, kaliy metali suv bilan shiddatli reaksiyaga kirishadi, kaliy ioni esa suv bilan reaksiyaga kirishmaydi va xakozo.

5. Ionlar elektr maydoni ta’siri ostida ma’lum bir tarkibda joylashadi. Kationlar manfiy qutbga, anionlar esa musbat qutbga, tomon boradi. Ion elektrodga etib kelganda, zaryadning hammasini yoki bir qismini elektrodga beradi. Demak, elektrolitlarda elektrni ionlar olib boradi, va shuning uchun ular ion o‘tkazuvchilar qatoriga kiradi.

Elektrolitik dissotsiyalanish nazariyasi elektrolitlarning Vant-Goff va Raul qonunlaridan chetlanish sabablarini va boshqa bir qancha amaliy kuzatishlarni yaxshi izoxlab beradi. Lekin shunga qaramasdan bu nazariyani uzoq vaqt ko‘pchilik ximiklar e’tirof etmadi, chunki bu nazariyani o‘sha davrda xali ko‘pchilik tomonlari aniq emas edi. Jumladan, nima uchun bir modda suvda erishganda dissotsiyalanadi-ku, boshqa erituvchida eritilganda dissotsiyalanmaydi?

H₂O da (dissotsiyalanadi)

Masalan: HCl

benzolda (dissotsiyalanmaydi)

Elektrolitlar nima sababdan ionlarga parchalanadi?

Elektrolitik dissotsiyalanish nazariyasi kashf qilinganda bu kabi savollarga javob topilmagan edi.

Buning sababi, asosan o‘sha zamonda moddalar tuzilishi nazariyasining u qadar mukammal emasligi edi. O‘sha vaqtda moddalarning eng kichik bo‘linmaydigan zarrachasi atom deb qabul qilinar edi. Atom bilan uning ioni butunlay boshqa –boshqa zarrachalar eknligi noma’lum edi. Faqat elektron tuzilish nazariyasi neytral atom bilan ionning boshqa-boshqa zarrachalar izoxlab berdi va neytral atomdan qanday qilib ion hosil bo‘lishi oydinlashadi. Ma’lumki, KCl, NaCl singari molekulalardagi bog‘lanishlar ion bog‘lanishdir. Bu molekulalar masalan, osh tuzi molekulasi Na va Cl atomlaridan iborat bo‘lmay balki natriy ion Na^t bilan xlor ioni Cl^- dan iboratdir. Demak, bunday elektrolitlar ionlarga parchalanganda, ionlar yangidan hosil bo‘lmaydi, ya’ni molekulani hosil ionlar bir-biridan ajraladi holos. Ionlar erituvchi ta’sirida solvatlanish natijasida bir-biridan ajraladi. Osh tuzi kristalda Na⁺ va Cl^- ionlarini bir-birini tortib turadi va har qaysi ion o‘z holicha erkin harakat qila olmaydi. Ionlar erkin harakat qila olmaganidan osh tuzi kristali elektr tokini o‘tkazmaydi. Osh tuzi kristali suvda eriganda suv molekulalari polyar qutbli bo‘lganligi uchun Na⁺ ioni manfiy va Cl^- ioni musbat qutblari bilan qurshab oladi. Natijada suv dipolari bilan ionlar orasida tortilish vujudga keladi. (ion dipol bog‘lanish) Ion dipol bog‘lanish ta’sirida Na⁺ va Cl^- ionlari bir-biridan ajraladi.

Ionlar orsidagi tortishishning kuchsizlanishiga muhitning dielektrik konstantasi ham ta’sir etadi, ya’ni erituvchining dielektrik konstantasi qancha katta bo‘lsa uning ionlash qobiliyati shunchalik kuchli bo‘ladi. Suvning dielektrik konstantasi juda katta bo‘lib, u E_H2O = 80 ga teng.

Ion- dipol bog‘lanish faqat ion bilan erituvchi orasidagina emas, balki polyar ( qutblangan) molekula bilan erituvchi orasida ham sodir bo‘ladi. Bunday ta’sir ayniqsa polyarlik ortgan sari kuchayib boradi. Shuning uchun molekulalarda bir necha polyar bog‘ bo‘lsa, bunday molekulalar o‘zlaridagi eng kuchli polyar bog‘ning uzilishi bilan dissotsiyalanadi. Masalan; NH₄OH va CH₃COOH moleklalarining ikkalasida ham OH^- gruppasi bo‘lishiga qaramasdan NH₄^ va OH^- ionlarga , sirka kislota esa H^ va CH₃COO^- ionlarga parchalanadi. Chunki NH₄OH molekulada NH₄-O , CH₃COOH molekulada esa OH bog‘lanishlarning polyarligi boshqa bog‘lanishlardagiga qaraganda kuchliroqdir.

Qattiq moddalar erigan vaqtda;

Q = - U+ g

elektrolitning gidrotlanish energiyasi.

g = g_k + g _a = Q + U

Tenglamada q_k va q_a lar –kation va anionning gidrotlanish energiyasidir.

Kuchli elektrolitlar.

Kuchli elektrolitlarda quyidagilar kuzatiladi.

1. 
   Optik va spektral analiz usullari vositasida tekshirish bunday eritmalarda dissotsiyalanmagan molekulalar bo‘lmasligini ko‘rsatdi.
   
2. 
   Kuchli elektrolit eritmalari istalgan konsentratsiyada to‘la dissotsiyalangan bo‘lgani uchun ular xossalaridagi o‘zgarish sabablarini dissotsiyalanish darajasi bilan tushuntirib bo‘lmaydi. Dissotsiyalanish darajasi tushunchasi bu o‘rinda o‘z ma’nosini yo‘qotadi. Bu jihatdan olganda kuchsiz elektrolit eritmalarida suyultirish fizik-kimyoviy xossalarida o‘zgarish sodir bo‘ladi va dissotsilanish darajasi o‘zgaradi.
   
3. 
   Kuchli elektrolit eritmalarida ionlar orasidagi tortishuv kuchi molekulalar orasidagi tortishuv kuchidan ancha katta bo‘lib ko‘proq masofagacha ta’sir qiladi.
   
4. 
   Kuchli elektrolitlar xossalarining o‘zgarishi, asosan ionlar orasidagi tortishuv kuchining o‘zgarishiga bog‘liqdir.