Elektroliz, katod va anodda boradigan jarayonlar. Tuzlarning suyuqlanmasi va eritmalar

Elektroliz (elektro... va...liz) - qizdirib suyuqlantirilgan elektrolit yoki uning suvdagi eritmasi orqali oʻzgarmas elektr toki oʻtganida elektrodlarda sodir boʻladigan oksidlanish qaytarilish jarayonlari. Elektrolizning mohiyati kimyoviy reaksiyani elektr energiyasi hisobiga amalga oshirishdan iborat. Elektr toki berilganda ionlarning elektron qabul qilish yoki elektron berish hodisasi birlamchi jarayonni tashkil qiladi. Bu jarayon natijasida koʻpincha Elektrolizning dastlabki mahsulotlari hosil boʻladi. Elektroliz mahsulotlari sof holda ajralib chiqishi yoki erituvchi bilan oʻzaro kimyoviy reaksiyaga kirishishi mumkin. Ikkinchi holda Elektrolizning ikkilamchi mahsulotlari hosil boʻladi. Qizdirib suyuklantirilgan elektrolitlar Elektroliz qilinganida faqat birlamchi mahsulotlar chiqadi. Elektrolitlarning suvdagi eritmalarida Elektroliz jarayoni ancha murakkab boradi, chunki koʻpincha ikkilamchi jarayonlar sodir boʻladi. Umuman Elektroliz jarayonining borishi va Elektroliz oxirida qanday mahsulotlar hosil boʻlishi birlamchi mahsulotlar, erituvchi tabiati, elektrodlarning qanday materialdan yasalgani, tra, elektrodlardagi tokning zichligi va h.k.ga bogʻliq. Katod, yaʼni doimiy tok manbaining manfiy qutbiga ulangan elektrod qaytaruvchilik rolini bajaradi, anod esa (yaʼni manbaning musbat qutbiga ulangan elektrod) oksidlovchi sifatida xizmat qiladi. Elektrodlarda ajralib chiqadigan moddalarning massalari, tok kuchi va Elektroliz davom etadigan vaqt orasida matematik tenglamalar bilan ifodalanadigan bogʻlanishlar mavjud (qarang Faradey qonunlari).
Elektroliz sanoatning turli sohalarida keng qoʻllanadi. Kimyo sanoatida xlor va ishqorlar olishda, xlorat, perxlorat, persulfat kislota, kaliy permanganat, sof holdagi vodorod, ftor va boshqalar qimmatli mahsulotlar hosil qilishda, rangli metallurgiyada metallarni rafinatsiyalasht E.dan foydalaniladi. Turli metallarning birikmalarini qizdirib suyuqlantirib, Elektroliz yordamida oʻsha metallar ajratib olinadi. Mashinasozlik, radiotexnika, elektronika, poligrafiya sanoatlarida turli buyumlar sirtini metallar bilan qoplashda va boshqalarda Elektroliz qoʻllanadi.
1–anod, 2–katod, 3–o’zgarmas tok manbai
Agar elektrolitning suvdagi eritmasiga o’zgarmas tok manbaiga ulangan elektrod tushirilsa, eritmada tartibsiz harakatda bo’lgan ionlar bir tomonga yo’naladi: kationlar katodga, anionlar esa anodga tomon yo’naladi. Elektr toki manbaining ishlashi natijasida elektronlar anoddan katodga uzatiladi, shu sababli anodda elektronlar yetishmay qoladi, katodda esa ko’payib ketadi. Elektronlar katoddan musbat zaryadlangan ionlarga o’tadi va ularni neytral atomlarga aylantiriladi. Manfiy zaryadlangan ionlar anodga kelib unga o’z elektronlarini beradi va o’zi zaryadsizlanadi. Shunday qilib, elektrolizning mohiyati shundaki, katodda qaytarilish anodda esa oksidlanish jarayoni boradi.
Suyuqlantirilgan elektrolitlarning elektrolizi bilan elektrolit eritmalarining elektrolizi bir-biridan farq qiladi. Bunga misol tariqasida suyuqlantirilgan NaCl ning elektrolizi jarayonini ko’rib chiqamiz.
Agar NaCl suyuqlanmasi orqali elektr toki o’tkazilsa, suyuqlanmadagi Na⁺ va Cl^– ionlari tegishli elektrodlar tomon harakatlanadi va ularda quyidagi jarayonlar sodir bo’ladi:
Suyuqlantirilgan NaCl ning elektrolizi umumiy tarzda quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:
Tuzlarning suvdagi eritmalarining elektrolizida eritmada tuz ionlaridan tashqari suvning dissotsiyalanishidan hosil bo’lgan H^ va OH^– ionlarining hosil bo’lishi ham hisobga olinadi. Katod atrofida elektrolit va vodorod kationlari hamda anod atrofiga elektrolit va gidroksid ionlari to’planadi. Katod va anodda boradigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni ionlarning oksidlanish-qaytarilish potensiallari qiymatiga bog’liq.

Vodorod elektrodning potensiali ga tengligini va ekanligini hisobga olsak, bo’ladi.

Tuzlarning neytral eritmalari uchun ga tengligi uchun, bo’ladi.
Agar elektrolit kationini hosil qiluvchi metalning elektrod potensiali – 0,41V dan katta bo’lsa, katodda metall emas, balki vodorod ajraladi. Agar metalning elektrod potensiali – 0,41V ga yaqin bo’lsa, katodda metall ham, vodorod ham birgalikda qaytariladi.
Kislotali eritmalardan vodorodni ajralib chiqishi vodorod ionlarining zaryadsizlanishi hisobiga boradi. Neytral va ishqoriy eritmalarda suv molekulalari qaytariladi:

Masalan: NaCl suvdagi eritmasini elektroliz qilinganda, suv molekulalari elektrolizga uchrashi hisobiga katodda Na o’rniga H₂ qaytariladi. Umumiy tarzda quyidagicha.

Elektroliz jarayoni
Elektr toki manbayi yordamida olib boriladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni elektr energiyasini kimyoviy energiyaga aylanishini amalga oshirib beradi. Bunday jarayonni elektroliz deb ataladi.
Elektrolitlar eritmasiga elektrodlar tushirib, ularni doimiy elektr toki manbayi bilan ulanganda musbat zaryadlangan ionlar (kationlar) katod (manfiy zaryadli elektrod) tomon, manfiy zaryadga ega bo‘lgan ionlar esa anod (musbat zaryadli elektrod) tomon siljishi yuzaga keladi. Katod yuzasida kationlar o‘ziga elektronlarni qabul qilib qaytariladi, anionlar esa anod yuzasi bilan to‘qnashib o‘zlarining elektronlarini beradi, ya’ni anionlar oksidlanadi.(1-rasm)
Masalan, CuCl₂ ning suvdagi eritmasida Cu²⁺ va Cl^– ionlari katod va anod tomon yo‘llanadi: