15 дәріс Тотығу – тотықсыздану реакциялары. Электродтық үрдістер
жүктеу/скачать 2,37 Mb.
|
15 лекция. Тотығу – тотықсыздану реакциялары. Электродтық үрдістер
| 7.7 Электролиз. Электролиттің балқымасы немесе ерітіндісі арқылы электр тогы өткенде жеке электродтарда жүретін тотығу - тотықсыздану реакциясын электролиз деп атайды.
Электролиз гальваникалық элементтің жұмыс істеу принципіне қарама - қарсы процесс. Электролизге арналған арнайы ыдыс - электролизер деп аталып, ол екі электродтан және электролиттің ерітіндісі немесе балқымасынан тұрады (тұздар, қышқылдар, гидроксидтер, оксидтер). Тотықсыздану реакциясы жүретін электрод - катод деп аталады, тұрақты ток көзінің теріс полюсіне жалғанады. Тотығу реакциясы жүретін электрод - анод деп аталады, тұракты ток көзінің оң полюсіне жалғанады. Электролиз процесінде электродтың табиғаты, әсіресе анод қандай материалдан жасалғандығы маңызды роль атқарады. Платина және графит немесе алтыннан жасалған электродтар инертті, яғни электролиз процесі кезінде тотықпайды, тек электролит компоненттері тотығады. Егер анод мыс, мырыш, никель, темір және т.б. металдардан (платина, алтыннан басқа) жасалса, онда электролиз процесі кезінде анод ериді (ерімтал анод электролизі). Мысалы, натрий хлориді балқымасын электролиздегенде электродта жүретін реакцияларды қарастырайық. Балқу кезінде тұздың термохимиялық диссоциациялануы жүреді. Балқыған тұзға екі графит электродын батырып, оны сыртқы ток көзінің полюсіне жалғасақ, онда электролитте иондардың бағытталған қозғалысы басталып, электродтарда мынандай реакция жүреді: тотықсыздану тотығу Натрий хлориді балқымасында натрий ионы катодта электрон қосып алып тотықсызданады, ал хлор ионы анодқа электрон беріп тотығады. Осының нәтижесінде катодта натрий, анодта хлор бөлінеді (25-сурет). 25 – сурет. Натрий хлориді балқымасының электролизі. Электролиз кезінде электр энергиясы химиялық реакция энергиясына айналады. Электр тогының тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиеті химиялық тотықтырғыш және тотықсыздандырғыштар қасиетінен жоғары болады. Мысалы, ешбір химиялық тотықтырғыш фтор ионынан электрон тартып ала алмайды. Тек электр тогы ғана одан электрон тартып алып, фторды жеке күйде бөліп алады: Бұл процесс және тұздары балқымаларын электролиздегенде жүреді. Электролиз жүргізу үшін арнайы электролизер деп аталатын аспап қолданылады. Инертті электродпен су ерітіндісінің электролизінде катиондар аниондармен қатар электрохимиялық реакцияға су молекуласының қатысуын да ескерген жөн. Мұнда немесе иондарын емес, міндетті түрде су молекуласын ескеру қажет. Электролит балқымалары мен ерітінділерiнде электролиз процесі түрліше жүреді. Өйткені, электролит ерітіндісінде су молекулалары да электролизге ұшырайды. Мысалы, натрий хлориді концентрлі ерітіндісінің көмір электродтар қатысуымен электролизін қарастырайық. Осы ерітінді арқылы электр тогын жіберген кезде натрий ионы катодқа, хлор ионы анодқа бағытталады. Дәл осы уақытта су да электролизге үшырайды. Егер натрий ионы тотықсыздану үшін - 2,714в потенциал қажет болса, су тотықсыздану үшін - 0,41в потенциал қажет (E = 0,059 · lg 10-7= - 0,41 в) - рН = 7 болса. Сондықтан катодта су молекуласы бiрiншi тотықсызданады: Дәл осы себепті анодта хлорид-ион тотығады: Катод жақта гидроксид иондар , ал анод жақта натрий ноны жиналады. Олар қосылып натрий гидроксидін түзеді. Жоғарғы екі жарты теңдеуді біріктіріп жазып электролиз кезінде жүретін реакцияның тұтас теңдеуін алады: + Натрий хлориді концентрлі ерітіндісі электролизінің молекулалық реакциясы: + Сұйытылған судағы ерітіндіде электролиз кезінде катод процесі катионның электродтық потенциалы бойынша анықталады. Оны судан тотықсызданатын сутегі ионының потенциалымен (-0,41В) салыстырады. 1) егер металл ионының (мысалы, калий, кальций, алюминий) потенциалы сутегі ионының потенциалынан кем болса, металл тотықсызданбайды, катодта судан сутегі бөлінеді: 2) егер металл ионының (мысалы, мыс, күміс және т.б.) потенциалынан жоғары болса, катодта ол тотықсызданады: 3) металл потенциалы - 0,41 В-қа жуық болса (мысалы, мырыш, никель, темір (ІІ) иондары) катодта сутегі де, металл да тотықсызданады. Сонымен, металл потенциалы неғұрлым жоғары болса, оның иондары соғұрлым оңай тотықсызданады. Инертті анодтарда анодтық процестер тұз аниондары мен су потенциалдары арақатынасымен анықталады: алдымен оттексіз аниондар бөлінеді ( егер ерітіндіде оттекті аниондар ( ) болса, онда анодта су молекуласы тотығады: Егер анод ерімтал болса, ол тотығады: Тұздардың судағы ерітінділерінің электролизін қарастырайық. 1) көмір электродтары салынған ерітіндісінің электролизі. Мыс сульфаты ерітіндіде мына иондарға ыдырайды: Электр тогы әсерінен мыс катионы катодқа тартылып, тотықсызданады, сульфат ион анодта жиналады, тотықпайды. Анодта су молекуласы тотығады. Электролиз сызбанұсқасы: (тотықсыздану) (тотығу) 2) көмір электродтағы ерітіндісінің электролизі. Судағы ерітіндіде магний хлориді былай диссоциацияланады: Магний иондары катодқа тартылып, тотықсыздана алмайды, өйткені, су молекуласы тотықсызданады. Анодта хлорид ионы тотығады. Электролиз сызбанұсқасы: (тотықсыздану) (тотығу) 3) көмір электродтағы ерітіндісінің электролизі. Судағы ерітіндіде мырыш сульфаты былай диссоциацияланады: Электролиз сызбанұсқасы: (тотықсыздану) (тотығу) Әртүрлі металдардың (алюминий, мыс, мырыш және т.б.) катиондары бар сулы ерітіндіні электролиздегенде, олардың катодта бөлінуі - стандартты электродтық потенциал шамасының азаюы бойынша жүреді. Жоғарыда келтірілген катиондардың ішінде, күміс ( ), содан кейін мыс ( ), соңынан мырыш ( ) тотықсызданады. жүктеу/скачать 2,37 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|