Mavzu: Sanoatda elektroliz jarayonini qo’llanilishi

Elektrolizning mohiyati.
Elektrolitlarning eritmalari va suyuqlanmalarida har xil ishorali ionlar (kationlar va anionlar) bo'ladi, ular suyuqliknmg barcha zarrachalari kabi tartibsiz harakatda bo'ladi. Agar elektrolitning shunday eritmasi yoki suyuqlanmasiga, masalan, natriy xloridning suyuqlanmasiga (N aCl 801 °C da suyuqlanadi) inert (ko'm ir) elektrodlar botirilsa va o ‘zgarmas elektr toki o‘tkazilsa, u holda ionlar elektrodlarga: N a+ kationlari - katodga, Cl" anionlari - anodga tom on harakatlanadi. N a+ ionlari katodga yetgandan keyin undan elektronlar oladi va qaytariladi:
Elektrolitning suyuqlanmasi yoki eritmasi orqali elektr toki o‘tganida elektrodlar sodir bo‘ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni elektroliz deyiladi.
Elektrolizning mohiyati elektr energiyasi hisobiga kimyoviy reaksiyalarning — katodda qaytarilish va anodda oksidlanish reaksiyalarining amalga oshishidan iborat. Bunda katod kationlarga elektronlar beradi, anod esa anionlardan elektronlar biriktirib oladi.
Elektr tokining qaytaruvchilik va oksidlovchilik ta’siri kimyoviy qaytaruvchi va oksidlovchilarning ta’siridan ko'p marta kuchliroqdir. Masalan, hech qanday kimyoviy oksidlovchi ftorid-ion F~ dan elektronini tortib ololmaydi. Shu sababli ftorning birikmalari tabiatda keng tarqalganligiga qaramay, ftorni erkin holda olishning iloji bo'lm aydi. Kaliy ftoridning ftorid kislotadagi eritmasi elektroliz qilingandagina ftorid-iondan elektronini tortib olishga muvaffaq bo'linadi. Bunda anodda ftor 2F“— 2e —F 2, katodda esa vodorod
(2H ++2e —H 2) ajralib chiqadi.
Elektrolizning mohiyatini sxema yordamida tasvirlash qulay, bu sxema elektrolitning dissotsilanishini, ionlarning harakatlanish y o ‘nalishini, elektrodlardagi jarayonlari va ajralib chiqadigan moddalarni ko'rsatadi. Natriy xlorid suyuqlanmasi elektrolizining sxemasi quyidagicha bo'ladi:
Elektrolizni o'tkazish uchun elektrodlar elektrolitning suyuqlanmasi yoki eritmasiga botiriladi va ular doimiy tok manbayiga ulanadi. Elektroliz o'tkaziladigan asbob elektroliz oryoki elektrolitik vanna deyiladi.
Elektrolit eritmasi yoki suyuqlanmasi orqali o‘zgarmas elektr toki o‘tkazilganda elektrodlarda boradigan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari elektroliz deb ataladi. Elektroliz jarayoni maxsus qurilmalar - elektrolizyorlar yoki elektrolitik vannalarda olib boriladi. Elektrolizda katod sifatida ishlatiladigan elektrodlar elektrokimyoviy korroziyaga uchramaydi. Shuning uchun ular elektrolitda barqaror bo‘lib, ulaming soni ko‘pdir. Lekin katodlar uchun ular yuzasidan vodorod qaysi bir potensial qiymatida ajralishi muhim amaliy ahamiyata ega. Pt, Pb, Au kabi metallarda vodorod oson, kichik elektrod potensiallarida ajraladi. Agar elektroliz natijasida vodorod olish lozim bo‘lsa (masalan suvning elektrolizi) kam vodorod o‘ta kuchlanishli, vodorod hosil bo‘lishi kerak bo‘lmagan hollarda (masalan metall olish) yuqori vodorod o‘ta kuchlanishli elektrodlar ishlatiladi. Ko‘pchilik hollarda katod yuzasida elektrosintez jarayoni borib, katod shu reaksiya uchun katalizator vazifasini o‘tashi ham mumkin. Katod elektrodda elektrolitning musbat zaryadlangan ionlari elektronlarini qabul qilib zaryadsizlanadi. Jarayonda qaysi ion oldin zaryadsizlanishi metalning kuchlanishlar katorida vodorodga nisbatan joylanishiga, uning konsentratsiyasiga va ayrim hollarda elektrod potensialiga bog‘liq bo‘ladi. Bir xil sharoitda faol bo‘lmagan metallar (Si, Ai, Nd va boshqalar) ionlari, ya’ni kuchlanishlar qatorida vodoroddan keyin joylashgan metall oson zaryadsizlanadi. Suvdagi eritmalarda kuchlanishlar qatoridagi alyuminiygacha bo‘lgan faol metallar ionlari qaytarilmaydi. Anodda sodir bo‘ladigan jarayonlar elektrolitga ham, anod yasalgan moddaga ham bog‘liq bo‘ladi. Anodlar ikki xil bo‘ladi: eruvchan anod va erimaydigan anod. Eruvchan anod elektrodidan foydalanib toza metallar olinadi. Bunday elektroliz jarayoni tozalanayotgan metall tuzining eritmasida olib borilishi lozim bo‘ladi. Sanoatda tuzlaming eritmalarini elektroliz qilib mis, rux, kadmiy, nikel, kobalt, marganets va boshqa metallar olinadi. Eruvchan anodlar elektroliz jarayonida eritmaga ionlar holida o‘tadigan elektrodlardir. Erimaydigan anodlar sifatida inert ko‘mir (C) va passiv metallar (Au, Pt)ni olish mumkin. Bunday elektrodlar bilan elektroliz amalga oshirilganda anodda oksidlanish jarayoni elektrod hisobiga emas, balki, anionlar yoki suv molekulalari hisobiga sodir bo‘ladi. Anodda elektrolit anionlaridan faqat kislorodsiz kislota qoldiqlari: xlor, brom, yod, ftor, oltingugurt va boshqalar zaryadsizlanadi. Elektroliz jarayonida anodda oksidlanishi mumkin bo‘lgan ionlar kislorodli kislota qoldiqlari va H₂0 molekulalaridir. Bu ionlardan kislorodli kislota qoldiqlari anodda zaryadsizlanmaydi, balki, ulaming o‘miga suv molekulalari oksidlanadi. Masalan: CuCl₂ eritmasi orqali o‘zgarmas tok o‘tkazilib, anod sifatida mis plastinkasi olinsa, katodda mis ionlari qaytariladi, anodda esa mis oksidlanadi. Chunki, mis ionlariga nisbatan mis atomlari elektronni osonroq beradi. Shuning uchun eritmada mis ionlari konsentratsiyasi o‘zgarmaydi.

Elektroliz vaqtida katod atrofida KOH va anod atrofida H₂S0₄ to‘planadi. Elektroliz jarayoni elektrodlardan o‘tayotgan elektr miqdori ma’lum darajaga yetgandagina sodir bo‘ladi. Masalan: CuCl₂ elektrolizi uchun 1,2 Voltdan yuqori kuchlanish kerak. Bundan past kuchlanishda (0,8 V) galvanik juft hisobiga elektroliz sodir bo‘lmaydi.

Erimaydigan elektrod shu elektrolitda kimyoviy jihatdan barqaror korroziyaga chidamlik, yuzada borayotgan reaksiya uchun katalizator, mexanik jihatdan mustahkam bo‘lishi, uni tashkil etgan modda arzon bo‘lishi, noyob bo‘lmasligi zarur. Bu jihatdan ayniqsa, erimaydigan anodlami tanlash muhim muammodir. Eng ko‘p ishlatiladigan erimaydigan anodlar grafitdan yasaladi. Ularga turli xil ko‘rinish berish, mexanik ishlash oson, lekin ish jarayonida ular kimyoviy jihatdan yemirilishi, mahsulot bilan reaksiyaga kirishishi mumkin.
Ayniqsa, bu reaksiyalar grafit elektrod g‘ovaklari (poralari) da borsa jarayon tezlashib, elektrodning mexanik yemirilishi ham sodir bo‘ladi. Bu hodisaning oldini olish uchun grafit elektrodlarga turli xil o‘simlik moylari shimdiriladi. Lozim bo‘lgan paytlarda erimaydigan anodlar ugleroddan, nikel va uning oksidlaridan ham yasaladi. Bu maqsad uchun yuzasiga Pb qoplagan titan elektrodlari, temir oksidlaridan tashkil topgan magnetit elektrodlari, platina va uning qotishmalari keng qo‘llaniladi. Oxirgi paytlarda osh tuzining eritmasini elektroliz qilib xlor olishda grafit anodlar o‘miga titan va ruteniy oksidlari titan ustiga qoplangan elektrodlar - ruteniy-titan oksidli anodlardan keng foydalanilmoqda. Galvanotexnika va elektrometallurgiyada eriydigan anodlar ishlatilib, ular ba’zan erib mahsulot tarkibiga ham kiradilar (masalan metallorganik birikmalar olish jarayonida). Eriydigan anodlar erimaydigan anodlaming aksicha hamisha faol holatda bo‘lishlari, oson erishlari (oksidlanishlari) lozim. Masalan, marganets va xrom birikmalarini elektrosintez qilishda eriydigan anodlar sifatida temir marganets qotishmalari (ferromarganets), temir-xrom qotishmalari (ferroxrom)lardan foydalaniladi. Elektroliz paytida anod va katodlarda har xil mahsulotlar hosil bo‘Isa, ulami aralashtirmaslik uchun (aks holda ular reaksiyaga kirishishi mumkin) ajratkich (diagfragmalar) ishlatiladi. Diafragma so‘zi grekcha diaphragma - to‘siq so‘zidan olingan.
Diafragma elektronli va ionli optikada eritmadagi zaryadli zarrachalar kundalang kesimini chegaralash va burchagini o‘zgartirish uchun qo‘llaniladi.Elektroliz metallurgiya, kimyo sanoati va boshqa sohalarda keng qo‘llaniladi. Metallami ulaming birikmalaridan ajratib olish, metall buyumlami korroziyadan saqlashda, metall sirtiga korroziyabardosh metall qoplash kabi ishlarda elektrolizdan foydalaniladi. Elektroliz jarayoni sanoatda katta ahamityaga ega. Masalan, xlor va o‘yuvchi ishqorlar osh tuzi eritmasini elektroliz qilib olinadi. Ammiak sintezi uchun zarur bo‘lgan toza vodorod suvni elektroliz qilish yo‘li bilan olinadi. Suyuqlantirilgan kriolit Na3AlF6 dan alyuminiy olish, suyuqlantirilgan MgCl₂ ni elektroliz qilib magniy olish, misni qo‘shimchalardan tozalash va boshqa turli moddalar ishlab chiqarishda ham elektrolizdan foydalaniladi. Masalan, natriy, litiy va kaliy asosan elektroliz usuli yordamida olinadi. Elektroliz uchun asosan ulaming tuzlari yoki gidroksidlaridan foydalaniladi.

Xulosa.
Erimaydigan elektrod shu elektrolitda kimyoviy jihatdan barqaror korroziyaga chidamlik, yuzada borayotgan reaksiya uchun katalizator, mexanik jihatdan mustahkam bo‘lishi, uni tashkil etgan modda arzon bo‘lishi, noyob bo‘lmasligi zarur. Bu jihatdan ayniqsa, erimaydigan anodlami tanlash muhim muammodir. Eng ko‘p ishlatiladigan erimaydigan anodlar grafitdan yasaladi. Ularga turli xil ko‘rinish berish, mexanik ishlash oson, lekin ish jarayonida ular kimyoviy jihatdan yemirilishi, mahsulot bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Elektrolizning asosiy jarayoni - qo'llaniladigan oqim tufayli elektronlarni chiqarib tashlash yoki qo'shish orqali atomlar va ionlarning o'zaro almashinishi. Kerakli elektroliz mahsulotlari ko'pincha elektrolitdan boshqa fizik holatidadir va ularni fizik jarayonlar bilan olib tashlash mumkin (masalan, gazni elektrod ustida to'plash yoki elektrolitdan mahsulotni cho'ktirish). Elektroliz ancha keng ko'lamda qo'llaniladi. Metall buyumlarni korroziyalashdan muhofaza qilish uchun ularning sirtiga boshqa metallning — xrom, kumush, oltin, mis, nikel va h.k. juda yupqa qatlami qoplanadi. Ba’zan ko'p qatlamli qoplama ham qilinadi. Masalan, avtomobillarning tashqi detallariga dastlab yupqa mis qatlami, misning ustidan yupqa nikel qatlami, nikel ustidan esa xrom qatlami qoplanadi.Metallar sirtiga elektroliz yo‘li bilan qoplangan qoplamlar qalinligi bir xil, puxta bo‘lib, uzoq vaqt xizmat qiladi; bundan tashqari, bu usul bilan istalgan shakldagi buyumni qoplash mumkin.