O‘rta maxsus professional ta`limi I. A. Karimov nomidagi toshkent davlat texnika universiteti huzuridagi angren kon metallurgiya texnikumi

Mavzu-9: Elektroliz.Metallar karroziyasi
Reja:
1. Elektroliz nima .
2.Elektroliz qonunlarini o‘rganish.
3.Metallar korroziyasi nima
4.Metallarning korroziyadan saqlanish
Elektroliz jarayoni qanday jarayon ekanligini bilib olish uchun quyidagi tajribani ko‘rib chiqamiz.
Elektroliz jarayonini o‘tkazish uchun mo‘ljallangan maxsus idish (elektrolizyor yoki elektrolitik vanna) olamiz. Uni ichiga mis (II) xlorid eritmasidan solamiz.


Shu idishga elektrodlarni tushiramiz. Birinchi elektrodga elektr tokining manfiy qutbi, ikkinchisiga musbat qutbi ulanadi. Manfiy qutb ulangan elektrod katod va musbat qutb ulangan elektrod esa anod deb ataladi.

Katod va anodni o‘zgarmas tok manbayiga ulasak, reaksiya sodir bo‘ladi. Ya’ni mis (II) xlorid tarkibidagi musbat zaryadlangan Cu2+ kationlari manfiy zaryadlangan katod tomon harakatlanadi. Manfiy zaryadlangan Cl- anionlari esa musbat zaryadlangan anod tomon harakatlanadi.

Eritmadagi musbat ionlar (Cu2+) katodga borib elektronlar qabul qiladi va neytral atomlarga (Cu) aylanadi, man y ionlar (Cl-) anodga borib zaryadsizlanib (Cl2) elektronlarini beradi. Natijada katodda qaytarilish, anodda oksidlanish jarayoni yuz berdi. Ya’ni elektroliz jarayoni sodir bo‘ldi.
Eritmada yoki suyuqlanmada elektr toki ta’sirida boradigan oksidlanish-qaytarilish jarayoniga elektroliz deb ataladi.
Elektroliz so‘zi elektr toki ta’sirida parchalanish ma’nosini anglatadi.Elektroliz jarayonida elektr energiyasi hisobiga kimyoviy reaksiya amalga oshadi.
Elektroliz jarayoni nafaqat eritmada, balki, suyuqlanmada ham amalga oshishi mumkin. Ya’ni qattiq moddalarni yuqori harorat ta’sirida suyuq agregat holatga o‘tkazib elektroliz jarayonini amalga oshirish mumkin. Bunday elektroliz suyuqlanma elektrolizi deyiladi.
Suyuqlanma elektrolizida odatda oksid, ishqor va tuzlarning suyuq lanmalari orqali elektr toki o‘tkaziladi.
Masalan, natriy xloridning suyuqlanmasiga (NaCl 8010C da suyuqlanadi) inert (ko‘mir) elektrodlar botirilsa va o‘zgarmas elektr toki o‘tkazilsa, u holda ionlar elektrodlarga: Na+ kationlari – katodga, Cl– anionlari – anodga tomon harakatlanadi. Na+ ionlari katodga yetgandan keyin undan elektronlar oladi va qaytariladi:

Suvli eritmalar elektrolizi. Biz suvli eritmalar elektrolizida elektrodlarda sodir bo‘ladigan jarayonlar haqida so‘z yuritamiz.Suvli eritmalar elektrolizida elektrolitning ionlaridan tashqari reaksiyalarda vodorod ionlari yoki gidroksidlar ham ishtirok etishi mumkin. Bu ionlar suvning dissotsiyalanishi natijasida hosil bo‘ladi. Hosil bo‘layotgan ionlar tegishli elektrodlarga tomon harakatlanadi. Katodga elektrolitning kationlari bilan vodorod- (H+), anodga elektrolitning anionlari bilan gidroksid ionlari (OH–) tortilaveradi.
Yuqorida mis (II)-xloridning suvdagi eritmasi elektrolizi suvli eritma elektroliziga misol bo‘ladi. Eritmadagi Cu2+ va Сl- ionlari tegishli elektrodlarga tomon yo‘naladi va ularda quyidagi jarayonlar sodir bo‘ladi:

Eritma elektrolizida katodda har doim ham metall atomi ajralmaydi. Metall atomi o‘rniga H2 gaz holatda ajralishi ham mumkin. Katodda metall yoki vodorod ajralishini aniqlash uchun rus olimi N.N. Beketov tomonidan taklif etilgan metallarning aktivlik qatoridan foydalanamiz.

Elektroliz qonunlarini ingliz olimi M.Faradey kashf etgan.
* Faradeyning 1-qonuni: Elektroliz davomida elektrodlarda ajralib chiqadigan moddaning massasi elektrolit eritmasi orqali o‘tgan elektr tokining miqdoriga to‘g‘ri proporsional bo‘ladi.
* Faradeyning 2-qonuni: Agar turli xil elektrolitlar eritmalari orqali bir xil miqdorda elektr toki o‘tkazilsa, elektrodlarda ajralib chiqadigan moddalarning massasi, shu moddaning ekvivalent og‘irliklariga to‘g‘ri proporsional bo‘ladi.
Faradeyning qonunlariga muvoꉃq, bir necha elektrolit eritmasi yoki suyuqlanmasi orqali 1 F elektr toki о‘tkazilsa, elektrodlarda oksidlangan yoki qaytarilgan moddalarning miqdorlari ularning ekvivalent miqdorlariga teng bo‘ladi. Ma salan, bir idishga AgNO3, ikkinchi idishga CuSO4, uchinchi idishga FeCl3 eritmasi solinib, har bir idishga 1 F (farad) yoki 96500 kulon elektr toki ta’sir ettirilsa, har bir idishda katod va anodda 1 g/ekv modda hosil bo‘ladi. 1 g/ekv modda necha gramm bo‘lishini aniqlash uchun esa, ularning ekvivalent miqdorlarini (nekv) tegishli moddaning ekvivalent og‘irliklariga (E) ko‘paytirishimiz kerak bo‘ladi. Ya’ni birinchi idishda 108 g (1∙108 =108) kumush va 8 (1∙8=8) g kislorod, ikkinchi idishda 32 (1∙32=32) g mis va 8 g (1∙8=8) kislorod, uchinchi idishda 18,66 g (1∙18,66=18,66) temir va 35,5 (1∙35,5=35,5) g xlor ajralib chiqadi. 96500 kulon faradey soni deb ataladi va F harfi bilan belgilanadi.
Faradeyning birinchi va ikkinchi qonunlari uchun quyidagi formula kelib chiqadi:

Yuqoridagi formulani quyidagicha ifodalash ham mumkin:

Moddaning massasini (m) uning ekvivalentiga (E) nisbati shu moddani ekvivalent miqdorini (nekv) ifodalaydi.

Shu formulaga asosan, massani ekvivalentga nisbatini ekvivalent miqdor bilan almashtirsak, quyidagi formula hosil bo‘ladi:

Masala. 500 g 32% li CuSO4 eritmasidan misni to‘liq ajratib olish uchun 5 A to‘k kuchini necha sekund davomida o‘tkazish kerak?

Masalaning yechimi: CuSO4 eritmasi elektroliz qilinganda katodda mis, anodda kislorod ajraladi:


Dastlab 500g eritmadagi CuSO4 ning massasini topib olamiz:

Demak 160 g CuSO4 to‘liq elektroliz reaksiyasiga kirishgan ekan. Endi shu massasidan foydalanib, 5 A tok kuchini qancha vaqt davomida (sekund) eritmadan o‘tkazilganini aniqlaymiz:

Atrof-muhit ta'sirida metallardan tayyorlangan ko'p buyumlar metallarning oksidlanishi natijasida oksidlar, gidroksidlar, tuzlar kabi kimyoviy birikmalar hosil qilib yemiriladi. Korroziyaning quyidagi turlari kuzatiladi: kimyoviy korroziya, biokimyoviy yoki biokorroziya, elektrokimyoviy korroziya. Havoda har qanday metall buyum yuzasida suv kondensatlanadi. Unda atmosfera gazlari erib, elektrolit hosil bo'ladi. . Korroziya - metallarning atrof-muhit bilan ta'sirlashishi natijasida yemirilish jarayoni. Kimyoviy korroziya - elektr tokini o'tkazmaydigan muhit bilan ta'sirlashish natijasida metallning yemirilishi. Elektrokimyoviy korroziya - boshqa metall yoki elektrolit, suv bilan bevosita ta'sirlashish natijasida metallning yemirilishi. esa hamma vaqt ham bunday bo'lavermaydi. Masalan, metallar elektrokimyoviy qatorining boshrog'ida joylashgan aluminiy atmosfera ta'sirida bo'ladigan korroziyaga birmuncha yaxshi qarshilik ko'rsatadi. Buning sababi shuki, aluminiy sirtida aluminiy oksiddan iborat yupqa parda hosil bo'lib, bu parda aluminiyni atrofdagi muhit ta'siridan himoya qilib turadi. Bu parda biror usul bilan yo'qotilsa, aluminiy juda tez korroziyalana boshlaydi. Xalq xo'jaligida elektrokimyoviy himoya usullari suvli muhitdagi yoki tuproqdagi metall konstruksiyalami koiToziyadan saqlash uchun ishlatiladi. Metallar va metall konstruksiyalami korroziyadan himoyalashning quyidagi usullari amalda keng qo'llaniladi: 2H3P04 + Fe = Fe(H2P04)2 + H2 Fe(H2P04)2 + Fe = 2FeHP04 + H2 2FeHP04 + Fe = Fe3(P04)2 + H2 Ko'pincha, metallar korroziyaga ancha chidamli boshqa metallar (nikel, rux, xrom, aluminiy, oltin, kumush) bilan ham qoplanishi mumkin. Agar qoplama yemirilsa, ya'ni metall sirtining bir qismi ochilib qolsa, himoya qilinuvchi metall agressiv muhitga tushib, galvanik element hosil bo'ladi va metall korroziyalana boshlaydi. Agar qoplama metall himoya qilinuvchi metalldan faolroq, masalan, temir ustiga rux qoplangan bo'lsa, qoplangan metall (rux) anod bo'ladi va bunday qoplama anod qoplama deyiladi. Himoya qilinayotgan metall (temir) katod bo'ladi va u qoplangan ruxning hammasi sarflanib bo'lmaguncha buzilmaydi. Himoya qiluvchi metallga qaraganda faolligi kamroq bo'lgan metallar katod qoplama hosil qiladi. Bordi-yu katod qoplama buzilsa, himoya qilinuvchi metall juda tez korroziyalanadi. Ingibitorlar - maxsus moddalar bo'lib, korrozion muhitga oz miqdorda (10 6-10~3 mol/l) qo'shilganda korrozion jarayon tezligini keskin pasaytiradi yoki butunlay to'xtatadi. Ingibitorlar sifatida turli individual organik va noorganik moddalar hamda ularning aralashmalari qo'llanadi. Ingibitorlar atmosferadagi, kislotali muhitdagi, dengiz suvidagi, sovutgich suyuqliklardagi, oksidlovchilardagi, moylar va boshqalardagi korroziyadan metallarni himoya qilishda ishlatiladi. Ingibitorlarning himoyalash xususiyati ularning metall sirtiga adsorbsiyalanib, katod va anod jarayonlarni sekinlashtirishi bilan bog'liq. Elektrokimyoviy himoya. Elektrokimyoviy himoyaning mohiyati shundaki, unda himoya qilinuvchi inshoot doimiy tok manbasi katodiga ulanadi. Natijada inshootning o'zi katodga aylanadi. Korroziyadan bunday saqlanish katod himoyasi deyiladi. Bunda anod sifatida metall holidagi lom ishlatiladi va u korroziyaga uchrab himoyalanuvchi buyumni korroziyalanishdan saqlaydi. Protektor himoyada- himoya qilinadigan metallga undan ko'ra faolroq metall plastinkalar - protektorlar biriktiriladi.