Ii-qism: elektromagnetizmdan laboratoriya ishlari to’plami

1.2 Elektroliz qonunlari. Elektroliz hodisasi bo’ysunadigan qonunlarni ingliz fizigi Faradey dastlab tajribada kashf qilgan. Biroq, ularning ifodalarini quyidagicha nazariy mulohazalar yuritib, keltirib chiqarish mumkin. Faraz qilaylik, elektrolitik dissosiasiya tufayli hosil bo’lgan ionning zaryadi (z - ionning valentligi, e – elektronning zaryadi) bo’lsin. Elektrodga (katodga) yetib kelgan N – ta ionning (masalan, Cu⁺⁺ ioni bo’lsin) katoddan olgan zaryadi
(1)
ga teng bo’ladi. Ikkinchi tomondan, elektrodda ajralgan modda (Cu ionlari) massasi
(2)
ga (m_i – bitta Cu⁺⁺ ionning absolyut massasi) teng bo’ladi.

1. 
   va (2) ifodalardan quyidagi ifodani olamiz:
   

. (3)
Bizga molekulyar fizika kursidan ma’lumki, modda bitta ionining absolyut massasini topish uchun, uning molyar massasini (M) Avogadro soniga bo’lish kerak:
. (4)
Bu ifodani (3) ga qo’yib quyidagini olamiz:
. (5)
Bundagi , kattalik har bir modda uchun o’zgarmas bo’lib, unga shu moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti deyiladi. Shuni hisobga olib (5) dan Faradey birinchi qonunining ifodasini olamiz:
(7)
Faradeyning birinchi qonuni: elektroliz paytida elektrodda ajraladigan moddaning massasi, shu paytda elektrolit orqali o’tgan zaryad miqdoriga to’g’ri proporsional
(7) dan q = 1 Kl bo’lganda, son jihatdan k = m tenglikni olamiz. Bundan k –ning fizik mohiyati kelib chiqadi: moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti shu modda erigan eritma orqali 1 Kl zaryad oqib o’tish vaqtida uning elektrodda ajralib chiqqan massasini aniqlaydi. Amalda uning o’lchov birligi uchun - qabul qilingan.
Eritmadan o’tadigan q – zaryadni, elektrolit orqali o’tayotgan tok kuchini (J) tokning o’tish vaqtiga (t) ko’paytirish bilan hisoblash mumkinligini (q=Jt) hisobga olsak, (7) dan elektrokimyoviy ekvivalentni tajribadan hisoblash mumkin bo’lgan quyidagi ifodani olamiz:
(8)
- kattalikka moddaning kimyoviy ekvivalenti deyiladi. (6) ifodadagi - barcha moddalar uchun bir xil bo’lgan doimiy son hisoblanib, unga Faradey soni deyiladi. Buni hisobga olsak, (6) ifodadan quyidagi ifodani olamiz:
. (9)
Bu ifoda quyidagicha ta’riflanadigan Faradey ikkinchi qonunining ifodasi hisoblanadi: moddalarning elektrokimyoviy ekvivalentlari ularning ximiyaviy ekvivalentlariga to’g’ri proporsionaldir.
(8) ifodani (9) ifodaga qo’yib, quyidagi ifodani, ya’ni Faradeyning birlashgan qonuni ifodasini olamiz:
(10)
Bu ifodadan son jihatdan bo’lganda, q=F tenglik kelib chiqadi. Bu shart Faradey sonining fizik mohiyatini aniqlaydi: elektroliz paytida elektrodda ajraladigan moddaning massasi, son jihatidan, uning kimyoviy ekvivalentiga teng bo’lishi uchun, elektrolit orqali shu vaqt ichida Faradey soniga teng kattalikdagi zaryad oqib o’tishi kerak. F – xalqaro birliklar sistemasida Kl/mol birlikda o’lchanadi. Agar tajribadan k topilsa, (9) ifodadan Faradey sonini hisoblash mumkin bo’lgan, quyidagi ifodani olamiz:
. (11)
Faradey soni aniq bo’lganda, elementar zaryad - elektronning zaryadini quyidagi ifoda yordamida hisoblash mumkin bo’ladi:
. (12)