|
Elektroliz jarayonida misning muomalasi -
agarda, elektrolit eritmasiga
tushirilgan, to‘g‘rilagichdan mis anodiga musbat tok berilsa, katodga esa-manfiy
zaryad bog‘lansa, elektr zanjiri tutashadi va elektrolit xajmidan tok oqib o‘tadi.
Bunda anoda quyidagi jarayonlar yuz beradi:
1) metall ionini anoddan ajralib chiqib ortiqcha elektronni tashqi zanjiriga
o‘tishi: Cu ↔ Cu
2+
+ 2e;
2) CuH
2
O
2+
kationini gidratatsiyasi (metalla ionini eritmada suv molekulasi
bilan bog‘lanishi);
3) kationning eritmaga o‘tishi.
Katod jarayoni quyidagi bosqichlardan tuziladi:
1) kationni eritma xajmidan katod yuziga elitmoq;
2) kationni elektron yordamida tiklanishi: Cu
2+
+ 2e = Cu
o
;
127
3) metal atomini katod kristallik tuzilishiga qo‘shilishi. Bunday sxema mis
anoddan erib, katod tizimiga qo‘shiladi va katodni enligi o‘sib boradi.
Jarayon davrida elektr quvvati elektrolitni shina va kontaktlarni qarshiligini
bartaraf qilish uchun sarflanadi. Faradey qonuniga binoan, katodga o‘tadigan
metalning gramm-ekvivalenti, zanjirdan oqib o‘tadigan elektr tokiga bog‘liqdir.
Bir gramm-ekvivalent metalni o‘tkazishga 96500 kulon elektr toki sarflanadi, yoki
96500 : 3600 = 26,8A-soat
Katoda 1 A – soat tok yordamida o‘tkaziladigan metall massani – shu metalni
elektr kimyoviy ekvivalenti deb ataladi.
Eritmadan 1 A – soat elektr toki oqib o‘tsa, katoda 31,78:26,8 = 1,186 g mis
o‘tiradi (gramm ekvivalent-grammda o‘lchangan metalning atom massasini
valentligiga bo‘linganligi aytiladi. Masalan, ikki valentligiga misning gramm-
ekvivalenti teng: 63,56:2 = 31,78 g). Amaliyotda katoda o‘tiradigan metalning
massasi bu raqamdan kamroqdir. Amaliy metal massasini nazariy olish mumkin
bo‘lgan massasiga nisbatligi har doim bir dan kam bo‘ladi va foiz orqali
belgilanadi. Bu nisbiylik tokdan chiqish deb aytiladi.
Metallik mis mavjudligida, mis sulfat eritmasida ikki bor va bir valentli mis
oralig‘ida muvozanat bor:
CuSO
4
= Cu + 2SO
4
Anodda bir valentli misni paydo bo‘lishi tokdan chiqishni ko‘paytiradi,
chunki misning elektrokimyoviy ekvivalenti 2,374 g teng va ikki valentli misni
ekvivalentidan ikki marta ko‘proqdir. Afsuski, bir valentli mis erishmada
mustahkam emas va ajraladi:
2Cu
+
= Cu
2+
+ Cu
Bu reaksiyaning o‘zgarmas doimiyligi teng:
K = [Cu
+
]
2
/ [Cu
2+
] = 0,62 * 10
-6
Boshqa so‘z bilan aytganda, bir valentli misning miqdori, ikki valentli mis
miqdoriga nisbatan, taxminan 60000 marta kamroqdir.
Nordon eritmalarda misni bevosita erish jarayoni ham oqib o‘tadi:
Cu + H
2
SO
4
+ O, SO
4
= CuSO
4
+ H
2
O
128
Bevosita misni erishi elektrolitni sirta o‘tadi, chunki u erda sistema
atmosferada kislorod bilan kontaktda bo‘ladi. Bu jarayon elektrolitni ortiqcha
misni boyitishga olib keladi va maxsus choralar bilan normal holatiga olib
kelinadi.
Misni elektrolktik tozalashda, anodni yuzi atrofida, mayda mis kukuni ajralib
chiqishi kutiladi. Bu jarayon oqib o‘tishi natijasida kuzatiladi. Amaliyotda
vannadagi misni soni 2 % tashkil qiladi. Anoddan katodga mis yarim sulfidi va
yarim oksidi ham o‘tmasdan cho‘kma fazasiga o‘tadi. Bu cho‘kmalar nodir
metallar bilan shlak fazasini tashkil qiladi.
Mis elektrolizida elektor quvvatini sarfi tokni chiqishi va vannadagi
kuchlanishga bog‘liqdir. Voltda o‘lchanadigan vannadagi kuchlanishi quyidagi
tenglama orqali topiladi:
U = JR
1
+ JR
2
bunda: J – tokning kuchi, a
R
1
– eritmani qarshiligi, b
R
2
– tokni yo‘lida uchraydigan qarshiliklar (shina, kontakt va
boshqalar), v.
Tokni kuchi J tok zichligiga (i) bog‘liqdir. Tok zichligi – bu 1 m qator yuziga
to‘g‘ri keladigan tokning kuchidir. Qancha i kup bo‘lsa, shuncha katodning yuzi
o‘zgarmagan holda, tokni kuchi ko‘p (J).
R
1
– eritmaning qarshiligiga ta’sir qiladi:
1) anod va katodning joylashgan masofasi. Qancha bu masofa kam bo‘lsa,
shuncha R
1
kam bo‘ladi va U ni qiymati past bo‘ladi. Agarda masofani kamaytirsa
qisqa tutashuv imkoniyati paydo bo‘ladi va tokdan chiqishni qiymati kamayadi;
2) eritmani tarkibi qancha u nordonroq bo‘lsa, shuncha unda vodorod ko‘p
bo‘ladi va eritmani qarshiligi kamayadi va vannadagi kuchlanish pasayadi.
3) eritmani harorati qancha harorat baland bo‘lsa, shuncha moddalarni
xarakatchanligi yuqori bo‘ladi, eritmani qarshiligi va vannadagi kuchlanishlar past
bo‘ladi.
129
Sulfat kislotani qarshiligi, taxminan, mis sulfatini qarshiligidan 10 marta
kamroqdir. SHuning uchun nordon eritmalarni qarshiligi ancha pastroqdir. Faqat
shuni ahamiyatga olish kerakki, qancha sulfat kislotani miqdori ko‘p bo‘lsa,
shuncha mis sulfatini erish qobiliyati kam bo‘ladi. Buni solvatatsiya effekti deb
aytiladi. SHuning uchun zamonaviy zavodlarda eritmada 35-40 g/l Cu (175-200 g/l
CuSO
4
+ 5H
2
O) ushlab turiladi. Agarda misning miqdori bundan kamayib ketsa,
katod yuzi oldida mis bilan birga boshqa kationlar ham katodga o‘tirib uni sifatli
pasaytiradi va elektr tokini befoyda sarflanishiga olib keladi.
Eritmani haroratini 45-60
o
S oralig‘ida ushlab turiladi. 25
o
S dagi eritmani
qarshiligiga nisbatdan, 50 – 55
o
S da qarshilik taxminan 2 marta kamroqdir va
shuncha vannadagi kuchlanish ham kamroqdir. Faqat baland harorati uni intensiv
porlanishiga, atrof muxitni zaxarlashga olib kelishi mumkin. Porlanishi qancha
ko‘pligini quyidagi misolda ko‘rish mumkin.
Agarda mis elektroliz sexida 1000 vanna bo‘lsa va har vannani eritma yuzi 5
m bo‘lsa, unda 67 s da bir soatda 30 t suv porlanadi.
R ni qiymatini kamaytirish uchun toza shinalar va kontaktlarni qo‘llash kerak.
Amaliyotda vannadagi kuchlanishni 0,25 – 0,30 v atrofida ushlab turiladi. Qolgan
bu raqam kam bo‘lsa, shunga 1 t misga kamroq elektr quvvati sarflanadi.
Mis elektrolizida elektr quvvatini sarflanishi quyidagiga hisoblash mumkin
Faradey qonuniga binoan, 1 a-soatga katodda 1,186 g mis o‘tkaziladi. Agarda
vannadagi kuchlanish 0,25 v ga teng bo‘lsa, 1 g misni o‘tkazishga nazariya
bo‘yicha sarflanadigan elektr quvvati:
W = U/1,186 = 0,25 * 1/1,186 = 0,210 vt.soat
yoki 1 t misga
0,210 + 1000 * 1000 / 1000 = 210 kvt.s
Agarda tokni chiqish darajasi 95 / bo‘lsa, 1 t katodli mis o‘tkazishga
sarflanadi:
210 : 0,95 = 222 kvt.s
Amaliyotda 1 t katodli mis olishga 230-300 kvt.s elektr quvvati sarflanadi.
130
Oxirgi paytlarda vannalarga 14000-15000 a tok kuchi berilyapti, bunday katta
kuchni elektrodlarni soni, ularni o‘lchamlarini va tok zichligini oshirish orqali olib
borilyapti.
Mis elektroliz jarayonida tok zichligi 200-270/m2 tashkil qiladi. Tok
zichligini tenglama orqali aniqlasa bo‘ladi:
I = J/n 2S
bunda: i – tok zichligi, a/m2
J – tok kuchi (vannaga yuklama), a
n – vannadagi katodlar soni;
S – katod yuzini maydoni
Agarda J = 14000 a, n=35:S = 0,9 * 0,9 = 0,81 m
2
, bo‘lsa i = 14000: 35 * 2 *
0,81) = 247 a/m
2
.
Vannadagi tok kuchi aniq bo‘lsa, vannani ishlab chiqish unumdorligi topiladi:
R = J
Do'stlaringiz bilan baham: |
