Mavzu: Galvanik elementlar termodinamikasi Reja: I. Kirish

Ekstraksiya reagent — toza organik erituvchi yoki biror reagent sifatida aniqlanadigan moddani suv fazasidan ajratib (siqib) chiqaruvchi modda.
Ekstrakt — suv fazasidan ekstraksiya qilingan, ya’ni ajratib olingan modda.
Reekstraksiya — ekstraksiyaga teskari jarayon.
Reekstragent — ekstrakdan suv fazasiga o'tgan eritma.
Reekstrakt — alohida olingan suv fazasidagi ekstrakt.
Ekstragentning fizik yoki ekstraksiyalash xossasini yaxshilash, ba’zan suyultirish uchun inert organik erituvchilar ishlatiladi.
Erigan A moddaning ikki faza orasida taqsimlanishi, erigan modda konsentratsiyasini bir fazada oshib, ikkinchi fazada kamayishi demakdir.

2.2 Elektrokimyo

Elektrokimyo — fizik kimyoning tarkibida ionlari bo’lgan sistemalarni (eritmalar, suyukdanmalar va qattiq elektrolitlar), shuningdek, 2 faza chegarasida zaryadli zarralar (ionlar va elektronlar) ishtirokidagi jarayonlar va hodisalarni o’rganadigan bo’limi. Odatda, fazalardan biri metall yoki yarimo’tkazgich, ikkinchisi esa eritma yoki elektrolit suyuqlanmasi yoxud qattiq elektrolit bo’ladi. Aksari hollarda bu 2 fazaning o’zaro taʼsirida elektr toki hosil bo’ladi. Shu sababli E. elektr toki hosil bo’lishi yoki aksincha kimyoviy birikmalarga elektr tokining taʼsiri natijasida kechadigan fizikkimyoviy jarayonlarni o’rganadigan fan deb hisoblanadi.

Elektr toki va kimyoviy hodisalarning o’zaro bog’liqligi borasidagi ilk tadqiqotlar 18-asrning 2-yarmiga taalluqli. Lekin bu tadqiqotlar o’sha davrda kuchli elektr manbalari bo’lmagani bois tasodifiy tavsifga ega. Bunday manba 18—19-asrlarda L. Galʼvani va A. Volgpa ishlari natijasida paydo bo’ldi va shu sababli E.ni ularning nomlari bilan bog’laydilar. Keyinchalik galvanik elemenshlar deb nom olgan mukammalroq kimyoviy tok manbalari ishlab chiqildi. Ulardan foydalanib fizika sohasida ko’pgina kashfiyotlar qilindi, elektr va magnetizmning qator asosiy qonunlari ochildi. 19-asrning 60- yillarida dinamomashinalarning kashf etilishi natijasida galvanik elementlar elektr manbalari sifatida o’z ahamiyatini yo’qotdi; 20-asrda yarimo’tkazgichli radiotexnika, mikroelektronika, kosmik texnikaning rivojlanishi bilan ularga bo’lgan yangi qiziqish paydo bo’lgan. Hozirgi vaqtda avtonom kimyoviy tok manbalarining roli yanada ortdi. Galvanik elementdagi elektr yurituvchi kuch (EYUK) mohiyatini tushuntirish uchun energiyaning saqlanish qonuni ochilgandan so’ng V. Nernst ishlarida go’lato’kis ifodalangan kimyoviy nazariya olg’a surildi. Bu nazariyaga muvofiq, galvanik elementdagi elektr energiyaning manbai metall elektrod va elektrolit eritmalari chegaralarida sodir bo’ladigan kimyoviy reaksiyalar energiyasidir. Gibs — Gelmgoltsning termodinamik tenglamasi galvanik element EYUKni reaksiyaning issiqdik effekti va temperatura bilan bog’lash imkoniyatini, Nernst tenglamasi (1888) esa EYUKning elektrolit konsentratsiyasiga termodinamik bog’liqligini ko’rsatadi. Keyinchalik Nernst nazariyasi baʼzi hollarda amaliyotga to’g’ri kelmasligi aniqlandi. 20-asrning 30—40- yillarida A.N.Frumkin Volta va Nernst ishlarini rivojlantirish natijasida galvanik element EYUK paydo bo’lish mexanizmining to’g’ri yechimini topdi. 19-asr boshlarida elektrolizning ochilishi, suvning vodorod va kislorodga ajralishi (A. Karleyl va U. Nikolson), №ON va KON dan ilk bor metall holdagi natriy va kaliy olinishi (G. Devi, 1807), elektrolizning miqdoriy qonunlari (Faradey qonunlari) aniqlanishi E. rivojlanishiga katta hissa qo’shdi.

1838 yilda B.S. Yakobining galvanik elementni mukammallashtirish borasidagi ilmiy tadqiqotlari natijasida metall tuzlarini elektrokimyoviy usulda qaytarib katodda sof metall olib galvanotexnikaga asos solindi. Hozirgi vaqtda suv, tuzlarning suvdagi eritmalari va organik moddalarni metall ajratmasdan elektroliz (qarang Elektrosintez) qilishga asoslangan kuchli elektrokimyoviy ishlab chiqarish mavjud. Organik moddalarni elekgrosintez qilish (Kolbe reaksiyasi), elektrolit eritmalarining tuzilish nazariyasi (qarang Kolraush konuni), elektrolitik dissotsiatsiya nazariyasi (S. Arrenius, 1887), ionlarning solvatatsiyasi (tuzlanish) to’g’risidagi tasavvurlar (I.A. Kablukov, 1891), ionlarning o’zaro elektrostatik taʼsiri (Debay — Xyukkel nazariyasi) metallar korroziyasi va undan himoyalanish va boshqalar E. rivojlanishida muhim ahamiyatga ega bo’ldi.

E.ning tarixiy rivojlanishiga asoslanib zamonaviy nazariy E. quyidagi bo’limlarga ajratiladi: 1) elektrolitlarning tuzilishi va ularning elektr o’tkazuvchanligi; 2) elektrod va eritma chegarasidagi elektrokimyoviy muvozanat; 3) elektrokimyoviy reaksiyalar tezligi. 20-asr oxirlarida E.ning yangi mustaqil bo’limi — 2 ta ionli sistema chegarasidagi muvozanatlar va membrana jarayonlarini o’rganish yuzaga keldi.

E.ning rivojlanishi elektrotexnika, radiotexnika, mikroelektronika va kompyuter texnikasi yutuqlari bilan uzviy bog’liq bo’lib, bu tarmoqlar asosida elektrokimyoviy sistemalarni o’rganishning ko’pgina usullari ishlab chiqildi. E. zamonaviy asbobsozlikda ham muhim ahamiyatga ega. E.ning amaliy bo’limlaridan biri — xemotronika — elektron yacheykalarni elektron sxemalarda qo’llash muammolari bilan shug’ullanadi.

E. usullari faollik koeffitsiyentlarini, kimyoviy reaksiyalarning issikdik effektlarini aniqlashda, turli sistemalardagi muvozanat konstantlarini topishda, analitik kimyoda keng qo’llanadi. E. kolloid kimyo bilan ham uzviy bog’liq. E. va biologiya chegarasida yangi ilmiy soha — bioelektrokimyo paydo bo’ldi; fotoelektrokimyo ham alohida yo’nalish sifatida ajratiladi.

O’zbekistonda E.ning rivojlanishiga A. M. Murtazayev, A. G. Siganov va boshqalar katta hissa qo’shdilar. "Elektrokimyosanoat", Uzbekiston issiqbardosh materiallar kombinati, Olmaliq konmetallurgiya kombinati, Toshkent aviatsiya zavodi, Toshkent qishloq xo’jaligi mashinalari zavodi, "Foton" va boshqalar ko’pgina korxonalarda E. jarayonlarini qo’llab mahsulotlar ishlab chiqariladi.
2.3 Galvannik elementlar haqida
GALVANIK ELEMENTLAR — elektr toki manbalarining umumiy nomi; elektrolit va unga botirilgan ikkita turli xil metall plastinka (elektrod)lyan iborat. Bunday elementlarning yaratilishiga italyan olimi, fiziolog L. Galvani jonivorlar ustida o’tkazgan tajribalar asosiy turtki bo’ldi (nomi shundan). Galvanik elementlarda kimyoviy reaksiya natijasida hosil bo’lgan energiya bevosita elektr energiyasiga aylanadi. A. Volta yaratgan volta ustuni birinchi Galvanik elementlar bo’lgan. 19-a. o’rtalarigacha Galvanik elementlar yagona elektr toki manbai hisoblangan. Elektrodlardan biri (musbati) anod, ikkinchisi (manfiysi) katod deb ataladi. Reaksiya natijasida elektrodlarda potensiallar farqi hosil bo’ladi. Bu elektrodlarni tutashtirib turadigan simda elektr toki vujudga keladi. Eng ko’p tarqalgan
Galvanik elementlarda musbat elektrod o’rnida ko’mir tayoqcha, manfiy elektrod o’rnida rux tayoqcha, elektrod o’rnida esa novshadil eritmasi ishlatiladi. Suyuq elektrolit o’rnida quyuq pastalar qo’llanilsa, «quruq» element (Leklanshe elementi) hosil bo’ladi. Galvanik elementlarda reagentlar sarflanib (zaryadsizlanib) bo’lganidan so’ng u ishga yaroqsiz holga keladi, yaʼni ularni qayta zaryadlab bo’lmaydi. Galvanik elementlar ixtiro qilinishi bilan tok xususiyatlarini o’rganish va undan foydalanish imkoni yuzaga keldi, elektrotexnikaning fan sifatida shakllanishiga asos solindi.

2.4 Kimyoviy termodinamika

Kimyoviy termodinamika umumiy termodinamikaning qonun va tushunchalari kimyoviy jarayonlarga tadbiq etadi. Kimyoviy termodinamikaning qonuniyatlarini keltirib chiqarish uchun sistemaning boshlang’ich va oxirgi holatini, shuningdek jarayon borayotgan shart – sharoitlarni (temperatura, bosim va x.k.) bilish lozim.

Kimyoviy termodinamikani kamchiligi – moddaning ichki tuzilishi va borayotgan jarayon mexanizmi haqida hech qanday xulosa qilinmaydi. Termodinamika uch bo’limdan, aniqrog’i uch qonun va ularning tadbiqidan iborat . Bu qonunlar posto’lat harakteriga ega. Ya’ni bu qonunlarni to’g’ridan-to’g’ri isbotlab, keltirib chiqarib bo’lmaydi, lekin odamzodning ming yillik xayotiy tajribalari ularning to’g’riligini isbotlab turibdi. Shuning uchun goxida bu qonunlarni 1,2,3-posto’latlar deb ham atashadi. Boshqa tomondan bu qonunlarni bir – biridan keltirib chiqarib bo’lmasligi va ulardan shu bo’lim uchungina qonuniyatlar chiqarilgani uchun ularni ba’zida boshlanmalar ham deb atashadi. Ya’ni birinchi boshlanma, ikkinchi boshlanma va x.k.

Kimyoviy termodinamikada umumiy termodinamikadagi tushuncha, terminlar ishlatiladi. Bulardan eng asosiysi, ko’p qo’llaniladigani sistemadir.

Sistema deb, real yoki shartli ravishda tashqi muhitdan ajratilgan va bir – biri bilan doimiy ta’sirda bo’lib turgan moddalar (jism) yoki moddalar guruhiga aytiladi.
Misol; fikrdagi gaz yoki biror xajmdagi suyuqlik va xokazo.
Sistemalar izolirlangan yoki izolirlanmagan bo’lishi mumkin.
Izolirlangan sistema deb, tashqi muhit bilan modda va energiya almashinmaydigan, binobarin xajmi va energiyasi turg’un bo’lgan sistemaga aytiladi.

Agarda sistema tashqi muxit bilan energiya va modda almashinsa bunday sistemalar ochiq; agar faqat energiya almashinuvigina sodir bo’lishi mumkin bo’lib, modda almashinuvi bo’lmasa sistema yopiq deb ataladi. Yopiq sistemaga issiqlik kelishi yoki undan ketishi mumkin.

Agar jarayon mobaynida sistemada issiqlik ajralmasa yoki unga yutilmasa bunday jarayon – adiabatik jarayon deb ataladi.
Sistemani harakterlaydigan fizik va kimyoviy xossalar yig’indisiga termodinamik sistemaning xolati deyiladi. Termodinamik sistemaning xolatini termodinamik parametrlar (xossalar) harakterlaydi. Bularga temperatura, bosim, xajm, konstentrastiya va boshqalar kiradi. Bular ikki xil-ekstensiv va intensiv bo’lishi mumkin.
Ekstensiv xossalarga sistemaning masasiga bog’liq bo’lgan xossalar – og’irlik, massa, sistemaning xajmi kabilar kiradi. Sistemaning massasiga bog’liq bo’lmagan xossalar – temperatura, bosim, potenstial, molyal xajm, solishtirma xajm va boshqalar intensiv xossalar deb ataladi.
Sistemada kamida bir termodinamik parametrning o’zgarishiga termodinamik jarayon deyiladi.
Jarayonlarning borish sharoitlariga qarab izobarik, izotermik, izoxorik, adiabadik, izobarik – izotermik va boshqa turdagi jarayonlar deb ataladi. Misol uchun bosim o’zgarmas (Rconst) sharoitda boradigan jarayon- izobarik jarayon deb ataladi.

2.5 Galvanik elementlar termodinamikasi

Ximiyaviy reaktsiya energiyasini elektr energiyaga aylantirib beruvchi asbob galvanik element deyiladi. Bu asbob elektrolit eritmalariga tushirilgan ikki elektroddan iborat bo’ladi. Bu eritmalar g’ovak to’siq (membrana) yordamida yoki elektrolitik ko’prik yordamida ulanadi. Elektrolitik ko’prik sifatida yoki ning to’yingan eritmasi ishlatiladi.
Elektrodlarni metall o’tkazgich orqali ulasak ularning birida oksidlanish, ikkinchisida qaytarilish reaktsiyalari boradi.
Ajratilgan galvanik elementda muvozanat holat bo’lmaydi, lekin shunday holat uzoq muddatgacha saqlanib turishi mumkin. Elektrodlar metall o’tkazgich yordamida ulangan ondayoq (1b-rasm) bunday tormozlangan holat yo’qoladi. Toshni zanjirda (ya’ni metall o’tkazgichda) elektronlarning harakati va ichki zanjirda (elektrolit eritmasida) ionlarning harakati kuzatiladi va bunday hara-katlar bilan bir vaqtning o’zida elektrodlarning birida oksidlansa, ikkinchisida qaytarilish reaktsiyalari boradi. Bu reaktsiyalar termodinamik nuqtai nazardan qaytmas bo’ladi va muvozanat holat vujudga kelishi bilan to’xtaydi.
Ajratilgan (a) va ulangan (b) galvanik elementlar: М1 va М2 -metall elektrodlar; S1 va S2 - va ionlar tarkibida bo’lgan eritmalar. Elektrodlarga ulangan tashqi metall o’tkazgichlar bir xil metalldan qilingan bo’lsa, galvanik element to’g’ri ajratilgan (1a-rasm) deyiladi. Tashki metall o’tkazgichlar har xil metalldan iborat bo’lsa, galvanik element noto’g’ri ajratilgan deyiladi. Chap tarafdagi elektrodda (1b-rasm) oksidlanish reaktsiyasi, va o’ng tarafdagi elektrodda qaytarilish reaktsiyasi boradi. Tashqi zanjirda elektronlar va ichki zanjirda kationlar М1 dan М2 ga qarab harakat qiladi (b). Punktir vertikal chiziqlar bilan membrana yoki elektrolitik ko’prik ko’rsatilgan.

Elektrodlarni ulab turgan o’tkazgichning qarshiligi qanchalik katta bo’lsa, reaktsiya shuncha sekinlik bilan boradi, yani reaktsiya qaytar bo’ladi. Shuning uchun elektrodlarni cheksiz qarshilikka ega bo’lgan o’tkazgich bilan uladik deb faraz qilsak, reaktsiya cheksiz sekin boradi va har bir daqiqada elektrodlar bilan eritmalar o’rtasida muvozanat bor desak bo’ladi. Bunday reaktsiyalar kvazi-qaytar (qaytarga o’xshash, yaqin) reaktsiyalardir. Termodinamik jihatdan qaytar bo’lgan jarayonlarda maksimal elektr ishi bajariladi. Bunday sharoitlarda o’lchangan ikki elektrod orasidagi potentsiallar farqi galvanik alementning elektr yurituvchi kuchi (e.yu.k.) deyiladi.

Shunga e’tibor berish kerakki, ikkita o’z-o’zicha mu-vozanat holatidagi elektrodlar galvanik elementni hosil qiladi, ya’ni muvozanatda bo’lmagan sistema vujudga keladi. Buning sababi metallardagi zlektronlarning zichligi turlicha bo’lishi-dir, shuning uchun elektronlar tashqi zanjir orqali bir metall-dan ikkinchisiga o’tishga intiladi. Agar bu o’tish sodir bo’lsa, bir vaqtning o’zida ichki zanjirda ionlarning tashilishi kuzati-ladi (1-rasmga qarang), bu tashish ayni temperaturada mem-brana bilan ajratilgan ikkala eritmadagi elektrolit konsen-tratsiyalarining (aktivliklarining) birdan-bir munosabati o’rna-tilmaguncha davom etadi. Bu muvozanat butun sistemaning termodinamik muvozanatini ko’rsatadi.

Galvanik elementdagi termodinamik muvozanat kon-stantasini va tenglamalardan foydalanib topiladi. Oxirgi tenglamadagi standart e.yu.k. (galvanik elementdagi hamma ionlarning o’rtacha aktivliklari birga teng bo’lgandagi).