Электрохимиявий жараёнлар

Металларнинг кучланишлар катори
Агар юкоридаги 2-жадвалда келтирилган металларнинг Е⁰_{ок/кайт} кийматларини манфий ишорали кийматидан бошлаб усиб бориши тартибида жойлаштириб чикилса, металларнинг оксидланиш потенциали катори - металларнинг кучланишлар катори хосил булади.
Бу каторда элементларнинг Е⁰_{ок/кайт} киймати ортиб бориши билан:
- металларнинг кайтарувчилик кучи камайиб боради,улар мусбат зарядли ионларнинг оксидловчилик хосслари кучаайиб боради;
- водороддан чапда жойлашган барча металлар (Е⁰_{ок/кайт} < 0) водород иони (Н⁺) га нисбатан кайтарувчи булиб, сув ёки эритмалардан водородни сикиб чикаради;
- водороддан унга турган (Е⁰_{ок/кайт} > 0) барча металлар "паcсив" металлар булиб, эритмадан Н⁺ ионларини Н₂⁰ холида сикиб чикара олмайди.
- бу катордаги хар кандай металл узидан кейин (унгда)турган хар кандай металлни унинг тузи эритмасидан сикиб чикара олади. Оксидланиш-кайтирилиш реакцияларининг йуналишини аниклаш. Маълумки, (термодинамика элементлари мавзусига асосан) хар кандай химиявий реакциянинг амалга ошиши учун шу реакция нитижасида Гиббс энергиясининг узгариши G₂ < 0 булиши шарт. Оксидланиш-кайтирилиш реакциялари бориши учун хам шу шарт ( G₂ < 0) бажарилиши шарт.
Оксидланиш ва кайтарилиш узаро карама-карши ва бир вактнинг узида электронларнинг бир атомдан бошкасига утиши билан содир буладиган раекциялардир. Бу реакцияларда электронларнинг бир атомдан бошкасига (кайтарувчидан оксидловчига) утиши натижасида система ташки мухитга нисбатан иш - А_эл бажаради. Бу ишнинг манфий ишорали киймати оксидланиш-кайтарилиш реакциясининг Гиббс энергияси узгариши: G = -A_эл га тенг булади.
А_эл бажарилган иш микдор жихатдан оксидловчи ва кайтарувчи оксидланиш потенциаллари фарки Е=Е⁰_оксид.- Е⁰_кайт. нинг кайтарувчидан оксидловчи элемент атомларига утган электрон сони n га купайтмасига тенгдир: А_эл = n* E.
Агар "1 моль" модда n*Z_e*N_A микдор зарядни утказиш учун n та электрон берса ёки кабул килса, (бу ерда n - оксидланиш ёки кайтарилишда иштирок этган электронлар сони, Z_e-электроннинг заряди, N_A - Авогадро сони ва Z_e*N_A = F = 96500 Кулон Фарадей сони) у холда иш: А_эл = n*F* Е ёки G = -n*F* E булади. Бу формула шуни билдирадики, оксидловчи ва кайтарувчиларнинг оксидланиш потенциаллари бир-биридан канчалик кескин фарк килса ( E > 0 ёки E⁰_оксид > E⁰_кайт) шунчалик G < 0 булади, реакциянинг оддий (стандарт) шароитда бориш эхтимоллиги шунчалик юкори булади ва унинг мувозанат доимийси (К_мув) шунчалик катта булади.
Юкорида баен этилган асосий тушунча ва коидаларни амалда фойдаланишга доир куйидаги масала билан танишайлик:
М: 2- жадвалдаги оксидланиш потенциаллари кийматидан фойдаланиб, Zn + HNO_3(с) Zn(NO₃)₂ + NO + H₂O реакциясида оксидловчи ва кайтарувчиларни аникланг. Шу реакцияни тескари йуналишда амалга ошириш мумкинми?
Ечиш: а) Оксидланиш-кайтарилиш реакциясининг электрон ва тулик тенгламаларини тузамиз, хар бир реакция учун Е⁰_{ок/кайт} кийматини ёзиб оламиз:
Zn⁰ + HN⁵⁺O₃ Zn²⁺(NO₃)₂ + NO²⁺ + H₂O
Zn⁰ -2e^- Zn⁺² │2│3 E⁰ = -0,76 в
NO₃^- + 4H⁺ + 3e^- NO + H₂O │3│2 E⁰ = +0,96 в

3Zn⁰ + 8HNO₃ Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

б) Реакцияда рух атомлари электрон бераяпти, NO₃- ионлари бу электронларни рух атомлардан "тортиб" (кабул килиб) олаяпти. Нима учун шундай булаяпти? Чунки, NO₃ нитрат ионларининг 2 та электрон кабул килиб NO - азот (II) оксиди холига утиш потенциали +0,96 в булиб, рух атомидаги 2 та электронни рух атомларига богланиб туриш энергияси (-0,76 в) дан катта. Шу сабабли NO₃ ионлари Zn атомида электронларни "тортиб" олишга кучи етади ва бу реакцияда NO₃^- - ионлари - оксидловчи Zn - атомларикайтарувчи вазифасини бажаради. Шуни унутмангки, реакцияда иштирок этувчи кайси элемент ёки ионнинг электрод (редокс) потенциали киймати катта булса, у- оксидловчи, кичик булса - кайтарувчи булади.
в) Юкоридаги коидага ( G < 0) кура, ушбу реакция йуналишини аниклаш учун аввал Е = Е⁰_оксид – Е⁰_кайт формула асосида реакциянинг электр юритувчи кучи - Е ни хисоблаймиз.
NO₃^- - иони оксидловчи, Zn-кайтарувчи, шу сабабли Е= Е⁰_оксид – Е⁰_кайт = 1,72 в > 0 яъни E > 0 шартни каноатлантиради. Бунга янада тулик ишонч хочил килиш учун G - нинг кийматини хисоблаймиз. Реакциянинг электрон тенгламасига кура 3 та Zn атоми 2 та NO₃ иони уртасида 6 та электрон алмашинуви руй бераяпти. Шунга кура n = 6 га тенг. Энди: G=-n*F* E =-(6*96500*1,72) = -995,88 кж га тенг. Бу G>0 шартни тулик каноатлантиргани учун ушбу реакция стандарт шароитда жуда тез ва охиригача тулик боради.
г) Тескари: Zn(NO₃)₂ + NO + H₂O Zn + HNO₃ йуналишда реакция бориши ёки бормаслиги тугрисида хулоса килиш учун Е – ни хисоблаймиз.
Агар бу реакция борса Zn⁺² Zn⁰ (кайтарилиши) ва NO NO₃^- - (оксидланиши) булиб, Zn⁺² оксидловчи NO кайтарувчи вазифасини бажаради. Лекин E⁰_Zn⁺²/_Zn = - 0,76 < 0,96 = ⁰E булгани учун Е = (-0,76)-(0,96) = -0,20 в булади ва бу Е > 0 шартга зиддир. Бу кийматга асосланиб G нинг кийматининг хисобласак G = +115,8 кж га тенг булади. Бу киймат хам G < 0 шартига тугри келмайди. Демак, бу реакцияни стандарт шароитда тескари йуналишда амалга ошириб булмайди.