|
Elektrolit eritmalar xaqidagi nazaryalar Reja I. Kirish II. Asosiy qism
|
| bet | 4/5 | | Sana | 30.04.2023 | | Hajmi | 10.28 Mb. | | #55096 |
Bog'liq Elektrolit eritmalar xaqidagi nazaryalar111123 10-маъруза, Raqamli-analog o’zgartirgichlar Bajardi Jaloliddinov F-fayllar.org, Algebra ma\'lumot, lab3, lifeSkills lesson 1 (3)Elektrolit eritmaning ion kuchi
Elektrolit suvda eritilganda uning dissotsilanish darajasiga muvofiq hosil bo’lgan ionlar molar konsentratsiyasi ionlaming umumiy konsentratsiyasi deyiladi.
Kuchli elektrolitlarda α =1 bolgani uchun ionlaming umumiy konsentratsiyasi elekrolitning molar konsentratsiyasi va elektrolit eritmada ajralayotgan ionlar soni bilan ifodalanadi. Masalan, kuchli elektrolit natriy xlorid NaSl ning suvda dissotsilanishida
elektrolitning dastlabki (umumiy) konsentratsiyasi C(NaCl)=0,l mol/1 bolsa, ionlar konsentratsiyalari ham tegishlicha C( )=0,1 mol/1 va C(C1)=0,1 mol/1 ga teng bol adi.
Murakkabroq tarkibli kuchli elektrolit aluminiy sulfat ning kation va anion konsentratsiyalari dissotsilanishdagi ionlar stexiometrik koeffitsiyentlarini hisobga olgan holda oson hisoblanadi.
Agar aluminiy sulfatning dastlabki konsentratsiyasi = 0,1 mol/1 bo'lsa, C( )=2-0,l=0,2mol/l va C( )= 3 0 ,1=0,3 mol/1 bo'ladi.
Hajm birligidagi modda miqdori “ Konsentratsiya” atamasini, 1901-yilda Nobel mukofotining birinchi laureati bo'lgan, eritmalar nazariyasining asoschilaridan biri gollandiyalik Yakob Vant-Goff (1852—1911) fanga birinchi bo'lib kiritgan.
Eritmadagi zarralar, jumladan ionlar ham o'zaro ta’sirlashadi. Bu ta’sirotlarning tabiati va kuchi har bir eritmaning xususiyatiga bog'liq. Ana shunday ta’sirotlar bo'lmagan eritmalar ideal eritmalar deyiladi. Aslini olganda ideal eritma nazariy, abstrakt (voqelikdan ajralgan) tushunchadir. Chunki har qanday eritmadagi zarralar ma’lum darajada ta’sirlashadi. Shunday bo'lsada ayrim real eritmalaming xossalari ba’zan ideal eritmalarga o'xshaydi. Agar eritma konsentratsiyasi nolga yaqinlashsa, erigan zarralar orasidagi masofa uzoqlashadi va ulaming o'zaro ta’sirlash uv energiyasi kamayadi (nolga intiladi). Shuning uchun cheksiz suyultirilgan eritmaning xossasi ideal eritmanikiga yaqinlashadi.
Agar ideal eritmalar uchun chiqarilgan termodinamik tenglamaga reaTeriffna konsentratsiyalari qo'yilsa, real (haqiqiy) holatdan keskin farq qiladigan natijalar olinadi. Boshqacha aytganda, konsentrasiya hisobga olingan ideal eritmalar uchun chiqarilgan termodinamik tenglamalar real eritma xossalarini ifodalashga yaramaydi. Ulaming holatini to'g'ri ifodalovchi umumlashgan tenglama mavjud emas, chunki har bir real eritma uchun o'ziga xos nazariya asosida ishlab chiqilgan xususiy (spetsifik) tenglama kerak bo'ladi.
1907- yilda amerikalik kimyogar G.N.Lyuis (1875—1946) ideal tizimlar uchun chiqarilgan umumiy termodinamik tenglamalami real eritmalarga qo'llash uchun faollik tushunchasini kiritgan. Bu tushunchaga muvofiq termodinamik tenglamadagi konsentratsiya o'miga, konsentratsiyadan farq qiluvchi ammo tenglamaga qo'yilganda natijasi tajribadagi natijaga mos keluvchi maxsus son kiritilgan va uni “faollik” deb atagan.
Ionlaming eritmadagi faolligi “a” shunday son qiymatiki, uni termodinamik tenglamadagi konsentratsiya o'rniga qo'yilsa, real eritmaning tajribadagi holatiga mos natija olinadi.
Ba’zan “faollik” atamasining o'miga “faol konsentratsiya” atamasini qo'llashadi, lekin buni mutloq to'g'ri deb bo'lmaydi.
Faollik rasmiy matematik amal natijasi bo'lib, har qanday (a) raqamni berilgan (s) raqamga a/s nisbatini anglatuvchi (f) koeffitsiyentga ko'paytmasi sifatida belgilash mumkin. Shunday bo'lsada eritmalar nazariyasida faollik tushunchasi keng tarqalgan.
Faollik (a) umumiy konsentratsiya (j) bilan quyidagicha bog'langan:
bunda {f) faollik koeffitsiyenti. “Faollik koeffitsiyenti” tushunchasi va atamasini 1908— 1920-yillarda daniyalik kimyogar N. Berrum (1879—1958) kiritgan. c -» 0 yaqinlashsa a -» c, va f -» 1 yaqinlashadi, cheksiz suyultirilgan eritmalarda faollik qiymati, umumiy konsentratsiyaga teng va faollik koeffitsiyenti birga teng.
Yuqorida bayon etilganlardan faollikning fizik ma’nosi yo'qligi ma’lum bo'ladi. Shunday bo'lsada o'rtacha konsentratsiyali eritmalarda faollikni umumiy konsentratsiyadan farqi ortgan sari faollik koeffisiyenti (f) ning birdan, binobarin real eritma xossalarining ideal eritma xossalaridan farqi ham shunchalik orta boradi.
Faollik tushunchasining qanchalik zarurligini oddiy, C(KC1) konsentratsiyalik kuchli elektrolit KC1 misolida ko'rib chiqamiz. Kaliy xlorid ionlarga to'liq dissotsilanadi
Moddalaming eritmadagi faolligini eritmaning kolligativ xossalarini (toza erituvchiga nisbatan — eritmaning to'yingan bug' bosimining kamayishi, muzlash haroratining kamayishi va qaynash haroratining ortishi, osmotik bosimini o'zgarishi) o'lchab aniqlanadi yoki eritmadagi galvanik element elektrod poten-siallari va elektr yurituvchi kuchini o'lchab topiladi. Biroq faqat kation yoki faqat anionlardangina tarkib topgan zaryadli eritmalami tayyorlash mumkin emasligi sababli eritmadagi kation va anionlar miqdori ekvivalent, ya’ni eritma elekroneytral bo'lgani uchun alohida ionning kolligativ xossasini o'lchab bo'lmaydi. Binobarin tajriba asosida eritmadagi alohida individual ionlar faolligi va faollik koeffitsiyentini aniqlash imkoni yo'q. Alohida ionlar faolligi va faollik koeffitsiyenti o'miga o'rtacha faollik va o'rtacha faollik koeffitsiyenti aniqlanadi
bunda: — o'rtacha ion konsentratsiya; — kation va c_ — anion konsentratsiyalari v= + ; va v_ — kuchli elektrolit formulasidagi stexiometrik koeffitsiyentlar bo'lib, elektrolit kation va anion ga dissotsilanadi:
Masalan, NaCI va ( ) kuchli elektrolitlari uchun
O'rtacha faollik va o'rtacha faollik koeffitsiyentini kation hamda anionlarga dissotsilanadigan kuchli elektrolit eritmasining kolligativ xossalarini o'lchab aniqlash mumkin. Ionlaming faollik koeffitsiyenti, eritmaning konsentratsiyasi, ionlar zaryadi va eritmada begona ionlaming bo'lishiga ko'ra birdan kichik, teng yoki katta bo'lishi mumkin.
Eritmaning ion kuchi
Kuchli elektrolit eritmasida barcha ionlar o'zaro ta’sirlashadi va bu ta’sir tabiat i ancha murakkab. Eritmadagi barcha ionlaming elektrostatik ta’siri yig'indisini ifodalash uchun amerika olimlari G.N.Lyuis va M.Rendall eritmaning ion kuchi Jc tushunchasini kiritishgan.
bu ifodada —i ionning eritmadagi molal konsentratsiyasi; — i-ionning zaryadi, soddaroq qilib aytganda eritmaning ion kuchi har bir ion konsentratsiyasini uning zaryadi kvadratiga ko ‘paytmalariyig'indisiningyarimiga teng. Konsentratsiyani zaryad kvadratiga ko'paytmalari barcha ionlar bo'yicha qo'shiladi.
Analitik kimyoda suvli eritmalar uchun quyidagi ifodadan foydalaniladi:
bu ifodada eritmani i ion bo'yicha molarligi (molar konsentratsiyasi) (3.1) ifodadagi molal konsentratsiya (3.2) ifodada molarlikka almashtirilgani sababli uni mutloq to'g'ri deb bo'lmaydi, chunki birinchidan: — molalik lOOOg erituvchida erigan moddaning mol miqdori bo'lsa, molarlik 1 litr eritmadagi erigan moddaning mol miqdori. Suyultirilgan eritmalar uchun konsentratsiyaning bu ikki xil birligining farqi yo'q. Ikkinchidan: barcha analitik ma’lumotnomalar (3.2) tenglik asosida tuzilgan, shuning uchun ularga qiyoslanganda farqlar tekislashib xatolik kelib chiqmaydi.
Bir zaryadli kation K+ va anion A- dan iborat, quyidagicha ionlarga ajraluvchi
binar (ya’ni, faqat ikkita ionga dissotsiatsilanuvchi) kuchli elektrolitlarda ( va hokazo) ion kuchi quyidagiga teng
uchun eritmaning ion kuchi uning konsentratsiyasiga teng Jk=C. Ikki zaryadli kation va ikki zaryadli anion Iarga disosilanuvchi binar elektrolit uchun
Eritmada mavjud barcha ionlar konsentratsiyalari C va zaryadlari Z; ma’lum boMsa, istalgan bitta yoki bir nechta elektrolit saqlagan eritmaning ion kuchi yuqorida ko‘rsatilgandek, hisoblash mumkin.
Ion kuchi (Jk) ning birligi konsentratsiya birligi kabi. Ion kuchi hisoblanadigan tenglikda konsentratsiya mol/1 biriigida ifodalangani uchun ion kuchi ham ana shunday birlik (mol/l)da boMishi tabiiy boMib, odatda, birligi yozilmaydi. Eritmaning ion kuchi hisoblanganda tarkibidagi kuchsiz elektrolit (juda oz ionlashgani sababli) hisobga olinmaydi. Masalan, natriy sulfat Na2S04, kaliy bromid KBr va chumoli kislata HCOOH aralashmasidan iborat eritmaning ion kuchi hisoblanganda, faqat kuchli elektrolitlardan hosil bogan ionlargina e’tiborga olinadi.
Ionlarning faollik koeffitsiyentiga eritma ion kuchining ta’siri
Nazariy va amaliy jihatdan faollik koeffitsiyenti eritmaning ion kuchiga bog’liq. G.N.Lyuis va M.Rendall empirik tarzda, o‘z nomlari bilan atashgan, ion kuchi qoidasini ishlab chiqishgan. Lyuis va Rendallning ion kuchi qoidasiga muvofiq ion kuchi bir xil boMgan suyultirilgan eritmalarda, zaryadlari bir xil boMgan ionlarni faollik koeffitsiyenti ham bir xil boMadi. Bu qoidani konsentratsiyasi 0,01—0,02 mol/1 dan ortmaydigan eritmalarga qolash mumkin.
bo'lganda f = 0,898—0,914 bo'ladi ion kuchini katta qiymatlarida f farqi orta boradi. Masalan Jk= 0,1 bo'lganda yuqorida keltirilgan ionlaming faollik koeffitsiyenti 0,75 dan 0,83 gacha qiymatlarda bo'lishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda Lyuis va Rendall qoydasi taqribiy, ya’ni aniq emas.
Ion kuchi qoidasining nazariy asosi kuchli elektrolitlar nazariyasida keltirilgan. Bu nazariyaga ko'ra ionlarning (jumladan ionning alohida turi) faollik koeffitsiyenti eritma ion kuchining funksiyasi (ion kuchidan bog'liq ravishda o'zgaruvchi son) sifatida hisoblanadi.
Gollandiya olimi P.Debay (1884—1966) nemis tadqiqotchisi E.Xyukkel (1896—1980) 1923- yili taklif etishgan kuchli elektrolitlar nazariyasiga binoan faollik koeffisentini o'nli logarifmi (lgf) ion kuchi (Jk) bilan quyidagicha bog'langan:
bu tenglikda — alohida i - ionining faollik koeffitsyenti; ; — shu ionning zaryadi; — eritmaning ion kuchi; A — harorat va erituvchining tabiatidan (dielektrik doimiysidan) bog'liq bo'lgan koeffitsent. Harorati 25’C bo'lgan suvli eritmalar uchun A=0,512. Mazkur koeflfitsyent qiymatini hisobga olgan holda (3.3) tenglik quyidagicha yoziladi.
Bu (3.3) va (3.4) tenglik Debay-Xyukkel nazariyasining birinchi yondashuvi bo'lib, uni eritmaning ion kuchi ~ mol/1 bo'lgan hollardagina qo'llash mumkin. Debay va Xyukkel nazariyasining ikkinchi yondashuvga birinchisiga nisbatan ancha aniql
iklar kiritilgach (f ni ( ) ga bog'lovchi tenglik quyidagicha ifodalandi:
tenglikdagi const — har bir tizim uchun tajriba vositasida topiladigan doimiy son. (3.5) — tenglik 3—4 mol/1 gacha bo'lgan eritmalarda ham qo'llanishi mumkin.
Harorat 25°C boMganda A=0,512. Debay va Xyukkel nazariyasining ikkinchi yondashuvi eritmaning < IO'2 mol/1 boMganda qolash mumkin. Suvli eritmalaming konsentratsiyalari yuqori boMganda aktivlik koeffitsiyentini hisoblash uchun quyidagi tenglamadan foydalaniladi:
Xulosa qilib aytganda (3.5) tenglamani eritmaning ion kuchi mol/1 dan ortmagan hollarda qo'llash mumkin. Ko‘p analitik masalalarda, ayniqsa ionlar zaryadini absolut qiymati birga teng ( =l) boMganda, bu tenglamani qo'llash mumkin. Ion zaryadi > 2 bo'lgan hollarda (3.5) tenglamani qo’lash = l ionlarga qaraganda kattaroq xatolikka olib keladi.
(3.5) tenglamaga ko'ra, agar const o'zgarmas bolsa, zaryadining absolut qiymati ( ) bir xil boMgan ionlarning faollik koeffitsiyenti bir xil boMadi, bu esa Lyuis va Rendall empirik qoidasi to'g'riligini nazariy isbotidir.
lgf ni bog’liqlik egri chizig'idan malumki, aval eritmaning ion kuchi ortishi bilan faollik koeffitsiyenti kamaya boradi ( =0 bo'lganda lgf=0 ya’ni f=l), egrilik minimumiga to'g'ri kelgan qiymatidan keyin faollik yana ortmoqda va ion kuchini juda katta qiymatida yana birga tenglashib undan ortmoqda. Demak, ionning faollik koeffitsiyenti ikki holatda birga teng bolishi mumkin: cheksiz suyultirilgan, xossalari ideal eritma xossalariga o'xshash eritmalarda vajuda yuqori konsentratsiyali, ya’ni ideal eritmalardan g'oyatda farqli bolgan holda. Birinchi holatda ionlararo elektrostatik ta’sirlashuv deyarli mavjud emas. Ikkinchi holatda bunday elektrostatik ta’sirlar shunchali kuchlikki eritma ideal eritma holatiga aslo o'xshamaydi, lekin = 1 va a = c boladi.
|
| |
