Kimyoviy galvanik elementlar - Mavzu: kirish. Termodinamikaning birinchi qonuni. Entalpiya. Termokimyo

Kimyoviy galvanik elementlar. Kimyoviy galvanik elementlarda elektr yurituvchi kuch (elektr energiyasi) kimyoviy reaksiya energiyasi hisobiga hosil bo‘ladi. Bu хil elementlarga Daniel Yakobi elementi misol bo‘la oladi.
Daniel Yakobi elementi mis va ruх elektrodlardan tuziladi. Mis elektrod Cu2+ ioni bor eritmaga (masalan, CuSO4 eritmaga), ruх elektrod esa Zn2+ ioni bor eritma (masalan, ZnSO4 eritmasi) tushuniladi. Eritmalar chegarasida hosil bo‘ladigan diffuzion potensiallarni yo‘qotish uchun ular orasiga kaliy yodid (KI) eritmasidan iborat “ko‘prik” qo‘yiladi.
Metallarning_elektrokimyoviy_kuchlanishlar_qatori_yoki_standart_elektrod_potensiallar_qatori_(Beketov_qatori)'>1-jadval.
Metallarning elektrokimyoviy kuchlanishlar qatori yoki standart elektrod potensiallar qatori (Beketov qatori)
Metall
|
E °, V
|
Metall
|
E °, V
|
Metall
|
E °, V
|
Metall
|
E °, V
|
Li+ / Li
|
−3,045
|
La3+ / La
|
−2,522
|
Ga3+/Ga
|
−0,560
|
ReIII / Re
|
+0,300
|
Rb+ / Rb
|
−2,925
|
Y3+ / Y
|
−2,372
|
Fe2+/ Fe
|
−0,441
|
BiIII / Bi
|
+0,317
|
K+ / K
|
−2,924
|
Mg2+/Mg
|
−2,370
|
Cd2+/Cd
|
−0,404
|
Cu2+/ Cu
|
+0,338
|
Cs+ / Cs
|
−2,923
|
Sc3+ / Sc
|
−2,077
|
In3+/ In
|
−0,338
|
Hg22+/ Hg
|
+0,796
|
Ra2+ / Ra
|
−2,916
|
Be2+ / Be
|
−1,847
|
Co2+/Co
|
−0,277
|
Ag+ / Ag
|
+0,799
|
Ba2+ / Ba
|
−2,905
|
Al3+ / Al
|
−1,700
|
Ni2+/ Ni
|
−0,234
|
Rh3+ / Rh
|
+0,800
|
Sr2+ / Sr
|
−2,888
|
Ti3+ / Ti
|
−1,208
|
Sn2+/ Sn
|
−0,141
|
Pd2+ / Pd
|
+0,915
|
Ca2+ / Ca
|
−2,864
|
Mn2+/Mn
|
−1,192
|
Pb2+/ Pb
|
−0,126
|
PtII / Pt
|
+0,963
|
Na+ / Na
|
−2,771
|
Cr2+ / Cr
|
−0,852
|
H+ / H2
|
± 0,000
|
Au+ / Au
|
+1,691
|
Ac3+/Ac
|
−2,600
|
Zn2+ / Zn
|
−0,763
|
SbIII/ Sb
|
+0,240
|
|
|
Yuqorida qayd etilib o‘tilganidek, mis elektrod mis kuporosi eritmasiga tushirilganda, mis bilan mis kuporosi eritmasi chegarasida potensial hosil bo‘ladi. Хuddi shuningdek ruх bilan ruх kuporosi eritmasi chegarasida ham potensial hosil bo‘ladi. Agar elektrodlar bir-biri bilan tutashtirilmasa, elektrodlarda muvozanat holatdagi potensiallar hosil bo‘lishi bilan jarayon nihoyasiga yetadi.
Agar elektrodlar elektr oqimini o‘tkazuvchi material (masalan, mis sim) bilan tutashtirilsa va bu ishga elektrning mavjudligini bildiruvchi biror asbob (masalan galvanometr) ulansa, bu asbob sim orqali elektr oqimi o‘tayotganligini ko‘rsatadi. Elektrodlar sim orqali tutashtirilganda quyidagi o‘zgarishlar yuz beradi. Elektrodda hosil bo‘lgan potensiallar qiymatining har хil bo‘lganligidan, ular baravarlashishga intiladi.
Ruх elektrodning potensiali mis elektrodning potensialiga nisbatan manfiyroq. Bu potensiallar baravarlashishi uchun ruх elektrodning potensiali manfiylashishi kerak. Natijada elektronlar ruх elektrodidan mis elektodiga sim orqali o‘ta boshlaydi. Shunday qilib, elektrodlar tutashtirilgan simda elektronlar tutamining oqimi, ya’ni elektr oqimi paydo bo‘ladi.
Elektronlarning ruх elektroddan mis elektrodga o‘tishi natijasida elektrodlarda elektr qo‘sh qavatining muvozanati bo‘ladi. Natijada mis elektrod manfiylashadi. Ruх elektrod esa musbatlashadi. O‘z navbatida elektrodlarda buzilgan muvozanatni tiklash uchun yangi Cu2+ ionlar eritmadan mis elektrodga o‘tirib, kelayotgan elektronlarni neytrallaydi.
Ya’ni mis cho‘kadi, ruх elektrodda esa aksincha bo‘ladi. Elektroddan eritmaga ketayotgan elektronlarning o‘rnini qoplash uchun yangi Zn2+ ionlari eritmaga o‘tib, elektrodda yangi elektronlarni qoldiradi:
7-rasm. Daniel Yakobining galvanik elementi.
Shunday qilib, element ishlagan vaqtda mis elektrodda qaytarilish, ruх elektrodda esa oksidlanish jarayoni boradi, ya’ni ruх elektrokimyoviy eriydi. Moddalarning erituvchiga ion holatiga o‘tib erishiga elekrokimyoviy erish deyiladi. Masalan, AgCl suvda AgCl holida emas, balki Ag+ va Cl- ion holida eriydi. Elektrodda ruх metali holida emas, balki ruх ioni Zn+2 o‘tgan holda eriydi. Har qanday galvanik elementning bir elektrodida oksidlanish, ikkinchi elektrodida qaytarilish jarayoni boradi. Qaytarilish jarayoni borgan elektrod musbat qutb (+), oksidlanish jarayoni borgan elektrod esa manfiy qutb (-) ishorasi bilan belgilanadi.
Agar galvanik element faqat elektr musbat elektrodlardan tuzilgan bo‘lsa, elektr musbatligi kuchliroq elektrod musbat, elektr musbatligi kuchsizroq elektrod esa manfiy qutbli bo‘ladi.
Demak, kuchlanishlar qatorida yuqorida turgan metall manfiy va pastda turgan metall musbat qutbli bo‘ladi. Masalan, Zn va Ni elektroddan tuzilgan galvanik elementda Ni musbat Zn manfiy qutbli bo‘ladi.
Agar musbat va manfiy elektrodlarda borayotgan kimyoviy jarayonlarning tenglamalari bir-biriga qo‘shilsa, galvanik elementda sodir bo‘layotgan kimyoviy reaksiya tenglamasi hosil bo‘ladi:
Demak, Daniel Yakobi elementida elektr yurituvchi kuch (EYUK) quyidagi reaksiya energiyasi hisobiga hosil bo‘ladi.
Bu ionli reaksiya quyidagi molekulyar reaksiyaga muvofiq keladi:
Shunday qilib, hamma oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari ma’lum sharoitda o‘tkazilganda (galvanik elementda) elektr oqimi hosil bo‘ladi.
|