Metallurgiya asoslari

16-Ma’ruza
Elektroliz va polyarizatsiya


REJA

1. 
   Elektroliz tushunchasi.
   
2. 
   Elektroliz jarayonining elektrodlari.
   
3. 
   Konsentratsion polyarizatsiya.
   

ELEKTROLIZ
Elektrolit eritma va elektrolitlarning suyuqlanmalaridan tashqi elektr manbaidan elektr oqimi o’tkazilganda elektrodlarda sodir bo’ladigan jarayonlarga elektroliz deyiladi. Eritmaga ikkita elektrod tushirib, bo’larni tashqi elektr manbay (masalan, akkumu­lyator) ning qutblari birlashtirilsa, eritmadan elektr oqimi o’ta boshlaydi. Tashqi elektr manbaining musbat qutbiga birlashgan elektrod anod (+) va manfiy qutbiga birlashgan katod (–) elektrod deyiladi (yoki anod-katod uchastkalar) deyiladi. Bu vaqtda elektrodlarda, galvanik elementning qutblarida boradigan jarayonlarning aksi boradi: anodda (musbat qutbda) — oksidlanish, katodda (manfiy qutbda) — qaytarilish jarayoni boradi.
Masalan:

Rasm. . Mis xlorid eritmasini elektrolizi

Bu jarayonlar natijasida, elektrod uchastkalarida mod-dalar ajralib chiqadi. Bu kimyoviy jarayon tashqaridan be-rilgan elektr energiya ta’sirida boradi, ya’ni elektrolizda elektr energiya kimyoviy energiyaga aylanadi. Bu energiyalar o’rtasidagi nisbat (bog’lanish) Faradeyning ikki qonunida berilgan:

1 qonun. Elektrodda ajralib chiqadigan moddaning miqdori faqatgina eritmadan o’tayotgan elektr miqdoriga — kulon soniga bog’liq.
Eritma orqali bir Faradey F = 9,65-10⁷ kg-ekv (9,65 10⁴ g-ekv) kulon elektr o’tganda elektrodlarda bir kg-ekv (gr-ekv) modda ajralib chiqadi.
Ma’lumki elektr miqdori kulon Q = I· t amp-sek (amp-soat).
Aytib utilgan bu asosiy jarayonlar bilan bir qatorda quyidagi yonaki jarayonlar ham boradi;
1) elektrodda ajralib chiqkan gaz atomlarining birikib, molekulalar hosil qilish jarayoni;
2) metall kristallari va metall cho’kmasining hosil bo’lish jarayoni;
3) elektroliz natijasida hosil bo’lgan maxsulotlarning eritma bilan o’zaro ta’siri jarayoni;
4) qutblanish hodisasi.
Elektroliz unumi — amalda elektrodlarda bir kg-ekv (g-ekv) modda ajralib chiqishi uchun bir Faradey (F) dan ko’prok elektr miqdori kerak bo’ladi. Bunga sabab yuqorida ko’rsatilgandek, yonaki jarayonlarning borishidir. Natijada, kerakli modda bilan bir qatorda nokerak moddalar ham ajralib chiqadi. Amalda, elektrodda ajralib chiqaan modsalar miqdorining (Faradey qonuniga binoan) ajra­lib chiqishi kerak bo’lgan miqdorga nisbatiga elektroliz unumi deyiladi (A) va u foiz (%) bilan ifodalanadi:

g – amalda ajralib chiqkan asosiy modda miqdori, g₀ – Faradey qonuni bo’yicha ajralib chiqashi mumkin bo’lgan asosiy modda miqdori.
Ba’zan unum, oqim bo’yicha unum ifodasi bilan ham o’lchaniladi: . Bunda I_i—asosiy moddanish aj­ralib chiqishi uchun kerak bo’lgan elektr oqimi zichligi, I_k = ∑I_i moddalarni ajralib chiqishi uchun sarf qilingan elektr oqimi zichligi.
Hozir sanoatda keng mikyosda katta miqdorda turli metallar va gazlarni olishda suyuqdanmalarning elektroliz usuli keng qullaniladi. Ko’pgina yengil metallar va qiyin suyuqdanuvchi metallar, masalan, alyuminiy, mag­niy, litiy, natriy, kaliy, berilliy, kalsiy, sirko­niy, tantal, shuningdek, ftor, xlor kabi gazlar olinadi. Bundan tashqari metallarni tozalashda (rafinatsiya), qotishmalar olishda ham qo’llaniladi.
Katodda suyuq, metallar (alyuminiy, magniy, natriy, litiy va hokazo) olinadi. Katod sifatida turli metallarning suyuqlanmasini qullab turli qotishmalar oli­nadi. Qattiq holdagi metall katodni qo’llab, qiyin eruvchi metallar olinadi. Anodda esa gazlar olinadi.
Suyuqdanmada elektrolizning tezligi suvli elektro­lit eritmasiga nisbatan 25 — 100 marta tez boradi. Suyuqlanmalar elektrolizida oqim zichligi 100 kA/m³ ga yetadi, suvli eritmalarda esa atigi 1 kA/m³ bo’ladi. Bu katta manfiy muvozanat potensialiga ega bo’lgan metallarni (kuchlanish qatorida vodoroddan ancha yuqorida turgan me­tallar) katodda ajratib olishga imkon beradi.
Bu usulning kamchiligi — ko’p elektr energiya sarflanishi va ish jarayoni katta harajat talab qilishi, ftor va xlor kabi zaharli gazlarni olishda atrof muhit muhofazasiga katta e’tibor qilish kerakligidir.
Suvli eritmalarda, moddalarning elektrodda ajralib chiqish tartibini ularning kuchlanishlar qatoridagi urni (o’ta kuchlanishni e’tiborga olgan holda) bilan belgilanadi. Tuzlarning suyuqlanmalari elektrolizda mod­dalarning elektrodda ajralib chiqish tartibini belgilovchi bunday yagona o’lcham (qator) yuq.
Agar bitta tuzning suyuqlanmasi elektrolizlanayotgan bo’lsa, yuqori temperaturada ionlar kuchli harakat qiladi. Kationni elektroddan eritmaga va aksincha, eritmadan elektrodga o’tishi, ya’ni kation almashinuvi natijasida hosil bo’lgan elektr oqimi (i₀) juda katta qiymatga ega bo’ladi (I = 5— 33 kA/m³ ga yetadi). Suvli elektrolit eritmalardaI=10 ²–10^–6 kA/m³ bo’ladi. SHular natijasida konsentratsion qutblanish deyarli bo’lmaydi va o’ta kuchlanish juda kichik bo’ladi. Elektrod qutblanish deyarli bo’lmaganligidan elektrodlarni musbatlanish va manfiylanishi (elektrodda potensiallarning o’zgarishi juda kam) muvozanat potensialdan juda kam farq qiladi (2-3 mv chegarasida bo’ladi). Agar har xil tuzlar aralashmasi suyuqlanmasi elektroliz qilinsa, boshqa (aralashgan) ionlar ta’sirida asosiy metall ioni-ning konsentratsiyasi elektrod o’zgarishi va demak, konsen­tratsion qutblanish sodir bo’lishi mumkin. Kimyoviy qutblanishning ta’siri kuchsiz bo’ladi.
Elektroliz jarayoniga elektrolit suyuqdanmaning qator fizik kimyoviy xossalari qovushqoqligi, sirt tarangligi, tuyingan bosimi, dastlabki mahsulot va hosilalarning tarkibi, shuningdek, o’tayotgan elektr oqimining zichligi ta’sir qiladi.
Qovushqoqlik o’zgarishi bilan ionlarning harakat tez­ligi o’zgaradi va natijada elektr o’tkazuvchanlik ham o’zgaradi. Lekin suyuqlanmalarning qovushkokligi kichik bo’ladi, shunga ko’ra, uning ta’siri kuchsiz bo’ladi.
Sirt tarangligi gaz va suyuqliklarning (elektrodga) adsorbsiyasini va yopishishini belgilaydi. Suyuqlik — gaz — qattiq, fazalarda yopishish elektroddan gaz pufakchalarining havoga chiqib ketishini belgilaydi. Agar yopi­shish kuchli darajada borsa, elektrodni urab olib, elektrodni suyuqlanmadan uzib quyishi ham mumkin, bu esa elektrolizning sekinlashishiga va xatto uning to’xtashiga olib kelishi mumkin.
Tuyingan bug’ bosimi moddalarning uchuvchanligini, ya’ni bug’lanishini belgilaydi. Agar tuyingan bug’ bosimi katta bo’lsa, moda oson (past temperaturada ham) bug’la­na boshlaydi. Suyuqlanmalarning uchishi (bug’lanishi) na­tijasida bir qism modda yuqolishi mumkin, bu esa o’z navbatida elektrolizning unumiga ta’sir qiladi.