Oksidlanish-kaytarilish reaksiyalari elektrokimyo asoslari

O’zbekiston Respublikasi Хalq talim vazirligi
Respublika bolalar kutubхonasi
Fan: Kimyo
OKSIDLANISH-QAYTARILISH REAKSIYALARI ELEKTROKIMYO ASOSLARI.Kimyo, ximiya - moddalarning tuzilishi va oʻzgarishini oʻrganadigan fan. Kimyo boshqa fanlar qatori inson faoliyatining mahsuli sifatida vujudga kelib, tabiiy ehtiyojlarni qondirish, zaruriy mahsulotlar ishlab chiqarish, biridan ikkinchisini xrsil qilish va, nihoyat, turli hodisalar sirlarini bilish maqsadida roʻyobga chiqdi. Vazir (arab. - yuk koʻtaruvchi) - oʻrta asrlarda Yaqin va Oʻrta Sharq davlatlarida, shu jumladan Oʻrta Osiyo xonliklarida hukumat idorasi yoki kengashi (devon) boshligʻi. V. lar vaziri aʼzam rahbarligida davlatni idora etish vazifalari bilan shugʻullangan. V. Respublika (lot. respublica, res - ish va publicus - ijtimoiy, umumxalq) - davlat boshqaruvi shakli, unda bar cha davlat hokimiyati organlari saylab qoʻyiladi yoki umummilliy vakolatli muassasalar (parlamentlar) tomonidan shakllantiriladi, fuqarolar esa shaxsiy va siyosiy huquqlarga ega boʻladilar.
R E J A :
Anorganiq ximiyadagi barcha reaksiyalarni ikki turga bo'lish mumkin;
1. Reaksiyaga kirishuvchi elementlarning oksidlanish darajasi uzgarmay koladigan reaksiyalar.
2. Oksidlanish darajasi uzgarishi bilan boradigan reaksiyalar.
Birinchi tur reaksiyalarga almashinish, parchalanish va birikish reaksiyalari misol bo’la oladi. Masalan:
HCl KOH =KCl H2O
CaCO3 CaO CO2
SO3 H2O = H2SO4.
Bu misollarda hech qaysi elementning oksidlanish darajasi o’zgarmaydi.
Ikkinchi tur reaksiyalariga sikib chiqarish va boshqa reaksiyalar misol bo'ladi. Bunday reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyadari deyiladi. Ularda elektronlar bir atom yoki ionlardan ikkinchi atom yoki ionlarga o'tadi. O’ziga elektron biriktirib olgan atom, ion, molekulalar oksidlovchi deb, elektron yo’qotadigan atom, ion, molekulalar kaytaruvchi deb ataladi. Elektron biriktirib olish prosessi-qaytarilish prosessi deb, elektron berish prosessi-oksidlanish prosessi deyiladi. Demak, oksidlovchi qaytariladi va qaytaruvchi oksidlanadi.
Mg0 CI 20 = Mg2 CI21-
H20 Cu2 O2- = H21 O2- Cu0
Element atomi oksidlanganda uning oksidlanish darajasi ortadi, qaytarilganda esa oksidlanish darajasi pasayadi.
Masalan, Sn2 -2e = Sn4 prosessida qalayning oksiddanish darajasi 2 dan 4 gacha ortdi, Cr6 3e =Cr3 prosessida xromning oksidlanish darajasi 6 dan 3 gacha kamayadi.
Element atomi o'zining eng yuqori oksidlanish darajasida (masalan S6 , P5 , Cu2 , Mn7 ionlarda) boshqa elektron yo’qota olmaydi va faqat oksidlovchi xossasini nomayon qiladi. Va aksincha, element atomi o'zining eng kichik oksidlanish darajasida o'ziga elektron qabul qila olmaydi va faqat qaytaruvchi (masalan, S2-, N3-, Cl-, P3-, J- ionlari) xossasini namoyon qiladi. Agar element atomi o'zining o'rtacha oksidlanish darajasiga ega bo’lsa, u eritmaning muxitiga qarab yo oksidlovchi yoki qaytaruvchi xossasini namoyon qiladi.
Qaytaruvchidan oksidlovchiga elektronlar o’tganda odatda reaksiyada ishtirok etayotgan elementning valentligi o’zgaradi. Lekin oksiddanish-qaytarilish reaksiyalarida element valentligi o’zgarmay qolishi mumkin. Masalan:
1. H20 Cl20 = 2HCl 2. CH4 2O2 = CO2 H2O
Birinchi reaksiyada vodorod va xlorning valentligi reaksiyadan oldin ham keyin ham birga teng. Metanning yonish reaksiyasida uglerod, kislorod va vodorodlarning valentliklari o’zgarishsiz kolyapti. Lekin bu reaksiyalarda atomlarning xolatdari uzgaradi. Demak, molekulada atom xolatini valentlik tushunchasi tupik ifodalay olmaydi. Shuning uchun xam, oksidlanish-kaytarilish reaksiyadarida oksidlanish darajasi tushunchasidan foydalanish maqsadga muvofiq bo'ladi. Valentlik kovalent bog'lanishda (musbat yoki manfiy) ishoraga ega emas. U faqat bog'lanish sonini kursatadi. Ximiyaviy bog'lanishda esa elektronlar elektrmanfiyrok element atomiga siljigan bo'ladi, natijada atomlar ma'lum zaryadga ega bo'ladi.
Kuyidagi misollar valentlik bilan oksidlanish darajasi orasidagi farqni yakkol kursatadi.
1. Azot molekulasida ikkita azot (N=N) atomi o'zaro uch juft elektron orqali birikkan. Uning oksidlanish darajasi nolga teng. Chunki ximiyaviy bog' xosil kilgan umumiy elektron jufti xar ikki azot atomidan bir xil masofada joylashgan.
2. Gidrazin-N2H4 molekulasida, xar bir azot atomining valentligi 3 ga teng, oksidlanish darajasi esa minus 2ga teng, chunki;
xar bir azot-vodorod bog'da umumiy elektron jufti azot atom tomonga siljigan.
3. Oksidlanish darajasi musbat, manfiy, nol va kasrli bo'lishi mumkin.
Umumiy elektron juftini o'ziga tortgan elektr manfiyrok element manfiy (-) va ikkinchi element musbat ( ) oksidlanish darajasiga ega. Ximiyaviy birikmada yoki eritmada xakikiy bo'lgan ionlarni kursatish uchun musbat va manfiy ishorasi rakamdan keyin yoziladi.
Masalan: Fe3 , Mn2 , SO42-, MnO-4 ,Cl- , Na va boshqalar.
Ximiyaviy birikmalarda atomning oksidlanish darajasini aniqlashda kuyidagi qonundan foydalaniladi.
1. Oddiy moddalarda atomning oksidlanish darajasi nolga teng (H2, O2,Fe, S).
2. Metallar xamma vaqt musbat oksidlanish darajasiga ega.
3. Vodorod, gidridlardan tashqari xamma birikmalarda 1, gidridlarda esa -1 oksidlanish daraja namoyon etadi.
4. Kislorod birikmalarda (OF2 dan tashqari) -2 oksidlanish daraja namoyon etadi. Peroksid (-0-0-gruppali) larda esa kislorodning oksidlanish darajasi -1 ga teng.
5. Metallamaslarni oksiddanish darajasi xam musbat, xam manfiy bo'lishi mumkin.
Bu ma'lumotlarga asoslanib murakkab birikmalardagi atomlarning oksidlanish darajasini xisoblab topish mumkin, bunda molekuladagi atomlar oksidlanish darajalarining algebraik yigindisi doimo nolga, murakkab ionda esa ionning zaryadiga teng bo'lishini e'tiborga olish kerak. Misol, H2SO4 dagi oltingugurtning oksidlanish darajasini xisoblab topamiz.
H 2 O2-4
( 1)*2 x (-2)*4 = 0 x= 6
Demak, oltingugurtning oksidlanish darajasi 6 ga teng.
Uziga elektron kabul qilib, davriy sistema qatoridagi inert gazning elektron strukturasiga ega bo'lgan yoki manfiy zaryadlangan ionlar xosil kiluvchi neytron atomdar oksidlovi bo'ladi. Masalan, gologenlarning neytrol atomlari F2, Cl2, Br2, J2 oksidlovchi funksiyasini bajarib, manfiy zaryadlangan F2, Cl2, Br2, J2 ionlarga aylanadi.
Galogenlardan ftor va xlor kuchli oksidlovchi xisoblanadi.
Asosiy oksidlovchilarga yana kislorod, oltingugurt va boshqalar misol bula oladi. Ba'zi metall ionlari uzlarining eng yuqori valentliklarida (masalan. Xlor(yun. chloros - och yashil, sargʻishyashil, lot. Chlorum), Cl- Mendeleyev davriy sistemasining VII guruhiga mansub kimyoviy element, galogenlarga kiradi. Tartib rakami 17, atom massasi 35,453. Normal sharoitda 2 atomli gaz (S12). Metallar (yun. metalleuo - qaziyman, yerdan qazib olaman) - oddiy sharoitda yuqori elektr oʻtkazuvchanligi, issiq oʻtkazuvchanligi, elektr oʻtkazuvchanligi, elektr magnit toʻlqinlarini yaxshi qaytarishi, plastikligi kabi oʻziga xos xususiyatlarga ega boʻlgan oddiy moddalar. M. Nr4 , Cr6 , Pb4 ) oksidlovchi bo'lishi mumkin.
Erkin xolda barcha metallar, asosan ishkoriy (Li, Na, K, Rb, Cs) va ishkoriy-yer (Ca, Sr, Ba) metallari, kislorodsiz kislota koldiklarining ionlari (J-,Br-,S2) xamda gidridlar (KH, NaH, CaH2 ) kaytaruvchi bo'ladi. Shuni nazarda tutish kerakki, oksidlovchi bilan kaytaruvchi urtasida keskin chegara yuk, bitta modda bir sharoitda oksidlovchi, ikkinchi sharoitda esa kaytaruvchi bo'lishi mumkin. Masalan, temir sulfid xosil bo'lish reaksiyasida S Fe = FeS oltingugurt -S elektron kabul qilib oksilovchi, lekin S 2HNO3 = H2SO4 2NO reaksiyada esa elektron berib kaytaruvchi xossasini namoyon qiladi. Temir (lot. Ferrum), Fe - Mendeleyev davriy sistemasining VIII guruxiga mansub kimyoviy element. Tartib raqami 26 ; atom massasi 55,847. Temir 4 ta barqaror izotop: 54Fe(5,84%), 56Fe(91,68%), 57Fe(2,17%) va 58Fe(0,31%) dan iborat.
Oksidlanish kaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzishda elektron-balans va ion-elektron (yarim reksiyalar) metodlaridan foydalaniladi.
1. Elektron-balans metodi yordamida oksidlanish-kaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzishda oksidlovchi va kaytaruvchilarni kabul kilgan va yukotgan elektronlar sonini aniqlash kerak. Kaytaruvchining yukotgan va oksidlovchining kabul kilgan elektronlar soni reaksiyadan oldin va keyin atom, ionlarning oksidlanish darajasi uzgarish bilan aniqlanadi. Kaytaruvchining umumiy yukotgan elektronlar soni, oksidlovchining umumiy kabul kilgan elektronlar soniga teng bo'lishi kerak.
AI O2- AI2O3
A1 - 3e = A13 3 4 - kaytaruvchi
O2 4e = 2O 2- 4 3 - oksidlovchi.
4AI 3O2 = 2AI2O3
P HNO3 = H3PO4 NO
P0 - 5e = P5 5 3 -kaytaruvchi
N5 3e = N2 3 5-oksidlovchi.
3P 5HNO3 = 3H3PO4 5NO
Reaksiyaning ung va chap tomonidagi atomlar sonini xisoblash tenglamaning chap tomonidan vodorod va kislorod atomlari o'zaro teng emasligini kursatadi. Bu xolda tenglamaning chap tomoniga suv molekulalari yoziladi va reaksiyaning tenglamasi kuyidagi kurinishga ega bo'ladi.
3PQ5HNO3Q2N2 Oq3N3RO4 Q5NO
Ba'zi bir xollarda metall oksidlanganda tuz xosil bo'ladi, bunday xolda reaksiyaga kislota molekulasidan ortikcha mikdorda olinadi. Masalan;
Cu HNO3 =Cu (NO3)2 NO H2O
Cu0-2e = Cu2 2 3-kaytaruvchi
N5 -3e = N2 3 2-oksidlovchi.
3Cu HNO3 = Cu(NO3)2 2NO H2O
Tenglamaning ung qismida 8 ta. chap qismida 2 ta, ya'ni uch molekula tuz xosil bo'lishida ishtirok etayogan 6 ta azot atomi yetishmaydi, bundan yana nechta suv molekulasi yozish kerakligi aniqlanadi va reaksiya tenglamasi kuyidagi kurinishga ega bo'ladi;
3Cu 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 2NO 4H2O
Eritmada boradigan oksidlanish-kaytarilish reaksiyalarining to'lik molekulyar tenglamalarini tuzishda elektron-balans metodidan foydalanib oksidlanish darajasi tushunchasini ishlatish o'zining fizik ma'nosini yukotadi. Chunki elektron balans metodida ishlatiladigan Cr6 , Mn7 , N5 va boshqa kationlar eritmada umuman bo'lmaydi. Ular suvli eritmada suvning kislorodi bilan birikib, CrO42-, MnO42-, NO3- ionlari xolida mavjud bo'ladi.
Bundan tashqari, elektron-balans metodi oksidlanish-kaytarilish prosessida gidrosid va vodorod ionlari xolida suv molekulalarining rolini kursatmaydi. Shuning uchun xam suvli eritmalarda boradigan oksidlanish-kaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzishda ion-elektron metodidan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Bu metodda koeffisiyentlar ion-elektron tenglama yerdamida topiladi. Ion-elektron tenlamaning elektron-balans tenglamadan farqi shuki, unda elektrolitik dissosilanish nazariyasiga binoan suvli eritmada xakikatan mavjud bo'lgan ionlar yoziladi.
Ion-elektron metodi yordamida eritmalarda boradigan oksidlanish -kaytarilish reaksiyalarining to'lik tenglamalarini tuzish uchun kuyidagi tartibga rioya qilish kerak.
1. Reaksiya uchun olingan va reaksiya natijasida xosil bo'ladigan maxsulotlarning tarkibini bilish, ya'ni reaksiyaning molekulyar tenglamasini yozish zarur.
2. Elektrolitik dissosialanish nazariyasiga binoan reaksiyaning ion sxemasini yozish kerak.
3. Ayrim xolda oksidlanish-kaytarilish prosesslarini ion-elektron tenglamasini yozishda kuyidagilarga asoslaniladi:
a) Ayni element atomlarining soni tenglamaning ung va chap tomonida teng bo'lishi kerak
b) Reaksiya uchun olingan modda tarkibida kislorod kam bulsa, kislotali muxitda (vodorod ioni bilan birikib) suv xosil qiladi. Neytral yoki ishkoriy muxitda esa ajralib chiqqan kislorod suv bilan birikib, gidroksid gruppani xosil qiladi
v) Reaksiya uchun olingan modda tarkibida kislorod kup bulsa kislotali va neytral muxitda suv, ishkoriy muxitda gidroksid ioni xosil bo'ladi
g) Oksidlanish va kaytarilish prosesslarining umumiy zaryadi tenglamaning chap va ung tomonlarida bir-biriga teng bo'lishi kerak
4. Oksidlanish va kaytarilish prosesslarini ion-elektron tenglamalari birgalikda yozilib, oksidlovchi va kaytaruvchi oldiga yoziladigan koeffisiyentlar topiladi. Uni aniqlashda kaytaruvchi yukotgan elektronlar soni oksidlovchi kabul kilgan edektronlar soniga teng bo'lishi nazarda tutiladi.
5. Prosesslarning ung va chap tomonlarini aniqlangan koeffisiyentlarga ko'paytirib, ularni birgalikda yoziladi. Natijada qisqa ion tenglama xosil bo'ladi.
6. Reaksiyaning to'lik ion va molekulyar tenglamalari yoziladi.
7. Molekulyar tenglama tugri yozilganligini xar qaysi element atomlari soni orqali tekshiriladi. Kupincha kislorod atomlari sonini xisoblash bilan chegaralanadi.
Masalan, ion-elektron metod buyicha sulfit ionining kaliy permangonat ta'sirida sulfat ioniga utishini uch muxit sharoitida kurib chikaylik. Kaliy (arab, al-kali - potash; lot. Kalium), Kaliy - Mendeleyev davriy sistemasining I guruhiga mansub kimyoviy element. Ishqoriy metall, tartib raqami 19, atom massasi 39,0983. Ikkita barqaror izotop - 3"K(93,259%), 4|K(6,729%), shuningdek, radioaktiv izotop 40K(T|/2= 1,32- 10" y.)
1) Kislotali muxitda:
a) Reaksiyaning molekulyar tenglamasi:
KMnO4 Na2SO3 H2SO4 = MnSO4 K2SC4 Na2SO4 H2O (1)
b) Reaksiyaning ionli sxemasi:
K MnO-4 2Na 3SO2-3 2H SO2-4 =Mn2- SO42- 2K SO2-4 2Na SO2-4 H2O
MnO-4 SO2-3 2H = Mn2 SO2-4 H2O (2)
Demak, kislotali muxitda permanganat ioni Mn 2 ionigacha (eritma rangsizlanadi) kaytariladi.
v) Oksidlanish va kaytarilish prosessini ion-elektron kurinishida yozish uchun tenglama (2) dan kurinib turibdiki, MnO-4 ionidagi 4ta kislorod atomi H2 bilan bog'lanib, to'rt molekula suv xosil qiladi, natijada
MnO-4 8H Mn2 4H2O (3)
Sxemaning chap va ung tomonidagi umumiy zaryadni xisoblash shuni kursatadiki, ung tomondagi umumiy zaryad 2 ga, chap tomondagi umumiy zaryad esa 7 ga teng. Sxemaning chap va ung tomonidagi zaryadlar teng bo'lishi uchun tenglamaning chap tomoniga beshta elektron kushish kerak. U xolda kaytarilish prosessining ion-elektron tenglamasi kuyidagi kurinishga ega bo'ladi;
MnO-4 8N 5e = Mn2 4H2O
SO2-3 ning SO2-4 ioniga oksidlanishi kislorod atomining soni ortishi bilan kuzatiladi.
SO2-3 H2O SO2-4 2H (4)
Sxema (4) ning ung tomonidagi umumiy zaryad nolga, chap tomonida gisi esa -2 ga teng. Sxemaning ung va chap tomonida zaryadlar soni teng bo'lishi uchun sxemaning chap tomonidan ikkita elektronni olish kerak, u xolda oksidlanish prosessining ion - elektronli tenglamasi kuyidagicha yoziladi;
SO2-3 H2O - 2e = SO2-4 2H (5)
g) Endi kaytarilish (3) va oksidlanish (5) prosesslari bir-birini ostiga yozilib, oksidlovchi va kaytaruvchi uchun koeffisiyentlar aniqlanadi:
MnO-4 8H -5e = Mn2 4H2O 5 2
SO2-3 H2O - 2e = SO2-4 2H 2 5
Oksidlovchi kabul kilgan elektronlar soni kaytaruvchi yukotgan elektronlar soniga teng bo'lishi kerak. Buning uchun (3) tenglamani 2 ga va (5) tenglamani 5 ga ko'paytirib, reaksiyaning qisqa ionli tenglamasiga ega bulamiz.
2MnO4 6H 5SO2-3 = 2Mn2 3H2O 5SO2-4 (6)
Tuliq ionli tenglama yozish uchun umumiy tenglikni saklagan xolda xosil bo'lgan qisqa ionli tenglamaning chap va ung tomoniga bir xil mikdorda karama-karshi ionlar yozamiz:
2MnO-4 6H 5SO2-3 = 2Mn2 3H2O 5SO2-4
2K 3SO2-4 10Na 2K 3SO2-4 10Na (7)
d) Endi to'lik ionli tenglamadan foydalanib, oksidlanish-kaytarilish reaksiyasining to'lik molekulyar tenglamasini yozamiz;
2KMnO4 3H2SO4 5Na2SO4 = 2MnSO4 K2SO4 5Na2SO4 3H2O (8)
Tugri yozilgan tenglamaning ung va chap tomonida kislorod atomining soni bir xil bo'lishi kerak.
2) Neytral muxitda
a) Bunda permanganat ion MnO-4 marganes (IV) - oksidigacha MnO2 kaytariladi. natijada eritmaning to'q qizil rangi yukolib, jigar rang chukma xosil bo'ladi. Bu reaksiyaning ionli sxemasi kuyidagicha:
MnO-4 SO2-3 H2O MnO2 OH-- SO2-4 (9)
b) Oksidlanish va kaytarilish prosesslarining ion-elektron tenglamalarini ayrim-ayrim yozamiz;
SO2-3 H2O - 2e = SO2-4 2H 3 3 -oksidlanish (10)
MnO-4 2H2O 3e = MnO2 4OH- 3 2 -kaytarilish (11)
Demak, oksidlovchi oldidagi koeffisent ikkiga va kaytaruvchi oldidagi koeffisent uchga teng.
v) Oksidlanish va kaytarilish prosesslarining ion-elektron tenglamalarini topilgan koeffisentlarga ko'paytirib, qisqa ionli tenglamani yozamiz:
3SO2-3 2MnO-4 H2O = 3SO2-4 2MnO2 2OH- (12)
g) qisqa ionli tenglamaga (12) kapama-karshi ionlarni yozib, to'lik ionli tenglamaga ega bulamiz (13):
3SO2-3 2MnO-4 H2O = 3SO2-4 2MnO2 2OH-
6Na 2K 6Na 2K (13)
d) Berilgan oksidlanish-kaytarilish reaksiyasining to'lik molekulyar tenglamasini yozamiz:
3Na2SO3 2KMnO4 H2O = 3Na2SO4 2MnO2 2KOH (14)
3. Ishkoriy muxitda:
a) Bunda permanganat ion manganat ioniga kadar kaytariladi. Natijada eritmaning olcha rangli qizil tusi yashil rangga o'tadi. Olcha, olivoli (Cerasus) - raʼnodoshlar oilasiga mansub barg toʻkuvchi daraxtlar turkumi; mevali daraxt, 150 ga yaqin turi bor. Asosan, Osiyoda, shu jumladan, Oʻrta Osiyo va Kavkazda 25 ga yaqin turi usadi. Reaksiyaning ionli sxemasini kuyidagicha yozish mumkin;
MnO-4 SO2-3 OH- MnO2-4 SO2-4 H2O (15)
b) Oksidlanish va kaytarilish prosesslarining ion-elektron tenglamalarini yozamiz;
MnO-4 e- = MnO2-4 1 2 - kaytarilish (16)
SO2-3 2OH- -2e- = SO2-4 H2O 2 1 - oksidlanish (17)
Bu tenglamalardan kurinib turibdiki, oksidlovchini 2 ga, kaytaruvchini 1 ga ko'paytirish kerak.
v) Yukoridagi (16) va (17) tenglamalarni koeffisiyentlarga ko'paytirib, birgalikda yozsak, reaksiyaning qisqa ionli tenglamasiga ega bulamiz;
2MnO-4 SO2-3 2OH- 2MnO2-4 SO2- 4 H2O (18)
Kisqa (18) ionli tenglamaga karama-karshi ionlarni yozib, to'lik ionli tenglamani yozamiz;
2MnO-4 SO2-3 2OH- 2MnO2-4 SO2-4 H2O
2K 2Na 2K 2K 2Na 2K
Endi reaksiyaning to'lik molekulyar tenglamasini yozamiz:
2KMnO4 Na2SO3 2KOH = 2K2MnO4 Na2SO4 H2O
Ba'zi kaytaruvchilar kation bo'lib, reaksiya natijasida murakkab anionlarga yoki ba'zi oksidlovchilar murakkab anionlar bo'lib, reaksiya natijasida kationlarga aylanadi. Masalan, arsenit sulfidning suyultirilgan HNO3 bilan oksidlanishini kurib chikaylik.
a) Reaksiyaning molekulyar tenglamasi
H2O As2S3 HNO3 (suyul) H3AsO4 H2SO4 NO
b) Ionli sxemasi:
As2S3 2H NO-3 H2O 3H AsO3-4 2H SO2-4 NO
yoki
As2S3 NO-3 H2O AsO3-4 SO2-4 NO
v) Oksidlanish va kaytarilish prosesslarining ion-elektron tenglamalari;
As2S3 2H2O - 28e = 2AsO43- SO42- 4OH- 28 3 - oksidlanish
NO-3 4H 3e = NO 2H2O 3 28 - kaytarilish
g) yuqoridagi tenglamalarni koeffisiyentlariga ko'paytirib birgalikda yozsak, reaksiyaning qisqacha ionli tenglamasiga ega bulamiz:
3As2S3 28NO-3 60H2O 112H = 6AsO3-4 9SO2-4 28NO 56H2O 120H
yoki
3As2S3 28NO-3 4H2O = 6AsO3-4 9SO2-4 28NO
qisqacha ionli tenglamaga karama-karshi ionlarni yozib, to'lik ionli tenglamani yozamiz;
3As2S3 28NO3- 4H2O = 6AsO3-4 9SO2-4 28NO 8H
28H 28H
Endi oksidlanish-kaytarilish reaksiyasining to'lik molekulyar tenglamasini yozamiz:
3As2S3 28HNO3 4H2O = 6H3AsO4 9H2SO4 28NO
Elektr toki ta'sirida yoki uzi elektr toki xosil qilib boradigan ximiyaviy prosesslar elektroximiyaviy prosesslar deyiladi. Bunday prosesslarni ximiyaning elektroximiya bulimi urganadi.
A.V. Pisarjevskiy ta'limotiga kura metall suvga yoki shu metall ioni bilan bo'lgan eritmaga tushirilsa, metall bilan suyuqlik chegarasida elektrod potensial xosil bo'ladi, chunki metall sirtidagi ionlar suvning kutblangan molekulalariga tortiladi va metalldan suyuqlikka uta boshlaydi va nixoyat muvozanat karor topadi.
Me Mnn ne
Ionlarning suvga utishi natijasida, metallda ortikcha erkin elektronlar yigilib koladi: metall manfiy zaryadlanadi, suyuqlik esa musbat zaryadlanadi. Metalldan eritmaga utib, gidratlangan ionlar metallga tortiladi va metall sirtiga yaqin joylashib kush elektr qavat xosil qiladi, natijada metall bilan eritma orasida potensiallar ayirmasi vujudga keladi. Bu kiymat metallning elektrod potensiali deb ataladi.
Turli metallar suvga botirilganda vujudga keladigan potensiallarning kiymati turlicha bo'ladi. Metall qancha aktiv bulsa, uni kurshab turuvchi suv muxitiga shuncha kup ion o'tadi, natijada metall plastinkada paydo bo'ladigan manfiy zaryadning kiymati yuqori bo'ladi. Bu esa ayrim metallarning kristall panjaralarida kationlarning bir xil bog'lanish energiyaga ega emasligi va bu kationlarning bir xilda gidratlanmasligi natijasidir. Bu yerda kationlarning effektiv radiusi katta rol uynaydi. Yer - Quyosh sistemasidagi Quyoshdan uzoqligi jihatdan uchinchi (Merkuriy, Venera sayyoralaridan keyin) sayyora. U oʻz oʻqi atrofida va aylanaga juda yaqin boʻlgan elliptik orbita boʻyicha Quyosh atrofida aylanib turadi.
Agar metall (masalan, Zn) uz to'zining (masalan, rux sulfat) eritmasiga tushirilsa, metall-suyuqlik sirtidagi muvozanat siljiydi va yangi potensiallar ayirmasi xosil bo'ladi.
Oddiy moddalarni kaytaruvchi-oksidlovchi xossasi uzgacha bo'ladi. Elektrod potensiallar uchun eritmalardagi oddiy moddalar reaksiyada kristall panjaradagi atomlararo bog'lanishni uzishga sarf bo'lgan energiyani xamda ionlarni eritmaga utishdagi gidratlanish energiyasini xisobga olish kerak. Masalan, Cu va Zn ni D. I. Mendeleyevning elementlar davriy sitemasida joylanishiga qarab ionlanish energiyasini kiymati Cu =738 va Zn =901 kj ga teng. Demak, Cu elementi Zn elementiga qaraganda kuchlirok kaytaruvchilik xususiyatiga ega bo'lishi kerak, lekin Su ning kristall panjarasidagi bog'lanish ancha mustaxkam. Shuning uchun Cu ionining rux ioniga nisbatan gidratlanish energiyasi kam. Bu esa mis ionlarini eritmaga utishini kiyinlashtiradi Shuning uchun mis ruxga nisbatan juda kuchsiz kaytaruvchidir. Elektrod potensialining kiymati metallning tabiatiga, eritmadagi ionlar konsentrasiyasiga va temperaturasiga bog'liq bo'ladi. Gazli elektrodlar gaz va gaz ioni bo'lgan eritma bilan tuknashib turadigan biror noaktiv metall utkazgich (Pt) dan iboratdir.
Metall utkazgich elektronlar okimini xosil qiladi, uzi esa eritmaga ionini bermaydi. Masalan, normal vodorod elektrodni kurib chikaylik. Platina plastinkasini aktiv vodorod ionlar konsentrasiyasi 1 mol/l bo'lgan 2 H sulfat kislota eritmasiga tushirib, eritmadan 1 atom bosim (25oS da) vodorod utkazsak, vodorod platina plastinka sirtiga yutilib, vodorod plyonkasini (parda) xosil qiladi. Buning natijasida elektrolit (H2SO4) eritma platina plastinka bilan tuknashmasdan vodorod plyonkasi bilan tuknashadi va vodorod elektrod xosil bo'ladi. Vodorod elektrod metall elektrodlar kabi eritmaga uz ionini beradi:
H2 2H 2e-
Natijada eritma bilan vodorod elektrod orasida potensiallar ayirmasi xosil bo'ladi va uni normal vodorod elektrod potensiali deyiladi. U shartli ravishda nolga teng deb kabul kilingan. Shunday qilib, eritmaga kation beruvchi gazli vodorod elektrod xosil bo'ladi. Gaz elektrodlardagi reaksiyalarda gazlar ishtirok etgani uchun, bu elektrodlar potensiallari gazlarni parsial bosimiga bog'liq bo'ladi.Gaz - 1) uzunlik va masofani oʻlchash uchun moʻljallangan qad. oʻlchov birligi; arshin. Oʻrta Osiyo, shu jumladan Oʻzbekistonning baʼzi joylarida zar deb ham yuritilgan. Qiymati 0,71 m deb qabul qilingan. Vodorod elektrod uchun Nernst tenglamasini 2980 K da kuyidagicha yozish mumkin:
0.059 a2H
EH /H = ------------ 1 g --------
1 PH2
bu yerda : PH2- vodorodning parsial bosimi, aH - elektrolitdagi H ionlar aktivligi.
Vodorod elektrodga o'xshash kislorod elektrodni tuzish mumkin. Masalan, platinani kislorod va kislorod xosil kiluvchi ioni (gidroksil ioni-ON-) bo'lgan eritma bilan tuknashtirish kerak, ya'ni O2, Pt/OH- Agar kislorodli elektrodda kuyidagi tenglama bilan reaksiya borsa:
O2 2H2O 4e 4OH-
Nernst tenglamasi kuyidagicha yoziladi:
EOH-/O2 =E0OH-/O2 0,0147 lg
Gazli elektrodlar asosan kosmonavtikada ishlatiladi.
Aloxida olingan elektrodning potensiali absolyut potensial deyiladi. Lekin uni ulchash juda kiyin. Shuning uchun amalda nisbiy elektrod potensial bilan ish kuriladi. Buning uchun solishtirilayotgan elektrodlarning birini absolyut potensiali nolga teng deb kabul kilinadi. Bunday elektrod sifatida standart vodorod elektrod kabul kilingan. Elektrodning standart potensiali (E0) deb, aktiv ionlar konsentrasiyasi 1 mol/l ga teng bo'lgan, 25oS da uz tuzi eritmasiga tushirilgan elektrod potensiali orasidagi ayirmaga aytiladi.
Standart elektrod potensial kiymatini aniqlash uchun galvaniq element tuziladi. Bu galvaniq elementda birinchi elektrod sifatida standart vodorod elektrod, ikkinchi elektrod sifatida potensial kiymati aniqlanishi kerak bo'lgan metall plastinka olinadi. Masalan, Zn ning normal potensialini aniqlashda aktiv Zn ionlari konsentrasiyasi 1 mol/l ga teng bo'lgan ZnSO4 ning 1 eritmasiga tushirilgan ruxli elektrod standart vodorod elektrod bilan tutashtiriladi. Xosil kilingan galvaniq elementning elektr yuritish kuchi ulchanib, E=E1-E2 formo'la asosida Zn ning standart elektrod potensiali xisoblab topiladi.
E0 Zn/Zn2- = -0,766 Vga teng. Demak, galvaniq elementda rux elektrod potensiali bilan standart vodorod elektrod potensiallarining ayirmasi 0,788 ga teng. Rux elektrod manfiy bo'lgani uchun undagi elektrodlar tashki zanjir orqali vodorod elektrodga o'tadi.
Misning standart elektrod potensiali E0 Cu2 /Cu = 0.348 V ga teng. Standart elektrod potensial kiymati qancha kichik bulsa, metall atomi uz elektronini shuncha oson yukotadi. ya'ni uning ximiyaviy aktivligi yuqori bo'ladi.
Ximiyaviy reaksiya natijasida elektr energiya xosil qiladigan, ya'ni ximiyaviy energiyani elektr energiyaga aylantiradigan asboblar galvaniq elementlar deyiladi.
Galvaniq element xosil qilish uchun elektrolit eritmasiga ikki xil metall tushirilib, ularning uchlari tashki zanjir orqali bir-biriga ulanadi. Italiya olimi Volt mis va rux plastinkalarini sulfat kislotasiga tushirib, ularni o'zaro tutashtirganda elektr toki xosil bo'lishini kuzatadi va bu element keyinchalik volt elementi deb ataladi. Italiya (Italia), Italiya Respublikasi (Repubblica Italiana) - Yevropa jan. da, Oʻrta dengiz havzasida joylashgan davlat. Apennin ya.o., Sitsiliya, Sardiniya va b. kichik orollarni oʻz ichiga olgan. Mayd. Bunday galvaniq elementda elektronlar tashki zanjir orqali rux elektroddan mis elektrodga o'tadi. ya'ni rux manfiy, mis musbat zaryadlanadi. Tajribadan kurinib turibdiki, eritmada ichki zanjir orqali SO2-4 ionlari elektronlar yo'nalishiga teskari yo'nalishda xarakat qiladi. Natijada rux elektrod oksidlanadi, vodorod ioni esa mis elektrod sirtida kaytariladi va gaz xolida ajralib chiqadi. Elektrodlarning elektrolit eritma bilan tuknashish yuzasida kuyidagi prsesslar boradi:
Rux elektrodda Mis edektrodda
Zn0-2e = Zn2 H2SO4 2e = H2 SO42-
oksidlanish prosess kaytarilish prosess
Bu elektrod prosesslarni umumlashtirib oksidlanish-kaytarilish reaksiyasi xolida kuyidagicha yozish mumkin:
Zn H2SO4 = ZnSO4 H2
Galvaniq elementni xar xil metallar juftidan xosil qilish mumkin. Masalan, Daniel-Yakobi elementida rux va mis elektrodlar tegishlicha ZnSO4 va CuSO4 tuzlarining 1 molyar eritmasiga tushirilgan va elektrodlar galvanometr orqali tutashtirilgan. Bunda elektronlar aktiv metalldan (Zn) noaktiv metallga (Cu) tomon yo'naladi. Agar elektrolit eritmalar o'zaro birlashtirilmasa, pyx sulfat eritmasida musbat zaryadlangan Zn ionlari, mis sulfat eritmasida manfiy zaryadlangan SO42- ionlari tuplanadi, bu esa prosessning davom etishiga karshilik kursatadi. Shuning uchun ikkala idishdagi eritmalar elektrolit eritmasi bilan tuldirilgan naycha yoki yarim utkazgich tusik yordamida tutashtiriladi. Bu bilan Zn2 kationlari va SO42- anionlarining bir idishdan 2-chi idishga diffuziyalanishi ta'minlanadi va natijada oksidlanish-kaytarilish prosessi davom etadi:
Zn0 Cu2 = Zn2 Cu0
Bu galvaniq elementni kuyidagi elektroximiyaviy sxema bilan yozish mumkin:
A(-)Zn2 / Zn// Cu2 / Cu ( ) K
anod katod
Bundan kurinadiki, anodda, oksidlanish prosessi, katodda kaytarilish prosessi boradi.
Galvaniq elementning elektr yurituvchi kuchi (e.yu.k.) ni aniqlash uchun elektrod potensial kiymati kattasidan kiymati kichigi ayirib tashlanadi. Masalan, normal konsentrasiyadardagi rux-mis elementida:
E.YU.K.= E0 Cu2 /Cu-E Zn2 / Zn = 0,34-(-0,76) = 1.1 V
Metall elektrodlarning eritmadagi ionlar konsentrasiyasi oshsa, potensiali kamayadi, natijada metallmas elektrodlarning potensiali ortadi. Metall ionlar konsentrasiyasi 1 molG'l ga teng bulmasa, galvaniq elementdagi xar qaysi elektrodning potensialini aniqlash uchun Nernst tenglamasidan foydalaniladi:
E =E RT*1nC / nF
bu yerda: E- elektrod potensial, R-universal gaz doimiysi
(R = 8,315 J/grad.mol)
F - Faradey (96500 kulon) soni, n - kationning valentligi, C - elektrolit eritmadagi kation konsentrasiyasi, T-absolyut temperatura. Eo-elektrodning standart potensiali, T=2980 K bo'lganda yuqoridagi formo'la kuyidagicha yoziladi:
E RT*1nC / nF E0 = 2.303*8.315*298 /n . 96500 . lgC E0
Formo'ladagi 2.303 natural logarifmdan unli logarifmga utish soni, yoki
E = E0 1 gC
bu yerda; E-berilgan konsentrasiyadagi elektrodning potensiali
E0 -standart elektrod potensiali.
Xar kanday galvaniq element ishlaganda uning E.YU.K. kamayadi. Galvaniq elementlardagi elektronlarning xarakati natijasida E.YU.K.ning kamayishi galvaniq elementning kutblanishi deyiladi. E.YU.K. kamayish prosessi elektrodlar sirtining va elektrodlar oldidagi eletrolit konsetrasiyasining uzgarishi natijasidir. Masalan, elektrolit eritma sifatida NaCI tuzi temir anod va grafit katod yuzasidagi gazli vodorod elektrodli galvaniq elementda kutblanish xodisasini kurib chikaylik. Bu galvaniq elementning sxemasi kuyidagicha:
A (-) Fe2 / Fe // H / H2 ( )K
Bunda: anodda Fe-2e- = Fe2 , katodda esa 2H 2e- = H2 pposecc boradi. Bunday galvaniq elementning E. YU. K. elektrodlarni potensial ayirmasiga teng: E.YU.K. = E2H /H2 -E Fe2 /Fe
Elementning ishlash prisescida anod elektroddagi kush elektr qavatda Fe2 ionlar konsentrasiyasi ortadi va eritmaga ionlarning utishi kiyinlashadi, bu esa tashki zanjir orqali o'tadigan elektronlar sonini kamaytiradi, natijada anod elektrodning potensiali kamayadi. Bu prosess anoddagi kutblanish deyiladi.
Bir vaqtning uzida katod elektroddagi kush elektr qavatda H ionlar konsentrasiyasi va tashki zanjir orqali katod elektrodga utayotgan elektronlarning ionlar bilan birikishi susayadi, natijada elektronlar tuplanib koladi, katod elektrod potensiali ortadi va katoddagi kutblanish prosessi xosil bo'ladi. Kutblanishning kamayish prosessiga kutbsizlanish deyiladi. Eritmadagi H va O2 konsentrasiyasi ortishi bilan katoddagi kutblanish kamayadi. Oddiy sharoitda kislorod molekulasini eritmada oshirishga xavoni suvda eritish natijasida erishiladi. Suv, vodorod oksid, H2O - vodorod (11,19%) va kislorod (88,81%)dan iborat eng sodda kimyoviy birikma. S. rangsiz, hidsiz suyuqlik (qalin qatlamda zangori rangli). Mol. m. 18,0160. Yerning geologik tuzilishi tarixi va unda xayotning paydo boʻlishi, fizik va kimyoviy muhit, iqlim va obxavoning shakllanishida S. Bunda kislorod molekulasining konsentrasiyasi ortishi CO2 razining erishini orttiradi, natijada H ionlar konsentrasiyasi kuyidagi reaksiya buyicha boradi:
CO2 H2O = H2CO3 = H HCO3-
Demak, oksidlovchilar - kislorod molekulasi, NQ ioni katodli kutblanishni kutbsizlantiruvchilari xisoblanadi.
Anodli kutblanishni kutbsizlantiruvchilari anion (masalan, Cl-, OH- va xokazo) lardir.
Vodorod elektrodga nisbatan Faqat metall juftlari potensialidan tashqari oksidlangan xoldagi istalgan kaytaruvchining va kaytarilgan xoldagi istalgan oksidlovchining potensialini aniqlash mumkin. Oksidlovchi va kaytaruvchining standart potensial kiymati ularni kanday muxitda ishlatilayotganligiga bog'liq.
Eritmada aktiv ionlar konsentrasiyasi 1mol/l ga teng bo'lgan standart oksidlanish-kaytarilish potensiallari kiymati (E0 ) jadvalda keltirilgan. Bu jadvalga asoslanib, ba'zi bir ximiyaviy masalarni yechish mumkin.
Masalan, ammiakli eritmada Su ning xavo kislorodi ta'sirida oksidlanib, [Cu(NH3)4 ]2 ga utishni qarab chikamiz:
Cu 8NH3 O2 2H2O = 2Cu2 NH3 2O2- 2H 2OH- = 2[Cu(NH3)4]2 4OH-
Sodir bo'lgan oksidlanish-kaytarilish reaksyyasiga asoslangan galvaniq element sxemasini tuzamiz:
A(-) Cu [Cu(CNH3)4] 2 // O2 /2OH- ( ) K
Xosil bo'lgan juftning standart elektrod potensiallarini jadvaldan olib- E.YU.K. ni xisoblaymiz:
E.YU.K.= E002 /2OH- -E0Cu2 /Cu = 0,40-(-0.05)= 0.45 V
Demak, ammiakli eritmada Si xavo kislorodi bilan oksidlanadi, chunki reaksiyaning E. YU. K. musbat kiymatga ega.
Elektroliz - bu elektr toki ta'sirida elektrolit eritmalarda yoki suyuqlanmalarda boradigan oksidlanish-kaytarilish prosessidir.
Elektrolizni amalga oshirish uchun uzgarmas tok manbaidan foydalaniladi. Elektrodlar ikki xil bo'ladi:
1) Erimaydigan - ularga grafit, platina, oltin kiradi (erimaydigan elektrodlar ximiyaviy prosessda ishtirok etmaydi, ular faqat elektron utkazgich vazifasini utaydi.);
2) Eriydigan elektrodlar jumlasiga yuqorida kursatilgan metallardan boshqa xamma metall elektrodlar kiradi. Bu elektrodlar elektrolizda anod sifatida kullanilganida eritmaga uz ionlarini berib, erib ketadi.
Eruvchan anod elektroddan foydalanib, toza metallar olinadi. Bunda elektroliz prosessi tozalanayotgan metall to'zining eritmasida olib borilishi kerak. Sanoatda tuzlarning eritmalarini elektroliz qilib, Cu, Zn, Cd, Ni, So, Mn va boshqa metallar olinadi. Bu metod yordamida bir metall boshqa metall bilan koplanadi. Bu metod galvanostegiya deyiladi.
Katod elektrodda elektrolitning musbat zaryadlangan ionlari elektron kabul qilib zaryadsizlanadi. Kaysi ion oldin zaryadsizlanishi metallning kuchlanishlar qatorida vodorodga nisbatan joylanishiga, uning konsentrasiyasiga va ayrim xollarda elektrod potensialiga bog'liq bo'ladi.
Bir xil sharoitda noaktiv metallar ionlari, ya'ni kuchlanishlar qatorida vodoroddan keyin (ungda) joylashgan metall oson zaryadsizlanadi, ba'zan chapdagi metall ionlari oson zaryadsizlanadi. Suvdagi eritmalarda kuchlanishlar qatorida Al gacha bo'lgan aktiv metallar ionlari kaytarilmaydi. Anodda elektrolit anionlaridan faqat kislorodsiz kislota koldiklari: Cl-, Br-, J-, F, S2-, CN- va xokazolar zaryadsizlanadi. Kislorodli kislota koldiklari (NO-3, SO2-4, PO3-4, CO32-, CH3COO- va xokazo) urniga suvning OH- ionlari zaryadsizlanadi. Masalan, osh tuzi eritmasi elektroliz kilinganida katodda vodorod, anodda xlor ajralib chiqadi. Uning dissosilanish sxemasi kuyidagicha yoziladi;
NaCL Na CL- : H2O H ON-
Elektroliz sxemasi:
katodda 2H 2e- H2 kaytarilish prosessi muxit ishkoriy
anodda 2Cl- -2e Cl2oksidlanish prosessi muxit neytral.
Kaliy sulfat eritmasi elektroliz kilinganda esa katodda vodorod, anodda kislorod ajralib chiqadi. Dissosilanish sxemasi kuyidagicha:
K2SO4 = 2K SO2-4 H2O = H OH-
Elektroliz sxemasi:
katodda 2H 2e- H2- kaytarilish prosessi muxit ishkoriy
Anodda 4OH- - 4e- O2 2H2O oksidlanish prosessi muxit kislotali. Keltirilgan misollardan kurinib turibdiki, katodda ishkoriy metalla ionlari kaytarilmasdan ularning urniga suvning vodorod ionlari kaytariladi. Agar anodda kislorodli kislota koldigi bulsa, anod elektrodda xam suvning uzi elektron berib oksidlanadi.
Agarda tuz kuchlanishdar qatorida Al dan keyinda turgan metalldan tarkib topgan bulsa. u xolla katodda shu metallning ioni va juda oz mikdorda vodorod ioni kaytariladi. Masalan: ZnSO4 eritmasi elektroliz kilinganda katodda rux, anodda kislorod ajralib chiqadi.
Uning dissosilanish sxemasi kuyidagicha:
ZnSO4 = Zn2 SO2-4 ; H2O H 2 OH-
Elektroliz sxemasi:
Zn2 2e = Zn 4 OH- - 4e- = O2 2H2O
Elektrolizga doir mikdoriy qonunlar ingliz olimi M. Inglizlar britanlar, (oʻzlarini inglish deb ataydilar) - xalq. [[Buyuk Britaniyaning asosiy aholisi. Umumiy soni (48,5 mln. kishi, 1990-y.lar oʻrtalari), jumladan, [[Buyuk Britaniyada 44,7 mln. kishi, Kanadada 1 mln. Faradey tomonidan kashf etilagan.
Faradeyning 1-chi qonuni. Elektroliz prosessida elektrodlarda ajralib chiqadigan modda mikdori elektrolitlardan utgan elektr mikdoriga tugri proporsionaldir; m = k . Q
bu yerda m- modda mikdori, k - proporsionallik koeffisiyenti. (uni moddaning elektroximiyaviy ekvivalenti xam deyiladi va u elektrolitdan bir sekundda bir amper tok kuchi yoki bir kulon elektr utganda ajralib chiqqan modda mikdorini kursatadi), Q-elektrolitdan utgan elektr mikdori (kulonlar xisobida).
Faradeyning 2-chi qonuni. Turli ximiyaviy birikmalardan bir xil mikdorda elektr toki utganida elektrodlarda ekvivalent mikdorda modda ajralib chiqadi yoki bir ekvivalent istalgan modda ajralib chiqishi uchun elektrolitdan 96500 kulon elektr toki utkazish kerak:
I, II qonunlarning matematik ifodasi kuyidagicha:
bu yerda; m - kaytarilgan yoki oksidlangan modda mikdori, E - moddaning ekvivalenti, Q-elektr mikdori urniga J*t kuyilsa:
J-tok kuchi. t-tok utish vaqti (sekunad.)
E*J*t
m = ---------
96500
Faradey qonunlarini bilgan xolda kuyidagilarni xisoblash mumkin:
a) Elektr mikdori ajratib chikaradigan modda mikdorini:
b) Ajralib chiqqan modda mikdoriga va tokni elektrolizdan utish vaqtiga qarab tok kuchini.
Kimyo fanidan
Ijodiy ishi
|