МС. Жайлауов физикалық химия мазмұНЫ

Электродты процестер дегеніміз ерітінділер мен балқымалар-дағы бірінші текті өткізгіштен әзірленген электродтарда болатын химиялық құбылыстар. Бұл процестерді өзара байланысты екі топқа бөлуге болады. Біріншісі — потенциал айырмашылығының пайда болуы және гальваникалық элементтердегі электр тогы. Екіншісі — ерітінді мен балқыма арқылы түрақты электр тогы өткенде жүретін химиялық процестер. Мұны электролиз дейді.

Көптеген химиялық реакциялар тотығу-тотықсыздану реакция-ларына жатады, Мысалы, мырыш пластинкасьш мыс сульфатының

4* 99

ерітіндісіне батырғанда, өздігінен жүретін химиялык реакция нә-тижесінде мырыш атомы тотықса, ерітіндідегі мыстың ионы то-тықсызданады. Бұл процесте химиялық реакцияның энергиясы жылу энергиясына айналады, ал ондағы тотығу-тотықсыздану процестерін жеке жүргізсе және электрон алмасуын сыртқы тізбек арқылы жүзеге асырса, химиялық реакцияның энергиясын пайда-ланып жұмыс атқаруға болады. Мұндай жағдайда электрохимия-лық тізбек ток көзі қызметін атқарады. Электрохимиялық тізбек-терге басқа электр энергиясын беріп, электродтардағы химиялық реакцияларды өздігінен жүре бермейтін бағытта жүргізуге бола- ' ды. Оған, мыстың еріп, мырыштың бөліну реакциясы мысал бола-ды, яғни бірінші реакция электр энергиясын пайдаланғанда кері жүреді екен.

Енді қалыпты жағдайда өздігінен жүретін химиялық реак-цияларды пайдаланып, электрохимиялық тізбекті алуға болатын және оның нәтижесінде электр энергиясы алынатын процестерді қарастырайық. Әдетте, мүндай тізбектерді гальваникалық эле-менттер дейді.

Қазір электрохимиялық процестер қос электр қабатыньщ пай-да болуымен түсіндіріледі. Металды сұйыққа, әдетте бір электро-лит ерітіндісіне салса, онда металл-сұйық шекарасында ион қа-баты пайда болады екен. Металл пластинкасындағы электрондар, сол пластинка бетіне, яғни металдың сүйықпен беттескен жеріне жиналады да, ондағы электрондар ерітіндіден өзіне оң зарядтал-ған иондарды (катиондарды) тартып, шоғырландырады. Олай болса металдың сұйықпен жанасқан бетінде электрон және оған кері катион қабаты түзіледі. Мұны қос электр қабаты дейді (29-сурет). Ондағы электрондар мен иондар, негізінен, жылулык коз-ғалыс пен электростатистикалық әрекеттесу нәтижесінде диффу-зиялық қозғалыста болады,

Иондардың белгілі бір бөлігі ерітінді мен металл шекарасында тізіліп, металл бетіндегі электрон қабатына астар болады. Онда ғы электр қабаттарының әрқайсысының қалыңдығы электролит-тегі ион радиусына шамалас. Қалған иондар диффузиялық әсер

арқылы алыстау орналасады және ол алыс-таған сайын заряд тығыздығы сирей түседі. Сонымен ерітіндіге салынған металл ион-дары қатарынан екі күш ықпалында бола-ды: су молекуласы мен металл иондарының арасындағы электростатистикалық тарты-2° лыс (гидратация құбылысы) және кристалл торының беріктігімен анықталатын метал-дағы электрондық газдар тарабынан бола-тын электростатистикалық тартылыс. Әрине, металдың кристалдық торы неғұрлым берік болса, металл ионының да ерітіндіге ауысуы солғұрлым қиындау болатыны түсінікті. Сол сияқты гидротациялау энергия-сының шамасы жоғарылаған сайын, су мо-

Н2О

лекуласы да металл иондарымен белсенді әрекеттеседі және ері-тіндіге жеңіл ауысады.

Осы жоғарыда келтірілген, бір-біріне қарама-қарсы екі күш әсерінен металдың сумен әрекеттесуі тек үстіртін ғана, беттік си-патта қалады және ол металл — су аралығында рана болады. Ме-талдың суда мүлдем нашар еритіндігіне қарамастан, осы шекара-да металл иондарының концентрациясы айтарлықтай бар болады екен. Сондай-ақ металл электрондарына ерітіндіден тартылған катиондар металдың кристалды торындағы электростатистикалық тартылыс салдарынан тек шектелген, металл бетінде шамалы ғана тербелетін кинетикалық қозғалыста болады. Бұл катиондар-ды гидратталған иондар дейді және олар металдың кристалды торымен берік байланысады.

Сөйтіп, металл бетін қорғайтын, металл — су фаза аралығын-да қос электр қабаты туындайды. Шекарада пайда болатын по-тенциалдардың айырмасы электродты потенциал деп аталады. Ол латынның мүмкіншілік, қуаттылық деген сөздерінен алынған.

Егер сүйық орта су болса, онда жалпы алғандағы барлық металдарға арналған көрініс және құбылыс біртекті болып келеді: металл теріс зарядталады, ал оған шекаралас сұйық оң зарядта-лады. Бірақ та бұл құбылысты зерттеп, ондағы потенциалдарды өлшесе, олардьщ мәні әр түрлі екен. Оған басты себеп, біріншіден, металдьщ кристалдық торындағы байланыс күштерінің әр түрлі болуы, екіншіден, ондағы катиондардын, әр түрлі гидраттануы.

Ал металл пластинкасын өз тұзының судағы ерітіндісіне салса, мынадай үш түрлі жағдай болуы мүмкін:

1. Ерітіндідегі металдың бастапқы берілген ион концентрация-сы С металл пластинкасын ерітіндіге енгізгеннен кейін орнаған тепе-теңдікке сәйкес келетін концентрациядан С₀ аз (С<С₀). Мүндай жағдайда екі процесс те қатарынан жүреді; әуелі металл ерітіндіге ауысады: