' G. P. Xomchenko, I. G. Xomchenko
qaytariladi. Bu o'zgarishlami sxema tarzida shunday ko'rsatish mumkin
Download 6.95 Mb. Pdf ko'rish
|
|
qaytariladi. Bu o'zgarishlami sxema tarzida shunday ko'rsatish mumkin: M no: H+ H20 OH" -►Mn2+, rangsiz eritm a MnO, , q o ‘n g ‘ir ch o ‘km a -*■ MnO 2 , y a sh il eritm a Odatda eritmada kislotali muhit hosil qilish uchun sulfat kislotadan foydalaniladi. Nitrat va xlorid kislotalar kamdan-kam hollarda ishlatiladi: bularning birinchisi oksidlovchi hisoblanadi, ikkinchisi oksidlanishi mum kin. Ishqoriy muhit hosil qilish uchun kaliy yoki natriy gidroksidlarning eritmalari ishlatiladi. Yuqorida keltirilgan sxemaga asoslanib, yarim reaksiyalar usuli bilan natriy sulfit Na 2 S 0 3 ning (qaytaruvchi) kaliy permanganat KMn0 4 bilan (oksidlovchi) turli muhitlarda o‘zaro ta’sir etish reaksiyalarining tenglama larini tuzamiz ( 1 - 3 - misollar). 1- misol. Kislotali muhitda: S 0 2 + M n 0 4 -H>S0 2 -+Mn2++... S 0 2 +H 2 0 ~ 2 e = S 0 2 +2Н' M n0;+8H"+5e = Mn 2 ++4H20 yoki 5S 0 2 '+2M n0;+6H += 5 S 0 2 -+2Mn 2 ++3H 20 5Na,SO +2KMnO,+3H,SO =5NaSO,+2MnSO,+K,SO +3H О 2 3 4 2 4 4 4 2 4 2 2- misol. Neytral yoki kuchsiz ishqoriy muhitda: SO 2 + M n 0 4 —> S O j+ M n 02+... SO 2 + H ,0 - 2 e = S 0 2 "+2H+ M n0; + H 2 0 - 3 e = M n02+ 40 H “ yoki 3S 0 2 +2Mn0^+H 2 0 = 3 S 0 2 +2M n0 2 +20H - 3- misol. Kuchli ishqoriy muhitda: SO 2 +MnO^ —> SO^+MnO^ -t-. S 0 f + 2 0 H - 2 e = S 0 ' + H 20 1 Mn 0 4 + Ie=M n 0 4 ‘ 2 S 0 2 + 2M n 0;+20H ~=S 0 2 '+2M n0 2 '+ H 20 yoki N a,S0,+2K M n0.+2N a0H =N a,S0.+K ,M n0>N a,M n0il+ H ,0 2 3 4 2 4 2 4 2 4 2 H 4 H 2 0 2 —I ■* H 2 0 2 +2H++2e = 2H20 H20 va OH- *■ Н 2 0 + 2 ё = 20Н' Vodorod peroksid muhitga bog'liq holda ushbu sxemaga muvofiq qaytariladi: Bu yerda H 2 0 2 oksidlovchi sifatida bo'ladi. Masalan: 2FeS0.+H ,0 2 + H ,S 0,^ F e,(S 0 4 ) 1 +2H ,0 Fe 2 " -le = F e 3' 2 Н 2 0 2 +2Н++2ё=2Н20 1 2Fe 2 ++H 2 0,+ 2H +=2Fe 3 ++2H20 Lekin vodorod peroksid KMnO^ kabi juda kuchli oksidlovchi bilan to'qnashganda qaytaruvchi sifatida bo'ladi. Masalan: 5Hj0J+2KM n0,+3H2S 0 ,= 5 0 J+2M nS0J+K2S 0<+8H20 H 2 0 2 —2 ё = 0 2 +2Н+ 5 М п0;+8Н т+5ё=М п2т + 4Н 20 2 5H 2 0 2 +2M n0, +6H+=50,+2M n2"+8H20 7.5- §. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining turlari Odatda oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining uch turi: moleku lalararo, ichki molekular va disproporsiyalanish reaksiyalari bo‘ladi. Molekulalararo reaksiyalarga oksidlovchi bilan qaytaruvchi turli moddalarda bo'ladigan reaksiyalar kiradi. 7.3- § va 7.4- § larda ko'rib chiqilgan reaksiyalar ana shu turga kiradi. Bitta elementning atomlari turli xil oksidlanish darajalarida bo'ladigan har xil moddalar orasidagi reaksiyalami ham ana shu turga kiritish kerak: 2H 2 S + H 2 S 0 3 = 3S + 3H j0 5H Cl +H Cl 0 3=3 C°l 2 +3H 20 Ichki molekular reaksiyalarga oksidlovchi bilan qaytaruvchi bitta moddaning o‘zida bo'ladigan reaksiyalar kiradi. Bu holda oksidlanish darajasi musbatroq bo'lgan atom oksidlanish darajasi kichikroq bo'lgan atomni oksidlaydi. Termik parchalanish reaksiyalari ana shunday reaksiyalarga kiradi. Masalan: 2 N a N 0 3 =2 N aN 0 2 + 0 2 2K C 103= 2 K C l+ 3 0 2 (N H 4 ) 2 Cr 2 0 7 = N 2 + Cr 2 0 3 + 4H20 Tarkibidagi bitta elementning atomlari turli xil oksidlanish darajalariga ega bo'ladigan moddalaming parchalanishini ham ana shunday reaksiyalar qatoriga kiritish kerak: N H 4 N 0 2 = N 2 +2H 2 0 , N H 4 N 0 3 = N 2 0 + 2 H 20 Disproporsiyalanish* reaksiyasining borishida bitta element atomlarining oksidlanish darajalari bir vaqtning o'zida ortadi ham kamayadi. Bunda boshlang'ich modda hosil qilgan birikmalarning birida atomlarning oksidlanish darajalari yuqori, ikkinchisida esa pastroq bo'ladi. Ravshanki, bunday reaksiyalar molekulasida oraliq oksidlanish darajasiga ega bo'lgan atomlar bor moddalardagina kuzatiladi. Misol tariqasida molekulasidagi marganes oraliq oksidlanish darajasi + 6 ga ega bo'lgan (+7 bilan +4 orasida) kaliy manganat K 2 M n0 4 ning o'zgarishini ko'rsatish mumkin. Bu tuzning eritmasi chiroyli to'q yashil tusli (M n0 4 ionning rangi) bo'ladi, lekin eritmaning rangi qnirga zgaradi. Bu M n 0 2 cho'kmasi tushishi va M n0 4 ioni hosil bo'lishi tufaylidir. Quyidagicha reaksiya sodir bo'ladi: 3K 2 Mn 0 <(+2H j0=2K Mn 0 4 + Mn 0 2 + KOH +6 +7 M n - le = Mn +6 +4 Mn— 2e = Mn 1
Quyidagi ko‘p uchraydigan reaksiyalar ham disproporsiyalanish reak siyalari qatoriga kiradi: 3 H N 0 2 = H N 0 3 + 2 N 0 + H j 0 C h + H 2 0= H C 1 0 + H C l llgari disproporsiyalanish reaksiyalari o'z-o'zidan oksidlanish — o'z-o'zidan qaytarilish reaksiyalari deyilar edi, hozir bunday atash deyarli qo‘llanilmaydi. 7.6- §. Elektrolizning mohiyati Elektrolitlarning eritmalari va suyuqlanmalarida har xil ishorali ionlar (kationlar va anionlar) bo‘ladi, ular suyuqlikning barcha zarrachalari kabi tartibsiz harakatda bo'ladi. Agar elektrolitning shunday eritmasi yoki suyuqlanmasiga, masalan, natriy xloridning suyuqlanmasiga (NaCl 801 °C da suyuqlanadi) inert (ko‘mir) elektrodlar botirilsa va o'zgarmas elektr toki o'tkazilsa, u holda ionlar elektrodlarga: N a+ kationlari — katodga, СГ anionlari — anodga tom on harakatlanadi (7.2- rasm). N a+ ionlari katodga yetgandan keyin undan elektronlar oladi va qaytariladi: Na+ + ¥ = Na xlorid-ionlar Cl esa elektronlarni anodga berib oksidlanadi: Elektronlar » + Anod - 0 ^ J
■♦О -J ic /-—
Katod 7 2СГ —2F= Cl, Natijada katodda natriy metali, anodda esa xlor ajralib chiqadi. Agar endi bu ikki elektrod reaksiya- larini hadlab qo‘shsak (oldindan birin- chisini 2 ga ko'paytirib), u holda natriy xlorid elektrolizining umumiy tengla masini olamiz: Na+ 2СГ
+ e = Na - 2 e = CI, Elektrolit 7.2- rasm. NaCl suyuqlanmasini elektroliz qilish sxemasi. 2Na"+2Cr clckiroliz 2Na+CL yoki 2NaCl- elektroliz _»2Na+CI. * Strelka tepasidagi „elektroliz" so'zi bu jarayon elektr toki o'tka- zilgandagina sodir boiishini ko'rsatadi. Bu reaksiya oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi hisoblanadi: anodda oksidlanish jarayoni, katodda qaytarilish jarayoni sodir bo'ladi. Elektrolitning suyuqlanmasi yoki eritmasi orqali elektr toki o ‘tganida elektrodlar sodir bo‘ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni elektroliz deyiladi. Elektrolizning mohiyati elektr energiyasi hisobiga kimyoviy reaksiyalam ing — katodda qaytarilish va anodda oksidlanish reaksiyalarining amalga oshishidan iborat. Bunda katod kationlarga elektronlar beradi, anod esa anionlardan elektronlar biriktirib oladi. Elektr tokining qaytaruvchilik va oksidlovchilik ta’siri kimyoviy qaytaruvchi va oksidlovchilaming ta’siridan ko‘p marta kuchliroqdir. Masalan, hech qanday kimyoviy oksidlovchi ftorid-ion F~ dan elektronini tortib ololmaydi. Shu sababli ftorning birikmalari tabiatda keng tarqalganligiga qaramay, ftorni erkin holda olishning iloji bo'lmaydi. Kaliy ftoridning ftorid kislotadagi eritmasi elektroliz qilingandagina ftorid-iondan elektronini tortib olishga muvaffaq bo'linadi. Bunda anodda ftor 2F~— 2 e —Fv katodda esa vodorod (2 H ++ 2 e = H 2) ajralib chiqadi. Elektrolizning mohiyatini sxema yordamida tasvirlash qulay, bu sxema elektrolitning dissotsilanishini, ionlarning harakatlanish y o ‘nalishini, elektrodlardagi jarayonlari va ajralib chiqadigan moddalarni ko'rsatadi. Natriy xlorid suyuqlanmasi elektrolizining sxemasi quyidagicha bo'ladi: NaCl katod <— Na++ C r —> anod Na++ e =Na 2 С Г -2 ё= С 1 2 Elektrolizni o'tkazish uchun elektrodlar elektrolitning suyuq lanmasi yoki eritmasiga botiriladi va ular doimiy tok manbayiga ulanadi. Elektroliz o'tkaziladigan asbob elektrolizor yoki elektrolitik vanna deyiladi (7.2 - rasm). 7.7 - §. Elektrolitlar suvdagi eritmalarining elektrolizi Suyuqlantirilgan elektrolitlarning elektrolizi bilan elektrolitlar eritmalarining elektrolizini bir-biridan farqlash lozim. Elektrolitlar eritmalarining elektrolizi jarayonlarida suv molekulalari ham ishtirok etishi mumkin. Misol tariqasida natriy xloridning suvdagi konsentrlangan eritmasining elektrolizini (ko‘mir elektrodlarda) ko‘rib chiqamiz. Bu holda eritmada gidratlangan N a+ va СГ ionlari, shuningdek, suv molekulalari bo'ladi. Eritma orqali elektr toki o'tganida N a+ kationlari katodga, xlorid-ionlari anodga tomon harakatlanadi. Lekin elektrodlarda sodir bo'ladigan reaksiyalar tuz suyuqlan- masida boradigan reaksiyalardan katta farq qiladi. Masalan, katodda natriy ionlarining o'rniga suv molekulalari qaytariladi: 2H 2 0 + 2 i= H 3 +20H~ anodda esa xlorid-ionlar oksidlanadi: 2C1-—2ё=С1 2 Natijada katodda vodorod, anodda — xlor ajralib chiqadi, eritmada esa (katod yaqinida) natriy gidroksid NaOH to'planadi (OH ionlarning m anfiy zaryadini N a ionlarining musbat zaryadi qoplaydi). NaCl suvdagi eritmasi elektrolizning umumiy tenglamasi ionli ko'rinishda quyidagicha bo'ladi. 2Н 2 0 + 2 ё = Н =H 2 +20H - 2СГ— 2e =C1 2 2H 2 0+2C1-__ . ) H 2 +C1 2 +20H - yoki molekular ko‘rinishda: 2H 3 0 + 2 N a C r__ > H 2 +C1 2 +20H* Katod va anodda boradigan jarayonlar. Suvdagi eritmalarda katodda qaytarilish jarayoni qanday sodir bo'ladi? Bu savolga standart elektrod potensiallar qatori (12.1- jadvalga q.) yordamida javob topish mumkin. Bu yerda uch xil hoi bo'lishi mumkin: 1 ) standart elektrod potensiali vodorodnikidan katta bo'lgan metallarning (Cu2+ dan Au3+ gacha) kationlari elektrolizda katodda deyarli to'liq qaytariladi; 2 ) standart elektrod potensiali kichik bo'lgan metallarning (Li+ dan Al3+ gacha) kationlari katodda qaytarilmaydi, ulaming o'rniga suv molekulalari qaytariladi; *
Juda suyultirilga n eritm alarda a n o d d a xlo r b ilan b irga likd a suv m o le k u la la rin in g o k sid la n ish i hisob iga k islo ro d h a m ajralib ch iq ish i m um k in : 2 H , 0 - 4 i = 0 , + 4 H + 3) standart elektrod potensiali vodorodnikidan kichik, lekin aluminiynikidan katta bo'lgan metallarning (Al3+ da H + gacha) kationlari elektroliz vaqtida katodda suv molekulalari bilan birga qaytariladi. Agar suvdagi eritma tarkibida turli xil metallarning kationlari bo'lsa, u holda elektroliz vaqtida katodda ular metall standart elektrod potensialining algebraik qiymati kamayib borish tartibida ajralib chiqadi. Masalan, Ag+, Cu2+, Fe2+ kationlar aralash- masidan dastlab kumush kationlari (E ° = ± 0 ,8 0 B), so'ngra mis kationlari (E°= ± 0,34 B) va oxirida temir kationlari (E°=—0,44 B) qaytariladi. A nodda sodir bo'ladigan reaksiyalam ing xususiyati suv m olekulalarining bor-yo'qligiga va anod qanday m oddadan yasalganligiga bog'liq. Odatda anodlar erimaydigan ko'mir, grafit, platina va iridiydan yasaladi; eriydiganlari — mis, kumush, rux, kadmiy, nikel va boshqa metallardan yasaladi. E r i m a y d i g a n a n o d d a elektroliz jarayonida anionlar yoki suv molekulalari oksidlanadi. Bunda kislorodsiz kislotalarning anionlari (masalan, S2~, J“, B r , С Г) konsentratsiyasi yetarli miqdorda bo'lganda oson oksidlanadi. Agar eritma tarkibida kislorodli kislotalarning anionlari (m asalan, SO;, N 0 3 ‘ , CO]', POj') bor bo'lsa, u holda anodda bu ionlar emas, balki suv molekulalari oksidlanib, kislorod ajralib chiqadi. E r i y d i g a n a n o d elektrolizdaoksidlanishgauchraydi,ya’ni tashqi zanjirga elektronlar beradi. Elektronlar berilganda elektrod bilan eritma orasidagi muvozanat siljiydi: va anod eriydi. Elektrolitlar suvdagi eritmalarining elektroliziga doir misollar 7.9-§ da keltirilgan. Elektroliz ancha keng ko'lamda qo'llaniladi. Metall buyumlami korroziyalashdan muhofaza qilish uchun ularning sirtiga boshqa metallning — xrom, kumush, oltin, mis, nikel va h.k. juda yupqa qatlami qoplanadi. Ba’zan ko'p qatlamli qoplama ham qilinadi. Masalan, avtomobillarning tashqi detallariga dastlab yupqa mis Me <=> Men+ + anod eritmaga metalli o'tadi tashqi zanjirga ketadi n e 7.8 -§. Elektrolizning qoMlanilishi qatlami, misning ustidan yupqa nikel qatlami, nikel ustidan esa xrom qatlami qoplanadi. Metallar sirtiga elektroliz y o ‘li bilan qoplangan qoplamlar qalinligi bir xil, puxta bo‘lib, uzoq vaqt xizmat qiladi; bundan tashqari, bu usul bilan istalgan shakldagi buyumni qoplash mum kin. Amaliy elektrokimyoning bu tarmog‘i galvanostegiya deyiladi. Galvanik qoplamlar korroziyalanishdan saqlashdan tashqari ba’zan buyumlarga chiroyli tashqi ko'rinish baxsh etadi. Elektrokimyoning mohiyati jihatidan galvanostegiyaga yaqin yana bir tarmog‘i galvanoplastika deyiladi. Bu turli xil buyumlardan aniq metall nusxalar olishdir. Nusxasini tayyorlash talab etilayotgan buyum mum bilan qoplanadi, mum qotiriladi va mumli matritsa olinadi; unda nusxa olinayotgan buyumning barcha chuqur joylari qavariq bo'lib chiqadi. Matritsaning ichki yuzasi elektr tokini o't- kazadigan grafitning yupqa qatlami bilan qoplanadi. Bu grafitli katod Download 6.95 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|