Kimyoviy analiz metodlari ma’ruza matni

Potensialning hosil bo‘lishi. Agar bir idishga suv solib, unga mis plastinkasini tushirsak (17-rasm), undagi suv molekulalarining manfiy qutbi bilan mis plastinkasi orasida elektr-kimyoviy bog‘la- nish hosil bo‘ladi. Suv molekulalari manfiy qutbi bilan mis plas- tinkasining kristall panjaralaridagi mis ionlarini tortib oladi va suvda mis ionlarining gidratlari hosil bo‘ladi. Bu jarayon misning
suvda erish jarayoni deyiladi va juda sekin boradi. Bunda metall sirtida elektronlar ortiqcha bo‘lib qolgani uchun metall sirti man- fiy zaryadlanadi va o‘zining ionlarini yanada kuchliroq tortadi. Natijada energiyasi yuqori bo‘lgan suv molekulalari ionli plas- tinkadan uzoqlashishi yoki, aksincha, unga yaqinlashishi ham mumkin. Bunda plastinkadan ajralib chiqqan musbat ionlar bilan plastinkaga yaqinlashayotgan manfiy ionlar dinamik muvozanat holatga yetib, manfiy va musbat (qo‘sh) elektr qavat hosil qiladi va potensial vujudga keladi. Mis plastinkadan mis ionlarining erit- maga o‘tishi 17-rasmda tasvirlangan.
Bu yerda mis plastinkadan mis ionlarining chiqishiga erit- madagi mis ionlari to‘sqinlik qiladi va nisbatan kam ionlar chiqa- di, hosil bo‘lgan potensial qiymati ham nisbatan kichik bo‘ladi. Bu hol potensial konsentratsiyaga bevosita bog‘liq ekanligini ko‘rsatadi. Hosil bo‘ladigan potensial konsentratsiyadan tashqari boshqa omillarga ham bog‘liq.



Eritma
17-rasm. Qo‘sh elektr qavatning tuzilishi.
Masalan, mis plastinkasi (elektrod) osh tuzi CuCl₂ eritmasiga botirilgan bo‘lsa, mis plastinkasidan mis ionlarining eritmaga chi- qishiga eritmadagi mis ionlari to‘sqinlik qiladi va eritmaga mis ionlari nisbatan kam chiqadi. Bunda hosil bo‘lgan potensial qiy- mati dastlabkisidan farqlanadi, ya’ni kamayadi. Demak, hosil bo‘lgan potensial qiymati konsentratsiyaga bog‘liq ekan. Potensi- alning konsentratsiyadan boshqa omillarga ham bog‘liqligi Nernst tenglamasida berilgan.
Agar noaktiv metallar, masalan, platina plastinkasi o‘z tuzi- ning qaytarilgan va oksidlangan eritmasiga tushirilsa, platina erit-
madan elektron qabul qilib manfiy zaryadlanadi, eritma qavati musbat yoki, aksincha, platina elektron berib musbat zaryadlanadi. Uning sirtiga yaqin eritma esa manfiy zaryadlanadi va qo‘sh elektr qavat hosil bo‘ladi.
Demak, agar biror metall plastinka o‘z tuzi eritmasiga yoki suvga botirilsa, metall yuzasida ma’lum jarayonlar sodir bo‘lib, qo‘sh elektr qavati hosil bo‘ladi. Bunda metallning kristall panja- rasidagi metall ionlari eritmadagi tuz molekulalari ta’sirida metall yuzasidan ajralib suvga o‘tadi. Metall yuzasi o‘zida qolgan ortiq- cha elektronlar hisobiga manfiy zaryadlanadi, suv qavati esa erit- maga o‘tgan ionlar hisobiga musbat zaryadlanadi. Eritmaga o‘tgan metall ionlari eritmaning hajmi bo‘ylab tarqalib ketmaydi, balki metall sirtiga tortilib turadi. Shunday qilib, metall yuzasida qo‘sh elektr qavat hosil bo‘ladi.
Hosil bo‘lgan potensial E real potensial deyiladi va uning qiy- mati taqqoslash elektrodi (potensiali nolga teng yoki o‘zgarmas va past qiymatga ega) orqali potensiometr yordamida aniqlanadi. Sirtida qo‘sh elektr qavat hosil bo‘lgan metall plastinkasi indika- tor elektrod deyiladi. Hozirgi tushunchalarga ko‘ra qo‘sh elektr qavatni bitta yoki bir qancha parallel ulangan kondensatorlar sifa- tida tasavvur etish mumkin.
Elektronlar fazalar chegarasidan o‘tishida potensiallar ayirma- si paydo bo‘ladi. Uning qiymati metall elektrodning tabiatiga bog‘liq.
Elektrodlarning elektronlarni berish yoki biriktirib olish jara- yoni elektrod reaksiyasi deyiladi. Elektr-kimyoviy reaksiyani sxe- ma tarzida quyidagicha ifodalash mumkin:
Me(faza 1) ← → Meⁿ⁺(faza 2) + ne(faza 1)
Elektrod reaksiyasi o‘z-o‘zidan (galvanik elementlar) yoki tashqi tok energiyasi berilganda sodir bo‘lishi mumkin. Bunda har bir elektrodda yangi kimyoviy modda hosil bo‘ladi.
Ikkita elektrodning reaksiyasi kimyoviy reaksiyaning yig‘in- disini tashkil qiladi. Bittasida elektronlar beriladi, ikkinchisida biriktirib olinadi. Shunday qilib, bitta elektrodda (anod) ok- sidlanish reaksiyasi va boshqasida (katod) qaytarilish reaksiya- si sodir bo‘ladi. Har qanday elektrodning potensiali (E) metall-
ning tabiatidan tashqari eritmaning konsentratsiyasiga ham bog‘liq. Elektrodlar muvozanat potensialining eritma konsentratsiyasiga bog‘liqligi Nernst tenglamasi bilan ifodala- nadi:

^Emuv
= E^o + ^2,3RT ln a
nF

Bu yerda E° – redoks sistemaning standart potensiali, u elektr- kimyoviy reaksiyada ishtirok qilayotgan hamma komponentlar- ning aktivligi birga teng bo‘lganda E ga teng bo‘ladi;
R – gaz doimiiy, 8,813 dj·grad^–1 mol^–1_; T – absolut harorat, °K;
F – Faradey soni = 96500 k;
a – ishtirok etayotgan hamma komponentlarning aktivligi (eritmadagi ionlarning konsentratsiyasi).
Natural logarifmdan o‘nli logarifmga o‘tsak va tenglamadagi hamma doimiy qiymatlarni birlashtirsak, 25°C uchun:

^Emuv
= E^o + ^{0, 059} ln a
n

Yakka elektrodning potensialini amalda o‘lchab bo‘lmaydi, shuning uchun galvanik element (elektrolitik yacheyka) tuzish kerak. Ikkita elektrod eritmaga tushirilsa, galvanik element hosil bo‘ladi. Bu elektrodlarning potensiali (EYK) taqqoslash elektrodi bilan tekshirilayotgan elektrod potensiallarining algebraik ayir- masiga teng. Bunda elektr yurituvchi kuch:
EYK = E=E°– E_T
Bu yerda E_T – taqqoslash elektrodining potensiali; E° – tekshiriladigan elektrodning potensiali.
Bunda bitta elektrodning potensiali oldindan aniqlangan va doimiy bo‘lgan indikator elektrodning potensialiga nisbatan aniq- lanadi. Bu elektrod taqqoslash elektrodi yoki solishtirma elektrod deyiladi. Standart taqqoslash elektrodi sifatida standart (normal) vodorod elektrod qabul qilingan, uning potensiali har qanday ha- roratda shartli ravishda nolga teng deb olinadi:



E

= 0
o
2H ⁺ / H₂

1.