Elektrokimyo fizikaviy kimyoning bir bo„limi bo„lib, kimyoviy energiyaning elektr energiyaga va aksincha, elektr energiyaning kimyoviy energiyaga aylanish jarayonlarini o„rganadi

1.4.Elektrokimyo
Elektrokimyo fizikaviy kimyoning bir bo„limi bo„lib, kimyoviy energiyaning elektr energiyaga va aksincha, elektr energiyaning kimyoviy energiyaga aylanish jarayonlarini o„rganadi. Odam va hayvonlar organizmida sodir bo„ladigan elektrokimyoviy hodisalarni o„rganish biologiya, fiziologiya va tibbiyot sohasida tekshirilgan jarayonlarni mohiyatini ilmiy jihatdan yanada to„liqroq tushuntirishga imkon beradi. Asosiy tushunchalar. Barcha moddalar ikki guruhga bo„linadi: elektr tokini o„tkazmaydigan yoki izolyatorlar va elektr tokini yaxshi o„tkazuvchilar yoki elektr o„tkazgichlar. O„z navbatida elektr o„tkazgichlar ikki turga bo„linadi: 1.metall o„tkazgichlar, bularda elektr elektronlar vositasida tashiladi; 2.elektrolitlar, bu holda elektr ionlar vositasida o„tkaziladi. Musbat (+) zaryadli ionlar - kationlar deb ataladi va ular elektr maydonida elektr toki yo„nalishida, manfiy zaryadli ionlar - anionlar esa qarama-qarshi yo„nalishda harakat qiladi. Elektrolitlar va elektroliz. Tuzlar, kislotalar va asoslarning eritmalari elektrolitlar deb ataladi. YUqorida aytib o„tilgandek, elektrolitlarda elektr toki ionlar vositasida o„tkaziladi. SHuning uchun elektrolitlar faqat eritma holatida elektr o„tkazuvchi bo„la oladilar. Ayrimlari suyuqlanma holatida ham elektr tokini o„tkazish qobiliyatiga ega. Elektrolit eritmasining elektr tokini o„tkazish qobiliyatini kuzatish uchun elektr manbaiga ulangan metall plastinkalar (yoki ko„mir tayoqchalar) elektrolit eritmasi solingan idishga tushiriladi. Elektr manbaiga ulangan metall plastinkalar elektrodlar deb ataladi. elektr manbaining musbat (+) qutbiga ulangan elektrod anod va manfiy (-) qutbiga ulangan elektrod esa katod deb ataladi. Eritma yoki suyuqlanmadagi modda musbat (+) va manfiy (-) ishorali ionlarga ajraladi. Eritmadagi musbat va manfiy ishoralar soni va miqdori o„zaro teng bo„ladi. SHuning uchun elektrolit elektroneytral bo„ladi. Musbat zaryadli ionlar katod tomon tortiladi - shuning uchun ular kationlar deb, anodga tomon harakat qiluvchi ionlar anionlar deb ataladi. Elektrolit orqali tok o„tganda moddaning elektrodlarga tomon siljishi kuzatiladi. Bu vaqtda konsentratsiya o„zgaradi va elektrodlar yuzasida moddalarning ajralib chiqishi kuzatiladi. Bu jarayon elektroliz hodisasi deb ataladi. Katod bilan tutashadigan kation undan elektron qabul qilib oladi va anod bilan tutashadigan anion unga o„z elektronini beradi. SHu jarayon CuCl2 eritmasi misolida qaralsa, u quyidagicha boradi: Katodda: Cu2+ + 2ē  CuO Anodda: 2Sl - - 2ē  2ClO (2Sl O  Cl2) Umumiy holda: Cu2+ + 2Cl- elektroliz Cu + Cl2. Faradey qonunlari. 1833 yili ingliz olimi Faradey o„z kuzatishlari natijasida quyidagi qonunlarni yaratdi: 1.Elektroliz vaqtida elektrodlarda ajralib chiqqan modda massasi elektrolit orqali o„tgan elektr miqdoriga to„g„ri proporsional. 2.Har xil moddalarning eritmalari orqali bir xil miqdorda elektr o„tkazilsa, elektrodlarda ajralib chiqqan moddalar massasi ularning ximiyaviy ekvivalentiga to„g„ri proporsional. Faradey qonunlarining umumlashgan formulasi quyidagi ko„rinishga ega: g = (IE)/96500, (1.36) bunda I - tok kuchi, a ;  - elektroliz davom etgan vaqt, sek.; E - elementning kimyoviy ekvivalenti; F - Faradey soni (F = 96500 K). 96500 K (kulon) ga teng bo„lgan elektr miqdori Faradey soni deb ataladi (F). Faradey soni (F) har qanday moddaning 1 ekvialentiga teng miqdorini elektroliz yo„li bilan ajratib olish uchun sarf bo„ladigan elektr miqdorini ko„rsatadi. Moddalarning kimyoviy ekvivalentlarini ularning elektrokimyoviy ekvivalentiga nisbati Faradey soniga tengdir. Ag: 107,880: 0,00118 = 96495 K Cu: 31,78: 0,00032935 = 96495 K H:1,008: 0,000010446 = 96496 K Elektrolitlar eritmalarida elektr tokining o„tishida ham kationlar, ham anionlar qatnashadi. Ularning elektr tokini o„tkazishi kation va anionlarning tashish sonlari bilan baholanadi: n+ + n- = 1 Kation (n+) va anionlarning (n-) tashish sonlari ularning harakatchanligi orqali quyidagicha bog„langan: n+ = U+/ U+ + U-; n- = U-/ U+ + U-; (1.37) bunda U+ va U- - kation va anionlarning harakatchanligi. Elektr o‘tkazgichning qarshiligi modda tabiatiga, o„tkazgichning shakliga bog„liq. Har xil elektr o„tkazgichlarning elektr o„kazuvchanligini baholash uchun elektrolit eritmasi bilan to„ldirilgan qirrasi 1 sm ga teng bo„lgan kubning elektr qarshiligi qabul qilingan bo„lib, 1 v elektr toki manbaiga ulangan idishning solishtirma elektr qarshiligidir (“ o ”). Solishtirma qarshilikka teskari bo„lgan kattalik solishtirma elektr o„tkazuvchanlik () deb ataladi:  = 1/ (om-1 sm-1 ) (1.38) Eritmalarning solishtirma elektr o„tkazuvchanligi haroratga bog„liq bo„lib, haroratning ortishi bilan ortadi. SHuning uchun uning qiymati () o„zgarmas haroratda (180 S) o„lchanadi. Elektrolit eritmasining solishtirma elektr o„tkazuvchanligi konsentratsiyaga ham bog„liq bo„lib, konsentratsiya pasayishi bilan kamayadi. Har xil elektrolitlar eritmasining elektr o„tkazuvchanligini taqqoslash uchun ekvivalent elektr o„tkazuvchanlik tushunchasi qabul qilingan bo„lib, uning qiymati konsentratsiyaga bog„liq emasdir. 1876 yili Kolraush tomonidan fanga kiritilgan ekvivalent elektr o„tkazuvchanlik quyidagi formula bilan ifodalanadi:  =  = /S (1.39) bunda  - ning o„lcham birligi om -1 sm 2 . - ning qiymati eritma suyultirilishi bilan ortib boradi va cheksiz suyultirilgan holda maksimal qiymatga erishadi va u  bilan belgilanadi. U ionlarning ekvivalent elektr o„tkazuvchanliklari yig„indisiga teng:  = - + +; (1.40) Bu formula ionlar harakati mustaqillik qonunining (Kolraush) matematik ifodasidir. Ekvivalent elektr o„tkazuvchanlik va tashish sonlari orasida quyidagi bog„lanish mavjud: -/+ = U-/U+ = n-/(1-n)- (1.41) Ionlarning cheksiz suyultirish vaqtidagi ekvivalent elektr o„tkazuvchanligi ularning harakatchanligiga to„g„ri proporsional bo„lib, unda Faradey soni (F) proporsionallik koeffitsienti hisoblanadi. Kuchli va kuchsiz elektrolitlar. Ko„pgina elektrolitlarning suvli eritmalarini elektr o„tkazuvchanligi o„lchanganda shu narsa aniqlanganki, ularning ayrimlaridan elektr o„tkazuvchanlik yuqori qiymatga ega bo„ladi va eritma konsentratsiyasi o„zgarishi bilan uning qiymati kam o„zgaradi; ayrim elektrolitlar eritmalarida esa elektr o„tkazuvchanlik sust bo„lib, suyultirish o„zgargan sari keskin ortib boradi. SHunga ko„ra, birinchi holdagi elektrolitlar kuchli, ikkinchi holdagi elektrolitlar esa kuchsiz elektrolitlar deb ataladi. Elektrolitning kuchi (fc) ekvivalent elektr o„tkazuvchanlikning ma‟lum konsentratsiyali eritmalar uchun qiymatining (c) cheksiz suyultirilgan elektrolitdagi qiymatigagi () ga bo„lgan nisbati bilan baholanadi: fc = c/ (1.42) Kuchli elektrolitlar sinfiga ko„pchilik tuzlar, ishqoriy va ishqoriy er metallarining asoslari hamda ba‟zi mineral kislotalar (H2SO4,HNO3,HCl) eritmalari, kuchsiz elektrolitlar jumlasiga esa organik kislotalar, HCN, H2S, NH3 eritmalari, aminlar kiradi. Elektrolitlarning kuchi dissotsiatsiya darajasi () bilan baholanadi: n(ionlarga ajralgan modda miqdori)  = -------------------------------------------------------- (1.43) N(umumiy eritilgan modda miqdori) Kuchsiz elektrolitlar eritmada faqat qisman ionlarga ajralgan bo„lib, ularning ekvivalent elektr o„tkazuvchanligi suyultirishga to„g„ri proporsionaldir. Kuchli elektrolitlar esa suvli eritmada deyarli to„liq ionlarga ajralgan bo„ladi: H2SO4  2H+ + SO4 2- HNO3  H + + NO3 - Na3PO4  3Na+ + PO4 3