Fizika va kimyo

Elektrod potensiallarini hosil bo‘lishi.

Agar biror metal, shisha singari moddalar suvga yoki tarkibida shu metal ioni bo‘lgan eritmaga, yoxud boshqa biror elektrolit eritmasiga tushurilsa, bu moddalar bilan suyuqlik chegarasida potensiallari ayirmasi elektrod potensiali hosil bo‘ladi.

Elektrod potensiali hosil bo‘lishini L.V. Pisarjevskiy quyidagicha tushuntiradi. Biror metal suyuqlikka tushirilganda bu metal metal ioni (M^z) va elektronlarga (ze) dissotsilanadi.

M M^zze

Bu jarayon endotermik bo‘lib, ionlarning gidratlanish vaqtida chiqadigan issiqlik hisobiga boradi.

Agarda metal ionning metall plastinkadagi kimyoviy potensiali uning eritmadagi potensialidan katta bo‘lsa, metal plastinkadan metal ionlarining bir qismi eritmaga o‘tadi. Natijada metall plastinka manfiy zaryadlanadi (chizmadan ko‘rish mumkin) va manfiy zaryadlangan metall eritmadagi musbat zaryadlangan ionlarni – kationlarni o‘ziga tortadi. Natijada metall bilan eritma chegarasida qo‘sh elektr qavat hosil bo‘ladi.

Agar ionning metalldagi potensiali eritmadagi potensialidan kichik bo‘lsa, metal ion metal plastinkaga o‘tadi va metal musbat zaryadlanadi.

YUqoridagi hodisalar natijasida metal va eritma chegarasida potensiallar ayirmasi hosil bo‘ladi.

Demak potensiallar ayirmasi hosil bo‘lishining asosiy sharti-qo‘sh elektr qavat hosil bo‘lishidir.

SHundan qilib, elektrod potensial elektrod-eritma chegarasida ionlar almashinish natijasida hosil bo‘ladi. Bu potensial metalning muvozanat potensiali deb ham ataladi.

SHuni ham bu erda taqidlash kerak-ki, ionlarning eritma va metaldagi kimyoviy potensiallari baravarlashganda muvozanat qaror topadi.

Hosil bo‘lgan potensial eritmaning konsentratsiyasiga bog‘likdir. Buni bog‘liqlikni Nernst ochgani uchun uning nomi bilan ataladi.

Bu erda agar 1 bo‘lsa, Ln 0 bo‘ladi va _0. Demak, _ eritmada ionning aktivligi 1ga teng bo‘lganda vujudga keladigan potensiallar ayrimasidir. Bu normal (yoki standart) potensial deb ataladi. Aniqrok aytadigan bo‘lsak ^o – vodorod shkalasi bo‘yicha olingan shartli standart elektrod potensialidir. Amaliy hisoblar uchun shu shartli muvozanat standart elektrod potensiallari qo‘llaniladi.

Hozirgi paytda shartli elektrod potensiallarini hisoblash uchun vodorod shkalasidan foydalaniladi. Bunda nol sifatida standart vodorod elektrodi potensiali (bunda vodorodning eritmadagi aktivligi 1 ga, va bosim R0, 1013mPa teng bo‘lishi kerak) olingan.

Elektrodlarni quyidagicha yozish qabul qilingan

M ^z  M

YA’ni chizikning chap tomoniga elementning oksidlangan formasi, ya’ni eritmadagi ion va uning tagiga bu ionning eritmadagi termodinamik aktivligi (yoki konsentratsiyasi) ko‘rsatiladi. CHizikning o‘ng tomoniga eritmaga tushirilgan metall yoki elementning qaytarilgan formasi yoziladi.

Elektrod turlari.

Elektrodlarda borayotgan reaksiyalarning mohiyatiga qarab elektrodlar turlarga bo‘linadi.

I-tur elektrodlar. O‘zining ionlari mavjud bo‘lgan eritmaga tushirilgan metall yoki nometall shu tur elektrodga misol bo‘la oladi. Bu elektrodni quyidagicha sxematik ko‘rinishda tasavvur qilish mumkin;

M^z M

Bunga quyidagicha elektrod reaksiyasi mos keladi

M^z  ze M

Birinchi tur elektrod potensialini yuqoridigilardan foydalanib quyidagicha yozish mumkin

Bu erda -- eritmadagi metall ionlarining aktivligi; misol tariqasida mis elektrodini (mis to‘zi eritmasiga tushirilgan) keltirish mumkin;

Cu^2Cu

Elektroddagi reaksiya

Cu^2  2e  Cu

Elektrod potensialining tenglamasi

II – tur elektrodlar. O‘zining qiyin eruvchan tuzi bilan qoplangan metall, shu tuzning anionini tutgan eruvchan tuzning eritmasiga tushirilishidan hosil bo‘lgan elektrod misol bo‘la oladi. Sxematik ko‘rinishda.

A^z-  MA,M

Elektrodda bo‘ladigan reaksiya:

MAze  MA^z-

Boradigan reaksiyani nazarda tutib elektrod potensialini yozsak

; a_MAa_M1 deb qabul qilsak

bu erda anionning eritmadagi aktivligi.

lI- tur elektrodlari taqqoslash elektrodlari sifatida ko‘p qo‘llaniladi. Kalomel va kumush – xlor elektrodlari bu tur elektrodlari toifasidandir.

Kalomel elektrodi sxematik ravishda quyidagi sistema ko‘rinishda bo‘ladi.

Cl^- Hg₂Cl₂,Hg

Bunda quyidagi elektrod reaksiya boradi:

12 Hg₂ Cl₂ e  Hg  Cl^-

Elektrod potensialini quyidagicha tenglama orqali hisoblash mumkin;

 _{Cl - Hg2Cl2,Hg}  0, 0257 Ln a_Cl –(298 K uchun) Ko‘pincha kaliy xlorning 0,1 M, 1,0 M va to‘yingan eritmalari qo‘llaniladi. T298⁰ K da bu elektrodlarning potensiallari mos ravishda 0,337; 0,2801 va 0,2512 v ga teng bo‘ladi.

Gaz elektrodlari.

Gaz elektrod odatda inert metallardan (odatda, Pt) tashqil topgan bo‘lib, u bir vaqtning o‘zida gaz bilan va shu gazning ionlari bo‘lgan eritma bilan ham kontaktda (muvozanat) bo‘ladi. Bu toifa elektrodlarga vodorod va xlor elektrodlari misol bo‘la oladi. Goxida gaz elektrodlarini 1-tur elektrodlar sinfiga mansub ham deyishadi.

Vodorod elektrodini quyidagi sxematik ko‘rinishda ifodalash mumkin:

N^ N₂ (Pt)

Va unda beradigan reaksiyani quyidagicha yozish mumkin N^  e  12N₂

Vodorod elektrod potensiali quyidagi tenglama bo‘yicha aniqlanadi.

SHartli ravishda  0 deb qabul qilingan. Unda Ln a_N 2,303 Lg a_{H ­}- 2,303 pH ligini hisobga olsak, yuqoridagi tenglamani quyidagi yozish mumkin.

- 0,0592 rN – 0,0129 Lg P_H2 (T  298 Kda)

Oksidlanish – qaytarilish elektrodlari.

Bir moddaning oksidlangan va qaytarilgan shaqllari bo‘lgan eritmaga tushirilgan inert metaldan tashqil bo‘lgan sistemaga oksidlanish – qaytarilish elektrodi deb ataladi. Umumiy ko‘rinishda: O,R Pt

Bu erda O- moddaning oksidlangan shakli: R-qaytarilgan shakli. Potensial hosil qiluvchi reaksiya OZeR

Elektrod potensial tenglamasi

bu erda a₀ va a_R -mos ravishda moddaning oksidlangan va qaytarilagn shaqllarining aktivliklari.

Elektrokimyoviy kuchlanishlar qatori.

Barcha elektrodlarni taqqoslashda normal potensial qiymatlari bilan solishtiriladi. Ko‘pchilik metallarning normal (standart) potensiallari tajriba yo‘li topilgan. Ba’zi metall (ishkoriy va er-ishqoriy metallar) potensiallari bilvosita hisoblab chiqarilgan. Metallar normal potensiallari algebraik qiymatlarining oshib borish tartibida qo‘yib chiqilsa, elektrokimyoviy kuchlanishlar qatori yoki kuchlanishlar qatori hosil bo‘ladi.

Vodoroddan (chapda) musbat potensialli metallar turadi. Metallar potensialining musbatligi chapga (pastga) tomon ortib boradi.

Kuchlanishlar qatori metallarning elektrokimyoviy va kimyoviy xossalarini bir –biriga bog‘laydi. Bu qatorda vodoroddan chaprokda joylashgan metallar kimyoviy jixatdan passiv, asl metallardir. Vodoroddan o‘ngda joylashgan metallar esa aktiv va oson oksidlanadigan metallardir. Ularning har qaysisi o‘zidan chaproqdagi metallni shu metal tuzidan siqib chiqaradi. Vodoroddan chapdagi metallar vodorodni kislotadan siqib chiqara oladi. Bu qobilyat kuchlanish qatorida o‘ngga tomon kuchayib boradi. Masalan: ishqoriy metallar suvni odatdagi haroratda shiddatli ravishda parchalaydi,temir esa faqat yuqori haroratdagina parchalaydi.

Metallar kabi metallmaslar va oksidlanish—qaytarilish potensiallarining ham qatori mavjud.

Bu potensiallar oksidlovchi va qaytaruvchi moddalarning faqat elektrokimyoviy (galvanik eritmalardagi) xossasinigina emas, har qaysi oksidlovchi va qaytaruvchining kimyoviy reaksiyalaridagi oksidlash va qaytarish xossalarini ham belgilaydi.