I. Kirish II. Asosiy qism Elektroliz jarayoni. Suyuqlanma va eritma elektrolizi Eriydigan va erimaydigan elektrodlar bilan olib boriladigan elektroliz III. Xulosa IV. Foydalanilgan adabiyotlar Kirish

Elektroliz qonunlari

Reja:

I.Kirish
II.Asosiy qism
1. Elektroliz jarayoni.
2. Suyuqlanma va eritma elektrolizi
3. Eriydigan va erimaydigan elektrodlar bilan olib boriladigan elektroliz

III.Xulosa
IV.Foydalanilgan adabiyotlar
Kirish
Elektroliz jarayoni. Elektrolit eritmasi yoki suyuqlanmasi orqali o'zgarmas elektr toki o'tkazilganda elektrodlarda boradigan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari elektroliz deb ataladi. Elektroliz jarayoni maxsus qurilmalar – elektrolizerlar yoki elektrolitik vannalarda olib boriladi.



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.
Masalan, suyuqlantirilgan NaCl ning elektrolizi jarayonini ko'rib chiqamiz.
Agar NaCl suyuqlanmasi orqali elektr toki o'tkazilsa, suyuqlanmadagi Na^ va Cl^– ionlari tegishli elektrodlar tomon yo'naladi va ularda quyidagi jarayonlar sodir bo'ladi:

Suyuqlantirilgan NaCl ning elektrolizi umumiy tarzda quyidagi tenglama bilan ifodalanadi.

Suyuqlantirilgan elektrolitlarning elektrolizi bilan elektrolit eritmalarining elektrolizi bir-biridan farq qiladi.

Tuzlarning suvdagi eritmalarining elektrolizida eritmada tuz ionlaridan tashqari suvning dissosilanishidan 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 E_o0 ga tengligini va lg[H^]-pH ekanligini hisobga olsak, E_o-0,059*pH bo'ladi.
Tuzlarning neytral eritmalari uchun pH7 ga tengligi uchun,
E_o-0,059*7-0,41v bo'ladi.
Agar elektrolit kationini hosil qiluvchi metallning elektrod potensiali – 0,41V dan katta bo'lsa, katodda metall emas, balki vodorod ajraladi. Agar metallning 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 N2 qaytariladi. Umumiy tarzda quyidagicha:



Elektroliz jarayoni anod materialiga qarab, inert anod bilan bo’ladigan elektroliz va aktiv anod bilan bo’ladigan elektrolizga bo’linadi. Oksidlanmaydigan materialdan (grafit, platina) yasalgan anod inert anod, oksidlanadigan materialdan yasalgan anod aktiv anod deb yuritiladi.
Тuzlar eritmalarining elektrolizini misollar asosida kurib chiqamiz.
1) KNO₃ tuzi eritmasining inert anod ishtirokidagi elektrolizi:
KNO₃  K⁺ + NO₃^-
K⁺/K uchun E_o = -2,93 V bo’lib, K⁺ kationlari katodda qaytarilmaydi,
NO₃^- anionlari suvli eritmalarda oksidlanmaydi. Katodda va anodda suv molekulasi qaytariladi va oksidlanadi:
Katodda (-): 2H₂O + 2e^- = 2OH^- + H₂;
Anodda (+): 2H₂O - 4e^- = 4H⁺ + O₂ .
CuCl₂ eritmasining inert anod ishtirokidagi elektrolizi.
CuCl₂  Cu²⁺ + 2Cl^-
Misning standart elektrod potensiali E_o = 0,34V bo’lganligi uchun katodda faqat mis ionlari qaytariladi, anodda esa xlorid ionlari oksidlanadi:
Katodda (-): Cu²⁺ + 2e^- = Cu;
Anodda (+): 2Cl^- - 2e^- = Cl₂
elektroliz
CuCl₂ ----------> Cu + Cl₂
2) Тuz eritmalarining aktiv anod kullanilgandagi elektrolizi.
Bunday elektroliz jarayonida anod materiali eriydi. Masalan, kadmiy sulfat eritmasining elektrolizini misol kilish mumkin:
CdSO₄  Cd²⁺ + SO₄^2-

Katodda (-): Cd²⁺ + 2e^- = Cd

Anodda (+): Cd - 2e^- = Cd²⁺
Elektroliz qonunlari. Elektroliz vaqtidagi anodda boradigan oksidlanish jarayonida anod materiali ikki guruhga: erimaydigan va eriydigan anodlarga bo'linadi.
Oksidlanmaydigan materialdan (grafit, platina) yasalgan anod erimaydigan (inert) anod, oksidlanadigan materialdan yasalgan anod eriydigan (aktiv) anod deyiladi.
Elektr energiyasining ta'sirida vujudga keladigan kimyoviy jarayonlar unumi bilan elektr toki o'rtasida miqdoriy bog'lanish borligini dastlab 1836 yilda ingliz olimi M.Faradey aniqladi. Faradey fanga elektrod, anod, katod, anion, kation, elektrolit, elektroliz tushunchalarini kiritdi. Faradey o'z tajribalarini bajarishda bir necha galvanik elementni ketma-ket ulab, batareya hosil qildi; elektroliz qilishda ana shu batareyadan elektr manbai sifatida foydalandi. U o'zining ilmiy kuzatishlari asosida quyidagi elektroliz qonunlarini kashf etdi:
1. Faradeyning I qonuni. Elektroliz vaqtida elektrodda ajralib chiqadigan moddaning massasi miqdori eritmadan o'tgan elektr toki miqdoriga to'g'ri proporsional bo'ladi.
2. Faradeyning II qonuni. Agar bir necha elektrolit eritmasi orqali bir xil miqdorda ketma-ket ulangan holda, elektr o'tkazilsa elektrodlarda ajralib chiqadigan moddalarning massa miqdorlari o'sha moddalarning kimyoviy ekvivalentlariga proporsional bo'ladi.
Elektroliz vaqtida elektrodlarda 1 g – ekvivalent modda ajralib chiqishi uchun elektrolit eritmasidan 96500 kulon elektr toki o'tishi kerak. Bu son Faradey soni (F) deyiladi.
Faradey qonunlaridan
yoki
ifoda kelib chiqadi.
Bunda, m-moddaning massasi, E-moddaning gramm ekvivalenti (g-ekv); I-tok kuchi; Q-elektr miqdori; t-vaqt; F-Faradey soni; F96500.
Elektroliz metallurgiya, kimyo sanoati va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi. Metallarni ularning birikmalaridan ajratib olish, metall buyumlarni korroziyadan saqlashda, metall sirtiga korroziyabardosh metall qoplash kabi ishlarda elektrolizdan foydalaniladi.
Elektroliz to‘g‘risidagi asosiy ma’lumotlar
Elektrkimyo kimyoviy va elektr energiyalar orasidagi bog‘lanishlarni va bir—biriga o‘zaro o‘tishlarini o‘rganadi, Masalan, kimyoviy reaksiya (galvanik elementlarda) elektr energiya manbai bo‘lishi mumkin; elektr energiya (doimiy tok) o‘z navbatida elektrodlar yordamida kimyoviy sistemaga kiritilsa kimyoviy reaksiya—elektroliz, ya’ni elektrolitni parchalab elektrodlarda ionlarning razryadlanishi mahsulotlarini hosil bo‘lishiga olib keladi. Sanoatda elektr energiyasi ta’sirida sodir bo‘ladigan oksidlanish—qaytarilish jarayonlariga elektroliz deyiladi. Elektroliz elektrolitik vanna yoki elektrolizyorlarda amalga oshiriladi.
Elektr o‘tkazuvchi materiallarning ikki turi mavjud. Birinchi turdagi o‘tkazgichlar metall yoki elektron o‘tkazgichlar deyiladi. Ularga metallar, ularning qotishmalari, ko‘mir, grafit va h.k. kiradi.
Ikkinchi turdagi o‘tkazgichlar—elektrolitlar bo‘lib, ularga tuzlar, kislotalar, asoslarning eritmalari yoki suyuqlanmalari kiradi. Ular ion o‘tkazgichlar deyiladi. Miqdoriy tarafdan elektroliz jarayoni Faradey qonunlariga bo‘ysunadi.
Faradeyning birinchi qonuniga ko‘ra, elektroliz vaqtida elektrodlarda ajralib chiqqan moddaning og‘irlik miqdori elektrolitdan o‘tgan elektr miqdoriga proporsionaldir
m═K∙Q
m- elektrodda ajralgan moddaning og‘irlik miqdori, g.
Q- elektr miqdori
K- elektrokimyoviy ekvivalent

Faradeyning ikkinchi qonuniga ko‘ra, turli elektrolitlardan bir xil miqdorda elektr o‘tkazilganda elektrodlarda ajralib chiqayottan moddalarning og‘irlik miqdori shu moddalarning kimyoviy ekvivalentlariga proporsional. Elektrokimyoviy ekvivalent «K» esa shu moddaning kimyoviy ekvivalentiga proporsional:

К═С∙Эғ
Har qanday moddaning elektrodlarda 1 g—ekv miqdorini ajratib olish uchun bir xil elektr miqdori, ya’ni 96500 kulon (Faradey soni yoki 1 Faradey) kerak. Birgalikda bu ikki qonun quyidagicha ta’riflanadi: elektrolitdan o‘tgan elektr miqdori (Q) ajralib chiqqan moddaning gramm—ekvivalentlar soniga (N) to‘g‘ri proporsionaldir.
Q═F∙N
F- Faradey soni (96500 kulon yoki 26,8 ag‘s)
Elektroliz natijasida A gramm modda ajralib chiqqan bo‘lsa,
bunga Q═F miqdorda elektr sarf bo‘lgan.
YE-moddaning kimyoviy ekvivalenti. Elektrolitdan 1 ag‘s elektr miqdori o‘tkazilganda ajralib chiqqan modda miqdoriga uning elektrokimyoviy ekvivalenti deyiladi.



Osh tuzi eritmasining elektrolizi
Sanoatda natriy xlorid va kaliy xlorid tuzlari suvdagi eritmalarining elektrolizi natijasida juda toza xlor olinadi. Bundan tashqari muhim mahsulotlar vodorod va ishqor ham hosil bo‘ladi. Xlor ishlab chiqarishning elektrokimyoviy usuli 1890 yildan beri qo‘llaniladi. Osh tuzining suvdagi eritmasida dissotsiatsiya natijasida 4 xil ion mavjud bo‘ladi.
NаСl↔Na^QQСl^- Н₂О↔Н^QQОН^-
Eritmadan elektr toki o‘tkazilganda katod tomon NQ va NaQ, anod tomon Sl- va OH- harakat qiladi.
Elektrokimyoviy kuchlanish qatoriga ko‘ra birinchi navbatda razryadlanish potensiali eng kichik bo‘lgan ion razryadlanadi. Osh tuzining neytral eritmasida qattiq katodda NaQ razryadlanish normal potensiali—2,71 v (К^Q uchun —2,92 v), voldorodning esa shu sharoitda qaytar ajralib chiqish potensiali—0,415 v ga teng. Shuning ychyn NaCl ning neytral eritmalarining elektrolizida qattiq katodda faqat vodorod ionlari razryadlanadi.
H^QQ2e~→2H 2Н→Н₂ (katod jarayoni)
ya’ni, neytral muhitda suvning qaytarilinsh ustun turadi:
2Н₂ОQ2е~→ 2ОН^-QН₂↑
Vodorodni ajralib chiqishi suvning dissotsiyalanishi muvozanatini buzadi va suvning yana yangi miqdorlari dissotsiyalanadi (ko‘p marotabali dissotsiatsiya). NaQ natriy ionlari katodda faqat quyidagi holatda razryadlanishi mumkin: eritmada ularning konsentratsiyasi shunday yuqori bo‘lishi kerakki, bunda ularning razryadlanish potensiali vodorod potensiali, ya’ni —0,415 v ga teng bo‘lsin, eritmada qolgan ON- NaQ bilan katod yonida ishqor hosil qiladi.
Na^QQOH~→ NaOH
va NaCl bilan birgalikda vannadan chiqariladi va tozalanadi. Anodda Sl razryadlanib, С1₂ gazi hosil bo‘ladi.
2Сl^--2е~→2С1 2С1 → С1₂ (anod jarayoni)
Anodlar inert va faol bo‘lishi mumkin. Faol anodlar elektroliz vaqtida oksidlanadi, inert anodlar o‘zgarmaydi. Inert anodlarga grafit, ko‘mir, platinadan yasalgan elektrodlar kiradi. Elektroliz natijasida olinadigan mahsulotlar toza bo‘lishi uchun katod va anod oraliqlarini ajratish kerak. Buning uchun diafragma qo‘llaniladi va filtrlovchi vertikal diafragmali elektrolizyorlar ishlatiladi. Elektrolizyorning anod sohasiga nay orqali uzluksiz osh tuzining konsentrlangan eritmasi (305 —310gg‘l) kiritiladi. Elektrolit doimiy ravishda anod sohasidan diafragma teshiklari (kovaklari) orqali katod sohaga o‘tib boradi. Katod sohasidagi vanna tubidagi nay orqali ishqor va parchalanmagan osh tuzidan iborat bo‘lgan suyuqlik chiqarilib turadi. NaOH mikdori 100-300 gg‘l, NaCl-180-200 gg‘l. Gorizontal diafragmali elektroliz vannalarida hosil bo‘lgan ishqor konsentratsiyasi 120—130 gg‘l ga teng. Ishqor konsentratsiyasi yuqori (650—700 gg‘l) va sifati toza (osh tuzi bilan aralashmagan) bo‘lishi uchun suyuq katodli elektrolizyorlar qo‘llash mumkin bo‘lgan. Simob katodda ajralib chiqayotgan natriy, simob bilan amalgama hosil qiladi. Na^QQe^-QnHg→Na∙nHg (katod jarayoni va vanna tubida ishqor hosil bo‘lmaydi. Natriy amalgamasi hosil qilgan NaQ simob katodda razryadlanish potensiali -1,2 v (osh tuzining suvli eritmalarida bu potensial—2,71 v) bo‘lgani uchun u oson razryadlanadi.
Hosil bo‘lgan natriy amalgamasi elektrizyorning ikkinchi qismiga yuboriladi va suv bilan reaksiyaga kirishadi.

Na∙nHgQH₂O→NaOHQnHgQH₂↑

Ajralib chiqqan simob nasos yordamida elektrolizyorni yuqori qismiga ko‘tariladi va katod vazifasini bajaradi.

Garchan bu usulda juda toza va konsentrlangan ishqor eritmasi hosil bo‘lsa ham, uning qo‘llanilishi taqiqlab qo‘yilgan, chunki simob ekologik xavfsiz bo‘lmaydi. Dunyodagi hamma rivojlangan davlatlar ishqor ishlab chiqarishda membrana usuliga o‘tgan. Membrana usulida asbest kartonli diafragma o‘rniga issiq ishqor va xlorga chidamli bo‘lgan, ishqor ta’sirida yemirilmaydigan, ftortutgan polimerlardan yasalgan membranalar ishlatiladi. Membranalar kation almashuvchi bo‘lib, anod sohasidan katod soxasiga faqat NaQ tashib beradi, va Sl- o‘tkazmaydi. Shu sababli hosil bo‘lgan ishqor sifati yuqori bo‘ladi.
Dunyoda birinchi bo‘lib Yaponiya firmalari (Asaxi kasay) bunday membranali moslamalarni ishga tushirdilar va 1983 yilga kelib osh tuzi eritmasidan ishqor, С1₂ va Н₂ ishlab chiqaradigan hamma firmalari bu usulga o‘tdi. Elektrolizyordagi diafragma vazifasini bajaruvchi parda kation almashuvchi sulfo—( —SO₃H) va karboksil (—СООН) guruhlar tutgan ftorpoli-merlardan iborat. Ftorpolimerlarga tetraftor—etilenning sopolimerlari kiradi va ularning makromolekulalarida yuqorida keltirilgan kationalmashuvchi guruhlar tarqalgan bo‘ladi. Kationalmashuvchi membrana pardali elektrolizyor sxemasi albomda keltirilgan.
Elektrolizyorning katod va anod sohalari KAM —kation almashuvchi membrana pardasi bilan ajratilgan. Anod oraliriga NaCl ning tuyingan eritmasi (namakob) berilib, anodda Sl- ionlarini elektrokimyoviy oksidlanishi kuzatiladi. Katod oralig‘iga suv berilib, katodda suvning elektrokimyoviy qaytarilishi natijasida Н₂ va ОН^- ionlari hosil bo‘ladi.
Н₂ОQе~→Н Q ОН^- 2Н→Н₂.
Kation almashuvchi membrana orqali katod oralig‘iga o‘tgan NaQ bilan ON- hosil bo‘lgan ishqor eritmasi katod oralig‘idan chiqib ketadi. Ishqor konsentrlangan bo‘lib osh tuzi bilan ifloslanmagan. Sanoatda qo‘llanib kelgan asbest diafragmali qattiq katodli va suyuk katoldi (simob) elektrolizyorlarni membrana pardali elektrolizyorlar arzonligi va elektr tokini 20—35% kamroq sarf qilishi tufayli siqib chiqardi. Bundan tashqari bu texnologik jarayon ekologik zararsizligi bilan alohida muhimdir

Alyuminiy ishlab chiqarish

Alyuminiy xalq xo‘jaligida keng qo‘llaniladigan, aviatsiyada «qanotli metall» deb nom olgan yengil (ρ═1,7—3,0 гғсм³) metalldir. U mustahkam, korroziyaga chidamli, elektr o‘tkazuvchanligi yuqori. Uning boshqa metallar bilan qotishmalari keng tarqalgan. Masalan, 12—14% Si tutgan qotishma silumin, 3—5% Si, 1% Mg, Mp, 1% gacha Cr, Si, Zn tutgan qotishma dyuralyumin deyiladi va samolyotsozlik, avtomobil qurilish transporti, elektrotexnika va kimyo sanoatida ishlatiladi.
Alyuminiy ishlab chiqarish uchun xomashyo sifatida alyuminiy tutgan minerallar olinadi. Bularga boksitlar, nefelinlar, alunitlar va kaolin rudalari kiradi. Nefelin rudalari katta ahamiyatga ega (Na,K)₂O∙Al₂O₃∙2SiO₂, tarkibida 30-45% А1₂О₃, 40-45% SiO₂, 12-15% Na₂O, 5-7% К₂О mavjud.
Xulosa
O‘zbekistonda boksitlar Qizilqum, Nurota va Janubiy Farg‘onada, alunitlar Angren kaolin—ko‘mir konida joylashgan. Rudali xomashyolardan toza А1₂Оз ajratib olinadi. Boksitlar 40—67% А1₂О₃ tutadi, va uni ajratib olish uchun 3 guruh usullar mavjud: ishqoriy, kislotali, termik. Bulardan eng keng tarqalgan ishqoriy usul. Bu usulning ho‘l va quruq turlari mavjud. Ho‘l usulda maydalangan ruda natriy ishqorining suvli eritmasi bilan ishlanadi.
Al(OH)₃QNaOH═NaA1О₂Q2H₂О
Hosil bo‘lgan natriy alyuminat gidrolizlanadi.
NaA1О₂Q2H₂О═NaOHQAl(ОН)₃
Hosil bo‘lgan А1(ОН)₃ cho‘kmasi 1200°С haroratda qizdiriladi va toza А1₂О₃ hosil bo‘ladi.
2А1(ОН)₃→А1₂О₃QЗН₂О
Qypyq usulda esa ruda soda bilan qizdiriladi va bunda natriy alyuminat СО₂ gazi bilan ishlanadi.
NaAlO₂QCO₂Q3H₂O═Al(OH)₃QNa₂CO₃
А1(ОН)₃ suvsizlanib А1₂О₃ hosil qiladi. Kislotali usullar СО₂ miqdori ko‘p bo‘lgan rudalaridan А1₂О₃ ajratib olish uchun qo‘llanadi. Bunda rudaga mineral kislotalarning eritmalari ta’sir ettiriladi. Kislotalar sifatida sulfat, sulfit, xlorid, nitrat kislotalar olinadi.


Foydalanilgan adabiyotlar
1. YU.T.Toshpo'latov, SH.YE.Ishoqov. Anorganik kimyo. Toshkent. «O'qituvchi». 1992 y.
2. N.A.Parpiyev, H.R.Rahimov, A.G.Muftaxov. Anorganik kimyo nazariy asoslari. Toshkent. «O'zbekiston». 2000 y.
3. Q.Ahmerov, A.Jalilov, R.Sayfutdinov Umumiy va anorganik kimyo. Toshkent. «O'zbekiston» 2003 y.