Elektrolitlarda elektr toki. Elektroliz uchun Faradey qonuni Reja

Aim.uz

Elektrolitlarda elektr toki. Elektroliz uchun Faradey qonuni

Reja:

1. Elektrolitlarda elektr toki. Elektrolitik disotsiyatsiya elektroliz.

2. Elektroliz uchun Faradiey qonunlari va uning texnikada qo`llanilishi.

3. Kimyoviy energiyani elektr energiyaga aylantirish.

O’quvchi bilishi kerak:

Elektrolitlarda elektr toki. Elektrolitik dissotsiya. Elektroliz. Dissotsialanish darajasi, Elektroliz uchun Faradey qonuni. Faradeyning birinchi qonuni, elektroqimyoviy ekvivalent. Elektrolizning texnikada qo’llanilishi. Kimyoviy energiyani elektr energiyaga aylantirish. Sof moddalarni ajratish, galvonotexnika, galvanik elemenlar, galvanik elemenlarning tuzilishi, akkumulyatorlar, akkumulyatorning FIK va hajmi.

Mavzuning maqsadi: Elektrolitlarda elektr toki. Elektrolitik disotsiyatsiya elektroliz. Elektroliz uchun Faradiey qonuni. Elektrolizning texnikada qo`llanilishi. Kimyoviy energiyani elektr energiyaga aylantirish haqida o’quvchilarda ko’nikmalar hosil qilish.

Mavzuning bayoni:

1. Distillangan suv elektr tokini o`tkazmaydi. Agar unga ozroq tuz qo`shilsa elektr tokini o`tkazuvchiga aylanadi. Ba’zi moddalarning suvdagi eritmasi elektr tokini o`tkazish qobiliyatiga, ya’ni zaryad tashuvchi zarralarga ega bo`lib qolar ekan. Erituvchida eriganda ionlarga ajraladigan moddalarga elektrolitlar deyiladi. Elektrolitlarda zaryad tashuvchi zarralar ionlar bo`ladi. Shuning uchun ham bunday o`tkazuvchanlikka ionli o`tkazuvchanlik deyiladi. Ionlarning vujudga kelishiga sabab, elektrolit eriganda uning molekulalari, erituvchi molekulalarining elektr maydoni ta’sirida musbat va manfiy zaryadlangan ionlarga ajralishidir. Elektrolitdagi ionlarning tashqi maydon ta’siridagi batartib harakatiga elektrolitlarda elektr toki deyiladi. 

Elektrolitik dissotsiya. Elektrolit eriganda molekulalarining musbat va manfiy zaryadlangan ionlarga ajralishiga elektrolitik dissotsiatsiya deyiladi. Natijada eritmada musbat ionlar (kationlar) va manfiy ionlar (anionlar) hosil bo`ladi. Odatda kationlar metallar va vodorodning ionlari, anionlar esa kislota

 Elektroliz.Tashki elektr maydoni bo`lmaganda eritmani tashkil qiluvchi qarama-qarshi ishorali ionlar va molekulalar betartib harakat holatida bo`ladi. Agar eritmaga elektr maydoni ta’sir etsa, ionlarning harakati tartibga tushadi. Elektrolitda elektr tokini sim orqali tok manbaiga ulangan elektrodlarni tushirish bilan hosil qilish mumkin.

Elektr maydoni ta’sirida kationlar manfiy elektrod katodga (k) qarab, anionlar esa musbat elektrod anodga (A) qarab harakatlana boshlaydi. Shuni ta’kidlash lozimki ionlarning tezligi juda kichik masalan E=10² v/m bo`lganda vodorod ionlarining tezligi m/s bo`ladi. Natijada elektrolitlarda zaryadlangan zarralarning batartib harakati, ya’ni elektr toki vujudga keladi.Tok kuchi elektrolitning ma’lum kesimidan o`tuvchi earyadning vaqtga nisbatiga teng. Elektr tokining zichligi esa Om qonuniga muvofiq aniqlanadi.

^J=

Bu yerda - elektrolitning solishtirma qarshiligi. Metallardagidan farqli ravishda elektorlitning solishtirma qarshiligi temperatura ko`tarilganda kamayadi, solishtirma o`tkazuvchanligi ortadi.

Elektrolitdan tok o`tganda elektroliz hodisasi ro`y beradi.

Elektrolitdan tok o`tganda tarkibiga kiruvchi moddalarning elektrodlarda ajralib chiqishiga elekroliz hodisasi deyiladi.

Elektrolitlarda tok o`tishi moddaning ko`chishi bilan bog’liq bo`lganligi sababli ularga ikkinchi tur o`tkazgichlar deyiladi.

 Faradeyning birinchi qonuni. 1833 yil M.Faradey elektroliz qonunlarini yaratdi. Faradeyning birinchi qonuni: elektrodda ajralib chiqadigan moddaning massasi m, elektrolitdan o`tgan zaryad miqdori Q ga proportsional.

, yoki m=kIt

 Elektroqimyoviy ekvivalent proportsionallik koeffitsienti k ga moddaning elektroqimyoviy ekvivalenti deyiladi. U elektrolizda elektrodda ajralib chiqqan modda massasining elektrolit orqali o`tgan zaryad miqdoriga nisbatiga tengdir.

Moddalarning elektroqimyoviy ekvivalenti.

MODDA	k, 10^-6 kgG`Kl
Kumush Vodorod Mis Rux	1,118 0,01045 0,3294 0,0388

  2. Faradeyning ikkinchi qonuni.Moddaning elektroqimyoviy ekvivalenti uning atom (molekulyar) massasi A ning valentlik n ga nisbatiga to`g`ri proportsional

^{k =}

Atom ( molekulyar)massaning valentlikka nisbatiga kimyoviy ekvivalent deyiladi.

F ga Faradey doimiysi deyiladi. Uning fizik ma’nosini aniqlash uchun

^{m =}

 ushbu ifodaga Faradeyning elektroliz uchun umumlashgan qonuni deyiladi.

Faradey sonining qiymati tajribada aniqlangan va F= 9,6480⁴ Kl/mol.

 Elektroliz hodisasi texnikada va sanoatda keng qo`llaniladi. Bu usul bilan toza moddalar: temir, marganets, xrom, mis, rux, xlor, ftor va boshqa moddalar ajratib olinadi.

 Galvanotexnika. Metalldan yasalgan detallar va asboblarni zanglamaydigan qoplama bilan qoplash usuli galvanotexnika ham sanoatda keng qo`llaniladi.Tez oksidlanadigan metallardan yasalagn narsalarning sirti qiyin oksidlanadigan: nikel, kumush, rux va boshqalar balan qoplanadi. Nikellangan buyumlar: samovar, choynik, pichok, qoshiq, sanchqilar shu usul bilan hosil qilinadi.

Narsalarning sirtini oksidlanmaydigan metallar bilan qoplashga galvanostegiya deyiladi. Bu usul eng arzon, qulay va tez bajariladigan usuldir.

Masalan nikel bilan qoplash kerak bo`lgan buyumni yaxshilab tozalab so`ngra elektrolitik vannaga tushiriladi. Vannaga nikelning ikkilamchi tuzining ammiakdagi eritmasi solinadi. Anod sifatida nikel parchasi olinsa, buyum katod vazifasini o`taydi. Ma’lum vaqt tok o`tkazilib, nikel qatlamining kerakli qalinligi hosil qilinadi.

Buyumlarni kumush yoki oltin bilan qoplashda kumush va oltin tuzlarining eritmalaridan foydalaniladi.

Biror shaklni hosil qilish uchun buyum sirtiga metallni elektrolitik chuktirish usuliga galvanoplastika deyiladi.Galvanoplastika 1836 yilda rus fizigi B.Yakobi tomonidan kashf etilgan bo`lib, tezda sanoatda keng qo`llanila boshladi.

3. Galvanik elemen. U turli baraeleflar (naqsh), xaykalchalar nusxasini tayyorlashda, kredit kartochkalari va boshqa kog`ozlarni chiqarish uchun klihe tayyorlashda foydalaniladi.

Agar eritmaga metall elektrod tushirilsa, unda elektrodning manfiy ionlari metal sirtiga kelib kristall panjaradagi musbat ionlarni sug`urib oladi. Shu bilan birga teskari jarayon, metal ionlarining elektrodda yopishishi ham ro`y beradi. Agar elektrolitning kationlari elektrod metalining ioni bo`lsa juda ham yaxshi bo`ladi.

Metall ionlarining eritmaga o`tishi natijasida, metal- manfiy, eritma esa musbat zaryadlanib qoladi, ya’ni eritmadan metalga yo`nalgan elektr maydoni vujudga keladi va u metalning yana erishiga to`sqinlik qiladi. Bordi-yu dastlab teskari jarayon eritma ionlarining elektrodda yopishib qolishi jadalroq ro`y bersa, unda elektrod musbat zaryadlanib qoladi.

Har ikkala holda ham, metal va eritma orasida paydo bo`lgan potentsiallar farqi elektrodning emirilish va kristallanish tezligini tenglashtirib turadi.Bu potentsiallar farqi mazkur metalning mazkur eritmadagi elektrolitik potentsiali deyiladi.

Agar eritmaga turli metallardan yasalgan ikkita elektrod botirilsa, ularning elektrolitik potentsiallari farqiga teng bo`lgan potentsiallar farqi vujudga keladi. Shunday qilib, metal va elektrolitlarning kimyoviy ta’sir energiyasi elektr maydon energiyasiga aylanadi.

Kimyoviy reaktsiya energiyasini bevosita elektr energiyaga aylantirib boradigan qurilmaga galvanik elementlar deyiladi.   

Galvanik elementning tuzilishiga, yopiq zanjirda elektr tokini vujudga keltiradigan metal va elektrolit o`rtasidagi o`zaro ta’sir asos qilib olingan. Bu hodisa XVIII asr oxirida italiyalik olim L.Galvani tomonidan ochilganligi sababli, yangi tok manbalari uning sharafiga galvanik elementlar deb atalgan. Galvanik elementlar biror elektrolitga tushirilgan ikkita turli materiallardan yasalgan elektrodlardan iborat bo`ladi.

Italiyalik fizik A.Volta mis va rux plastinkalarni sulfat kislota eritmasiga tushirib birinchi galvanik elementni yasagan.Volta elementining EYuK 1,1V bo`lgan. Volta elementi ishlaganda uning musbat qutblarida vodorod ajraladi, manfiyida esa ruxning erishi ro`y beradi.  

Amalda, elektrodlari va elektroliti bilan Volta elementidan farq qiladigan boshqa elementlardan qo`proq foydalaniladi. Masalan, 1,09 V EYuK Daniel elementida musbat elektrod mis ko`porosiga botirilgan-mis, manfiy elektrod esa, rux ko`porosi yoki sulfat kislotaga botirilgan rux.

Galvanik elementlarning ko`pchiligida uzoq foydalanilganda EYuK kamayadi va tok berolmay qoladi. Bunga sabab elektrodlarning qutblanishidir.

Volta elementining ish prinsipida katta kamchilik mavjud. Mis elektrodda ajralayotgan vodorodlar ma’lum vaqtdan so`ng elektrodni o`rab oladi va vodorodning yangi ionlari kelishiga to`sqinlik qiladi. Natijada elektrodlarning elektrolitik potentsiali va demak ularning farqi ham o`zgaradi.Bu hodisaga elektrolitlarning qutblanishi deyiladi. Elektrodlarning qutblanishi elementda go`yoki qarama-qarshi EYuK vujudga keltiradi va undagi tokni kamaytiradi. Elementning qutblanishini yo`qotish uchun, ajraladigan gaz bilan birikuvchi oksidlovchi modda kiritiladi. Bunday oksidlovchilarga qutblashni yo`qotuvchilar, qutblarni yo`qotuvchi elementlarga esa qutblanmaydiganlar deyiladi va ular ancha uzoq vaqt ishlaydi. Qutblanmaydigan galvanik elementlarning juda ko`p turlari mavjud bo`lsada ularning ish prinsipi bir xil. Ularning eng ko`p tarqalganlaridan biri Leklanshe elementi bo`lib EYuK 1,5 V ni tashkil qiladi.

Akkumlyator. Galvanik elementlar unda mavjud bo`lgan kimyoviy energiya to`la sarflanguncha (masalan Leklanshe elementida ruh eriguncha) ishlashi mumkin. So`ngra esa faoliyatini to`xtatadi. Shuning uchun ham ba’zida, ularning faoliyati uchun zarur bo`lgan kimyoviy energiyani elektroliz natijasida tiklashi mumkin bo`lgan galvanik elementlardan foydalaniladi.

Bunday elementlarga akkumlyatorlar, ularda elektroliz yordamida energiyani to`plash jarayoniga esa akkumlyatorlarni zaryadlash (energiyani to`plash) deyiladi.

Akkumlyatorlarni zaryadlashda tashqi manbaning toki u beradigan tokka qarama-qarshi yo`nalishda o`tkaziladi.

Texnikada ikki xil kislotali va ishqorli akkumlyatorlardan foydalaniladi. Kislotali akkumlyatorlar sulfat kislota eritmasiga tushirilgan qo`rg`oshin plastinkalardan tashkil topgan. Manfiy plastinka toza qo`rg`oshindan sirti yumshoq qilib, musbat plastinka esa qo`rg`oshin ikki oksidi bilan qoplangan bo`ladi. Akkumlyator razryadlanganda har ikkala plastinka ham asta-sekin oltingugurt kislotali qo`rg`oshin bilan koplana boshlaydi. Akkumlyator zaryadlanganda esa musbat va manfiy plastinkalar orasidagi farq tiklanadi. Kislotali akkumlyatorlarning EYuK. 2V atrofida bo`ladi.

Ishqorli akkumlyatorlar cho`ntakchalari bor nikelli temir plastinkalardan tashkil topgan. Musbat plastinkaning cho`ntagida nikel oksidi, manfiy plastinkaning cho`ntagida esa temir oksidi solinadi. Elektrolit vazifasini kaliy ishqori o`taydi. Ishqorli akkumlyatorning EYuK. 1,4 V ni tashkil qiladi. Ishqorli akkumlyatorlar kislotalarnikiga nisbatan qulay va yengil, zararli bug` va gazlar chiqarmaydi, qisqa paytdagi qisqa tutashuvda buzilmaydi.

Akkumlyatorning F.I.K. deb, zaryadlanish paytida olgan energiyasining qancha qismini razryadlanishda qaytarishini ko`rsatadigan kattalikka aytiladi.

Kislotali akkumlyatorning f.i.k. 80%, ishqorlisiniki 60% atrofida bo`ladi. Har bir akkumlyator o`z sig`imi bilan xarakterlanadi. Akkumlyatorning sig`imi zaryadlangan akkumlyator razryadlanishda beradigan zaryad miqdori bilan o`lchanadi. U kulonlarda emas, maxsus birlik amper-soatlarda o`lchanadi.

Amper-soat – 1 A tokning 1 soat davomida olib keladigan zaryad miqdoridir: Kl.

Akkumlyator avtomobillarning, samolyotlarning, suv osti kemalarining, poezd yoritgichlarining ajralmas qismidir.

Galvanik elementlar esa radiopryomniklarda va televizorlarda telefon va telegraf qurilmalarida keng ishlatiladi. Ular atmosferani uglerod oksidi, azot oksidi, uglevodorodlar va boshqa aralashmalar bilan zaharlaydi. Shuning uchun ham hozir quyosh energiyasidan foydalanuvchi elektromobillarni ishlab chiqarishga katta e’tibor qaratilmoqda

 Xulosalar: Erituvchida eriganda ionlarga ajraladigan moddalarga elektrolitlar deyiladi. Elektrolitlarda zaryad tashuvchi zarralar ionlar bo`ladi Elektrolitdagi ionlarning tashqi maydon ta’siridagi batartib harakatiga elektrolitlarda elektr toki deyiladi. 

Uyga vazifa: O’tilgan mavzuni o’qish, ko’rgazmali qurollar tarqatma materiallar (referat, boshqotirma, modellar yasash, plakatlar) tayyorlash:

Mavzuga oid didaktik va texnik vositalar, foydalanilgan jihozlar:

Kodoskop, slaydlar, plakat, kartochkalar, akkimulyator, galvanik elemantlar.

O’qitish uslublari: O’quv mavzusini og’zaki bayon qilish, savol-javob

Adabiyotlar:

A.G’.G’aniev, A.K. Avliyoqulov, G.A. Almardonova “Fizika” I –qism 245-250 bet

X.Axmedov, M.Doniyev,Z.Husanov.Fizikadan ma’ruza matni 2004 yil
Sinov savollari.

  1)Elektrolitik potentsial deb qanday potentsialga aytiladi?

2)Galvanik elemetlar deb qanday qurilmaga aytiladi?

3)Galvanik elementlarning tuzilishi?

4) Elektrodlarning qutblanishi deb nimaga aytiladi?

5)Akkumlyatorlarning F.I.K. qanday aniqlanadi?

6) Faradeyning birinchi qonuni.

Aim.uz