О физико-энергетических процесах

4. Olingan natijalarni tahlil qilish va ba'zi qo'shimcha tajribalar
Ushbu tajribalar natijasida, 1,4 V dan past kuchlanishlarda, I-V xarakteristikalarini 
olib tashlash paytida hujayradan o'tadigan oqim vaqtinchalik oqimlarning amplitudalariga 
mos kelishi aniqlandi. Ikkinchisi yaqin elektrod qatlamida ionlarning to'planishi bilan bog'liq, 
chunki elektrodlarning potentsiali ionlarni chiqarish uchun etarli emas. Ion elektrodga 
yaqinlashganda, ion maydoni elektrod ionlarini o'ziga jalb qilishi kerak. Agar elektrod 
materialining mexanik kuchi etarli bo'lmasa, uni yo'q qilish jarayoni boshlanadi. Amalda, bu 
mis anodli ishqoriy eritmalarda, shuningdek, faol gidroksidi metall kislotalar (masalan, NaCl) 
va po'lat anodning tuzlari eritmalarida kuzatiladi. Elektroliz jarayonini o'tkazish uchun 
bunday yondashuv bilan kuchlanish bir necha barobar kamroq talab qilinadi: elektroddan 
yirtilgan temir ionlari keyin vodorodning chiqishi bilan suv molekulasini buzadi. Energiya 
sarfini o'lchash ko'rsatdi
3
vodorod, taxminan 6 MJ energiya sarflash kerak, bu hosil bo'lgan 
vodorodni yoqish orqali olinadigan energiyaning yarmini tashkil qiladi. Shuni ta'kidlash 
kerakki, gidroksidi bo'lgan muhitda bu jarayon tezda to'xtaydi: mobil OH ionlari anodni 
o'rab oladi (uning potentsiali ularning chiqishi uchun etarli emas) va unga kimyoviy jihatdan 
faolroq, ammo kamroq harakatlanuvchi kislota qoldiqlari ionlarining yaqinlashishiga yo'l 
qo'ymaydi. .
92

---

Energiyani saqlash qonuniga asoslanib, suvning parchalanishi uchun zarur 
bo'lgan minimal kuchlanish baholandi. Faraday qonuniga asoslanib, H molekulalari 
bilan bir mol vodorod olish uchun shunday bo'ladi.
2
eritmasidan Q=193000 kulon 
(K) elektr tokini o'tkazish kerak. Bu vodorodni kislorod bilan asl suvga birlashtirib 
olinadigan energiya W=286 kJ ga teng. Energiya balansiga ko'ra, suvning 
parchalanishining minimal kuchlanishi nisbatdan aniqlanadi
U
min
\u003d Vt / Q \u003d 286 * 10
3
/193*10
3
= 1,48 V.
E'tibor bering, ishqor eritmasida alohida vodorod va kislorod ionlari mavjud emas, ular 
uchun 1,23 V qiymati olingan, ammo H ionlari mavjud.
3
HAQIDA
+
va u
-
[3].
Yuqori samaradorlik uchun kurash jarayonida suvni elektroliz qilish, mutaxassislar 
juda qimmat materiallardan foydalanishni boshladilar, shuningdek, elektrolitlar bosimi va 
ish haroratini oshirib, uni 900 darajaga etkazishdi.
0
[4] dan. Biroq, ko'p amaliy foydalanish 
uchun yuqori haroratlar noqulay. Bundan tashqari, elektrolitik hujayralarning ish zonasida 
ushbu harorat rejimlarini saqlab qolish uchun qo'shimcha energiya talab qilinadi.
Ushbu ishni bajarayotganda, maxsus shakldagi arzon po'lat elektrodlardan 
foydalanish tufayli, samaradorlikka mos keladigan 1,85 V kuchlanishdagi xona 
haroratida va atmosfera bosimida suvning parchalanishini olish mumkin edi. jarayon 
80% ga teng.
Elektroliz jarayonida anodda kislorodning birinchi chiqishi mantiqiy ravishda 
vodorod ionlari deyarli bo'lmagan ishqoriy muhitga to'g'ri kelishi va anodda OH 
ionlarining parchalanishidan keyin vodorod ionlari hosil bo'lishi eksperimental ravishda 
aniqlandi.
-
. E'tibor bering, bu natija [1] da keltirilgan ishqoriy muhitdagi jarayonlar 
haqidagi taxminga to'g'ri kelmaydi:
2 N
2
O + 2 e \u003d H
2
+ 2 OH
-
,
chunki bu holda birinchi navbatda katodda vodorodning chiqishi kuzatilishi kerak edi. 
Bundan tashqari, bu jarayonda gidroksidi molekulalari qanday rol o'ynashi aniq emas. Toza 
suvda uning parchalanish jarayoni faqat yuqori kuchlanish kuchlanishida sodir bo'ladi. 
Xuddi shu narsa kislotali muhit uchun ham amal qiladi, unda vodorod birinchi bo'lib 
katodda rivojlana boshlaydi. Ma'lum bo'lishicha, ishqor va kislota molekulalarining ishtiroki 
suvni eng kam energiya sarfi bilan parchalashga imkon beradi. Shuni ta'kidlash kerakki, 
ishqoriy muhitda OH ionlari iste'mol qilinganligi sababli, yuqoridagi reaktsiya ham, ishqoriy 
metallar ionlarining qaytarilishi ham mumkin. Olingan gidroksidi metall atomlari darhol 
eng yaqin suv molekulasi bilan reaksiyaga kirishib, vodorodni chiqaradi va yangi OH 
ionlarini hosil qiladi.
Yuqorida aytilganlarning natijasi sifatida past oqim zichligi uchun 
ishqoriy va kislotali muhitdagi jarayonlarning quyidagi variantlari taklif etiladi. 
Energiya sabablariga ko'ra, jarayonlarning quyidagi ketma-ketligi eng ehtimolli 
ko'rinadi. Ishqoriy muhitda birinchi navbatda anodda OH ionlari qaytarila 
boshlaydi:
2 OH
-
- 4 e + 2 H
2
O = O
2
+ 2 N
3
HAQIDA
+
,
(1)
( 2 )
bu erda e - elektron.
Ular iste'mol qilinganda katodning elektrodga yaqin bo'shlig'ida ortiqcha 
musbat ionlar paydo bo'ladi: gidroksidi metall va H ionlari.
3
HAQIDA
+
. Ushbu 
musbat ionlar va katod orasidagi elektr maydoni eng kam energiya iste'moli 
variantiga ko'ra unga qo'shni bo'lgan dipol suv molekulasini buzadi:
H
2
O = p + OH
-
,
( 3 )
bu erda p - proton.
93

---

Proton p katod yuzasidan elektronlarni oladi va vodorod hosil qiladi. OH ionlari 
ishqoriy metallar ionlari bilan birikib elektr neytral ishqor molekulalarini hosil qiladi. 
Elektrod yuzasi bo'ylab ko'tarilgan vodorod pufakchalari suyuqlik harakati hosil qiladi, 
bu esa gidroksidi molekulalarni elektrodga yaqin bo'shliqdan olib keta boshlaydi. 
Bundan tashqari, bu molekulalar gidroksidi metall ionlari va OH ionlariga parchalanadi. 
Ishqoriy metall ionlari katodga qaytadi, ikkinchidan, OH ionlari eritma orqali anodga 
o'tadi.
Kislota muhitida bizda quyidagi jarayonlar mavjud. Birinchidan, H 
ionlari katodda kamayadi
3
HAQIDA
+
:
2 N
3
HAQIDA
+
+ 2 e
Ular iste'mol qilinganda kislotali qoldiqlarning ionlari anodning elektrodga yaqin 
bo'shlig'ida to'planadi. Ular va anod orasidagi elektr maydoni formula (3) ga 
muvofiq suv molekulasini buzadi va anodda OH ionlari tiklanadi:
2 OH
-
- 4 e \u003d O
2
+ 2 r
(3) va (5) reaktsiyalar natijasida hosil bo'lgan protonlar kislotali qoldiqlar bilan neytral kislota 
molekulalariga birlashadi, ular suyuqlik oqimi bilan olib keta boshlaydi, so'ngra H ionlari 
hosil bo'lishi bilan (suv molekulalari bilan birga) ionlarga parchalanadi.
3
HAQIDA
+
ular katod tomon yo'naltirilgan. Kislotali qoldiqlarning ionlari anodga qaytadi.
Aniqlanishicha, ishqoriy muhitda turli belgilardagi ionlar eritma orqali 
harakatlanadi (N
-
va H
3
HAQIDA
+
), kislotada esa faqat bitta belgining bitta ionlari, eng 
harakatchanlari esa H
3
HAQIDA
+
. Shuning uchun protolitik nazariyaga [1] ko'ra, 
kislotalarning maksimal o'tkazuvchanligi ishqorlarnikidan katta bo'lishi kerak. Ushbu 
xulosani tasdiqlovchi eksperimental tekshirish ishqoriy va kislota eritmalarining bir xil 
hajmlari, bir xil idishlarda, bir xil haroratda, bir xil elektrodlarda, ularning bir-biriga 
nisbatan bir xil joylashishi bilan amalga oshirildi. Bu natija ma'lum ma'lumotlar bilan 
mos keladi [5] .
Gaz molekulalari hosil bo'lishining fizik-energetik jarayonlarini yoritishda bitta 
energiya tafovuti e'tiborni tortadi. [1] (293-bet) da uning atomlaridan vodorod 
molekulalarini hosil qilish elektrod reaktsiyasi jarayoni tasvirlangan. Agar molekuladagi 
vodorod atomlarining bog‘lanish energiyasi 436 kJ/mol, kislorod atomlariniki esa 495 kJ/mol 
(bu 286 kJ/mol dan ancha yuqori) ekanligini hisobga olsak, shundan kelib chiqadiki, agar 
mexanizm gaz hosil bo'lishi atomlarning hosil bo'lish bosqichini o'z ichiga olgan bo'lsa, keyin 
bu energiya elektr zanjiridan iste'mol qilinishi kerak, keyin esa mos keladigan issiqlik ajralib 
chiqadi. (Yuqorida aytilganlarga asoslanib, bloklarning parchalanishi paytida kislorod 
atomlari orasidagi aloqalarni uzish orqali aniq bo'lishi mumkinligi haqidagi farazni ilgari 
surish mumkin (N).
2
HAQIDA)
n
va suvning yuqori issiqlik sig'imini tushuntiradi). Biroq, 
elektroliz juda katta energiya sarfini iste'mol qilmagani uchun, ionlarning bunday qisqarishi 
darhol aniq vodorod va kislorod molekulalarini keltirib chiqaradi, deb taxmin qilish tabiiydir. 
Va ikkala ion (N
3
HAQIDA
+
va u
-
) bir valentli bo'lsa, ma'lum bo'lishicha, eng kam energiya sarfi bilan suvning 
parchalanish jarayoniga qo'yiladigan birinchi talab ionlarning juft qisqarishini 
ta'minlaydigan minimal oqim zichligiga bo'lgan talabdir. Bir qutbli ionlar bir-birini 
itaradi, shuning uchun bu bloklar ko'rinishidagi suvning tuzilishi (N
2
HAQIDA)
n
suv elektroliz jarayonining energiya intensivligini kamaytirish vazifasini 
osonlashtiradi.
= H
2
+ 2 N
2
HAQIDA.
(4)
( 5 )
Eksperimental ravishda po'lat elektrodlar uchun minimal oqim zichligi taxminan 10 
A / m ekanligi aniqlandi
2
. Zamonaviy elektrolizatorlar 1000 A/m yoki undan ortiq oqim 
zichligi bilan ishlaydi.
2
, shuning uchun bu rejimlarga e'tibor berishning hojati yo'q edi. 
Deyarli barcha elektrolizatorlarda bir xil maydonning anodlari va katodlari mavjud. 
Yuqoridagilardan kelib chiqqan holda, nima degan savol tug'iladi
94

---

Minimal oqim zichligi talabi bir elektrodda bajarilsa, ikkinchisida emas, nima bo'ladi? 
Tajribalar shuni ko'rsatdiki, vaqtinchalik jarayon sodir bo'ladi, bunda tegishli gaz 
kichikroq maydonga ega elektrodda chiqariladi va qarama-qarshi qutbli ionlar 
kattaroq maydonga ega elektrodda oddiygina to'planadi, bunda minimal oqim 
zichligi sharti bo'lmaydi. taqdim etilgan. Ion to'planishining ta'siri eksperimental 
tarzda tekshirildi: quvvat manbai polaritesi teskari bo'lganda, yangi vaqtinchalik 
jarayon boshlanadi va kichikroq maydonga ega elektrodda tez gaz evolyutsiyasi 
sodir bo'ladi (4-rasm). Jarayonning ushbu bosqichida oldingi vaqtinchalik jarayon 
davomida to'plangan ionlar tiklanadi.
Ba'zi ionlarning harakatlanish jarayonini tasavvur qilganda, ular harakat 
paytida butun elektrodlararo bo'shliqni egallamasligi, balki bu bo'shliqning 
cheklangan hajmida harakatlanishi aniqlandi (5-rasm). Bu, ehtimol, quyidagi 
sabablarga bog'liq. Birinchidan, yopishqoq muhit orqali harakatlanayotganda, 
konsentrlangan oqim shaklida harakat kamroq energiya talab qiladi. Ikkinchidan, 
bir xil belgidagi ionlar bir yo'nalishda harakat qiladi. Ularning har biri atrofida 
magnit maydon hosil bo'ladi. Bu maydonlar jalb qilinadi. Va uchinchidan, elektr 
maydonining eritma hajmi bo'ylab taqsimlanishi tekis va parallel elektrodlarning 
markazlarini bog'laydigan chiziq bo'ylab eng katta maydon kuchiga olib keladi va 
elektrodlar orasidagi eng kichik masofa bo'ladi. Aynan shu eng qisqa masofaga 
qarab ionlar harakatlanadi. Agar suyuqlik harakati bu ionlar oqimini buzsa,
Ion oqimi ikkinchi elektrodga etib borgach va statsionar rejim o'rnatilgandan so'ng, 
elektrodlar orasiga elektrolitlar eritmasi kesimining 90% ni qoplagan elektr izolyatsiya plitasi 
kiritildi. Bo'lim paydo bo'lgandan so'ng, ionlar oqimi ushbu plastinka bo'limi atrofida erkin 
aylanib, yana ikkinchi elektrodga etib bordi. Ionlarning oqimi elektrodga yaqin qatlamda 
hosil bo'lgan gaz mikropufakchalari, shu jumladan u orqali o'tadigan elektronlarning 
tutilishi tufayli sezilarli bo'ladi..Elektronlar mumkin bo'lgan haqiqat elektrodni tark etishi va 
eritma orqali tok hosil qilishda ishtirok etishi eksperimental tarzda tasdiqlangan. Misol 
uchun, oqim etanol orqali o'tganda, elektrodlar orasidagi kuchlanish suvning parchalanish 
kuchlanishidan yuz baravar yuqori edi va katod maydoni vodorod evolyutsiyasini ta'minlash 
uchun zarur bo'lgan minimal darajadan besh baravar yuqori oqim zichligini ta'minladi. 
Shunga qaramay, elektrodlarda hech qanday jarayonlar topilmadi, shuning uchun sof 
elektron o'tkazuvchanlik versiyasi paydo bo'ldi..Bundan tashqari, ushbu tajriba bunday 
alkogolda yo'qligini isbotladi individual suv molekulalari - ularning barchasi alkogol 
molekulalari bilan kimyoviy bog'langan. Ehtimol, bu 100% etil spirtini olish qiyinligini 
tushuntiradi. Suv molekulalarining OH-guruhlarining alkogol molekulalaridagi OH-guruhlari 
bilan suv molekulalarining bloklarga birikish turi boʻyicha bogʻlanishi eng ehtimolli (N).
2
HAQIDA)
n
. Ehtimol, elektrod yuzasidan elektron hosil bo'lgan S birikmasidagi elektronlardan 
birini almashtirishi mumkin
2
H
5
U N
2
O - S
2
H
5
OH, keyin esa bu elektron kislotalar va 
ishqorlarning o'tkazuvchanligining protolitik nazariyasidagi protonga o'xshab bir shunday 
guruhdan ikkinchisiga o'tadi.
Bundan tashqari, ko'plab o'tkir qirralari bo'lgan po'lat elektrodlari bo'lgan 
ishqoriy hujayradagi alohida tajribalarda vodorodning hosil bo'lishi katodda emas, 
balki mikropufakchalarning ko'pligidan loyqa bo'lib qolgan eritma qalinligida ham qayd 
etilgan. Buni elektrodning o'tkir qirralaridan elektronlar oqimi va unga qarab 
harakatlanadigan vodorod ionlarining kamayishi bilan izohlash mumkin. Shu bilan 
birga, OH ionlari chiqarilgan anodda
-
, odatiy tanlov bo'lib o'tdi
95

---

kislorod. Bunday holda, hujayra orqali oqimning qiymati an'anaviy elektrolizda bir xil 
ta'minot kuchlanishiga qaraganda ancha yuqori (hujayra va elektrodlarning ishlatilgan 
dizayni uchun - uch baravar ko'p).
Elektrodlararo bo'shliq eritmasining kesishishi elektr izolyatsion qism bilan 
to'liq qoplanganida, u orqali o'tadigan oqim, albatta, to'xtadi. Shundan so'ng, unda 
kichik diametrli (1 mm dan kam) teshik ochildi.
2
). Elektr maydoni tomonidan bu 
teshikka tortilgan ionlar, unga yaqinlashganda, bir-biridan itaruvchi kuchlarni 
boshdan kechiradi va ikkita kosmik zaryad hosil qiladi. Agar hujayraning ta'minot 
kuchlanishi etarlicha yuqori bo'lsa, u holda natriy ionlarining rang xususiyatiga ega 
bo'lgan bu kosmik zaryadlar (masalan, bulutlar orasidagi chaqmoq) o'rtasida elektr 
razryad paydo bo'ladi (tajriba NaOH eritmasida bo'lib o'tdi). Amalda, buning uchun 
oqim zichligi 10 ga teng bo'lishi kerak
7
A/m
2
. Odatda, elektr razryadlari elektrodlar 
bilan bog'liq bo'lib, ularning kuchli yo'q qilinishi suyuqlikda boshlanadi. Bunday 
holda, tushirish butunlay eritmaning qalinligida bo'ladi va elektrodlarga tegmaydi. 
Taxmin qilish mumkinki, elektr izolyatsion qismdagi teshikdan elektronlar oqimi 
teshikning har ikki tomonida ionlarni kamaytiradi va kuzatilgan gaz pufakchalari 
to'g'ridan-to'g'ri eritma qalinligida hosil bo'ladi. Energiya iste'moli an'anaviy 
elektrolizga qaraganda 10 baravar ko'p. Bu shuni ko'rsatadiki, bu holda bitta gaz 
atomlarining qisqarishi ularning keyinchalik molekulalarga birlashishi bilan sodir 
bo'ladi. Raqamning elektr maydonida elektronlar tezlashadi va fazoviy zaryadning 
qalinligiga tushadi, bu erda ular o'z yo'liga tushgan ionlarni tiklaydi. Bu 
elektronlarning ionlarni juftlashini qiyinlashtiradi. Eslatma
Xulosa qilib shuni ta'kidlaymizki, elektrolitlar eritmasi murakkab modda bo'lib, 
uning xususiyatlari hali tushunilmagan.
a) Masalan, u orqali oqim impulslari o'tgandan so'ng, bir muncha vaqt 
davomida hayajonlangan holat saqlanib qoladi, bu emfning keskin o'zgarishi 
shaklida namoyon bo'ladi. termojuft unga botiriladi.
b) Bundan tashqari, kamroq energiya sarfini talab qiladigan jarayonlar elektrolitik 
hujayrada davom etadi. Misol uchun, agar bitta elektroddan metall ionlarini chiqarib olish va 
ularning harakati bilan eritma orqali oqim o'tishini ta'minlash mumkin bo'lsa, unda suvning 
parchalanishi umuman bo'lmaydi. Amalda buni, masalan, NaNO eritmalari aralashmasini 
elektroliz qilish jarayonida ko'rish mumkin
3
va po'lat elektrodlar bilan 
NaCl.
c) Va oxirgi. Eksperimentlar elektrodlar joylashgan turli xil idishlar orasidagi 
nozik truba orqali eritma oqimi bilan ham o'tkazildi. Xuddi shu oqim qiymatini 
saqlab qolish uchun ko'proq kuchlanish talab qilinadi, bu elektrolitlar qarshiligining 
oshishi bilan bog'liq. Ammo elektrolitlarning ushbu trubka orqali harakatlanish 
jarayoni oqimning kattaligiga ham, elektrolitlar qarshiligining kattaligiga ham 
sezilarli ta'sir ko'rsatmadi. Bundan tashqari, eritmaning harakat tezligi [3] da 
keltirilgan ionlarning harakat tezligidan sezilarli darajada oshib ketdi.
Belgilangan xususiyatlar qo'shimcha o'rganishni talab qiladi.
5.Xulosa.
1. Suvdan vodorodni olish vodorodning yonishi natijasida olingan energiyaga 
qaraganda elektr energiyasining yarmiga teng bo'lishi mumkin.
2. Suvning parchalanishi samaradorlik bilan amalga oshirilishi mumkin. Xona haroratida 80%.
96

---

3. Ishqoriy hujayralarda qisqa vaqt ichida faqat bitta gazni olish mumkin
- Vodorod yoki kislorod.
4. Kislotali muhitda elektrodlar orasidagi ionlarning bir tomonlama harakatlanishi va 
ularning eritmadagi harakat yo`lining lokalizatsiyasi tajribada topildi.
5. Gazlarning shakllanishi uchun minimal oqim zichligi 10 A / m bo'lishi kerak
2
.
6. Mahalliy oqim zichligi 10 ga teng
7
A/m
2
elektrodlar bilan aloqa qilmaydigan 
eritmaning qalinligida uchqun chiqishi paydo bo'ladi.
7. Eritma orqali tok hosil qilish jarayonida nafaqat ionlar, balki elektronlar ham 
ishtirok etadi.
6. Adabiyot.
1. Antropov L.I. Nazariy elektrokimyo. M., Oliy maktab, 1984, nashr. 4-chi, 520 
p.
2. Bagotskiy V.S. Elektrokimyo asoslari. M., Kimyo, 1988, 400 b.
3. Yakimenko L.M. va boshqa suvning elektrolizi. M., Kimyo, 1970, 263 b.
4. Morozov Yu.V. va suvning parchalanishi uchun qattiq polimer elektrolitli boshqa 
elektrolizatorlar. Depozitga qo'yilgan qo'lyozmalar jurnali № 9 2002 http//www4/
mte/ru/www/toim.nsf/.
5. Fedotiev N.P., Alabyshev A.F., Rotinyan A.L. va boshqalar Amaliy elektrokimyo. / 
ed. prof. Fedoteva N.P. L .: xonim Kimyoviy adabiyotlarning NTI, 1962 - 639p.
97