Katod hám anodda baratuǵın processler Elektr energiyası tásirinde júz bolatuǵın oksidleniw qaytarılıw processleri elektroliz dep ataladı. Tiykarınan «Elektroliz»

14-&. Elektroliz processleri
Joba :
1. Katod hám anodda baratuǵın processler
2. Faraday nızamları
3. Temaǵa tiyisli metodlar
4. Temaǵa tiyisli máseleler sheshiw
5. Temaǵa tiyisli testler
Katod hám anodda baratuǵın processler
Elektr energiyası tásirinde júz bolatuǵın oksidleniw - qaytarılıw processleri elektroliz dep ataladı. Tiykarınan «Elektroliz» degende elektrolit eritpesi yamasa suyıqlanmasi arqalı elektr aǵımı ótkeninde júz bolatuǵın barlıq processlerdi túsiniledi. Mısalı, suyıqlantirilgan magniy xlorid arqalı elektr aǵımı ótkeninde magniy kationlari elektr maydan tásirinde teris elektrod tárep háreket etedi. Bul elektrodqa jetiwi menenoq sırtqı shınjırdan kiyatırǵan elektronlarǵa dus kelip, qaytarıladı:
Mg²⁺ + 2e^- → Mg
Xlor anionlari elektr maydanı tásirinde oń elektrod tárep háreketlenedi: óz elektronların oń elektrodqa berip oksidlenedi. Xlor ionlarınıń oksidleniwi tiykarlanıp, elektrkimyoviy basqıshnı, yaǵnıy baslanǵısh processni quraydı. Onı
2Cl^- - 2e →2Cl
Formasında ańlatıw múmkin. Bul process nátiyjesinde payda bolǵan eki xlor atomlarınıń óz-ara birikib, xlor molekulasına aylanıwı bolsa ekilemshi process bolıp tabıladı:
2Cl →Cl₂
Ikkala elektrodda sodir bo’lgan jarayonlarning tenglamalarini bir – biriga qo’shish bilan, suyuqlantirilgan MgCl₂ elektrolizidagi oksidlanish – qaytarilish reaksiyasining yig’indi tenglamasiga ega bo’linadi:
Mg²⁺ + Cl^- → Mg + Cl₂
Qaysı elektrodta qaytarılıw júz bolsa, onı tap galvanik elementler degi sıyaqlı katod dep, qaysısında oksidleniw júz bersa, onı anod dep ataladı. Galvanik elementlerdagiga teris bolıp esaplanıw, elektrolizdagi katod teris, anod oń zaryadqa iye boladı. Óytkeni sonda, elektrolizda baratuǵın processler galvanik element islewinde júz bolatuǵın processlerge qarama - qarsı bolıp tabıladı.
Suwdaǵı eritpelerdiń elektroliziga kelip, álbette, eritpede suwdiń dissotsilanish ónimleri - vodorod hám gidroksil ionlar bar ekenin názerde tutıw kerek. vodorod ionlar elektr maydanında katod tárep, gidroksil ionlar - anod tárep háreketlenedi. Sonday eken, katodda eki ion : elektrolitning kationi hám de vodorod ionı, anodda bolsa - elektrolit anioni yamasa gidroksil ionlar zaryadsızlanishi múmkin. Elektrodlarda bul processlerdiń qay-qaysısı júz bolıwı birinshi náwbette normal elektrod potenciallarına, konsentraciyaǵa hám elektrod qanday materialdan jasalǵanına baylanıslı boladı. Metall óz elektronların qanshellilik qıyın bersa, yaǵnıy elektrod potencialı qanshellilik kata bolsa, onıń ionları katodda sonshalıq ańsat neytrallanadı, kerisinshe, kishi elektrod potencialǵa iye bolǵan elementlerdiń anionlari anodda ańsat neytrallanadı. Elektrolitlarning suwdaǵı eritpelerinde júz bolatuǵın katod processlerdi názerden keshirimde birinshi náwbette vodorod ionlarınıń qaytarılıw potencialın názerde tutıw kerek. Bul potencialdıń ma`nisi vodorod ionlar konsentraciyasına, sonlıqtan, eritpe degi pH ga baylanıslı :
E = 0,059lg [H<sup>+</sup>] yoki E = - 0,059 pH
Neytral ortalıq ushın pH = 7; sonlıqtan : E = - 0, 0597 = - 0,41 v. Sonday eken, eger elektrolit kationini quraytuǵın metalldıń normal potencialı - 0,41 v den kóre ońlaw bolsa, neytral eritpediń elektrolizida katodda áyne metall ajralıp shıǵadı. Bunday metallar kernewler qatarında vodorodqa jaqın turadı (mısalı qalay ). Eger elektrolitni shólkemlestirgen metalldıń elektrod potencialı - 0,41V ga qaraǵanda talay teris bolsa, katodda álbette vodorod ajralıp shıǵadı. Bunday metallar gápine kernewler qatarınıń basında turıwshı metallar (tap titangacha) kiredi. Aqır-aqıbetde, eger metaldıń elektrod potencialı - 0,41V ga jaqın bolsa, eritpe konstentratsiyasiga, temperaturaǵa, elektr aǵımınıń tıǵızlıǵına qaray, katodda metall qaytarılıwı yamasa vodorod ajralıp shıǵıwı múmkin. Bunday metallar gápine rux, xrom, temir, kadmiy, nikel kiredi.
Anodda júz bolatuǵın processlerdi názerden keshirilganda anodlar eki qıylı: inert hám aktiv bolıwı baqlanadı ; inert anod elektroliz waqtında ózgermeydi, aktiv anod bolsa, elektroliz waqtında oksidlenedi. Inert anod retinde grafit, kómir hám platinadan jasalǵan elektrodlar hizmat etedi. Silti eritpeleri quramında kislrodi bar kislota jáne onıń duzları eritpeleri elektroliz etilgende inert anodda kislorod ajralıp shıǵadı. Eritpe degi pH mánisine qaray, bul processni eki tur teńleme menen ańlatıw múmkin. Siltiiy ortalıqta gidroksil ionlar zaryadsızlanadi:
4OH<sup>-</sup> - 4e → 2H<sub>2</sub>O + O<sub>2</sub>
Neytral ortalıqta bolsa suw elektrkimyoviy oksidalanadi:
H<sub>2</sub>O – 4e → O<sub>2</sub> + 4H<sup>+</sup>
Quramında kislorodı bolmaǵan (HCl, HBr, H<sub>2</sub>S hám taǵı basqa) kislota hám olardıń duzları (NaCl, NaBr hám taǵı basqa) eritpeleri elektroliz etilgeninde anionlar óz elektronların joǵatıp inert anodda olar erkin halda (xlor, brom, altıngugurt hám taǵı basqa jaǵdayında) ajralıp shıǵadı.
Eritpelerde elektr tokı tásirinde ximiyalıq reaksiyalar (tiykarlanıp, ajırasıw reaksiyaları) júz bolatuǵın process elektroliz dep ataladı. Elektroliz elektr tokı tásirinde ıdıraw bolıp esaplanadı.
Elektroliz procesi sanaat hám awıl xojalıǵında úlken áhmiyetke iye. Mısalı, xlor hám oyıwshı sıltılar palaw duzı eritpesin elektroliz etip alınadı. Ammiak sintezi ushın zárúr bolǵan taza vodorod suwdı elektroliz qılıw jolı menen alınadı.
Elektroliz processinde elektrod - elektrolit shegarasında elektrokimyoviy reaksiyalar júz bolıp, bunda elektrod menen eritpe degi ionlar (molekulalar) óz-ara elektron almasadı. Katodda elektronlar elektroddan ionǵa (yamasa molekulaǵa), anodda bolsa ionnan (molekuladan) elektrodqa ótedi, bunda ionlar yamasa molekulalar óziniń elektr zaryadın joǵatadı yamasa ózgertiredi. Elektrodlarda júz bolatuǵın elektrokimyoviy reaksiyalarda tek elektronlar elektr tasıwı, eritpe degi ionlar bolsa valentligini ózgertiwi, lekin elektrodlarda zaryadsızlanmasligi da múmkin.
Ingliz alımı M.Faradey elektrolizni tájiriybede úyrenip, eki zárúrli nızamdı jańalıq ashtı:
elektroliz waqtında elektrodlardan elementler muǵdarı elektrolit arqalı ótken elektr muǵdarına tuwrı proporsional bolıp tabıladı;
hár qıylı elektrolitlardan birdey muǵdardaǵı elektr ótkerilgende elektrodlarda ajraladi`ǵan (ózgeretuǵın) elementler muǵdarı hám de sol elementlerdıń ximiyalıq ekvivalentlerine tuwrı proporsional bolıp tabıladı.
AgNO₃, CuSO₄ hám H₂SO₄ eritpeleri orqaldi bir kulon elektr ótkerilgende qatarda 1,118 mg gúmis, 0,3293mg mıs hám 0,010446mg vodorod ajralıp shıǵadı. Bul shamalar da elektrokimyoviy ekvivalentler dep ataladı. Ximiyalıq ekvivalent elektrokimyoviy ekvivalentke koefficient ózgermeytuǵın shama bolıp. eritpe 96487*1,6 K/g (pútinlengenligi 96500) ga teń hám ol Faradey sanı F dep ataladı. Sonday etip, elektroliz usılı menen eritpe g. ekv element ajıratıp alıw yamasa onı ózgertiw ushın bir Faradey elektr jumsaw kerek. Shınjır arqalı ótken elektr muǵdarın anıq ólshew metodı Faradey nızamına tiykarlanǵan. Bunday ólshewler ushın gúmisli, misli, ionlı hám basqa kulonometrler isletiledi. Bul ásbaplarda elektroliz ónimleri tartıladı, titrlanadi yamasa onıń kólemi olshenedi. Elektroliz ónimleriniń muǵdarı málim bo'lgach, sarplanǵan elektr muǵdarı ańsat tabıladı. Elektroliz sanaatında júdá kóp processlerde, ásirese, ximiya sanaatında keń qollanıladı; suyıqlantirilgan kriolit Na₃AlF₆ dan alyuminiy alıw, suyıqlantirilgan MgCl₂ ni elektroliz etip magniy alıw, misni qosımshalardan tazalaw, silti hám duz eritpelerin elektroliz etip taza vodorod alıw hám basqalar. Bunnan tısqarı mollar sırtına basqa metallar oraw, yaǵnıy xromlash, nikellash, kadmiylash sıyaqlı jumıslar da elektrolitik usılda atqarıladı. Elektrodlarda júz bolatuǵın elektrokimyoviy reaksiyalarda tek elektronlar elektr tasıwı, eritpe degi ionlar bolsa valentligini ózgertiwi, lekin elektrodlarda zaryadsızlanmasligi da múmkin.
Elektrolitlar eritpesine elektrodlar túsirip, olardı turaqlı elektr tokı derekyi menen jalǵanǵanda oń zaryadlanǵan ionlar (kationlar) katod (teris zaryadlı elektrod) tárep, teris zaryadqa iye bolǵan ionlar bolsa anod (oń zaryadlı elektrod) tárep jılısıwı júzege keledi. Katod maydanında kationlar ózine elektronlardı qabıl etip qaytarıladı, anionlar bolsa anod maydanı menen soqlıǵısıp ózleriniń elektronların beredi, yaǵnıy anionlar oksidlenedi.
Mısalı, CuCl₂ dıń suwdaǵı eritpesinde Cu²⁺ hám Cl^- ionları katod hám anod tárep jiberedi:
CuCl₂ ⇄ Cu²⁺ + 2Cl^–(–) Katod ← Cu²⁺ + 2Cl^– → Anod (+)