Reja: galvanik elementlar. Galvanik element xossalari. II

1.3 Galvanik elementning elektr yurituvchi kuchini aniqlash.
Elektr yurituvchi kuchni o’lchash
Kimyoviy reaksiya natijasida elektr energiyasi olinadigan, ya’ni kimyoviy energiyani elektr energiyaga aylantirib beradigan qurilmaga galvanik element deyiladi.
Galvanik element ikki yoki bir nechta elekktrolit eritmalariga tushirilgan va bir-biri bilan ulangan metal plastinkalar – elektrodlardan tashkil topadi. Masalan, shunday sistemaga mis-ruxli galvanik element misol bo’ladi, uni quyidagi sxema bilan ifodalash mumkin:
Cu | CuSO4 eritmasi| |ZnSO4 eritmasi | Zn
Bu elementda elektr energiyasi quyidagi reaksiya natijasida hosil bo’ladi:
Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4 yoki Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
Kuchsiz elektrolit eritmalarida ularning ionlarga dissotsiyalanishi to’liq sodir bo’lmaydi. Bunday eritmalarda ionlar konsentratsiyalari to’g’risda gapirish mumkin. Kuchli elektrolitlarning hattoki, konsentrlangan eritmalarida erigan modda molekulalarining barchasi to’liq dissotsilanadi, ammo hosil bo’lgan ionlar elektrostatik ta’sirlashadi. Ionlararo kuchlarning ta’siri natijasida kuchli elektrolit eritmalarining ideal eritmalar qonunlaridan chetlanishi sodir bo’lishiga olib keladi. Shuning uchun bu qonunni kuchli elektrolitlarga qo’lash uchun formulaga umumiy konsentratsiya o’rniga aktivlik kattaligi kiritiladi:
a = fαC
bunda a-aktivlik, fa – aktivlik koeffitsiyenti, c – erigan modda konsentratsiyasi, mol/l da.
Cheksiz suyultirilgan eritmalar uchun f=1 va a = c.
Elektrolitga tushirilgan metallning tabiatiga, elektrolit konsentratsiyasiga va temperaturaga bog’liq holda galvanic elementda elektr yurituvchi kuch (E.Yu.K.) hosil bo’ladi. Metall – elektrolit chegarasida potensiallar farqi vujudga keladi.
Metall va shu metal tuzi eritmasi o’rtasida hosil bo’lgan elektrod potensiali kattaligi Nernst tenglamasi yordamida hisoblanadi:

E0-berilgan haroratda metall va eritma uchun doimiy kattalik – normal elektrod potensiali, R – gaz doimiysi, T – absolyut harorat, n – metallning valentligi, yani metallning ionga aylanishida bergan elekktronlar soni, F – Faradey soni, 96500 kl, c – metall ionlari konsentratsiyasi, kuchli elektrolitlarning konsentrlangan eritmalari uchun konsentratsiya orniga aktivlik ishlatiladi.
Tenglamaning o’ng tomonidagi natural logarifmni 2,303 ga ko’paytirib, o’nli logaifmga aylantirsak, 200C harorat uchun quyidagi tenglama hsil bo’ladi:

Konsentratsiya 1 ga teng bo’lganda tenglamaning o’ng tomonidagi ikkinchi qo’shiluvchi nolga teng bo’ladi va E = E0 qiymat olinadi.
1 litr eritmada 1 g-ion metall kationlari saqlagan eritmaga botirilgan metallning elektrod potensialiga normal yoki standart elektrod potensial deyiladi.
Metallning standart elektrod potensiali normal vodorod elektrodiga nisbatan aniqlanadi. Vodorod elektrod kislota eritmasiga tushirilgan va doimiy ravishda vodorod gazi yuborib turiladian platinalangan platina elektroddan iborat bo’lib, uni H2/2H+ tarzida ifodalash mumkin. Agar vodorod gazining bosimi 1 atm va kislota eritmasi 1 litrda 1 g-ion vodorod ionlari saqlasa, normal vodorod elektrod hosil bo’ladi, uning potensiali nolga teng deb qabul qilingan. Bu elektrodni istalgan haroratda boshqa elektrod bilan taqqoslash mumkin. Metall ioni vodorodga nisbatan qaytaruvchi bo’lsa, elektrod potensiali kattaligi manfiy (–), oksidlovchi bo’lsa, musbat (+) qiymatga ega bo’ladi. Metallarning standart elektrod potensiallari ma’lumotnomalarda keltiriladi.
Galvanik elementning E.Yu.K.i elektrod potensiallari ayirmasi bilan topiladi:
E = E2 – E1
25°C da E0(Cu/Cu2⁺)= + 0,34; E0(Zn/Zn2⁺)= – 0,76 ga teng bo’lsa, mis-ruxli galvanik element – Cu |CuSO4 eritmasi ||ZnSO4 eritmasi |Zn uchun E.Yu.K.:
(+ 0,34) – ( – 0, 76) = + 1,10 V ga teng.

Agar bir metallning turli xil konsentratsiyali eritmalariga shu metalldan yasalgan ikkita bir xil elektrod tushirilgan bolsa, bunday elementga konsentratsion element deyiladi. Masalan, AgNO3 ning konsentrlangan va suyultirilgan eritmalariga tushirilgan kumush elektrodlardan iborat galvanik element:

Ag |AgNO3 c1 mol/l ||Ag |AgNO3 c2 mol/l (c2>c1).
Bunday holatda zanjirning E.Yu.K.si:
ga teng bo’ladi.

Tajriba yo’li bilan E.Yu.K. ni aniqlashda kompensatsion yoki taqqoslash usuli qo’llaniladi. Bu usulda E.Yu.K.i aniq bo’lgan element (masalan, Vestonning normal kadmiyli elementining E.Yu.K.i 200C da 1,01830 V ga teng. Uning qiymati boshqa haroratlarda ham juda kam o’zgaradi: E = 1,01830-0,00004(T-20); Kalomel elektrodning 25 0C da E.Yu.K.i 1,0 N KCl eritmasida – 0,2816; E=0,2816 + 0,00024 (25-t); 0,1 N KCl eritmasida – 0,3341 V; KCl ning to’yinan eritmasida – 0,2426 V ga teng; Xingidron elektrodning 180C da E.Yu.K.i 0,7044 V ga teng) bilan tekshirilayotgan elementning E.Yu.K. lari taqqoslanadi.

Ishning maqsadi: 1. Galvanik elementning E.Yu.K.ini o’lchash 2. Elektrod potensialini aniqlash.
Kerakli asbob va reaktivlar: Akkumlyator; reoxord; galvanometr; normal kadmiyli element; bir qutbli ulagich kalit; ikki qutbli ulagich kalit; 2 ta elektr o’chirgich kalit, kalomel elektrod, rux elektrod, mis elektrod, vodorod elektrodi, mis simlar, xingidron kristali, eritmalar: 0,1 N va 0,01 N li CuSO4; 0,1 N va 0,01 N li ZnSO4; KCl ning to’yingan eritmasi.
Galvanik elementlarning E.Yu.K.ini o’lchash uchun ishlatiladigan qurilmaning tuzilishi: 11 – rasmga ko’rsatilgan sxemadan foydalanib kompensatsion usulda elementning E.Yu.K.ini o’lchash qurilmasi yig’iladi. Bunda zanjirga parallel holda tekshirilayotgan element (5) va normal kadmiyli element (4) kiritiladi. Shu ikkala elementni xohlagan vaqtda zanjirga ulash mumkin bo’lishi uchun ularning manfiy (–) qutbi ikki qutbli ulagich kalit (6) ga biriktiriladi.
Tajriba olib borayotgan paytda elektroliz va boshqa jarayonlar sodir bo’lmasligi uchun ikkala element va galvonometr birgalikda kam vaqt davomida zanjirga ulanishi uchun o’chirgich kalit (8) kiritiladi.

11 – rasm. E.YU.K.ni aniqlash qurilmasining sxemasi: 1-akkumulyator; 2,8-o’chirgich kalitlar; 3-harakatlanuvchi kontakt; 4-normal kadmiyli element; 5-tekshirilayotgan element; 6- ikki qutbli ulagich kalit; 7-galvonometr; AB-reoxord.
Ishning borishi. Tajriba. Cu-Zn li galvanik element E.YU.K.ini o’lchash.
Yuqorida ko’rsatilganidek qurilma yig’iladi. Har xil konsentratsiyali tuz eritmalariga tushirilgan Cu va Zn elektrodlaridan iborat zanjir tuziladi.
1. (+)Cu/Cu²⁺ | 0,1 N CuSO4 | to’yingan KCl | 0,1 N ZnSO4 | Zn/Zn²⁺ (–)
2. (+)Cu/Cu ⁺²| 0,01 N CuSO4 | to’yingan KCl | 0,01 N ZnSO4 | Zn/Zn²⁺(–)
Normal kadmiyli element uchun kompensasiya nuqtasini aniqlashda zanjirga akkumlyator va normal element kiritiladi. Harakatlanuvchi kontakt 3 ni reaxord AB orqali yurgizib, vaqt-vaqti bilan o’chirgich (8) ni ulab turib galvanometr strelkasi kuzatiladi. Kompensasiya vaqti galvonometr strelkasi 0 ga kelganligi bilan aniqlanadi. Reoxorddagi harakatlanuvchi kontaktining holati aniqlanadi. Bunda normal element biriktirilgan lineyka uchidan harakatlanuvchi kontakt holatigacha bo’lgan kesma o’lchanadi.
Kuzatishlarni 3 marta takrorlab, o’rtacha arifmetik qiymat hisoblanib topiladi. So’ngra normal elementning o’rniga zanjirga tekshirilayotgan Cu-Zn li galvanik element (0,1 N li tuz konsentratsiyasi) kiritiladi. Bunda ham normal element kabi kompensasiya vaqtidagi reoxord harakatlanuchi kontaktining holati aniqlanadi.
Cu-Zn galvanik zanjirining E.Yu.K.si quyidagi formula yordamida topiladi:

Bu yerda Ex -Cu-Zn galvanik zanjirning E.Yu.K.i ; V, En- normal element E.Yu.K.i
a1- tekshirilayotgan element bilan kompensatsiya holatidagi lineyka kesmasining uzunligi, mm,
a- normal element bilan kompensatsiya holatidagi lineyka kesmasining uzunligi, mm.
Bunday o’lchash va hisoblashlar 0,01 N konsentratsiyali tuzlar bilan ham olib boriladi.
Zanjirning E.Yu.K.i quyidagi formula bo’yicha topiladi:

Endi elektr yurituvchi kuchni labaratoriya ishi orqali ko’rib chiqamiz.

Galvanik elеmеntining elеktr yurituvchi kuchini o`lchash
Mavzuni asoslash: Farmatsevtika amaliyotida eritmalarning pH qiymatini aniqlash, ulardagi ionlar faolligini о`lchash, potentsiometrik titrlash, muhim ahamiyat kasb etadi. Bu usullarning asosida esa elektr yurituvchi kuchni, hamda elektrod potentsiallarini о`lchash yotadi. Binobarin, mavzu yuqori kurs talabalarini о`qitishda va provizorlarning ish faoliyatida fundamental asos bо`lib hizmat qiladi.
Asosiy masalalar: Elektrodlar va redoks elektrodlar potentsiallarini aniqlash; eritmaning pH muhitini potentsiometrik usulda aniqlash; potentsiometrik usulda titrlash.
Ishdan maqsad: Talabalarni elektrodlar potentsiali va redoks potentsiallarni о`lchashga, eritmalarni pH muxitini potentsiometrik usulda aniqlashga, hamda potentsiometrik usulda titrlashga о`rgatishdir
Kerak bo‘ladigan asbob uskunalar va reaktivlar: Akkumlyator, 1n rux sulfat va 1n mis sulfat eritmalari, rux va mis plastinkalari, Veston elementi, galvanometer, kaliy xloridning to`yingan eritmasi to`ldirigan tuz ko`prigi, kalomel elektrodi.
EYUK ni о`lchash.
Galvanik elementlarning yurituvchi kuchi kompensatsion usulda aniqlanadi. Bu usul sxemasi quyidagilardan iborat: Akkumlyator simlar orqali qarshilik kо`prigining A va V tomonlariga ulanadi, sо`ngra qarshilik kо`prigining chap tamoni (A) Veston elementining musbat qutbiga ulanadi. Veston elementining manfiy qutbi esa galvanometr va telegraf kalit (K) orqali harakatchan kalit (surgich C) ga ulanadi.
Elektr yurituvchi kuchni о`lchash quyidagicha amalga oshadi: galvanometr strelkasini qо`yib yuborib, knopka orqali uni nol nuqtaga keltiriladi. Sо`ngra akkumlyator ulanadi. Kalit orqali galvanometr ham ulanib, uni strelkasini xarakati kuzatiladi. Agar qarshilik kо`prigining A qismidan tok о`tsa, galvanometr strelkasi suriladi. Shundan sо`ng surgichni о`ng va chapga surib shunday holat topiladiki, bunda zanjirda tok bо`lmasin. Binobarin bunday holatda galvanometr strelkasi ham nol nuqtada tо`xtaydi (Rasm–7.1).






Akkumlyator bevosita о`lchov vaqtidagina ulanib, boshqa vaqt uzib qо`yiladi. Tekshiruvchi element sifatida Daniel-Yakobi elementi olinadi. Bu 1n rux sulfat eritmasiga tushirilgan rux va 1n mis sulfat eritmasiga tushirilgan mis plastinkalaridan tashkil topadi. Eritmalar о`zaro kaliy xloridning tо`yingan eritmasi orqali bog`lanadi. Kaliy xlorid bog`lovchi о`tkazuvchi vazifasini о`taydi.

Daniel-Yakobi elementidagi ikkita bir-biriga tegib turuvchi eritmalar (1n rux sulfat va 1n mis sulfat) chegarasida diffuzion potentsial vujudga kelishi mumkin. Kaliy xlorid eritmasi ana shu diffuzion potentsialni yо`qotishga xizmat qiladi. Daniel-Yakobi elementining EYUK ushbu reaktsiya tufayli vujudga keladi: Bunda mis musbat, rux esa manfiy zaryadlangan. Yarim elementlarni birlashtiruvchi naychalar, ular eritmalari bilan tо`ldirilgan bо`lishi zarur Daniel-Yakobi elementini zanjiri quyidagi sxema bilan ifodalanadi.

EYUK ni tо`g`ridan tо`g`ri aniqlash uchun, dastlab sxemaga normal Veston elementi ulanadi:

(Rasm–8).

Sо`ngra kompensatsiya nuqtasi (AS) topildi. Olaylik u AS masofada joylashgan bо`lsin. Keyin normal Veston elementi о`rniga sxemaga Daniel-Yakobi elementi EYUK ma`lum, ga teng. Endi proportsiya orqali tekshiruvchi element EYUK aniqlaniladi:

Daniel–Yakobi elementini additivlik (yig`indi) qonunidan foydalanib ham aniqlash mumkin. Buning uchun ayrim elektrod potentsiallaridan foydalaniladi:
Bu ishda taqqoslash elektrodi sifatida kalamel , elektrodidan foydalaniladi. Kalemel elektrodining potentsial farqi normal vodorod elektrodiga nisbatan 200S da V ga teng. Mis elektrodining potentsialini aniqlash uchun rux elektrodi kalamel elektrodi bilan almashtirib quyidagicha zanjir tuziladi:

Bu element uchun ham sxema bо`yicha kompensatsiya nuqtasi AS2 topiladi va EYUK hisoblanadi:

Rux elektrodini potentsialini aniqlash uchun, endi mis elektrodi о`rniga kalomel elektrodi ulanadi va zanjir tuziladi: