Metallurgiya va kimyoviy texnologiyalar

ELEKTROLIZ JARAYONLARI
0‘z - o‘zidan boruvchi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari galvanik elementlar, ya ’ni elektr energiyasi ishlab chiqaruvch i elektrokim yoviy uskunalar yaratishda qo'llaniladi. Ikkinch i tomondan , elektr toki yordam ida o ‘z - o ‘zidan b orm aydigan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini ham am alga oshirsh bo'ladi, bunga misol qilib suyuqlantirilgan kaliy xloridni u tarkib topgan elem entlarga ajralishini ko'rsatish mumkin:
2KCl_(suyuq)→2K_(katodda)+Cl_2(anodda)
Tashqi elektr manbai yordamida amalga oshiriluvchi bunday reaksiyalarga elektroliz jarayoni deyiladi. Jarayon elek trolitik yacheyka (elektrolizyor) larda olib boriladi.Elektroliz jarayoni ko'p in ch a suyuqlantirilgan yoki elektrolit eritm alar orqali elektr toki o'tkazilib am alga oshiriladi.Ikkinchi m isol tariqasida suyuqlantirilgan m agniy xloridning elektrolizini ko'ribchiqamiz . Magniyxloridni g
suyuqlanm asidan tok o'tayotganda m agniy kationlari elektr maydoni ta ’sirida m anfiy elektrod — katod to m o n siljiydi.B unda tash q i zanjir orqali kelayotgan elek tron lar bilan birikib, ular qaytariladi:
M g ⁺² + 2c = M g °
Xlor anionlari m usbat elektrod anodga siljiydi va ortiqcha elektronlarni yo'q otib oksidlanadi. Bunda, dastlabki elektrokim yoviy bosqichda xlor ionlari oksidlanadi:
2Cl^-=2Cl+2e

bundan xlor atom lari birikib m olekulaga aylanadi:

2C1 = C l₂
Elektrodlarda boradigan jarayanlar tenglamalarini qo‘shib, M gC l2 suyuqlanm asining elektrolizi u ch u n oksidlanish-qaytarilish reaksiyasining um um iy tenglam asini hosil qilamiz:
M g⁺² + 2C1- = M g + C l₂
Ushbu reaksiya o'z-o'zid an bormaydi, uni o'tkazish uchun zarur bo'lgan elektr energiyasi tashqi m anbadan olinadi.Elektrolizda katod m anfiy, anod esa m usbat zaryadlanadi, elektrodlar zaryadi belgilari galvanik elem en t ishidagiga teskari bo‘ladi.Elektrolizda kimyoviy reaksiya tashqaridan ulanadigan elektr toki energiyasi hisobiga boradi, galvanik elem entda esa unda o ‘z -o ‘zidan boradigan kimyoviy reaksiya energiyasi elektr energiyaga aylanadi. Elektr energiyasi akkumulyatorbatareyasi yoki boshqa tok m anbaidan olinadi. Elektr toki m anbaidan qatinazar, u elektronlarni bir elektroddan haydab, ikkinchielektroddan chiqarib yuboruvchi "elektron nasos" rolini o‘ynaydi. E lektronlar elektroddan chiqib ketganda unda musbat zaryad hosil bo'ladi, elektronlar elektrodga kelganda unda m anfiy zaryad vujudga keladi. N a C l suyuqlanmasi elektrolizida Na + ionlari konsentratsiyasi shu elektrod atrofida kam aygani sari unga yana qo'shim cha ionlar kela boshlaydi. Musbat elektrodga C l- ionlari ko'chishi ham xuddi shu tarzda ro'y beradi, bu yerda ular elektronlarni berib oksidlanadi.G alvanik elem en td agi kabi qaytarilish borayotgan elektrod katod deyilib, oksidlanish ketayotgan elektrod anod nomini oladi. Shundayqilib , elektrolitik yacheykadaquyidagi reaksiyalar sodir bo'ladi:

Anodda: 2Cl^-(s)→Cl₂(g)+2e

Katodda:

2N a⁺_(s) -⁺ 2e → 2Na_(s)
--------------------------------------------------
2 N a ⁺_(s) + 2Cl^-_(s)→ 2N a_(s) + C l _{2 (g)}

N aCl ning suvli eritm asini elektroliz qilib natriy olib bo'lm aydi. Bunga sabab suvning N a + n) ioniga qaraganda oson qaytarilishidir. Shu sababli N aC l n in g suvli eritmasi elektrolizida katodda m olekulyar holdagi vodorod ajraladi. Anodda esa Cl yoki H 20 oksidlanishi m um kin. B ularning standart oksidlanish potensiallari o'zaro yaqin bo'lganligi sababli suv xlor ion iga nisbatan osonroq oksidlanish i kerak.Ammo ba’zi paytlarda reaksiyani am alga oshirish uchun elektrod potensiallari ko'rsatgandan yuqoriroq kuchlanish zarur bo'ladi. Elektrolizni o'tkazish uchun zarur bo'lgan qo'shim cha kuchlanish effektiv kuchlanish deyiladi. Effektiv kuchlanishli elektrodlardagi reaksiyalaming tezligi ancha yuqori bo'ladi. Darhaqiqat, ko'rib o'tilgan m isolda effektiv kuchlanish shunchalik yuqoriki, Cl ioni suvga qaraganda yengil oksidlanib Cl₂ ajraladi. Shu sababdan N a C l ning suvli eritmasi elektrolizida katodda H₂, anodda Cl₂ hosil bo'ladi. Bu jarayon ishlab chiqarishda sanoat m iqyosida amalga oshirilgan.Elektroliz natijasida ajralgan m oddalarning m iqdorini dastlab Faradey o'rgandi. U o'zining ilmiy kuzatuvlari asosida quyidagi ikki qonunn i e ’lo n qildi:

1. Elektroliz jarayonida hosil bo'layotgan m odda m assasi eritm adan o'tgan elektr toki m iqdoriga to'g'ri p roporsionaldir. M etall bilan eritm a chegarasida elektrokim yoviy jarayon amalga oshadi. E lektrolit ionlar m etall elektronlari bilan
birikadi, ya’ni m od d an in g elektrolitik holda ajralib chiqishi shu jarayonning natijasidir. Elektrodda hosil bo'luvchi modda miqdori zanjirdan o'tgan elektronlar soniga, ya ’ni elektr toki miqdoriga proporsional bo'ladi. Elektrolitik yacheykadan 1 m ol elektronlar zaryadi o'tgan d a 2 m ol natriy metali cho'kadi, 2mol elektronlar zaryadi o'tganda 2 m o l natriy yig'iladi.Elektrolitik yacheykadan o'tayotgan zaryad m iqdori Kulonlarda o'lchanadi. 96500 K ulon (K l) 1 Faradeyni tashkil qiladi: 1 F = 96500 KJ = 1 m ol elektronlar zaryadi.Tok kuchi 1 am perga teng bo'lganda o'tkazgichning kesimi yuzasidan 1 sekundda o'tadigan elektr zaryadi 1 Kulon hisoblanadi.Misol. T ok kuchi 10,0 am perga teng bo'lganda A1C13 eritm asi orqali elektrolitik yacheykada 1 soat davom ida hosil bo'lgan alyumini miqdorini aniqlang.Misolni yechish uchun elektr toki m iqdorini aniqlaymiz.Buning uchun tok kuchini vaqtga ko'paytiramiz:

elektr toki miqdori =10,0 amper 3600sek*1Kulon

------------------------=3,60*10⁴Kl
1 amper+sek
A l⁺³ ning qaytarilish yarim reaksiyasi quyidagicha ifodalanadi:
Аl⁺³ + Зё =Al°
Ajratib olin gan alyum iniy m iqdori elektrolizyor orqali o'tgan elektronlar soniga bogliq bo'ladi: 1 m ol A1 ~ 3 F . Shuning uchun ajratib olin gan metall m iqdorini quyidagicha topish mumkin:

Al(g)massasi = 3,60*10⁴Kl 1F * 1mol*27_gAl

-------- - ------------------=3,36_g
96500Kl 3F*1mol*Al

2. Turli xil kim yoviy eritm alardan bir xil m iqdorda elektr toki o'tkazilsa ekvivalent m iqdorda m oddalar h osil bo'ladi. Xlorid kislota, kum ush nitrat, m is (Il)-x lo rid va qalay (IV) xlorid eritm alari orqali elektr toki o'tkazilib m a’lu m vaqtdan so'n g elek troliz m ahsulotlari m iqdori o 'lch a n g a n . Xlorid kislota orqali m a ’lum vaqt ichida elektr toki o'tgan d a lg (0,5 m ol) vodorod hosil bo'lganda boshqa eritm alardan katodda o 'z navbatida 107,9 g kum ush, 31,8 g m is va 2 9 ,7 g qalay ajralgan. H osil bo'lgan m etallar m iqdorini ularning atommassalari bilan solishtirilganda kumush 1 m ol, m is 0,5 mol va qalay ham m asi bo'lib 0,2 5 m ol ajralgani m a’lu m bo'ladi, ya ’ni katodda ajralgan m oddalar m iqdori ularning m o lekvivalentiga tengdir.Elektroliz m etallurgiya, kim yo sanoati va galvanotexnikada keng qo'llaniladi. Eritilgan minerallar, tuzlar va suyuqlanm alardan metallar ajratib olinadi. Oltin, kumush va boshqa metallar ham elektroliz yo'li bilan olinishi mumkin.Elektrolitik rafinatsiya, elektroekstraksiya va boshqa sanoat usullaridan foydalaniladi. A vtom obil sanoatida, m ashinasozlik va xalq xo'jaligin in g boshqa qator sohalarida m etallarnielektrolitik qoplash usulidan keng foydalaniladi.G alvanoplastika orqali buyum larning aniq m etall nusxalari olinadi. Nashriyotlarda klishchelar, matritsa, radiotexniksxem alar tayyorlanadi. Po'latni elektrolitik silliqlash alyuminiy va magniyni ohorlash ishlari ham elektroliz yordamida bajariladi. Nikellash , xromlash kabi va boshqa bir qancha muhim ishlar ham shunday jarayo ga kiradi. Bular metallarning korroziyaga chidam liligini bir n ech a baravaroshiradi.Kimyo sanoatida xlor, brom , yod kabi ko'pgina ok sidlovchilar ham elektroliz yordam ida olinadi. . [4; 243-247-b ]

o‘tganda Elektrolitlarning suyuqlanmalarning elektrolizi.
Agar yuqori temperaturada moddani qizdirsak modda suyuqlanadi. Moddalar suyuqlanganda ham elektr to’kini o’tkazadi. Demak, suyuqlanmada ionlar mavjud shu ionlar to’kni o’tkazadi va suyuqlanmalarning elektrolizi sodir bo’ladi.suyuqlanmalarning elektrolizi oson sodir bo’ladi, lekin moddalarni suyuq holatga keltirish uchun katta miqdorda issiqlik kerak bo’ladi. suyuqlanmaning elektrolizi elektrod materiallariga va ionlarning tabiatiga bog’liq emas .Agar suyuqlanmada xar hil elektrodlar ionlarning aralashmasi bo’lsa, u holda ularning elektrod potensiallari (E) bilan anoiqlanadi. - anodda anionlar (E0) ortib borishi tartibida oksidlanadilar ya’ni anodda birinchi bo’lib elektrod potensiali eng kichik bo’lgan anion oksidlanadi. Masalan; E(Cl)=-1.395 V, E(J)=-0.536 V, birinchi bo’lib xlir ioni, keyin esa yod ioni oksidlanadi. - katodda kationlar elektrod potensiallarini E0 kamayib borishi tartibida qaytariladilar ya’ni katodda birinchi bo’lib elektrod potensiali eng katta bo’lgan kation qaytariladi. Masalan;
E(Ag+=Ag)=0.79 V, E(Cu⁺²=Cu)=0.34 V, birinchi bo’lib kumush ioni , keyin esa mis ioni qaytariladi.