Кимёвий технология Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус талим вазирлиги н. Каттаев, М. Мухаммадиев, Х. Мирзохидов

10.2- Сувли эритмалар ва суюкланмалар электролизининг назарий асослари

Электролиз деб, электролит эритмасидан узгармас электр токи утганда содир бўладиган оксидланиш - қайтарилиш реакциясига айтилади. Бунда электролитлар парчаланиб электродларда махсулотга айланади. Электродларда электр токининг пайдо булиши билан (ток манбаига улангач) электролитлар, парчаланиб катион ва анионлар ҳосил қилади. Катионлар катодга (электронлар манбаига) тамон, анионлар эса анодга томон ҳаракат қилади. Катионлар ка­тодга боргач электрон олиб анионлар эса анодга келгач электрон бериб зарядсизланадилар. Натижада элеьтроларда газсимон,суюқ ёки қаттик нейтрал моддалар ҳосил бўлади. Бунда электролитнинг бошқа молекулалари диссоцияланади. Натижада ионларнинг зарядсизланишидан бузилган мувозанат қайта тикланади. Агар анод электерлитда эрийдиган металлдан ясалган бўлса, у ҳолда аноднинг эриб эритмага ўтиши ҳисобига мувозанат тикланади (металл ионлари катионлар ҳосил бўлиши ҳисобига). Электролитларда одатда турли хил ионлар бўлади. Улардан қайси бирининг электрод потенциали кичик бўлса ўша ион биринчи бўлиб зарядсизланади. Ионларнинг кетмакет навбат билан зарядсизланиши Физик кимёвий қонунлари билан аниқланади.

Амалиётда электролиз маҳсулотларининг электродларда ажралиш тартиби, нафақат нормал электрод потенциалларининг қиймати билан, балки электролизни ўтказиш шароитларига: электродларнинг кандай материалдан қилинганлигига электролит кондентрациясига, аралаштиришнинг интенсивлигига», ҳароратсига ва бошқаларга боғлик бўлади. Технологик шароитни тандаш билан, электролига ионларнинг зарядсизланиш таркибини ўзгартириш мумкин. Масалан, баъзи электродларда ионлар зарядсизланишининг ўга кучланиш ходисасидан фойдаланиш оркали.
Енгил металлар (литий, калий, натрий, магний, алюминий) ва баъзи оғир металларни (хром, тантал, қургошин) бирикмаларини сувдаги эритмаларини электролиз қилиш йўли билан металл олиб бўлмайди, чунки улар водородга нисбатан электиро манфийрокдир, шунинг учун ҳам электродларда металл эмас балки фақат во­дород ажралиб чикади. Бундай металларни фақат улар бирикмаларини (тузлари, оксидлари ёки гидроксидларши) суюқланмаларини электектролиз; килиш йўли билан олиш мумкин (чунки суюқланмада водород иони бўлмайди). Суюкланмалар электролизи ҳам эритма электролизи қонунларига асосланади амо, айрим ўзига хос томонлари билан фарқ ҳам килади. (масалан, бунда ҳарорат юқори бўлади 1400 ° С гача эритувчи ионлари бўлмайди).
Электролиз назарияси Фарадей конунига асосланган (1833йил ) электро­лиз вақтида электродларда ажралиб чиққан модданинг миқдори, эритмадан ўтган электр миқдорига туғри пропорционалдир (биринчи қонуни). Бир нечта электролит эритмаси орқали тенг миқдорлорда электр утказилганда электродлар ажралиб чикдиган моддаларнинг оғирлик миқдорлари айни моддаларнинг кимёвий эквивалентига пропорционал бўлади (иккинчи конуни).
Фарадейнинг иккинчи қонунига кўра хар кандай модданинг бир эквивалентини акретиб чикариш учун тенг миқдор электр талаб қилинада ва бу электр микдори Фарадей сони дейилиб у 96500 кл/мольга тенг.
Электролизнинг асосий технологик кўрсаткичи ва электр знергиясидан рационал фоидаланиш категорияси бу: ток буйича унум, энергиясидан фойдаланиш даражаси, энергия буйича сарфиёт коэффициенти, элекгролизга берилган кучланиш ва бошқлардир.
Ток буйича унум n (%) ёки бирнинг қандайдир улушларида ушбу формула n = (3,3)

Асосида топилади. Бунда: - электролиз натижасида амалда олинган мақсулот массаси, - фарадей конуни буйича назарий олиниши мумкин бўлган маҳсулот миқдори (массаси). Маҳсулотнинг назарий массаси Фарадейнинг иккала қонунини бирлаштирувчи формула асосида ҳисоблаб топилади.

= (3.4)
Бунда: -ток кучи (Ампер), - электролиз вакти (соaт), A - ионнинг массаси ёки атом масса, n – ион заряди, F - Фарадей сони, Е -модданинг электрокимёвий эквиваленти, ёки формула шаклида ёзиш мумкин. Бунда: К – модданинг электрокимёвий эквиваленти ( уни топиш учун формуладан фойдаланилади) Q- ток микдори, (уни топиш учун формуладан фойданилади).
Энергиядан фойдланиши даражаси, μ (%), бу айни микдордаги моддани ажралиб чиқиши учун керак бўладиган назарий энергия микдорининг, - Wn,амалда сарфланган фактик энергия миқдорига – Wф бўлган нисбати:
(3,5)
электро энергиянинг назарий миқдорини
(К,Вm ∙C):
(3,6)
формула оркfли ҳисоблаб топилади.Бунда : Vn электролит парчаланишининг наз арий кучланиши (Вольт) (Q - электр миадори (Кл) Электроларда на зариз кучланиш анод- ан, ва катоднинг к мувозанат потенциаллари орқали топилади.
Vn= ан- к (3,7).
Мувозанатдаги потенциалларнинг қийматлари Нернст формула си бўйича топилади. У қийматлар справочникларда берилган. Электролизёрларда назарий кучланиш,
Vn = 298 (3.8.)
формуладан фойдаланиб топилади. Бу ерда: 298 - реакциянинг эркин энергиясининг щзгариши, ж/моль. Энергиянинг фактик сарфи Wф электролиз ваннасига береган кучланишга боғлиқ бўлада. Қайсиким, у ҳар доим электроддарнинг ҳутубланиши сабабли ҳамда ом бирлигидаги электролит, электродлар диафрагмалар ток берувчилар (узатувчилар) ва бошкаларнинг қаришилиги сабабли назарийсидан кўп бўлада. Фактик энергия сарфи Wф ни ҳисоблаш учун 3,5 формула бўйича) бўйича қуйидаги формула бўйича топилади:
(310)
Формуладан келиб чиқадиган хулоса шундан иборатки қанчалик ток бўйича унум кўп ва электролизёрга берилган кучланиш қанчалик кам бўлса энергиядан фойдалвниш даражаси шунчалиик катта бўлади.
Саноатда эритмалар электролизида турли ишлаб чиқаришларда ток буйича унум 60-90 % дан ва эиергиядан фойдаланш даражаси 50-60 % дан ошмайди. Суюқуқланмалар электролизида эса ток буйича унум 70-80 % ни ташшл этса энергиядан фойдаланиш эритма электролизидан анча паст бўлади. Масалан, Al₂O₃ ва криолит суюқланмаси электролизининг энергиядан Фойдаланиш даражаси 30 % дан ошмайди. Умумам олганда электрокимёвий ишлаб чиқариш, энергиядан Фойдаланишдаражасининг камлиги билан ва демак электролиз махсулотларининг, айниқса металларнинг тан нархини юқорилиги билан характерланада.