Kimyoviy texnologiya

(Javob: 3091 Pa)
AMALIY MASHG‘ULOT - 6

Mavzu: EYuK qiymatini hisoblashga doir masalalar yechish.

Elektr o‘tkazgich ikki xil bo‘ladi: a) birinchi xil o‘tkazgichlar (qattiq va suyuq metallar, grafit). Ularda elektr tokini elektronlar tashiydi;

b) ikkinchi xil o‘tkazgichlarda elektr tokini ionlar tashiydi (elektrolit eritmalarida).
Agar birinchi xil o‘tkazgichlar bilan bir qatorda ikkinchi xil o‘tkazgichlar ham bo‘lsa, elektr oqimini vujudga keltiruvchi bunday sistemaga elektr kimyoviy zanjir deyiladi. Bunday zanjirdan (metall elektrolit eritmaga tushirilgan sistemasi) elektr oqimi o‘tganda, bu eritma va bu o‘tkazgichlarning chegarasida (metall elektrod botgan qism yuzasida) kimyoviy reaksiya boradi. Bu jarayonga elektrokimyoviy jarayon deyiladi.
Fazalarning bir-biriga tegib turgan yuzasi, ya’ni elektrning kirib chiqadigan joyiga elektrod deyiladi. Metall (birinchi xil o‘tkazgich) elektrod eritmasiga (ikkinchi xil o‘tkazgich) tushirilgan joyida elektr oqimi mktalldan eritmaga va, aksincha, eritmadan metallga o‘tadi. SHu yuza va metall elektrod deb ataladi.
Bu jarayonning teskarisi, ya’ni elektr kimyoviy jarayon natijasida elektr oqimi vujudga kelishi mumkin. Bunda kimyoviy energiya elektr energiyaga aylanadi Bu jarayon elektr-kimyoviy galvanik elementlarda sodir bo‘ladi.
Birinchi xil o‘tkazgichlar elektrolit eritmalarga tushirilganda, elektrod eritma chegarasida qo‘sh elektr qavati va elektr potensiallari ayirmasi hosil bo‘lishining asosiy sharti qo‘sh elektr qavatning hosil bo‘lishidir. Metall suyuqlikka tushirilganda metall bilan suyuqlik chegarasida hosil bo‘lgan potensiallar ayirmasi elektrod potensiali deb ataladi.
Metall ionning metall platinkadagi kimyoviy potensiali zaryadlagan zarralarning faza yuzasidagi potensiali elektrokimyoviy potensial deb ham aytiladi. Uning qiymati eritmadagi potensial qiymatidan katta bo‘lsa, metall plastinkdan bir qismi eritmaga o‘tadi va metall ionlarining elektronlari plastinkada qolganligidan, plastika manfiy zaryadlanadi. Manfiy zaryadlangan metall, eritmadagi musbat zaryadlangan ionlarni-kationlarni o‘ziga tortadi. Natijada, metall bilan eritma chegarasida qo‘sh elektr qavat hosil bo‘ladi.
Agar ionning metalldagi potensiali uning eritmadagi potensialidan kichik bo‘lsa, metall ion eritmadan metall plastinkaga o‘tadi. Natijada metall musbat zaryadlanadi va uning atrofida (eritmadan) manfiy ionlar to‘planadi, bunda ham xuddi yuqoridagi kabi qo‘sh elektr qavat hosil bo‘ladi. Natijada metall bilan eritma chegarasida potensiallar ayirmasi hosil bo‘ladi. Demak, potensiallar ayirmasi hosil bo‘lishining asosiy sharti qo‘sh elektr qavatning hosil bo‘lishidir.
SHunday qilib, elektrod potensial “elektrod-eritma” chegarasida ionlarning almashinishi natijasida hosil bo‘ladi. Bu potensial, metallning elektrod potensiali, deb ham ataladi.
Barcha elektrodlarning potensiallari normal elektrod elektrod potensial qiymati bilan solishtiriladi. Biror metallning o‘zini 1 g/ekv konsentratsiyali eritmaga tushirishdan hosil bo‘lgan elektrod normal elektrod deyiladi. Ko‘pchilik metallarning normal elektrod potensiallari tajriba yo‘li bilan topilgan. Ishqoriy va ishqoriy er metallarining potensiallari esa, bilvosita yo‘llar bilan hisoblab chiqariladi. Agar metallar normal potensiallari algebraik qiymatlarining oshib borishi tartibida joylashtirilsa, elektrokimyoviy kuchlanishlar qatori hosil bo‘ladi.
Kimyoviy galvanik elementlarda elektr yurituvchi kuch (elektr energiyasi) kimyoviy reaksiya energiyasi hisobiga hosil bo‘ladi. Bu xil elementlarga Daniel-YAkobi elementi misol bo‘la oladi. Har qanday galvanik elementning bir elektrodida oksidlanish, ikkinchi elektrodida esa qaytarilish jarayoni boradi. Qaytarilish jarayoni borgan elektrod manfiy qutb (katod), oksidlanish jarayoni borgan elektrod esa musbat qutb (anod) deyiladi.
Har qanday galvanik element elektrolit eritmasiga tushirilgan ikkita elektroddan iborat bo‘lib, eritmalar orasiga yarim o‘tkazgich parda o‘rnatilgan bo‘ladi. Reaksiya vaqtida oksidlanish jarayoni boradigan elektrodga anod, qaytarilish jarayoni kechadigan elektrodga katod deyiladi.
Galvanik elementni sxema shaklida ifodalashda, metall bilan eritma chegarasini ifodalashda vertikal chiziq, elektrolit eritmalari chegarasini ifodalashda ikkita vertikal chiziq qo‘llaniladi. Masalan, quyidagicha reaksiya tufayli ishlaydigan galvanik elementning sxemasini yozish quyidagicha amalga oshiriladi:
.
Bu reaksiya quyidagicha sxema tarzida yoziladi:
Zn | Zn(NO₃)₂ || AgNO₃ | Ag
Bu sxema ionli shaklda yozilsa, quyidagicha bo‘ladi:

Zn | Zn²⁺ || Ag⁺ |Ag

Bu jarayonda metall elektrodlari bevosita kechayotgan reaksiyada qatnashadi. Anodda rux oksidlanadi.

Zn = Zn²⁺ +2e^-
va ionlar shaklida eritmaga o‘tadi, katodda esa, kumush qaytariladi va metall

Ag⁺ + e= Ag

shaklida elektrodga cho‘ka boshlaydi. Elektrodlar jarayonlarida kechgan reaksiyalar tenglamalarini jamlab, quyidagicha umumiy reaksiya tenglamasi yoziladi:
Zn + 2Ag⁺ = Zn²⁺ +2Ag.
Elektrod potensialining qiymati eritmadagi ionlarning konsentratsiyasi ga bog‘liq va bu bog‘liqlik quyidagi tenglama bilan fodalanadi:
(12.1)
bu erda - normal elektrod potensial;
jarayonda ishtirok etayotgan elektronlar soni.
Galvanik elementning elektr yurituvchi kuchi (EYUK) ikkita elektrod potensiallarining farqiga teng bo‘ladi. Masalan, bu farqni kumush-rux elementida quyidagicha yozish mumkin:
(12.2)
bu erda va kumush va rux elektrodlarida kechadigan elektrod jarayonlari potensiallari.
EYUK ni hisoblashda elektrod potensiali kattasidan kichigi ayiriladi.
Oksidlanish-qaytarilish elektrodlarida metall elektrod jarayon vaqtida kimyoviy o‘zgarishga uchramaydi. (Inert elektrodlar), u faqat elektronlarni uzatishda ishtirok etadi, masalan,
Pt | Fe²⁺, Fe³⁺ || MnO₄^-, Mn²⁺, H⁺ | Pt
galvanik elementida inert elektrod rolini platina bajaradi. Platina anodida Fe²⁺ oksidlanadi:
Fe²⁺ q Fe³⁺ +e^-.
Platina katodida esa permanganat anioni qaytariladi:
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- q Mn²⁺ + 4H₂O
Birinchi tenglamani beshga ko‘paytiri, ikkinchi tenglamani unga qo‘shib kechadigan reaksiyaning umumiy tenglamasi quyidagicha yoziladi:
5Fe²⁺ +MnO^-₄ +8H⁺ q 5Fe³⁺ +Mn²⁺ +4H₂O

Okidlanish-qaytarilish elektrod potensialning elektrod jarayonlarda qatnashadigan moddalarning konsentratsiyalariga va haroratga bog‘liqligi Nernst tenglamsi bilan ifodalanadi:
(12.3)
bu erda standart elektrod potensiali, ya’ni bo‘lgandagi potensiali;
R - universal gaz doimiysi; T – mutlaq harorat;
F – Faraey doimiysi (96500 Kl/mol);
Z – elektrod jarayonida qatnashuvchi elektronlar soni;
oksidlangan va qaytarilgan shakliga mos keluvchi moddalar konsentratsiyalari ko‘paytmalari.