Электрохимиявий жараёнлар

Электрохимиявий жараёнлар
Режа:


1. Электрод ва электрод потенциали хакида тушунча.
2. Куш электр кавати.
3. Электр юритувчи куч хакида тушунча.
4. Стандарт оксидланиш потенциали.
5. Металларнинг кучланишлар катори хакида.
6. Гальваник элементлар хакида тушунча.
7. Коррозия ва ундан химояланиш йуллари.
8. Электролиз хакида тушунча.
9. Электролизга доир Фарадей конунлари.
Химиянинг бу булими оксидланиш-кайтирилиш реакцияларининг амалда кулланилишига тегишли булиб, уз ичига гальваник элементлар,уларнинг ишлаш принципи, электролиз ва металлар коррозияси каби мавзуларни олади.
Бу мавзуларни тушуниб етиш учун элемент (ион)нинг "оксидланиш потенциали" тушунчасини билиш керак.
Оксидланиш потенциали хакида тушунча: Хар бир элемент ёки ионинг оксидловчилик ва кайтарувчилик хусусиятини (кучини) микдорий характеристикаси сифатида оксидланиш потенциали киймати хизмат килади. Оксидланиш потенциали тушунчаасини куйидаги мисол билан тушуниб олайлик.
Рух метали булакчасини (хохлаган бирор металл булакчаси хам худди шундай хоссага эга) унинг тузи (ZnSO₄) эритмасига туширилса рух электроди хосил булади ва электродда металлнинг сирти билан эритма сирти чегарасида электрохимиявий реакция боради. Бу реакция натижасида Zn - пластинкаси таркибидаги рух атомлари 2 тадан электрон чикариб оксидлана бошлайди: Zn⁰ - 2e^- Zn⁺². Электронлар металл пластинкасида колади, эритмага Zn⁺² - ионлари утади. Натижасида эритма билан металл пластинка сиртида куш электр (металл манфий зарядли, эритма мусбат зарядли) (13-расм), каватни хосил килади. Хосил булган куш электр каватда зарядларни бир нуктадан иккинчи нуктага кучиши руй беради.
Эритма билан металл пластинкаси сирт чегараларида заряднинг (ёки электронларнинг) бир нуктадан иккинчи нуктага кучиши туфайли бажарилган иш - шу металл (ион) нинг оксидланиш потенциали дейилади. Хар кандай элемент (ион) нинг оксидланиш потенциали Е_{ок/кайт} холида белгиланади ва "вольт - в", "милливольт мв" бирикларда улчанади.
Хар бир электроднинг потенциал киймати элементнинг ёки эритмадаги ионнинг табиати, микдори (концентрацияси) ва температурага боглик. Бу богланиш Нернст тенгламаси оркали ифодалаш мумкин:

Бу ерда: Е - оксидланиш потенциали, в
Е_{ок/кайт} - остандарт оксидланиш потенциали, в
R - газ доимийси 8,314ж/(моль*К)
T - абсолют температура, 298К
n - берилган ёки кабул килинган электронлар сони
F - Фарадей сони, 96500 Кл
[окс] - оксидланган форманинг концентрацияси, моль/л
[кайт] - кайтарилган форманинг концентрацияси, моль/л

Агар R,T,F - ларнинг сон кийматларини урнига куйсак, Нернст

формуласи куйидаги куринишга келади:

Металл электродларида кайтарилган форма металл атомига тугри келгани учун тенгламадаги [кайт] = [Ме⁰] = 1 моль/л га тенг деб кабул килинади ва у холда Нернст тенгламаси:
куринишда езилади
Стандарт оксидланиш потенциали. Нернст тенгламасига кура, агар эритмада потенциал хосил килувчи ион (Me⁺ⁿ) нинг концентрацияси [Me⁺ⁿ] = 1 моль/л булса, у холда Ig[Me⁺ⁿ] = lg1 = 0 булади ва шу сабабли Е_{ок/кайт} = Е⁰ булади. Бошкача айтганда, стандарт оксидланиш потенциали - бу t = 25⁰С да эритмада потенциал хосил килувчи ион концентрацияси "1 моль/л" га тенг булганда юзага келадиган электрод потенциалидир. Одатда элемент (ион) нинг оксидланиш потенциалининг абсолют кийматини аниклаш мумкин эмас. Шу сабабли элемент (ион) нинг оксидланиш потенциали киймати нормаль водород электроди (НВЭ) потенциалига нисбатан аникланади. Айрим элементларнинг стандарт оксидланиш потенциалининг кийматлари 2-жадвалда келтирилган. Стандарт оксидланиш потенциалининг кийматларидан фойдаланиб оксидловчи ва кайтарувчиларни хамда уларнинг кучини, аникланиш-кайтарилиш реакциялари йуналишини, гальваник элементларнинг электр юритувчи кучи (ЭЮК) ни хисоблаш мумкин.
Нормаль водород электроди: Бу H₂SO₄ эритмасига [H⁺] = 1 моль/л туширилган сиртига Н₂ - гази ( = 101,3 кПа) юттирилган платина пластинкасидан иборат электрохимиявий системадир. Бу электродда куйидаги оксидланиш:
(Pt)H₂ -2е^- 2Н⁺ (H₂SO₄) ва кайтарилиш: 2H⁺(H₂SO₄) + 2e^- H₂ (Pt) реакцияси боради. Бу электроднинг шартли химиявий формуласи - (Pt)H₂/(H₂SO₄) Агар НВЭ оксидланиш потенциали Е^{0ок/кайт} > 0 булган ярим элемент (электрод) оксидловчи билан уланса, водород гази оксидланади ва эритмада Н⁺ - ионлари микдори ошиб кетади:
H₂⁰ - 2e^- 2H⁺
Агар аксинча, Е⁰ < 0 булган ярим элемент (электрод) - кайтарувчи билан уланса, водород ионлари кайтарилади ва Н₂ - гази хосил булади:
2Н⁺ + 2е^- Н₂
Умуман, Н₂⁰ - 2е^- 2Н⁺ реакцияда оксидланиш потенциали Е⁰ = -0,41 в булсада, бу каймат бошка элементларнинг оксидланиш потенциали кийматини улчашда кулай булсин учун шартли Е⁰ = 0 деб кабул килинган. Шу сабабли Е⁰_НВЭ = 0 в.
Хар кандай элемент (ион) нинг оксидланиш потенциалини аниклаш учун НВЭ ва потенциали аникланиши зарур булган элементдан иборат ягона электрохимиявий система- гальваник элемент тузилади. Бу гальваник элемент НВЭ потенциали билан потенциали аникланаетган элемент оксидланиш потенциали кийматлари фаркига тенг электр юритувчи куч - (ЭЮК) ни хосил килади.
E = ЭЮК = Е_н.в.э - Е_Me+ = 0 - Е_Me⁺
Бу ЭЮК нинг киймати потенциали аникланаетган элемент ёки ионнинг оксидланиш потенциали сифатида кабул килинади. Шуни унутмангки, агар иккинчи ярим элемент сифатида уз тузи эритмасига туширилган металл пластинкаси (I - тур электрод булса, аникланадиган потенциал электрод потенциали дейилади, М: НВЭ билан Cu/CuSO₄ - мис электроди уланса, аникланадиган потенциал Cu -электроди потенциали дейилади.
Агар ярим элемент-инерт электрод (Pt) ва оксидланиш-кайтарилиш жуфти (М:MnO₄^- + H⁺ Mn⁺² + H₂O) дан иборат булса, бу холда аникланган потенциал оксидланиш-кайтарилиш ёки "редокс" потенциали деб айтилади. Шу усул билан аникланган оксидланиш потенциаллари киймати хар бир ионнинг оксидловчилик ёки кайтарувчилик хоссасини аниклашда хохлаган гальваник элементнинг ЭЮК ни хисоблашда ва оксидланиш-кайтарилиш реакцияларининг йуналишини аниклашда асосий катталик сифатида кулланилади.