' G. P. Xomchenko, I. G. Xomchenko
Birinchi savolga siz biladigan ma’lumotlar asosida javob berish
Download 6.95 Mb. Pdf ko'rish
|
|
Birinchi savolga siz biladigan ma’lumotlar asosida javob berish
mumkin. Istalgan metall elektrolit eritmasiga botirilganda m etall/ eritma sirt chegarasida potensiallar ayirmasi vujudga keladi, u elektrod potensiali deyiladi. Har qaysi elektrodning potensiali metall- ning tabiatiga, uning eritmadagi ionlarining konsentratsiyasiga va temperaturaga bog'liq. Alohida elektrodning potensialini bevosita o'lchab bo'lmaydi. Shuning uchun elektrod potensiallar standart vodorod elektrodga nisbatan o'lchanadi, uning potensiali temperaturaning barcha qiymatlarida shartli ravishda nolga teng deb olinadi. Vodorod elektrod platina kukuni (elektrolitik cho'ktirilgan platina) bilan qoplangan platina plastinkadan iborat bo'lib, u sulfat kislota eritm asiga b otirilgan b o 'la d i; k islo ta eritm asid a vod orod ionlarining konsentratsiyasi 1 mol/1 ga teng: plastinkani 25°C da 101,325 kPa bosim li gazsim on vodorod oqim i yuvib o'tib turadi (12.3- rasm). Molekular vodorod eritmadan o'tganida eriydi va platina siitiga yaqinlashadi. Platina sirtida vodorod molekulalari atomlarga ajraladi va adsorblanadi (sirtga o'tiradi). Vodorodning adsorblangan atomlari Нй ionlanadi: Hads - e -> H + vodorod ionlari esa elektronlarni biriktirib olib, adsorblangan holatga o'tadi: H + + ё -> H ads. V odorod elek tro d d ag i a n c h a to 'liq muvozanat ushbu sxema bilan ifodalanadi: 2 H + + 2 e ^ 2 H ;ids(Pl)^ H 2 Bu muvozanatning o‘rta qismi odatda tushirib qoldiriladi, lekin bunday muvozanatning qaror topishida platina juda katta rol o' ynashini nazarda tutish lozim.
H, 12.3- rasm. Standart vodorod elektrod Agar endi istalgan metall plastinkasini uning tuzining eritmasiga botirib (bu eritmada metall ionlarining konsentra tsiyasi 1
/1
0
1
tekshirilayotgan elektrod bilan standart vodorod elektroddan tuzilgan galvanik elementning (elektr kimyoviy zanjirning) EYK elektrod potensiali deyiladi. Bunday zanjir 12.4-rasmda tasvirlangan. Elektrod potensiali oksidlanish-qaytarilish potensiali ham deyiladi. Elektrod potensiallami E va standart elektrod potensiallami В bilan belgilashda belgilar yoniga shu potensial qaysi sistemaga taalluqliligini ko'rsatuvchi indeks qo'yish qabul qilingan. Masalan, 2H+ + 2e<=>H 2
, Li++e<=>Li 2H+/H 2
, М п 0 7 + 8 Н ++5ё ^ M n 2++ 4H 20 sistem an ik i Li+ / Li 4
1 e sa E 0
x , kabi yoziladi. М П О
4 + 8 Н / M n + 4 H 20
Metallarni standart elektrod potensiallarining algebraik qiymati ortib borishi tartibida joylashtirib, 1 2
. 1
olinadi. Unga boshqa oksidlanish-qaytarilish sistemalari (shu jumladan, metallmaslar sistemalari ham) ularning E ga muvofiq holda kiritilishi mumkin, masalan, EC|/ C|_=1,36 B, Ef2 / f - = 2,87 В , E° , = - 0
s /s 2~ him metallardan tuzilgan, 25°C suvli eritmalardagi oksidlanish- qaytarilish sistemalari standart elektrod potensiallari qatorining 12.4- rasm. Metallning standart elektrod potensialini o'lchash uchun galvanik zanjir: 1— a n iq la n a d ig an elektrod; 2— p o - tensiom etr; 3— standart v o d o ro d elektrod; 4— kaliy xlo rid eritm asi
bir b o ‘lagi sifa tid a qarash m u m k in .* Bu qatordan o ld in N . N . Beketovning «siqib chiqarish qatori» tuzilgan edi. Standart elektrod potensiallarning k o ‘pchiligini tajribada aniqlash mumkin. Lekin ishqoriy metallar va ishqoriy-yer metallar uchun E° qiymatlari faqat nazariy hisoblab topiladi, chunki bu metallar suv bilan o'zaro ta’sirlashmaydi. Standart elektrod potensiallar qatori metallarning k i m y o v i y x o s s a l a r i n i tavsiflaydi. Bu qator elektrolizda ionlar qanday ketma-ketlikda qaytarilishini aniqlash uchun, shuningdek, metallarning boshqa xossalarini bayon qilishda ishlatiladi (10.9- va 12.5- § larga q.). Potensialning algebraik qiymati qancha kichik b o‘lsa, shu m e- tallning qaytaruvchilik xususiyati shuncha kuchli va ionlarining oksidlash xususiyati shuncha kam b o ‘ladi. Bu qatordan ko'rinib turibdiki, litiy metali — eng kuchli qaytaruvchi, oltin — eng kuchsiz. Va, aksincha, oltin ioni Au3+ eng kuchli oksidlovchi, litiy ioni Li+ — eng kuchsiz (2 1 .1 -jadvalda bu xossalarning kuchayib borishi strelkalar bilan ko'rsatilgan). Standart elektrod potensiallar qatorida har qaysi metall o'zidan keyingi metallarni tuzlarining eritmalaridan siqib chiqara oladi. Lekin bu hamma hollarda ham albatta siqib chiqaradi, degan so'z emas. Masalan, aluminiy misni mis (II) xlorid CuCl 2
chiqaradi, lekin uni mis (II) sulfat CuCO^ eritmasidan amalda siqib chiqara olmaydi. Bunga sabab shuki, aluminiy sirtidagi himoya pardasini xlorid-ion СГ lar sulfat-ion SO 4
Metallarni ularning tuzlari eritmalaridan ancha aktiv ishqoriy metallar va ishqoriiy-yer metallar tom onidan siqib chiqarilish reaksiyalarining tenglam alarini, ko'pincha, standart elektrod potensiallar qatori asosida yozadilar va, tabiiyki, xato qiladilar. Bu holda metallar siqib chiqarilmaydi, chunki ishqoriy metallar va ishqoriy-yer metallarning o'zi suv bilan reaksiyaga kirishadi. Standart elektrod potensiallarning qiymatlari manfiy bo'lgan, ya’ni qatorda vodoroddan oldin turgan barcha metallar suyul tirilgan kislotalardan (HCI yoki H 2
4
* AQSHda elektrod potensiallarning teskari ishoralari qabul qilingan: eng musbati (+3,04 V). Li+/Li elektrodda va eng manfiyi (—2,87 V) F2/2 F sistemada. Ingliz tilidan taijima qilingan o'quv adabiyotida xuddi shunday hisoblash tartibini uchratish mumkin. Simvol Hg simob (I) tuzining eritmasida simob elektrodga tatbiq etiladi, uning ionini, dim er holida tasvirlash qabul qilingan:
siqib chiqaradi va o ‘zi kislotalarda eriydi. Lekin qo‘rg‘oshin sulfat kislotaning suyultirilgan eritmalarida amalda erimaydi. Bunga sabab shuki, qo‘rg‘oshin sirtida darhol kam eriydigan qo'rg'oshin sulfat P b S 0 4
metallga tekkizmay qo'yadi. Qatorda vodoroddan keyin turgan metallar uni kislotalardan siqib chiqara olmaydi. Keltirilgan misollardan shunday xulosa chiqarish mumkin: standart elektrod potensiallar qatoridan foydalanishda ko'rib chiqilayotgan jarayonlarning o'ziga xos xususiyatlarini e ’tiborga olish lozim. Eng asosiysi — shuni nazarda tutish kerakki, standart elektrod potensiallar qatorini suvdagi eritmalargagina tatbiq etish mumkin va ular suvli muhitda boradigan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarida metallarning kimyoviy aktivligini ko'rsatadi. Standart elektrod potensiallar qatorida natriy Na kalsiy (Ca) dan keyin joylashgan: uning standart elektrod potensialining algebraik qiymati kattaroq. Har qanday galvanik elementning EYK ini standart elektrod potensiallar E° ning ayirmasidan hisoblab topish mumkin. Bunday EYK doim o musbat kattalik ekanligini nazarda tutish kerak. Shuning uchun algebraik qiymati katta bo'lgan elektrod poten- sialidan algebraik qiymati kichik bo'lgan elektrod potensialini ayirish lozim. Masalan, mis — rux elementining EYKi standart sharoitlarda 0,34 - ( - 0 ,7 6 ) = 1,1 V bo'ladi. 12.6- §. M eta llar olishning asosiy usullari Metallar tabiatda erkin holatda (yombi metallar) va, asosan, kimyoviy birikmalar holida uchraydi. Aktivligi eng kam bo'lgan metallar yombi metallar holida uchraydi. Ulaming asosiy vakillari oltin bilan platinadir. Kumush, mis, simob, qalay tabiatda yombi holida ham, birikmalar holida ham, qolgan barcha metallar (standart elektrod potensiallar qatorida qalaygacha bo'lgan metallar) faqat boshqa elementlar bilan hosil qilgan birikmalari holida uchraydi. Tarkibida metallar va ulaming birikmalari bor, sanoatda metallar olish uchun yaroqli bo'lgan minerallar va tog' jinslari rudalar deyiladi. Metallarning eng muhim rudalari ularning oksidlari va tuziaridir (sulfidlari, karbonatlari va h.k.). Agar ruda tarkibida ikkita va undan ko'p metallarning birikmalari bo'lsa, bunday rudalar polimetall rudalar deyiladi (masalan. mis-ruxli. qo'rg'oshin-kumushli va b.) Rudalardan metallar olish — metallurgiyaning vazifasidir. Metallurgiya — bu tabiiy xomashyodan sanoatda metallar olish usuli haqidagi fan. Metallurgiya sanoati ham metallurgiya deyiladi. Hozirgi metallurgiyada 75 xildan ko‘p metallar va ular asosida turli-tuman qotishmalar olinadi. Metallar olishning usullariga qarab piro-, gidro- va elektrometallurgiya bo‘ladi. P i r o m e t a l l u r g i y a m etallurgiyada yetakchi o ‘rinni egallaydi. U rudalardan metallarni yuqori temperaturalarda qaytarish reaksiyalari yordamida olish usullarini o ‘z ichiga oladi. Qayta ruvchilar sifatida ko'm ir, aktiv metallar, uglerod (II) oksid, vodorod, metan ishlatiladi. Masalan, ko‘mir bilan uglerod (II) oksid qizil mis rudasi (kuprit) Cu20 dan misni qaytaradi: C u 20 + C = 2 C u + C 0 C u 20 + C 0 = 2 C u + C 0 2
Temir rudalaridan cho'yan va po‘lat olish ham pirometallurgiyaga misol bo'ladi (14.9- § ga q.). Agar ruda metall sulfidi bo'lsa, u oldin kuydirib oksidlash (havoli joyda kuydirish) y o ‘li bilan oksidga aylantiriladi. Masalan: 2 Z n S + 3 0 2= 2 Z n 0 + 2 S 0 2 So'ngra metall oksidi ko'mir yordamida qaytariladi: 2 Z n 0 + C = 2 Z n + C 0 2 Ko'mir (koks) bilan qaytarib olinadigan metallar karbidlar hosil qilmaydigan yoki beqaror karbidlar (uglerodli birikmalar) hosil qiladigan hollardagina qo'llaniladi; bunday metallarga temir va ko'pchilik rangdor metallar — mis, rux, kadmiy, germaniy, qalay, qo'rg'oshin va b. kiradi. Metallarni ularning birikmalaridan kimyoviy jihatdan aktivroq bo'lgan boshqa metallar bilan qaytarish m e t a l l o t e r m i y a deyiladi. Bu jarayonlar ham yuqori temperaturalarda sodir bo'ladi. Qaytaruvchilar sifatida aluminiy, magniy, kalsiy, natriy shuning dek, kremniy ishlatiladi. Agar qaytaruvchi aluminiy bo'lsa, u holda jarayon a l u m i n o t e r m i y a , agar magniy bo'lsa — m a g n i y t e r m i y a deyiladi. Masalan: Cr20 3+ 2 A l= 2 C r+ A l20 3; TiCl4+2M g=Ti+2M gCI2 Metallotermiya yo'li bilan, odatda, qaytarilganda ko'mir bilan karbidlar hosil qiladigan metallar (va ulaming qotishmalari) olinadi. Bular — marganes, xrom, titan, molibden, volfram va b. Ba’zan metallar ularning oksidlaridan vodorod bilan qaytariladi (v о d о - r o d o t e r m i y a ) . Masalan: M o 0 3+ 3H 2= M o + 3 H 20 ; W 0 3+ 3 H 2= W +3H 20
G i d r o m e t a l l u r g i y a g a metallarni tuzlarining eritmalari dan olish usullari kiradi. Bunda ruda tarkibiga kiradigan metall dastlab m os reagentlar yordamida eritmaga o ‘tkaziladi, s o ‘ngra shu eritmadan ajratib olinadi. M asalan, tarkibida mis (II) oksid CuO bor mis rudasiga suyultirilgan sulfat kislota bilan ishlov berilganda mis sulfat holida eritmaga o'tadi: C u 0 + H 2S 0 4= C u S 04+ H 20 So'ngra mis eritmadan elektroliz y o ‘li bilan yoki tem ir kukuni yordam ida siqib chiqarish orqali ajratib olinadi: CuSO ,+Fe = Cu+FeSO, 4 4 Hozirgi vaqtda qazib olinadigan barcha misning 25% ga yaqini gidrometallurgiya usuli bilan olinadi. Bu usulning kelajagi porloq, chunki rudani yer yuzasiga chiqarmay turib metallar olishga imkon beradi. Oltin, kumush, rux, kadm iy, molibden, uran va boshqa m etallar ham shu usul bilan olinadi. Tarkibida yom bi oltin bor rudaga m aydalangandan keyin kaliy sian id eritmasi bilan ishlov beriladi. Bunda oltinning ham masi eritmaga o ‘tadi. U eritmadan elektroliz usulida yoki rux metali bilan siqib chiqarish orqali ajratib olinadi. E l e k t r o m e t a l l u r g i y a g a metallarni elektroliz yordamida olish usullari kiradi. Bu usul bilan asosan yengil m etallar — alum iniy (13.11- § ga q.), natriy (1 3 .2 - § ga q.) va boshqa suyuq lantirilgan oksidlaridan yoki xloridlaridan olinadi. Elektrolizdan ba’zi m etallarni tozalash uchun ham foyda laniladi. Tozalanadigan m etalldan anod tayyorlanadi. Elektroliz vaqtida anod eriydi, metall ionlari eritmaga o ‘tadi, katodda esa ular c h o ‘kadi. Elektrolitik toza metallar: mis, kumush, tem ir, nikel, q o ‘rg‘oshin va boshqalar ana shunday olinadi. Hozirgi yarim o‘tkazgichlar texnikasi bilan atom texnikasiga nihoyatda toza (qo'shim chalar miqdori ko‘pi bilan 1 0
“%) metallar zarur. M etallarni puxta tozalashning eng muhim usullari zonali suyuqlantirish, metallarning uchuvchan birikmalarini qizdirilgan sirtda parchalash, metallarni vakuumda qayta suyuqlantirish va b. Shunday qilib, m etallarni birikmalaridan olish n in g barcha usullari oksidlanish-qaytarilish jarayonlariga asoslangan. 12.7- §. Metallarning korroziyalanishi M etallar korroziyaga uchraydi. K orroziyalanish deganda metallarning tevarak-atrofdagi muhit ta’sirida yemirilishi tushuniladi. Bu o ‘z - o ‘zidan boradigan oksidlan ish-qaytarilish jarayonidir. Yemirilishning sodir b o ‘lish mexanizm iga ko‘ra korroziya ikki xil — kim yoviy va elektrokim yoviy bo'ladi. M etallnng tevarak-atrofdagi muhitda oksidlanib yemirilishida sistem ada elektr toki paydo boMmasa, bunday yemirilish kim yoviy korroziyalanish deyiladi. Bu holda metall muhitning tarkibiy qismlari — gazlar va noelek trolitlar bilan reaksiyaga kirishadi. K im yoviy korroziyalanishning gazdan korroziyalanish d eyi ladigan turi, ya’ni metallarning havo kislorodi bilan birikishi katta zarar keltiradi. Harorat ko'tarilganda k o 'pchilik m etallarning oksidlanish tezligi juda ortib ketadi. M asalan, temirda 250 — 300°C dayoq oksidlarning ko'rinadigan pardasi hosil bo'ladi. 600°С va undan yuqorida metallarning sirti tem irning turli xil oksidlari: FeO; F e 3
2
3
Kuyindi tem irni keyingi oksidlanishdan m uhofaza qila olm aydi, chunki unda darz ketgan joylar va g'ovaklar bo'lib, ular metallga kislorodning o'tishini osonlashtiradi. Shuning uchun tem ir 80°C dan yuqorida qizdirilganda uning oksidlanish tezligi juda ortib ketadi. Noelektrolitlardagi kim yoviy korroziyalanishga ichki yonuv dvigatellari silindrlarining yem irilishi m isol bo'la oladi. Y oqilg'ida qo'shim chalar — oltingugurt va uning birikmalari bo'ladi, ular yonganida oltingugurt (IV) va (VI) oksidlarga — korrozion-aktiv m oddalarga aylanadi. Ular reaktiv dvigatel- larning d etallarini — so p lo va boshq alarni yemiradi. Elektrokim yoviy korroziya eng katta zarar keltiradi. M etallning elektrolit muhitida yemirilishida sistem a ichida elektr toki vujudga k elsa, bunday y em irilish e le k tro k im y o v iy k o rro ziya la n ish deyiladi. Bu holda kim yoviy jarayonlar (elektronlar berish) bilan birga elektr jarayonlar (elektron larning bir qism dan boshqa qismga o'tishi) ham sodir bo'ladi. E lektrokim yoviy korroziyalanishga m isol tariqasida elektrolit xlorid kislota eritmasida (ya’ni vodorod ionlari N + ning konsentratsiyasi yuqori bo'lganda) misga tegib turgan tem irning kor- roziyalanishini keltirish m um kin. M etallar bir- 12.5- rasm. Galvanik juftning ta ’sir sxemasi.
biriga bunday tegib turganda galvanik elem ent vujudga keladi (7 . 1
- § va 12.5- rasmga q).* 12.5- rasmda k o ‘rsatilganidek, aktivroq metall — tem ir (anod) elektronlarini mis atomlariga berib, oksidlanadi va Fe2+ ionlari holida eritmaga o ‘tib, m uhitning xlorid ionlari bilan temir (II) xlorid FeC l 2
elektronlarni biriktirib oladi va zaryadsizlanadi. Bu reaksiyalarni ionli ko'rinishda ushbu um um iy tenglam a bilan ifodalash mumkin: Fe - 2F= Fe2+ 2H+ + 2e = H 2
Fe + 2H+ = Fe2+ + H 2
Fe + 2HC1 = FeCl 2
2
Download 6.95 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|