Namunaviy misol. Quyidagi reaksiyalardan qaysilari oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari ekanligini aniqlang:
a) Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2;
b) CaO+H2O=Ca(OH)2;
c) 2NaOH+Cl2=NaCl + NaClO+H2O;
|
d) 2Na+Cl2=2NaCl;
e) 4NH3+5O2=4NO+6H2O;
f) NH3+HCl=NH4Cl.
|
Yechish usuli: Keltirilgan tenglamalardagi elementlar atomlarining oksidlanish-qaytarilish darajalarini aniqlaymiz. Agar ta’sirlashuvchi va hosil bo‘luvchi moddalardagi elementlarning oksidlanish darajalari o‘zgarsa, oksidlanish-qaytarilish jarayoni haqida xulosa qilinadi.
a) Ca0+2H2+1O-2=Ca+2(O-2H+1)2+H20;
b) Ca+2O-2+H2+1O-2= Ca+2(O-2H+1)2;
c) 2Na+1O-2H+1+Cl20=Na+1Cl-1+Na+1Cl+1O-+H2+O-2;
d) 2Na0+ Cl20=2 Na+1Cl-1;
e) 4N-3H3+1+5O2o=4N+2O-2+6H2+1O-2;
f) 4N-3H3+1+H+1Cl-1=N-3H4+1Cl-1.
|
a, c, d, e reaksiyalarda elementlar atomlarining oksidlanish darajalari o‘zgargan, demak, shu reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalaridir.
Mustaqil ishlash uchun test masalalari!
1. Quyidagi reaksiyalardan qaysilari oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari hisoblanadi? Ularda qaysi element atomlari oksidlovchi va qaysilari qaytaruvchi ekanligini aniqlang:
a) 4Na+O2=2Na2O;
b) Na2O+H2O=2NaOH;
c) Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O;
d) 2Cu+O2=2CuO;
e) CuO+2HCl=CuCl2+H2O;
f) Fe+S=FeS;
|
g) FeCl2+H2S=FeS+2HCl;
h) 2Fe+3Cl2=2FeCl;
i) 2NaNO3=2NaNO2+O2;
j) 2Fe(OH) 3=Fe2O3+3H2O;
k) NH3+HCl=NH4Cl;
l) 4NH3+5O2=4NO+6H2O.
|
Namunaviy misol. Quyidagi molekulalararo oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga koeffitsientlar yig’indisini aniqlang.
a) Fe+HClFeCl2+H2; b) Fe2O3+AlAl2O3+Fe;
c) FeSO4+KMnO4+H2SO4Fe2(SO4) 3+MnSO4+K2SO4+H2O;
|
Yechilish usuli: Tenglamalarda o‘z oksidlanish darajalarini o‘zgartirgan elementlarni topamiz, masalan:
a) Fe0+H+1ClFe+2Cl2+H20.
Oksidlanish darajasini o‘zgartirayotgan elementlarning yarim reaksiyalari tenglamalarini tuzamiz:
Zaryadlar saqlanish qonunining bajarilishini ta’minlash uchun ko’paytuvchilar tanlaymiz:
Fe0-2e=Fe+2 1
H+1+e=H0. 2
|
Tegishli shakllar qarshisidagi raqamlarni tenglamaga stexiometrik koeffitsientlar sifatida qo‘yamiz: Fe+2HCl=FeCl2+H2.
Tenglamaning chap va o‘ng tomonlaridagi elementlar atomlari sonlarining tengligini tekshirib ko‘ramiz.
b) Fe2O3+AlAl2O3+Fe tenglamada ham yuqoridagi tartibda elementlar atomlarining oksidlanish darajalari o‘zgarishini ko‘rsatib elektron balansi tenglamasini tuzamiz:
Mazkur reaksiyada ikki mol atom temirning qaytarilishini e’tiborga olib, elektron balansi tenglamasini quyidagicha tasvirlaymiz:
2Fe+3+2·3eFe0 1
Al0-3eAl+3. 2
|
Ko‘paytuvchilarni yuqoridagi tenglamaga stexiometrik koeffitsientlar sifatida qo‘yamiz: Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe.
c) FeSO4+KMnO4+H2SO4Fe2(SO4)3+MnSO4+K2SO4+H2O
tenglama uchun ham yuqoridagi amallarni bajarsak:
Fe+2-eFe+3 5 Mn+7+5eMn+2 1
|
elektron balansi tenglamasi hosil bo‘ladi. Bu reaksiyadagi toq sonli Fe dan juft sonli Fe bo‘lgan birikma hosil qilinganligi uchun har ikkala ko‘paytuvchini ikkiga ko‘paytiramiz va quyidagini hosil qilamiz:
Fe+2-eFe+3 5 2 10 Mn+7+5eMn+2 1 2 2
|
Olingan yangi raqamlarni tenglamaning chap tomonidagi tegishli elementlar bo‘lgan moddalar oldiga qo‘yamiz:
10FeSO4+2KMnO4+H2SO4Fe2(SO4)3+MnSO4+K2SO4+H2O.
Tenglamaning o’ng tomonidagi mazkur elementlar sonini chap tomonidagilarga tenglashtiramiz:
10FeSO4+2KMnO4+H2SO45Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+H2O.
Hosil qilingan tenglamadagi H2SO4 va H2O dan boshqa barcha moddalar oldiga koeffitsientlar qo‘yilganligini hisobga olib, o‘ng tomondagi SO42- lar sonini hisoblasak, u 18 ta bo‘lar ekan. Tenglamaning chap tomonidagi 10FeSO4 da 10 ta SO4 borligini e’tiborga olsak, 8 ta SO42- yetishmasligi ma’lum bo‘ladi. Shuning uchun H2SO4 oldiga 8 qo‘yamiz:
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO45Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+H2O.
Oxirgi tenglamaning o‘ng tomonidagi H va O lar soni chap tomonidagi H va O lar sonidan qancha kamligini aniqlab, o‘ng tomondagi H2O oldiga 8 ni qo‘yamiz, bunda tenglama tenglashadi:
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=5Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+8H2O
7-Mavzu. Galvanik elementlarni xosil qilishni o’rganish, ularni E.Yu.K. ni aniqlash
Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining kimyoviy energiyasi elektr energiyasiga aylanadi. Bu galvanik elementlarda amalga oshiriladi. Galvanik elementlar va akkumlyatorlar elektr energiyasining kimyoviy manbalari deyiladi. Galvanik elementlarda elektr tokining yuzaga kelish va oqish sababi elektrod potensialining farqidir.
Elektrod potensiali nima ekanligini tushuntiraylik. Faraz qilaylikki, qandaydir metalning plastinkasi suvga botirilgan. Metalda harakatchan muvozanat mavjud. Uni quyidagicha ifodalash mumkin:
Mekrist Men+krist +ne-
bu yerda Mekrist- metall atomi, Men+krist - elektroddagi metall ioni, n - ion zaryadi, ye- - elektron .
Metall suvga tushirilganda uning ustki yuza sirtidagi ionlariga suv molekulalari o’zining manfiy qutblari bilan ta’sir etib, metall ionlarini ajratib oladi va metallning gidratlangan ionlari suvga o’tadi. Bunday o’tish natijasida suyuqlik musbat zaryadlanadi, metall esa unda elektronlar ko’payganligi uchun manfiy zaryadlanadi. Metall ionlarini suv muhitiga o’tishi oqibatida unda musbat zaryad ortishi bilan, metaldagi manfiy zaryad ham ortib boradi, bunda teskaricha suvdagi metall ionlari tez-tez metall plastinkasiga tortilishi kuzatiladi.
Eritmada metall ionlarining to’planishi, metallning keyinchalik yana erishiga xalaqit beradi. Natijada harakatchan muvozanat qaror topadi, uni quyidagi ko’rinishda ko’rsatish mumkin:
Mekrist + mN2O Men+*mH2O + ne-
Muvozanat holati metall aktivligiga hamda uning ionlarining eritmadagi konsentrasiyasiga bog’liq bo’ladi. Aktiv metallar (Zn, Fe, Cd, Ni...) bo’lganda suvning qutbli molekulalari bilan ta’siri metall yuzasidan, musbat ionlarni uzib olish va gidratlangan metall ionlarining hosil bo’lishi va uni eritmalarga o’tishi bilan yakunlanadi.
Bu jarayon oksidlanishni bildiradi. Kationning konsentrasiyasi ortib borishi bilan - qaytar jarayon- metall ionlarining qaytarilish ehtimolligi yuzaga keladi.
Metall - eritma chegarasida qo’sh elektr zaryadlari qavati vujudga keladi. Natijada metall plastinkasi bilan suv chegarasida turli kuchdagi potensiallar paydo bo’ladi. Ionli qo’sh qavat qoplamasini shakllanishida elektrostatik kuchlar (bu kuchlar ta’sirida qarama-qarshi ionlarni elektrodga tortilishi) va issiqlik harakati kuchlari (molekulyar) ta’siri natijasida qo’sh qavat yemirilgan, diffuziyalanagan tuzilishga ega bo’ladi. Qo’sh qavat tuzilishi deganda uning ion qoplamasida zaryadlarning taqsimlanishi tushiniladi. Ionli qoplamani sodda holda ikki qismga bo’lish mumkin:
1. Zich joylashgan ionlar, amalda metallga juda yaqin kelgan;
2. Diffuziyalangan, ya’ni metaldan solvatlangan ion radiusidan kattaroq masofada joylashgan ionlar.
Zich joylashgan ionlar qismini qalinligi - 10-8 sm, difuziyalangan ionlar qalinligi - 10-7-10-3sm tartibida bo’ladi. Eritma - metall chegarasida potensial sakrashining qiymati - qo’sh qavatdagi zich qismda potensialning tushishi va diffuzion qismdagi potensialni tushishi yig’indisidan iborat bo’ladi. Qo’sh elektr qavatning tuzilishi eritmadagi umumiy konsentrasiya bilan aniSlanadi. Konsentrlangan eritmalarda diffuzion qism amalda bo’lmaydi va qo’sh elektr qavat yassi kondensatorga o’xshaydi, ya’ni qo’sh elektr qavat tuzilishini birinchi bo’lib taklif etgan (1853y.) Gelmgols modeliga muvofiq keladi.
Metall - eritma chegarasida vujudga kelgan potensiallar farqi, elektrod potensiali deyiladi.
Metallni suvga emas, ayni metalning o’z tuzi eritmasiga tushirilganda muvozanat siljiydi. Ayni metall ionlarining eritmadagi konsentrasiasini ortishi, ionlarni eritmadan metallga o’tish jarayonini osonlashtiradi va natijada muvozanat metall zaryadining boshqa potensialidan qaror topadi. Aktivlik qatorida vodoroddan oldin joylashgan metallar o’z tuzlari eritmasiga tushirilganda eritmaga ionlar ajralib chiqadi.
Aktivmas metallar uchun metall ionlarining eritmadagi muvozanat konsentrasiyalari juda kichik. Agar shunday metallni, bu metall ionlari konsentrasiyasi katta bo’lgan tuzi eritmasiga tushirilsa, bu holda dastlab metaldan eritmaga ionlarni o’tishiga nisbatan katta tezlik bilan eritmadagi ionlar metallga o’tadilar.
Metallar aktiv bo’lmaganidan eritmaga elektron chiqara olmaydi. Ularning erkin elektronlarini eritmada bo’lgan metall ionlari qabul qilib neytrallanadi va metall yuzasiga to’planadi. Metall elektronlari soni o’zidagi musbat ionlar sonidan kamayib ketganligi sababli metall musbat zaryadlanadi, anionlar mo’lligi sababli eritma manfiy zaryadlanadi. Shu sababli aktivlik qatorida vodoroddan keyin joylashgan metallar o’z tuzlari eritmasiga tushirilganda ularning potensiallari musbat bo’ladi.
Shunday qilib, metallni suvga yoki ayni metall ioni bo’lgan eritmaga tushirilganda, metall - eritma chegarasida qo’sh elektr qavat hosil qiladi, metall va eritma orasidagi potensiallar ayirmasi yuzaga keladi. Har bir elektrod potensiyali, metall tabiatiga, uning ionlarining eritmadagi konsentrasiyasiga va temperaturaga bog’liq bo’ladi.
Standart sharoitga (eritma konsentrasiyasi - 1mol/l, T=2980K, R=1,08*10-5Pa) muvofiq keladigan elektrod potensiali qiymatiga ayni metallning standart elektrod potensiali deyiladi va E0(0) bilan belgilanadi.
Elektrod potensialini absolyut qiymatini o’lchash mumkin emas, chunki o’lchov asbobini qo’sh elektr qavatga ulash mumkin emas. E0- ni o’lchash uchun, tekshirilayotgan metall o’zining tuzi eritmasiga tushirilgan elektroddan iborat galvanik element va unga ulangan standart vodorod elektrodidan iborat asbobdan foydalaniladi.
Ushbu galvanik zanjirning elektr yurituvchi kuchi (EYuK) metalning ayni temperaturadagi standart elektrod potensialiga teng bo’ladi. Vodorodning standart elektrod potensialini shartli ravishda nolga teng deb qabul qiligan. Elektrod sifatida ruxni olib va uni vodorod elektrodi bilan ulab, galvanik element hosil qilamiz va uni sxemasi quyidagicha buladi.
(-)Zn/Zn2+//H2SO4/H2,Pt(+)
Bunday elementda quyidagi reaksiyalar summasi sodir bo’ladi: Zn+2H+=Zn2++H2
Elektronlar tashqi zanjir orqali rux elektrodidan o’tadi. Rux elektrodining standart potensiali, E0=0,76V
Metallarni, ularning standart elektrod potensiali ortib borishi tartibida joylashtirib, metallarni elektrokimyoviy kuchlanish qatorini olamiz:
Li, Rb, K, Ba, Cr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au..
Texnik jihatdan muhim bo’lgan bir qator metallarning standart elektrod potensiallarining son qiymatlari jadvalda keltirilgan
Metallarning standart elektrod potensiallari.
Elektrod
|
Potensial,V
|
Elektrod
|
Potensial,V
|
Li+/Li
Rb+/Rb
K+/K
Ba2+/Ba
Sr2+/Sr
Ca2+/Ca
Na+/Na
La3+/La
Mg2+/Mg
Al3+/Al
Mn2+/Mn
Zn2+/Zn
Cr3+/Cr
Fe2+/Fe
Cd2+/Cd
Co2+/Co
|
-3,02
-2,99
-2,92
-2,90
-2,89
-2,87
-2,71
-2,37
-2,34
-1,67
-1,05
-0,6
-0,71
-0,44
-0,40
-0,28
|
Ni2+/Ni
Sn2+/Sn
Pb2+/Pb
H+/1/2H2
Sb3+/Sb
Bi3+/Bi
Cu2+/Cu
Cu+/Cu
Hg22+/2Hg
Ag+/g
Pb2+/Pb
Hg2+/Hg
Pt2+/Pt
Au3+/Au
|
-0,25
-0,14
-0,13
0,00
+0,20
+0,23
+0,34
+0,52
+0,79
+0,80
+0,83
+0,86
+1,20
+1,42
|
Jadvalda potensiallar, ularning qiymatlari ortib borish tartibida joylashgan, bu tegishli sistemalarini qaytaruvchilik aktivligini kamayishiga va oksidlovchilik aktivligini ortishiga muvofiq keladi.
Bu qatordan ikkita elektroddan iborat elektrokimyoviy eanjir tuzilsa, boshqasiga nisbatan potensiali kichik bo’lganida oksidlanish jarayoni, boshqasida esa - qaytarilish jarayoni boradi.
Kuchlanishlar qatori metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi:
1. Kuchlanishlar qatorida metall qanchalik chapda tursa, u shunchalik kimyoviy aktiv, shunchalik oson oksidlanadi va o’z ionlaridan qiyinroq qaytariladi.
2. Bu qatordagi suvni parchalamaydigan har bir metall o’zidan keyingi metallarni ularning tuzlari eritmasidan siqib chiqaradi (qaytaradi).
3. Vodoroddan oldin joylashgan har bir metall suyultirilgan kislotalardan vodorodni siqib chiqaradi (qaytaradi), vodoroddan o’ngda turgan metallar vodorodni siqib chiqara olmaydi.
4. Kuchlanishlar qatorida berilgan ikki metall bir - biridan qanchalik uzoqda joylashgan bo’lsa, ulardan tuzilgan bimetallik galvanik elementning EYuK i shunchalik katta bo’ladi.
Metall elektrod potensialini qiymati, metall xossasiga uning eritmadagi ionlarining aktivligiga amen+ * mH2O va temperaturaga T bog’liq bo’ladi. Bu bog’liqlik Nernst tenglamasi bilan ifodalanadi:
RT
EMe = EOMe + lnamen+*mH2O
nF
Bu yerda Eme-ionlarning ayni aktivligidagi metall potensiali,V
EOMe- metallning standart elektrod potensiali;
R - gazlarning universal doimiysi, 8,314 J/grad.mol;
T - temperatura, absolyut shkala graduslarda ;
n - metall ioni zaryadi;
F- Faradey soni, 96599 Kl
amen+*mH2O - eritmadagi metall ionining aktivligi.
Oddiy elektrokimyoviy o’lchashlarda, standart temperatura (250C= 2890K) va yuqoridagi tenglamalarga o’zgarmas kattaliklarni qiymatlarini qo’yib:
0,059
EMe = EOMe + lnamen+*mH2O yoki aktivlikni konsentrasiya bilan almashtirib
n
0,059 Sok
EMe = EOMe + ln tenglamalrini olamiz.
n Skay
Redoks potensiallar, oksidlanish - qaytarilish reaksiyalarining yo’nalishi va oxirigacha borishini tavsiflash.
Metall ioni konsentrasiyasi 1mol/l bo’lgan o’z tuzi eritmasiga ayni metall tushirilganda metallardagi elektronlar konsentrasiyasi, metall qancha yuqorida joylashgan bo’lsa, shuncha katta bo’ladi.
Elektronlar konsentrasiyasi yuqori bo’lgan elektroddan, ularning konsentrasiyasi kichik bo’lgan elektrodga tomon o’z-o’zidan o’tadi, elektroddan elektronlarning o’z-o’zidan o’tish jarayoni elektrod potensiali kichik bo’lgan va jadvalda yuSorida joylashgan metalldan o’tadi.
Masalan, standart rux va vodorod elektrodlaridan iborat zanjirda, rux potensiyali -0,76V ga teng.
Bu ruxda elektronlar konsentrasiyasi, vodorod elektrdidagiga nisbatan kattaligini anglatadi. Zanjir tutashganda elektronlar ruxdan vodorod elektrodga tomon o’z-o’zidan o’tadi.
Zn2+ + 2e-=Zn0 jarayoni bu sharoitda sodir bo’lmaydi, chunki bu reaksiyaning borishi uchun vodorod elektrodi potensiyali kamlik qiladi. Bu jarayon vodorod elektrdiga nisbatan katta, ko’proq manfiy potensialga ega bo’lgan elektrod olingandagina sodir bo’ladi. Shuning uchun rux elektrodi vodorod elektrodi bilan ulanganda faqat teskari yo’nalishdagi jarayon boradi: Zn - 2e-=Zn2+
Rux elektrodidan vodorod elektrodiga o’tgan elektronlar ta’sirida, vodorod elektrodida quyidagi reaksiya boradi: N++ye-=1/2N2
Ikki jarayon qo’shib va bergan holda qabul qilgan elektronlar teng bo’lishini hisobga olib, galvanik elementda boradigan reaksiya tenglamasini olamiz: Zn0+2H+=Zn2++H2
Bu reaksiya ruxni kislota eritmasida erish jarayonini o’z-o’zidan borishini ifodalaydi.
Rux elektronlari ta’sirida mis elektrodida :
Su2++2e-=Cu0 reaksiyasi boradi.
H’amma jarayon butunligicha : Zn + Cu2+=Zn2++Cu0 tenglamasi bilan yoziladi.
Shunday qilib, elektrod jarayonlarini yo’nalishini oldindan aytish va o’z-o’zidan boradigan umumiy reaksiyani to’g’ri yozish uchun, zanjirni tashkil qiluvchi har bir elektrodni uning potensiali qiymati bilan jadvaldan yozib olinadi, kichik potensial qiymatga ega bo’lgan teskari yo’nalishda yozib olinadi va ikkinchi elektrod reaksiyasi tenglamasi bilan qo’shiladi. Bergan va qabul qilgan elektronlar soni tegishli stexiometrik koefisiyentlar tanlash yo’li bilan tenglashtiriladi. Galvanik zanjirda o’z-o’zidan boradigan reaksiya tenglamasi olinadi. Bunda elektrod reaksiyasi teskari yo’nalishda yozilgan bo’lsa, elektrod potensiyali ishorasi ham teskaricha o’zgaradi, elektrod reaksiyalari qo’shilganda potensiallarining algebraik yig’indisi olinadi va ularning summasi galvanik elementning EYuKni beradi.
Masalan, mis - rux elementi uchun:
Su2++ 2e-=Cu E0=+0,34B
Zn2++2e-=Zn E0=-0,76B
Ikkinchi reaksiyani teskari yo’nalishda yozib va potensial ishorasini o’zgartirib va qo’shib, butun jarayon tenglamasini va EYuKni olamiz: Su2++ 2e-=Cu E0=+0,34B
Zn-2e-=Zn2+ E0=+0,76B
Cu2++Zn=Cu+Zn2+ EYuK=+0,34+0,76=1,1V
Bir nechta misollar ko’raylik:
1. Xlorid kislotaning 1 molyar eritmasida ([H+]=1mol/l) qalay eriydimi?
1-chi reaksiya Sn2++2e-=Sn E0=-0,14B
2-chi reaksiya N++e-=1/2H2 E0=0,00B
Potensial qiymati (algebraik) katta bo’lgan reaksiyasi o’z-o’zidan boradi.
E01/2H2/H+E0Sn/Sn2+, chunki 0,00 (-0,14)
bundan reaksiya N++ye-=1/2N2 bo’lib hisoblanadi.
Ikkinchi reaksiyani elektronlar manbai sifatida teskari yo’nalishda yozamiz:
Sn-2e-=Sn2+ E0=+0,14B
Galvanik elementda boradigan umumiy reaksiya, ikki reaksiyani qo’shib olamiz:
2H++Sn=Sn2++H2 EYuK=+0,14V
Shunday qilib qalay, 1M xlorid kislota eritmasida eriydi.
2. Qalay suvda eriydimi? Potensiallar jadvalidan suv uchun [H+]=10-7g mol/l nolga teng emas va u -0,41V ga teng ekanligini topamiz: N++ye-=1/2N2 Ye=-0,41V ([N+]=10-7mol/l) Qalay uchun avvalgidek:Sn2++2e-=Sn E0=-0,14B (-0,14)(-0,41) bo’lgani uchun to’g’ri yo’nalishda Sn2++2e-=Sn reaksiyasi boradi. Kichik potensial qiymati bilan tavsiflanadigan reaksiya teskari yo’nalishda boradi. N2 - e-=2N+
O’z-o’zidan boradigan umumiy reaksiya :
Sn2++H2 =Sn+2H+
Shunday qilib qalay suvda erimaydi, agar uning ikki valentli tuzi eritmasidan vodorod o’tkazilsa, metallik qalay hosil bo’ladi (Sn2+ - qaytariladi).
Do'stlaringiz bilan baham: |