|
Электролиз жараёни
. Электролит эритмаси ёки суюқланмаси орқали
ўзгармас электр токи ўтказилганда электродларда борадиган
оксидланиш-қайтарилиш реакциялари электролиз деб аталади.
Электролиз жараёни махсус қурилмалар – электролизерлар ёки
электролитик ванналарда олиб борилади.
3-
расм. Электролизёр схемас
и. 1
-
анод; 2
-
катод;
3
–
ызгармас ток манбаи.
Агар электролитнинг сувдаги эритмасига ўзгармас ток манбаига уланган
электрод туширилса, эритмада тартибсиз ҳаракатда бўлган ионлар бир
томонга йўналади: катионлар катодга, анионлар эса анодга томон йўналади.
Электр токи манбаининг ишлаши натижасида электронлар аноддан катодга
узатилади, шу сабабли анодда электронлар етишмай қолади, катодда эса
кўпайиб кетади. Электронлар катоддан мусбат зарядланган ионларга ўтади ва
уларни нейтрал атомларга айлантирилади. Манфий зарядланган ионлар анодга
келиб унга ўз электронларини беради ва ўзи зарядсизланади. Шундай қилиб,
электролизнинг моҳияти шундаки, катодда қайтарилиш анодда эса
оксидланиш жараёни боради.
Масалан, суюқлантирилган NaCl нинг электролизи жараёнини кўриб
чиқамиз.
Агар NaCl суюқланмаси орқали электр токи ўтказилса, суюқланмадаги
3
2
1
1
:Na
+
ва
Cl
–
ионлари тегишли электродлар томон йўналади ва уларда қуйидаги
жараёнлар содир бўлади:
оксидланиш
Cl
e
Cl
Анодда
кайтарилиш
Na
e
Na
Катодда
0
2
0
_
2
2
:
:
→
−
→
+
−
−
+
Суюқлантирилган NaCl нинг электролизи умумий тарзда қуйидаги
тенглама билан ифодаланади.
+
⎯
⎯
⎯
→
⎯
−
+
2
0
2
2
Cl
Na
Cl
Na
эл ектрол из
Суюқлантирилган электролитларнинг электролизи билан электролит
эритмаларининг электролизи бир-биридан фарқ қилади.
Тузларнинг сувдаги эритмаларининг электролизида эритмада туз
ионларидан ташқари сувнинг диссосиланишидан ҳосил бўлган H
+
ва OH
–
ионларининг ҳосил бўлиши ҳам ҳисобга олинади. Катод атрофида электролит
ва водород катионлари ҳамда анод атрофига электролит ва гидроксид ионлари
тўпланади. Катод ва анодда борадиган оксидланиш-қайтарилиш жараёни
ионларнинг оксидланиш-қайтарилиш потенциаллари қийматига боғлиқ.
+
+
+
+
=
+
=
+
=
H
E
H
E
H
F
n
T
R
E
E
lg
059
,
0
lg
96500
1
298
31
,
8
3
,
2
lg
3
,
2
0
0
0
Водород электроднинг потенциали E
o
=
0 га тенглигини ва lg[H
+
]
=
-pH
эканлигини ҳисобга олсак, E
o
=
-0,059*pH бўлади.
Тузларнинг нейтрал эритмалари учун pH
=
7 га тенглиги учун,
E
o
=
-0,059*7
=
-0,41v
Бўлади.
Агар электролит катионини ҳосил қилувчи металлнинг электрод
потенциали – 0,41V дан катта бўлса, катодда металл эмас, балки водород
ажралади. Агар металлнинг электрод потенциали – 0,41V га яқин бўлса,
катодда металл ҳам, водород ҳам биргаликда қайтарилади.
Кислотали эритмалардан водородни ажралиб чиқиши водород
ионларининг зарядсизланиши ҳисобига боради. Нейтрал ва ишқорий
эритмаларда сув молекулалари қайтарилади:
−
−
+
→
+
ОН
Н
е
О
Н
2
2
2
2
2
Масалан: NaCl сувдаги эритмасини электролиз қилинганда, сув
молекулалари электролизга учраши ҳисобига катодда Na ўрнига N
2
қайтарилади.Умумий тарзда қуйдагича:
+
+
⎯
⎯
⎯
→
⎯
+
2
2
2
2
2
2
Cl
H
NaOH
O
H
NaCl
Эл ектрол из
Электролиз жараёни анод материалига қараб, инерт анод билан
бўладиган электролиз ва актив анод билан бўладиган электролизга бўлинади.
Оксидланмайдиган материалдан (графит, платина) ясалган анод инерт анод,
оксидланадиган материалдан ясалган анод актив анод деб юритилади.
Тузлар эритмаларининг электролизини мисоллар асосида куриб
чиқамиз.1) KNO
3
тузи эритмасининг инерт анод иштирокидаги электролизи:
KNO
3
K
+
+ NO
3
-
K
+
/K учун E
o
= -2,93 V бўлиб, K
+
катионлари катодда қайтарилмайди,
NO
3
-
анионлари сувли эритмаларда эритмаларда оксидланмайди. Катодда
ва анодда сув молекуласи қайтарилади ва оксидланади:
Катодда (-): 2H
2
O + 2e
-
= 2OH
-
+ H
2
;
Анодда (+): 2H
2
O - 4e
-
= 4H
+
+ O
2
.
CuCl
2
эритмасининг инерт анод иштирокидаги электролизи.
CuCl
2
Cu
2+
+ 2Cl
-
Миснинг стандарт электрод потенциали E
o
= 0,34V бўлганлиги учун
катодда фақат мис ионлари қайтарилади, анодда эса хлорид ионлари
оксидланади:
Катодда (-): Cu
2+
+ 2e
-
= Cu;
Анодда (+): 2Cl
-
- 2e
-
= Cl
2
электролиз
CuCl
2
----------> Cu + Cl
2
2) Туз эритмаларининг актив анод кулланилгандаги электролизи.
Бундай электролиз жараёнида анод материали эрийди. Масалан, кадмий
сулфат эритмасининг электролизини мисол килиш мумкин:
CdSO
4
Cd
2+
+ SO
4
2-
Катодда (-): Cd
2+
+ 2e
-
= Cd
Анодда (+): Cd - 2e
-
= Cd
2+
Электролиз қонунлари. Электролиз вақтидаги анодда борадиган
оксидланиш жараёнида анод материали икки гуруҳга: эримайдиган ва
эрийдиган анодларга бўлинади.
Оксидланмайдиган материалдан (графит, платина) ясалган анод
эримайдиган (инерт) анод, оксидланадиган материалдан ясалган анод
эрийдиган (актив) анод дейилади.
Электр энергиясининг таъсирида вужудга келадиган кимёвий жараёнлар
унуми билан электр токи ўртасида миқдорий боғланиш борлигини дастлаб
1836 йилда инглиз олими М.Фарадей аниқлади. Фарадей фанга электрод, анод,
катод, анион, катион, электролит, электролиз тушунчаларини киритди.
Фарадей ўз тажрибаларини бажаришда бир неча галваник элементни кетма-
кет улаб, батарея ҳосил қилди; электролиз қилишда ана шу батареядан электр
манбаи сифатида фойдаланди. У ўзининг илмий кузатишлари асосида
қуйидаги электролиз қонунларини кашф этди:
1. Фарадейнинг И қонуни. Электролиз вақтида электродда ажралиб
чиқадиган модданинг массаси миқдори эритмадан ўтган электр токи
миқдорига тўғри пропорционал бўлади.
2. Фарадейнинг ИИ қонуни. Агар бир неча электролит эритмаси орқали
бир хил миқдорда кетма-кет уланган ҳолда, электр ўтказилса электродларда
ажралиб чиқадиган моддаларнинг масса миқдорлари ўша моддаларнинг
кимёвий эквивалентларига пропорционал бўлади.
Электролиз вақтида электродларда 1 г – эквивалент модда ажралиб
чиқиши учун электролит эритмасидан 96500 кулон электр токи ўтиши керак.
Бу сон Фарадей сони (Ф) дейилади.
Фарадей қонунларидан
F
t
I
E
m
=
ёки
F
Q
E
m
=
Ифода келиб чақади.
Бунда, m-м-модданинг массаси
E-модданинг грамм эквиваленти (g-экв); I-ток кучи;
; Q-электр миқдори; т-вақт; F-Фарадей сони; Ф=96500.
Электролиз металлургия, кимё саноати ва бошқа соҳаларда кенг
қўлланилади. Металларни уларнинг бирикмаларидан ажратиб олиш, металл
буюмларни коррозиядан сақлашда, металл сиртига коррозиябардош металл
қоплаш каби ишларда электролиздан фойдаланилади;
Электролиз металлургия, кимё саноати ва бошқа соҳаларда кенг қўлланилади.
Металларни уларнинг бирикмаларидан ажратиб олиш, металл буюмларни
коррозиядан сақлашда, металл сиртига коррозиябардош металл қоплаш каби
ишларда электролиздан фойдаланилади.
Do'stlaringiz bilan baham: |
