Galvanik elementler termodinamikasi
Mazmuni:
Reje:
1. Kirisiw
a) Galvanik elementlerdiñ kelip shiģiw tariyxi.
2. Tiykarģi bòlim
b) Galvanik element tùsinigi.
c) Galvanik elementler termodinamikasi
Galvanik elementlerdiñ laboratoriyaliq jumisi.
d) Galvanik elementlerge tiyisli esaplar.
3. Juwmaqlawshi bòlim
g) Galvanik elementler haqqinda uliwmalastirilģan tùsinik
Galvanik elementlerdiñ kelip shiģiw tariyxi
Galvanik elementlerdiń elektr jurgiziwshi kúshi (EYUK) haqqındaǵı táliymat
elektroximyaniñ tiykarǵı bólimlerinen biri bolıp tabıladı. EYUK ni úyreniwdi dàslep
Lomonosov 1750-jili baslaǵan. Ol ximiyalıq hádiyseler menen elektr hádiyseleri
óz-ara baylanıslılıǵın anıqladi. Keyinirek italyan fiziologı Galvani 1780- jili hám
italyan fizigi Voltanıń 1780-jilģi jumısları galvanik elementlerdi jaratıw imkaniyatın
beredi. Birinshi ret 1800-jılda Volta elektr aǵımınıń ximiyalıq deregin
jarattı. Elektr togı hám ximiyalıq hádiyselerdiń óz-ara baylanıslılıǵı boyınsha dáslepki izertlewler 18-ásirdiń 2-yarımına tiyisli. Biraq bul izertlewler sol dáwirde kúshli elektr derekleri bolmaǵanı sebepli tosınarlı xarakteristikaǵa iye. Bunday derek 18—19 -ásirlerde L. Gal'vani hám A. Voltaniñ jumısları nátiyjesinde payda boldı hám usınıń sebepinen elektrdi olardıń atları menen baylanıstıradı. Keyinirek galvanik elementlar dep atalǵan jetilisken ximiyalıq tok derekleri islep shıǵıldı. 19 -ásirdiń 60 - jıllarında dinamomashinalardiñ jańalıq ashılıwı nátiyjesinde galvanik elementler elektr derekleri retinde óz áhmiyetin joǵalttı ; 20 -asirde yarım ótkezgishli radiotexnika, mikroelektronika, kosmik texnikanıń rawajlanıwı menen olarǵa bolǵan jańa qızıǵıwshılıq payda bolǵan. Házirgi waqıtta avtonom ximiyalıq tok dárekleriniń roli jáne de arttı. Galvanik elementtegi elektr jùrgiziwshi kúsh (EYUK) mánisin túsindiriw ushın energiyanıń saqlanıw nızamı ashılǵannan keyin V.Nernst jumıslarında go'lato'kis kórsetilgen ximiyalıq teoriya alǵa sùrildi. Bul teoriyaǵa muwapıq, galvanik elementdegi elektr energiyanıń deregi metall elektrod hám elektrolit eritpeleri shegaralarında júz beretuģin ximiyalıq reaksiyalar energiyası bolıp tabıladı. Gibs — Gelmgolstiñ termodinamik teńlemesi galvanik element EYUKdi reaksiyanıń jilliliq effekti hám temperatura menen bòliw múmkinshiligin, Nernst teńlemesi 1888-jili bolsa EYUKniñ elektrolit konsentraciyasına termodinamik baylanıslılıǵın kórsetedi. Keyinirek Nernst teoriyası ayirim jaǵdaylarda ámeliyatqa tuwrı kelmewi anıqlandi. 20 -ásirdiń 30—40 - jıllarında A. N. Frumkin Volta hám Nernst jumısların rawajlandırıw nátiyjesinde galvanik element EYUK payda bolıw mexanizminiń tuwrı sheshimin taptı. 19 -ásir baslarında elektrolizdiñ ashılıwı, suwdiń vodorod hám kislorodqa ajıraliwi (A. Karleyl hám Ol. Nikolson), NaOH hám KOH dan dáslepki bar metall halindaǵı natriy hám kaliydiñ alınıwı (G. Devi, 1807), elektrolizdiñ muǵdarlıq nızamların (Faradey nızamları ) anıqlanıwı elektrdiñ rawajlanıwına úlken úles qostı. 1838-jılda B. S. Yakobdiñ galvanik elementti tolıq jetilistiriw boyınsha ilimiy izertlewleri nátiyjesinde metall duzların elektroximiyaliq usılda qaytarıp katodda sap metall alıp galvanotexnikaģa tiykar salindi. Házirgi waqıtta suw, duzlardıń suwdaǵı eritpeleri hám organikalıq elementlerdı metall ajratpasinan elektroliz etiwge tiykarlanģan kúshli elektroximiyaliq islep shıǵarıw bar. Organikalıq elementlerdı elektrosintez qılıw, elektrolit eritpeleriniń dúzılıw teoriyası, elektrolitik dissotsiatsiya teoriyası (S. Arrenius, 1887), ionlardıń solvatatsiyasi (duzlaniw) haqqindaǵı qıyallar (I. A. Kablukov, 1891), ionlardıń óz-ara elektrostatik tásiri (Depay — Xyukkel teoriyası ) metallar korroziyasi hám odan qorǵaw hám basqalar elektr energiyasiniñ rawajlanıwda zárúrli áhmiyetke iye boldı.
GALVANIK ELEMENTLER — elektr tokı derekleriniń ulıwma atı ; elektrolit hám oǵan batırılǵan eki hár qıylı metall plastinka (elektrod ) dan ibarat. Bunday elementlerdiñ jaratılıwına italyan alımı, fiziolog L. Galvani haywanlar ústinde ótkergen tájiriybeleri tiykari boldı. Galvanik elementlerde ximiyalıq reaksiya nátiyjesinde payda bolǵan energiya tikkeley elektr energiyasına aylanadı. A. Volta jaratqan Volta ústini birinshi Galvanik elementler bolǵan. 19 -àsir ortalarına shekem Galvanik elementler birden-bir elektr tokı deregi esaplanǵan. Elektrodlardan biri (oñ ) anod, ekinshisi (teris) katod dep ataladı. Reaksiya nátiyjesinde elektrodlarda potensiallar parqı payda boladı. Bul elektrodlardı tutastirib turatuǵın simda elektr tokı payda boladı. Elektroximiya tiykarınan Galvanniñ qurbaqa ústinde ótkergen tájiriybelarinen baslanǵan : mıs hám temir metallari elektrodlar wazıypasın atqarıp, galvanik elementti payda etgen. Usınıń sebebinen, elektrofiziologiya hám elektroximyaniñ tiykarlawshisi bolǵan Galvanniñ atı menen kóp ilimiy atamalar atalǵan : galvanik element, galvanometr, galvanoplastika, galvanostegiya, galvanik tok hám basqalar.
Volta 1799-jılda elektr energiyanıń birinshi ximiyalıq deregin jarattı : túrli metallar tutasqan shegarada potensiallar parqı payda boladı, bul Voltapotensial dep ataladı. 1889-jılda Nernst galvanik element elektr jurgiziwshi kúshi (EYuK) dıń “osmotik” teoriyasın jaratqan. Nernst teoriyası Voltanıń kontakt teoriyasıni pùtkilley biykarlap, elektrod -eritpe shegarasında potensiallar sekiriwi (galvanik potensial ) payda bolıwınıń birden-bir sebebi qos elektr qabatınıń payda bolıwı bolıp tabıladı, dep túsindirgen. Eger elektrod potensialınıń payda bolıwına tek ǵana elektrod -elektrolit shegarasındaǵı qos elektr qabat baslawshı bolǵanda, ayırım metallardıń standart salıstırıw elektrodına salıstırǵanda òlshengen “nol zaryadlı potensiali” nolge teń bolıwı kerek edi (“metallardıń nol noqatı” dep da ataladı ). Frumkinniñ XX ásirdiń 30 -jıllardaǵı izertlewlerine kóre, nol zaryadqa iye bolǵan metallardıń potensialları da nolge teń emes eken. Sonday eken, elektrod menen elektrolit shegarasında ulıwma qos elektr qabat payda bolmaǵan táǵdirde de elektroddıń potensialı nolden parıq etiwi Nernst teoriyasınıń nadurıs ekenligin kórsetdi. Metallar fizikasining rawajlanıwı nátiyjesinde túrli metallar tutastirilganda potensiallar parqı payda bolıwı kórsetildi. Kvant teoriyasına qaray, potensiallar parqına metalldaǵı azot elektronlar energiyalariniń Fermi ústi túrlishe bolǵanlıǵı sebep boladı hám metallar tutastirilganda Fermi ústi teńlesgenge shekem elektronlar bir metalldan ekinshisine aǵıp ótedi.
Házirgi zaman túsinigine qaray, elektrodtıń potensialı eki metall shegarasındaǵı Volta -potensial hám elektrod -eritpe shegarasında qos elektr qabat payda bolıwı menen belgileniwshi galvani-potensiallarınıń jıyındısına teń bolıp tabıladı.
Galvanik element tùsinigi
Galvanik elementler oksidleniw-qaytarılıw reaksiyalariniñ ximiyaliq energiyasın elektr energiyaǵa aylantıratuǵın qurılmalar bolıp tabıladı. Oksidleniw- qaytarıliw reaksiyalarini ayırım -ayırım bólimlerde — oksidleniw hám qaytarıliw jumis processlerin (bir-birinen ajıratılǵan ) elektrodlarda ámelge asırılsa, ximiyalıq processinde qatnasiwshı elektronlar elektr energiyanıń deregi boladı.
Tómendegi galvanik elementti payda etiwshi oksidleniw-qaytarılıw jubinan ibarat sistemanı kórip shıǵamız :
Birinshi qatardaǵı sistema (standart elektrod potensialınıń ma`nisine tiykarlanip) ekinshisine salıstırǵanda oksidleytuǵın boladı yamasa, basqasha aytganda elektronlar Zn Cu2+ ionlarina ótedi. Elektronlar háreketi (Zn dıń oksidleniwinde mıs ionına ótetuǵın elektronlar aǵımı ) ni elektr tokı deregine aylandırıw ushın galvanik elementler xızmet etedi (1-súwret).
Bul qurılmada cink hàm mis elektrodlari o 'zlariniñ duzlari — sulfatlariniñ 1 ekv konsentraciyalı (normal konsentraciyalı ) eritpelerge túsirilgen. Eki stakanģa kaliy xloridtiń toyinģan eritpesi quyılǵan Ol-simon naycha menen birlestiriledi. Eger eki elektrodtı sım menen jalģansa, elektrodlarda oksidleniw-qaytarılıw reaksiyasi baslanadi. Bunda cink elektrod (anod) dan eritpege cink ionları o 'tedi. Sol oksidleniw-qaytarılıw reaksiyası esabına elektrodlardı birlestirgen sım arqalı (sırtqı shınjır ) elektronlar elektroddan mıs elektrodqa, ishki shınjır (Ol -simon naycha) arqalı sulfat ionları CuSO4 li ıdıstan ZnSO4 li ıdıs tárep háreket etedi. Sırtqı shınjır jalǵanǵan bolǵanda cink elektrod az-azdan eriydi, mis elektrodda eritpeden qaytarilģan mıs ajraladi`.
Ximiyalıq processtiń molekulyar teńlemesi:
Galvanik ajıratılǵan baylanıs deb (anglichan:galvanic isolation) — elektr shınjırlarinda energiya yamasa signaldıñ elektr kontaktlar qatinasisiz óz-ara uzatılıwına aytıladı. Galvanik ajratilģan baylanıs signallardı kontaktsiz uzatıw arqalı basqarıw talap etilgen halatlarda hám adam hám úskenelerdi elektr tokınan jaraqatlaniwinan saqlaw maqsetlerinde qollanıladı. Galvanik ajıratılǵan baylanıstı támiyinlew quralı bolıp, tiykarinan transfarmator yamasa optronlar qollanıladı. Texnologiyalıq processlerde qatnasıwshi elementlar, atap aytqanda gazler — vodorod, metan, azot-vodorod qospaları jarılıw qáwpin keltirip shıǵaradı. Sol kóz qarastan ólshew-qadaǵalaw ımaratlarda jarılıwdı keltirip shıǵarıwǵa sebep bolıwı múmkin bolǵan ushqınlar yamasa qısqa tutasiwlardiñ aldın alıw zárúrli shárt esaplanadi. Sol sebepli qayta isleytuǵın interfeysler (kompyuterler) óz-ara baylanısıwı tuwrıdan- tuwri bolmay, bálkim galvanik tàrepden óz-ara ajıratılǵan halatta ámelge asırılǵan. Bunnan tiykarǵı maqset baylanıs liniyasindaģi payda bolıwı múmkin bolǵan qısqa tutasıw hám ushqın payda bolıwı qáwpin aldın alıw bolıp, bul arqalı IO-modullar hám sistemanıń jarılıw qáwipi bar obiektdegi qawipsizligi támiyinlenedi. Galvanik ajıratılǵan baylanıs ushın MTL ushqın qorģani terminallarınan paydalanılǵan. Usıldıń mánisi:Galvanik elementtiń EYuK termodinamik shama bolǵanlıǵı sebepli onı shınjırda elektr tokı joq bolǵanda ólshew kerek. Ámeliyatda teń salmaqlılıq jaǵdayın sezilerli jıljıtpaytuģin dárejedegi kishi toklar bolǵan sharayatlarda ólshewler ótkeriledi. Kompensatsiyalaw usılında bunday toklar galvanometrdıń bayqaǵıshlıǵı menen belgilenedi. Kompensatsiyalaw noqatında sırtqı kernew galvanik elementtiń ólshenip atırǵan kernewin kompensatsiyalaydı hám shınjırda tok bolmaydı.
Galvanik element termodinamikası.
Ximiyalıq reaksiya energiyasın elektr energiyaǵa aylantırıp beretuǵın ásbap galvanik
element dep ataladı. Bul ásbap elektrolit eritpelerine túsirilgen eki elektroddan ibarat boladı. Bul
eritpeler gewek tosıq járdeminde yamasa elektrolitik kópir járdeminde jalǵanadı. Elektrodlarin
metall ótkizgish arqalı jalģasaq olardıń birinde oksidleniw, ekinshisinde qaytarılıw reaksiyaları
baradı. Termodinamik tárepten qaytar bolǵan processlerde maksimal elektr jumısı atqarıladı. Bunday sharayatlarda o'lchangan eki elektrod arasındaǵı potensiallar parqı maksimal mániske iye boladı hám ol galvanik elementtiń elektr jurgiziwshi kúshi dep ataladı. Galvanik elementtiń atqarǵan jumısı elektr jùrgiziwshi kúshtı tasip ótilgen zaryad muǵdarınıń kóbeymesine teń: A=zFE
Eger reaksiya processinde z zat bir zaryadlı ionlarda qaytarılsa yamasa oksidlense, bul sharayatta Faradey nızamı boyınsha Kulon zaryadı tasip ótiledi, yaǵnıy F=96493 K. Izobarik-izotermik qaytar processda elektr jumısı Gibbs energiyasınıń azayıwı esabına atqarıladı
A = -∆G hám ∆G = −zFE
Gibbs-Gelmgolts teńlemesindegi
∆G = ∆H +T [𝐝 (∆𝐆)
𝐝𝐓
]
Gibbs energiyasınıń ornına joqarıdaǵı eki teńleme degi bahanı qóysaq hám [
𝐝 (∆𝐆)
𝐝𝐓
] = -∆S
yamasa zF (𝒅𝑬
𝒅𝑻
) = ∆S
Bilgen halda :-zFE = ∆H - TzF ( 𝒅𝑬
𝒅𝑻
) hám ∆H= -zF (E-T
𝒅𝑬
𝒅𝑻
) teńlemeler kelip shıǵadı.
𝒅𝑬
𝒅𝑻
tuwındı elektr jurgiziwshi kúshiniń temperatura koefficiyenti bolıp galvanik elementtiń tábiyaatına
qaray 𝒅𝑬
𝒅𝑻
oń yamasa teris bahalardı qabıllaw múmkin.
Galvanik element degi elektr jurgiziwshi kúsh mánisin túsindiriw ushın energiyanıń
saqlanıw nızamı ashılǵannan keyin Nernst jumıslarında tolıq -to'kis kórsetilgen ximiyalıq teoriya
alǵa surildi. Bul teoriyaǵa kóre, galvanik element degi elektr energiyanıń dáregi metall
elektrod hám elektrolit eritpeleri shegaralarında júz bolatuǵın ximiyalıq reaksiyalar energiyası bolıp tabıladı.
Galvanik elementtiń teń salmaqlılıq konstantasi
Elektrod teń salmaqlılıq eritpe degi ionlardıń hár qanday konsentraciyasında (aktivliginde)
payda bolıwı múmkin jáne bul teń salmaqlılıq óziniń potensialına iye boladı. Eki óz-ózinshe
teń salmaqlılıq jaǵdayı daǵı elektrodlardan galvanik element payda etinadi, yaǵnıy teń salmaqlılıqta
bolmaǵan sistema payda boladı. Óytkeni metallardaǵı elektronlardıń tıǵızlıǵı túrlishe
bolıwı bolıp tabıladı, sol sebepli elektronlar sırtqı shınjır arqalı bir metalldan ekinshisine ótiwge
ıntıladı, ishki shınjırda bolsa ionlardıń tasılıwı baqlanadı. Process sistemada teń salmaqlılıq qarar
tapǵanǵa shekem dawam etedi. Galvanik element degi termodinamik teń salmaqlılıq konstantasini
G RT Ka
ln 0 hám
0 0 G zFE
teńlemelerden paydalanıp tabıladı, bul jerde E0
-standart
EYUK (hámme ionlardıń ortasha aktivliklari 1 ge teń bolǵanda ):
ln Ka
zFE / RT 0
hám
lgKa
zFE / 2, 3 RT 0
Yakobi-Daniel elementiniń EYUK 1, 1 v ga teń. Joqarıdaǵı teńlemege qaray
esaplanǵan teń salmaqlılıq konstantasi
37 Ka
2 10
ga teń. Teń salmaqlılıq konstantasining bunday
úlken bahanı qabıllawı process ximiyalıq qaytmas ekenligin kórsetedi: process misning
tolıq qaytarılishigacha dawam etedi; mıs duzı eritpesine rux metalın túsirsak, eritpe degi barlıq
mıs ionları óz -ózinden metall jaǵdayında ajralıp shıǵadı.
. “Elektrod” túsinigi. Elektrod potensialdıń payda bolıw mexanizmi?
3) Elektrod — ionlı ótkizgishge batırılǵan element, elektron ótkizgish
esaplanadı. Elektroliz waqtında galvanik tok dárekleri hám basqalarda isletiledi.
Zaryadlanǵan bóleksheler tutqan eritpege túsirilgen metalldı elektrod dep ataymız. Bunday
sistemada metalldan eritpege kationlar ótiwi múmkin
Alıp ótilip atırǵan bólekshelerdiń solvatlanishi ionlardıń ótiwine kómeklesedi. Kationlarning
eritpege ótiwi nátiyjesinde metall teris zaryadlanadı, lekin elektrod eritpe sisteması
elektroneytral bolıp qaladı lekin elektrod -eritpe sisteması elektroneytral bolıp qaladı. Elektrod
sırtı átirapında metall sırtınan 10 -5
-10 -7 m ge shekem shozılǵan ekilemshi elektr qabat payda boladı.
1- súwret. Qos elektr qabatınıń dúzilisi.
Teris belgili sheńberler menen spetsifik adsorbilangan anionlar kórsetilgen; oń belgi menen-
gidratlangan kationlar; shtrixlanǵan sheńberler menen-diffuzion qabattan sırtda jaylasqan
gidrat qabat ; o'qli sheńberler menen-suwdiń dipollari; 𝜑 hám lar menen bolsa ishki hám sırtqı
potensiallar kórsetilgen.
Arnawlı adsorbsiyaning payda bolıwı iondıń gidratlanish dárejesine hám úlkenligine baylanıslı.
Mısalı, ftor ionı vodorod baǵları menen baylanısadı jáne bul hal ftor ionınıń eritpe kóleminden
elektrod -dıń sırtına shıǵıwına irkinish beredi. Adsorbsiyalangan ionlardıń oraylarınan G1
aralıqta ótkerilgen tegislik Gelmgolsning ishki tegisligi dep ataladı. Bul tegislikten keyin
gidratlangan kationlarning oraylarınan G2 aralıqta ótkerilgen Gelmgolsning sırtqı tegisligi
keledi. Gidratlangan ionlardıń radiusına jaqın aradaǵı O — G2 Gelmgols qabatı tıǵız qabat
dep ataladı.
Eger metall suwǵa túsirilse, odaǵı ionlar erituvchining qutblangan molekulaları tásirinde kristall
torınan úzilip suwǵa ótedi. Kationlarning eritpege ótiwi nátiyjesinde metall júzesinde artıqsha
elektronlar toplanıp, onı teris zaryadlaydı. Metall júzesine jaqın turǵan suyıqlıq qatlamında
kationlarning jıynanishi sebepli eritpe oń zaryadlanadı. Nátiyjede plastinka júzesindegi
elektronlar hám suyıqlıq qatlamındaǵı kationlardan shólkemlesken qos elektr qabatı payda boladı.
Tiykarınan elektrodtı bir-birine tiyip turǵan eki ótkizgish dewimiz múmkin. Bunda metal
birinshi tur ótkizgish hám elektrolit ekinshi tur ótkizgish esaplanatuǵın sistema boladı. Úst
arasında yaǵnıy eritpe metall shegarasında potensiallar parqı payda boladı. Bul elektrod potensialı bolıp tabıladı.
Elektrod potensial - elektrolit hám oǵan salınǵan elektrod arasındaǵı potensiallar parqı. Qálegen
metall elektrolit eritpesine batırilganda metall eritpe sirt shegarasında potensiallar ayırması
payda boladı, ol elektrod potensialı dep ataladı. Hár qaysı elektroddıń potensialı metalldıń
tábiyaatına, onıń eritpe degi ionlarınıń konsentraciyasına hám temperaturaǵa baylanıslı. Onıń ónim
bolıw mexanizmi tómendegishe: metal sırtın gidratlanmagan hám adsorbsiyalangan anionlar
iyeleydi jáne bul iyeleniwdi arnawlı adsorbsiyalanish dep ataladı. Mine sol adsorbsiyalangan
ionlardan málim aralıqtan keyin Gelmgolsning ishki tegisligi odan keyin gidratlangan
kationdan málim aralıqta yotuvchi Gelmgolsning sırtqı tegisligi payda boladı. Gidratlangan
Elektr jurgiziwshi kúsh — (EYUK) ózgeriwshen yamasa ózgermeytuǵın tok energiya dáreklerinde sırtqı (potensial ) kúshler tásirin ańlatatuǵın fizikalıq shama. Ótkizgishten tok ótiwi ushın ol jaǵdayda elektr maydan payda etinip saqlanadı. Onıń ushın tok dáregi járdeminde ótkizgish úshlerinde potensiallar parqı (φ1-φ2) úzliksiz tiklab turıladı. Bul bolsa tok arqalı aǵıp keliwshi oń zaryadlardı ótkizgishtiń kishi potensial φ2 li uchidan úzliksiz alıp ketiw hám úlken potensial φ, li uchiga úzliksiz keltirip turıw zárúr ekenligin ańlatadı. Sonday eken, zaryadlardıń tuyıq jol boylap háreketi payda boladı. Bunda tek elektrostatik (ishki) kúshlerdiń ózi jetkilikli emes, sebebi bul kúshlerdiń zaryadlardı tuyıq kontur boylap kóshiriwde atqarǵan jumısı nolge teń. Sonday eken, tuyıq konturda zaryadlar aǵımın támiyinlew ushın noelektrostatik (sırtqı ) kúshler ámeldegi bolıwı kerek. Sırtqı kúshler Kulon kúshlerinen (qarang Kulon nızamı ) parq etip, túrli belgili zaryadlardı birlestirmaydi, kerisinshe olardıń ajırasıwın júzege keltiredi hám tuwrı sızıq úshlerinde potensiallar parqın birdey saqlap turadı. Sırtqı kúshlerdiń tásiri Elektr jurgiziwshi kúshk. menen ańlatıladı. Sırtqı quchlarning birlik oń zaryadtı tuyıq shınjır boylap kóshiriwde atqarǵan jumısı (ye = $ YE'd. 1 ólshenerlik ye shama ) e. yu. k., tok dáregi e. yu. k. dáregi dep ataladı, bunda YE'— sırtqı kúshlerdiń noelektrostatik elektr maydanı kúshlanganligi, d1— kontur elementi. Sırtqı kúshlerdiń noelektrostatik elektr maydanın elektr energiya dáregi payda etedi. Sonday eken, e. yu. k. sırtqı quchlar tásirinde tok shınjırına kiritilgen energiya eken. Mas, galvanik element hám akkumulyatorlar, ózgermeytuǵın tok generatorları, yarım ótkezgishli termoelementlar, fotoelementlar hám basqalar elektr dáregi bóle aladı. Elektr jurgiziwshi kúshk. voltlarda olshenedi. Standart elektr jurgiziwshi kúsh formulası : E°= (RT/zF) lnKa
ELEKTR YURITUvCHI KUCH — (EYUK) ózgeriwshen yamasa ózgermeytuǵın tok energiya dáreklerinde sırtqı (potencial ) kúshler tásirin ańlatatuǵın fizikalıq shama. Ótkizgishten tok ótiwi ushın ol jaǵdayda elektr maydan payda etinip saqlanadı. Onıń ushın tok dáregi járdeminde o'gkazgich úshlerinde potenciallar parqı (f, —F2) úzliksiz tiklab turıladı. Bul bolsa tok arqalı aǵıp keliwshi oń zaryadlardı ótkizgishtiń kishi potencial F 2 li uchidan úzliksiz alıp ketiw hám úlken potencial f, li uchiga úzliksiz keltirip turıw zárúr ekenligin ańlatadı. Sonday eken, zaryadlardıń tuyıq jol boylap háreketi payda boladı. Bunda tek elektrostatik (ishki) kúshlerdiń ózi etarli emes, sebebi bul kúshlerdiń zaryadlardı tuyıq kontur boylap kóshiriwde atqarǵan jumısı nolge teń. Sonday eken, tuyıq konturda zaryadlar aǵımın támiyinlew ushın noelektrostatik (sırtqı ) kúshler ámeldegi bolıwı kerek. Sırtqı kúshler Kulon kúshlerinen parq etip, túrli belgili zaryadlardı birlestirmaydi, kerisinshe olardıń ajırasıwın júzege keltiredi hám tuwrı sızıq úshlerinde potenciallar parqın birdey saqlap turadı. Sırtqı kúshlerdiń tásiri Elekt jurgiziwshi kúsh menen ańlatıladı. Sırtqı kúshlerdiń birlik oń zaryadtı tuyıq shınjır boylap kóshiriwde atqarǵan jumısı (e = $ E'D. 1 ólshenerlik e shama ) e. yu. k., tok dáregi Elekt jurgiziwshi kúsh dáregi dep ataladı, bunda E'— sırtqı kúshlerdiń noelektrostatik elektr maydanı kúshlanganligi, D1— kontur elementi. Sırtqı kúshlerdiń noelektrostatik elektr maydanın elektr energiya dáregi payda etedi. Sonday eken, Elekt jurgiziwshi kúsh sırtqı quchlar tásirinde tok shınjırına kiritilgen energiya eken. Mısalı, galvanik element hám akkumulyatorlar, ózgermeytuǵın tok generatorları, yarım ótkezgishli termoelementlar, fotoelementlar hám basqalar elektr dáregi bóle aladı. Elekt jurgiziwshi kúsh voltlarda olshenedi.
1) Elektr jurgiziwshi kúsh - sırtqı kúshler zaryadlardı kóshiriw ushın málim jumıs atqaradı.
Galvanik element elektrodları arasındaǵı potensiallardıń maksimal parqı elektr jurgiziwshi kúsh
dep ataladı. Elektr júrgiziwchu kúsh sonday kúsh esaplanadıki ol 2 noqatda tásir kórsetip,
júzimdi ótiwine odaydı. Elektr tokın payda bolishining eń zárúrli sebebi elekr jurgiziwshi kúsh
esaplanadı. Elektr jurgiziwshi kúsh ólshewi retinde tiyip turǵan deneler potensiallarınıń parqı
alınadı. Eger eki birdey metall plastinkaları ózleriniń birdey quramlı, lekin hár túrli
konsentraciyaları eritpelerine túsirilgende de elektr jurgiziwshi kúsh júzege keledi.
Ózgeriwshen yamasa ózgermeytuǵın tok energiya dáreklerinde sırtqı kúshler tásirin ańlatatuǵın fizikalıq
shama esaplanadı. Ótkizgishten tok ótiwi ushın ol jaǵdayda elektr maydan payda etinadi hám
saqlanadı. Bul ushın tok dáregi járdeminde ótkizgish úshlerinde potensiallar parqı (φ1-φ2)
uzilmasdan turıladı. Bul bolsa tok arqalı aǵıp keliwshi oń zaryadlardı ótkizgishtiń kishi
potensial φ2 li uchidan úzliksiz alıp ketiw hám úlken potensial φ1 li uchiga úzliksiz keltirip turıw
kerekligini kórsetedi. Zaryadlardıń jabıq joldaǵı háreketi payda boladı. Bunda tek
elektrostatik kúshlerdiń ózi jetkilikli bolmaydı, sebebi kúshlerdiń zaryadlardı jabıq kontur
boylap kóshiriwde atqarǵan jumısı nolge teń. Jabıq konturda zaryadlar aǵımın támiyinlew ushın
noelektrostatik kúshler bolıwı kerek. Sırtqı kúshler túrli belgili zaryadlardı birlestirmaydi,
olardıń ajırasıwın júzege keltiredi hám tuwrı sızıq úshlerinde potensiallar parqın birdey saqlap
turadı. Sırtqı kúshlerdiń tásiri Elektr jurgiziwshi kúsh menen ańlatıladı. Sırtqı kúshlerdiń
noelektrostatik elektr maydanın elektr energiya dáregi payda etedi. Sonday eken, elektr jurgiziwshi
kúsh sırtqı kúshler tásirinde tok shınjırına kiritilgen energiya esaplanadı. Elektr jurgiziwshi kúsh
voltlarda olshenedi.
Tokı kúshi, elektr jurgiziwshi kúsh, kernew.
Elektr zaryadlarınıń tártipli háreketi tok dep ataladı. Tok baǵdarı ushın oń
zaryadlardıń háreket baǵdarı qabıl etiledi. Ádetde elektr tokı elektr maydanı tásirinde
payda boladı.
Eki ótkizgishni 1 hám 2 túrli belgili zaryad menen
1
hám 2
potensiallarǵa deyin zaryadlaymız
hám olardı 3 ótkizgish menen ulaymiz. Bunda 3 ótkizgishde tok payda boladı.
Tok kúshi birligi (SI)
Amper
Elektrronlarning 3 ótkizgish boylap háreketi sebepli 1 hám
2 ótkeriwshiler razryadlanadı hám olar arasındaǵı potensiallar ayırması joǵaladı.
Bunıń nátiyjesinde baylanıstıratuǵın ótkizgish ishinde elektr maydanı nolge teń bolıp qaladı hám tok
tuhtaydi.
Ózgermeytuǵın júzimdi turaqlı tutıp turıw ushın arnawlı G qurılma bolıwı jáne onıń ishinde
hámme waqıt túrli belgili zaryadlar ajralıp turıwı, hám de oń zaryadlar 1 ótkizgishge,
teris zaryadlar bolsa 2 ótkizgishge kúshib turıwı zárúr. Bunday qurılma generator yamasa tok
dáregi dep ataladı.
Generatorda zaryadlardı ajıratıwshı kúshler elektr tábiyaatlı kúshler bolmawi kerek, sebebi elektr
kúshler túrli belgili zaryadlardı ajratmaydi, bálki tek birlestiriwi múmkin. Sol sebepli
tok dáreginde zaryadlardı ajratuchi kúshler biygana ajıratıwshı kúshler dep ataladı. Biygana
kúshlerdiń tábiyaatı túrlishe bolıwı múmkin (mısalı - akkumulyator hám galvaniq elementte
bunday kúshler himiyaviy reaksiyalar energiyası esabına payda boladı ).
Tok dáregi ishinde zaryadlardıń ajırasıwı hám kóshiwine, birinshiden, oń qutbdan teris
qutbga yunalgan ishki elektr maydanı hám ekinshiden, tok dáregi ortalıqtıń qarsılıǵı (mısalı
- elektrolitning jabısatuǵınlıǵı ) tuskinlik etedi.
Sol sebepli biygana elektr ajıratıwshı kúshdıń atqarǵan jumısı tómendegishe boladı.
A1
- tok dáregi ishinde elektr maydanı kúshlerine qarsı orınlanǵan jumıs
A A A
1.
A - derek ortalıǵınıń mehaniq qarsılıq kúshlerine qarsı orınlanǵan jumıs
A1 q1 2 q - tashki kúshdıń elektr maydan tásirine qaramastan tok dáregi polyusına
alıp ótken teris hám oń zaryadlardıń arifmetik jıyındısı.
Sonday eken
A q A
1 2
Tashki elektr ajıratıwshı kúshdıń derek ishinde onıń polyusı arasında birlik zaryadtı kóshiriwde
atqarǵan jumısı tok dáreginiń elektr jurgiziwshi kúshi (E. YU. K.) dep ataladı.
A
q
yamasa
1 2
A
q
Eger tok dáreginiń polyusı bóleklengen bolsa
A
0. Bul halda biygana kúsh tok dáregi ishinde
zaryadlardı kóshirmeydi, bálki tek zaryadlardıń turaqlı tapqan ajırasıwın totıb turadı, holos.
Ol halda 1 2
Elektr jurgiziwshi kúsh ajıratılǵan tok dáregi polyusındaǵı potensiallar ayırmasına teń. Tashki
elektr shınjırı menen to'tashtirilgan tok dáregi polyusındaǵı potensiallar ayırması tok dáreginiń
kernewi dep ataladı.
Kernew E. YU. K. den
A
q
shamaka kem boladı.
Sonday etip, elektr jurgiziwshi kúsh berilgen tok dáregi polyusı ochik (ajıratılǵan ) bolǵanda
olardan erisiw múmkin bolǵan maksimal potensial ayırmasına teń.
Tashki elektr shınjırdıń ehtiyoriy bóleginde eki kúndelang kesimi arasında qandayda bir
a b ol
potensiallar parqı ámeldegi boladı, bul fark shınjırdıń sol bólegindegi kernew yamasa kernew
túsiwi dep ataladı.
Gal'vanik elementler hám olarda elektr jurgiziwshi kúshnı payda bolıw procesi.
Katod hám anodda baratuǵın oksidleniw-qaytarılıw processleri. Akkumulyatorlar
1. Galvanik elementler dep, oksidleniw-qaytarılıw reaksiyaları nátiyjesinde ximiyalıq energiyanı elektr energiyasına aylantırıp beretuǵın elektrokimyoviy sistemalarǵa aytıladı.
Gal'vanik elementler basqasha at menen ximiyalıq tok dárekleri de dep aytıladı. Bular qatarına akkumulyatorlar, batareyalar kiredi. Gal'vanik elementlerdiń islew Principin túsiniw ushın mıs-rux elementiniń ónim bolıwı hám islew mexanizmin organamız.
Ximiyalıq reakciyalar nátiyjesinde elektr energiyası payda etetuǵın, yaǵniy ximiyalıq energiyanı elektr energiyaǵa aylantıratuǵın ásbaplar galvanik elementler dep ataladı. Galvanik elementti xar qıylı metallar jupinen payda etiw múmkin. Mısalı Daniel-Yakobi elementinde rux hám mıs elektrodlar tiyislishe ZnSO4 hám CuSO4 duzların 1 molyar eritpesine túsirilgen hám elektrodlar galvanametrler orkali tutastirilgan (tómendegi súwret).
Bunda elektronlar aktiv metalldan (Zn) noaktiv metalǵa (Cu) tárep yunaladi. Eger elektrolit eritpeler uzaro birlestirilmasa, rux sulfat eritpesinde oń zaryadlanǵan Zn2+ ionları, mıs sulfat eritpesinde teris zaryadlanǵan SO42- ionları taplanadı, bul bolsa protsessning dawam etiwine qarsılıq korsatadi. Sol sebepli eki ıdıs daǵı eritpeler elektrolit eritpesi menen toldirilgan naycha yamasa yarım otkazgich tosiq járdeminde tutastırıladı. Bunıń menen Zn2+ kationlari hám SO2-4 anionlarining bir ıdıstan ekinshi ıdısqa diffuziyalanishi taminlanadi hám nátiyjede oksidleniw-qaytarılıw prosessi dawam etedi:
Zn0+Cu2+= Zn2++ Cu0
Bul galvanik elementti tómendegi elektrokimyoviy sxema menen jazıw múmkin :
A (-) Zn2++/ Zn// Cu2++/ Cu (+) K
Anod Katod
Bunnan korinadiki, anodda oksidleniw protsessi, katodda qaytarılıw prosessi baradı.
Galvanik elementtiń elektr jurgiziwshi kúshi (e. yu. k.) ni anıqlaw ushın elektrod potencial ma`nisi úlkeninen ma`nisi kichigi ayırıp taslanadı. Mısalı, normal koncentraciyalardaǵı rux-mıs elementinde :
e. yu. k. =E0 Cu ^ (2+) +/ Cu=+0, 34-(-0, 76 ) = +11 v
Koncentratsion galvanik shınjırdıń e. yu. k.júdá xam kishi bolıp tabıladı. Sol sebepli olar kiyin eriytuǵın duzlardıń (mısalı AgCl) ionlar koncentraciyasın aniklashda isletiledi.
Galvanik elementlerdiń islewi birdey metallardıń basqa metallardı olardıń duzı eritpesinen qısıp shıǵarıwına tiykarlanǵan. Mısalı, rux plastinkası mıs sulfat eritpesine túsirilse, tómendegi reaksiya baradı :
0 +2 0 +2
Zn + Cu = Cu + Zn
Rux qaytarıwshı bolıp tabıladı, sebebi ol elektron beredi. Bul yarım reaksiya tómendegishe ańlatıladı :
0 +2
Zn - 2 e = Zn
Cu2+ mıs kationi oksidleytuǵın bolıp tabıladı, sebebi ol elektron qabıl etip aladı. Bul process tómendegi yarım reaksiya menen ańlatpaladi:
+2 0
Cu + 2 e- = Cu
Bul eki yarım reaksiya ruxning eritpege tiyip turǵan bóleginde barıp, elektronlar rux atomlarınan mıs ionlarına ótedi. Bul yarım reaksiyalardı ayırım ıdıslarda aparıw hám elektronlardı sırtqı shınjır arqalı ótkeriw múmkin. Oksilanish-qaytarılıw reaksiyasın bunday ámelge asırıw nátiyjesinde reaksiya energiyası elektr energiyaǵa aylanadı.
Ximiyalıq reaksiyalar energiyasın tikkeley elektr energiyasına aylandırıw ushın xızmet etetuǵın qurılmalar galvanik elementler yamasa elektr tokınıń ximiyalıq dárekleri dep ataladı.
Galvanik elementlerde payda bolatuǵın kernew elektr jurgiziwshi kúsh (EYUK) dep júritiledi. Oksidleniw-qaytarılıw reaksiyası oksidleniw hám qaytarılıw yarım reaksiyalarınıń jıyındısı bolıp tabıladı. Galvanik elementte yamasa elektrolizda júz bolatuǵın hár bir yarım reaksiya ayırım elektrodlarda baradı. Usınıń sebepinen yarım reaksiyalardı elektrod processleri dep da ataladı.
Elektr jurgiziwshi kúshnı da hár bir yarım reaksiya ushın tuwrı keletuǵın eki shamanı ayırması dep qaraw múmkin. Bul shamalar elektrod potensialları dep ataladı. Elektrod processleriniń potensialları metalldıń tábiyaatı (aktiv hám aktivmasligi) ga, eritpe degi ionlardıń konsentraciyasına hám de sistemanıń temperaturasına baylanıslılıǵı anıqlandi. Bul baylanısıw Nernst teńlemesi menen ańlatıladı ;
Bul teńliktegi Ye - áyne elektrod potensialı ; Yeo - áyne elektroddıń standart (normal ) potensialı ; R - universal gaz turaqlısı ; T - absolyut temperatura ; n - reaksiyada qatnasıw etiwshi elektronlar sanı ; F - Faradey sanı (96500 Kl/mol), C - metall ionlarınıń konsentraciyası (mol/l).
Elektrod processinde qatnasıw etiwshi elementlardıń konsentraciyası (anıq aytqanda aktivligi) 1 mol/l ga teń bolǵandaǵı elektrod potensialı standart (normal ) elektrod potensialı dep ataladı.
1-súwret. Metall hám eritpe sirt shegarasında qas elektr qabat ónim bolish sxeması.
2-súwret. Mıs-rux galvanik elementi.
Akkumlyatorlar. Kerek bolǵanda elektr energiyasına aylantuǵın ximiyalıq energiyanı taplaw maqsetinde isletiletuǵın ásbaplar akkumulyatorlar dep ataladı. Hár qanday teris element akkumulyator wazıypasın atqaradı. Elektroliz járdeminde elektr energiyası ximiyalıq energiyaǵa aylantırılǵannan keyin ásbaptan galvanik element retinden paydalanılsa sol energiya kaytadan elektr energiyasına aylandırıw múmkin. Tómendegishe dúzilgen akkumulyatorlar kop qollanıladı : Qorgoshinli yamasa kislotalı hám sıltılı ( temir, kadmiy- nikelli, gúmis ruxli) akkumulyatorlar.
Qorgoshinli akkumulyatorlar. Qorgoshin (II) oksid PbO pastasi to1 dirilgan pánjere forma daǵı qorgoshin plastinkalardan dúziledi. Platsinkalar sulfat kislotanıń tıǵızlıǵı 1, 18 - 1, 22 g /sm3 bolǵan 25-30 % li eritpesine batırılǵan baladı. PbO oksidiniń sulfat kislota menen ozaro tásiri nátiyjesinde plastinka sırtına qıyın eriwsheń PbSO4 qatlamı ónim baladı.
PbO + H2 SO4= PbSO4+H2 O
Akkumulyatorda ximiyalıq energiyanı taplaw ushın onı zaryadlaw kerek yaǵnıy turaqlı tok deregine teris hám oń polyusqa jalǵaw kerek. Elektroliz nátiyjesinde elektr energiyası ximiyalıq energiyaǵa aylanadı. Elektrodta tómendegi protsess júz baladı.
Katod Pb SO4+ 2 e= Pbo+SO4-
+ Anod PbSO4 -2 e+2 H2 O= PbO2+4 H++SO411
Anodda hám katodda baratırǵan reakciya teńlemelerin qasıb ulıwma teńalamalarni payda etemiz.
PbSO4+2 H2 O= Pbo+ PbO2+4 H++2 SO42-
Akkumulyatorni zaryadlaw nátiyjesinde bir elektrodta metall hám de qorgoshin ekinshi elektrodta bolsa oksidleytuǵın xosaga iye bolǵan PbO2 ónim baladı. Sonday eken, oksidleniw hám qaytarılıw protsessi baradı. Elektrodlar arasında potenciallar ayırması ónim baladı yamasa galvanik elemnt ónim baladı. Qorgoshin akkumulyatorni zaryadlagandan keyingi jaǵdayı yamasa galvanik element ónim baladı.
-
Zaryadlanǵan hám zaryadlanbaǵan qorgoshinli akkumulyatorning sxeması.
Ol jaǵdayda qorgoshin teris elektrod, qorgoshin (1 v) oksid oń elektrod wazıypasın otaydi.
(-) Pb [H2 SO4] PbO2 (+)
Zaryadlanǵan akkumulyator elektrodlardı utkazgich orkali tutastırılsa yaǵnıy ximiyalıq energiya elektr energiyasına aylanadı.
Teris elektrod - Pbo-2 e+SO42-= Pb++SO4
Oń elektrod - PbO2+4+2 e+4 H++SO42-= Pb+2 SO4+2 H2 O
Ulıwma bolsa - Pbo+ PbO2+4 H+2 SO42-=2 PbSO4+2 H2 O
Sonday eken sonday jazıw múmkin.
Zaryadlanıw
2 PbSO4 +2 H 2 O⇄Pbo+ PbO2+4 H++2 SO42-
Zaryadsızlanish
Galvanik elementlar termodinamikası
Ximiyalıq reakciya energiyasın elektr energiyaǵa aylantırıp beretuǵın ásbap galvanik element dep ataladı. Bul ásbap elektrolit eritpelerine túsirilgen eki elektroddan ibarat boladı. Bul eritpeler gewek tosıq (membrana ) járdeminde yamasa elektrolitik kópir járdeminde jalǵanadı. Elektrolitik kópir retinde yamasa dıń to'yingan eritpesi isletiledi.
Elektrodlardı metall ótkizgish arqalı ulasak ularning birinde oksidleniw, ekinshisinde qaytarılıw reakciyaları baradı.
Ajıratılǵan galvanik elementte teń salmaqlılıq jaǵday bolmaydı, lekin sonday jaǵday uzaq múddetkeshe saqlanıp turıwı múmkin. Elektrodlar metall ótkizgish járdeminde jalǵanǵan ondayoq (1 b-su'wret) bunday tormozlanǵan jaǵday joǵaladı. Tasdı shınjırda (yaǵnıy metall ótkizgishde) elektronlardıń háreketi hám ishki shınjırda (elektrolit eritpesinde) ionlardıń háreketi baqlanadı hám bunday hara-katlar menen bir waqtıniń ózinde elektrodlarning birida oksidlansa, ekinshisinde qaytarılıw reakciyaları baradı. Bul reakciyalar termodinamik kózqarastan qaytmas boladı hám teń salmaqlılıq jaǵday payda bolıwı menen toqtaydı.
Ajıratılǵan (a) hám jalǵanǵan (b) galvanik elementler: M1 hám M2 -metall elektrodlar ; S1 hám S2 - hám ionlar quramında bolǵan eritpeler. Elektrodlarǵa jalǵanǵan sırtqı metall ótkeriwshiler birdey metalldan etilgen bolsa, galvanik element tuwrı ajıratılǵan (1 a-su'wret) dep ataladı. Tashki metall ótkeriwshiler hár túrlı metalldan ibarat bolsa, galvanik element nadurıs ajıratılǵan dep ataladı. Shep tárep degi elektrodta (1 b-su'wret) oksidlanish reaktsiyasi, hám oń tárep degi elektrodta qaytarılıw reakciyası baradı. Sırtqı shınjırda elektronlar hám ishki shınjırda kationlar M1 den M2 ge qaray háreket qilad i (b). Punktir vertikal sızıqlar menen membrana yamasa elektrolitik kópir kórsetilgen.
Elektrodlardı ulab turǵan ótkizgishtiń qarsılıǵı qanshellilik úlken bolsa, reakciya shuncha aste menen baradı, yaǵniy reakciya qaytar boladı. Sol sebepli elektrodlardı sheksiz qarsılıqqa iye bolǵan ótkizgish bilan uladik dep shama menen oylasak, reakciya sheksiz aste baradı hám hár bir minutada elektrodlar menen eritpeler ortasında teń salmaqlılıq bar desek boladı. Bunday reakciyalar kvazi-qaytar (qaytarǵa uqsas, jaqın ) reakciyalar bolıp tabıladı. Termodinamik tárepten qaytar bolǵan processlerde maksimal elektr jumısı atqarıladı. Bunday sharayatlarda o'lchangan eki elektrod arasındaǵı potenciallar parqı galvanik alementning elektr jurgiziwshi kúshi (Elektrosintezyu. k.) dep ataladı.
Soǵan itibar berish kerek, eki óz-ózinshe mu-vozanat jaǵdayı daǵı elektrodlar galvanik elementni payda etedi, yaǵnıy teń salmaqlılıqta bolmaǵan sistema payda boladı. Óytkeni metallardaǵı zlektronlarning tıǵızlıǵı túrlishe bolıwı -bolıp tabıladı, sol sebepli elektronlar sırtqı shınjır arqalı bir metall -den ekinshisine ótiwge ıntıladı. Eger bul ótiw júz bolsa, bir waqtıniń ózinde ishki shınjırda ionlardıń tasılıwı kuzati-ladi (1-suwretke qarang), bul tasıw áyne temperaturada mem-brana menen ajıratılǵan eki eritpe degi elektrolit konsen-tratsiyalarining (aktivliklarining) birden-bir munasábeti o'rna-tilmaguncha dawam etedi. Bul teń salmaqlılıq pútkil sistemanıń termodinamik teń salmaqlılıqın kórsetedi.
Galvanik element degi termodinamik teń salmaqlılıq kán-stantasini hám teńlemelerden paydalanıp tabıladı. Aqırǵı teńleme degi standart Elektrosintezyu. k. (galvanik element degi hámme ionlardıń ortasha aktivliklari birge teń bolǵandaǵı ).
Joqarıda aytıp ótkenimizdek, termodinamik tárepten qaytar
bolǵan processlerde (kvaziqaytar reaksiyalarda ) maksimal elektr
jumısı atqarıladı. Bunday sharayatta oichangan eki elektrod arasındaǵı
potensiallar parqı maksimal mániske iye boladı hám ol galvanik elementtiń (EYuK) dep ataladı. Galvanik elementtiń atqarǵan elektr
jumısı EYuK ni tashib ótilgen zaryad muǵdarı kóbeymesine teń:
A = zFE
(IX. 69 )
Eger reaksiya waqtında z buyım bir zaryadlı ionlardıń qaytarılıwı
yamasa oksidleniwi júz bolsa, ol jaǵdayda Faradey nızamı boyınsha zF
Kulon zaryadı tashib ótiledi (F=96493 Kl). Faradey sanı 1 g-ekv
muǵdardaǵı elementtı elektrodta ajıratıp alıw ushın talap etilgen
elektr zaryadı.
Izobarik-izotermik qaytar processda elektr jumısı Gibbs energiyasınıń azayıwı esabına atqarıladı
A = -A G hám AG = -zF E
(IX. 70)
Gibbs-Gelmgols teńlemesindegi AG = Atl + T
Gibbs
dT
energiyasınıń ornına (IX. 70) teńleme degi bahanı qo ysak hám
Kelip shıǵadı. dE/dT tuwındı EYnK dıń temperatura koefficiyenti dep ataladı. Galvanik elementtiń tábiyaatına qaray dE/dT oń yamasa teris
bahanı qabıllawı múmkin. (IX. 72) teńleme galvanik elementte
baratırǵan reaksiyanıń ıssılıq effektin esaplawǵa járdem beredi.
IX. 11. 5. Galvanik elementtiń teń salmaqlılıq konstantasi
Elektrod teń salmaqlılıq eritpe degi ionlardıń hár qanday konsentraciyasında (aktivliginde) payda bolıwı múmkin jáne bul teń salmaqlılıq
opining potensialına iye boiadi. Eki óz-o4 zicha teń salmaqlılıq
jaǵdayı daǵı elektrodlardan galvanik element payda etinadi, yaǵnıy
teń salmaqlılıqta boim agan sistema payda boladı. Óytkeni
metallardaǵı elektronlardıń tıǵızlıǵı túrlishe boiishi bolıp tabıladı. Sonıń
ushın elektronlar sırtqı shınjır arqalı bir metalldan ekinshisine
oiishga ıntıladı, ishki shınjırda bolsa ionlardıń tasılıwı baqlanadı. Process sistemada teń salmaqlılıq qarar tapǵanǵa shekem dawam etedi. Galvanik element degi termodinamik teń salmaqlılıq konstantasini
AG° =-RT\nKa hám AG° = -zF E °tenglamalardan paydalanıp tabıladı, bul jerde: £°-standart EYuK (hámme ionlardıń ortasha aktivligi
1 ge teń boiganda):
Ín Ka =zFE°/RT
hám
\g Ka = zFE°/2, 3 RT
(1 X. 73)
Yakobi-Daniel elementiniń EYuK 1 D v ga teń. (1 X. 73) teńlemege qaray esaplanǵan teń salmaqlılıq konstantasi K a = 2 1037 ge teń.
Teń salmaqlılıq konstantasining bunday úlken bahanı qabıllawı process
ximiyalıq qaytmas ekenligin kórsetedi: process misning tap ia qaytarılishigacha dawam etedi; mıs duzı eritpesine rux metalın túsirsak,
eritpe degi barlıq mıs ionları óz-ózinen metall jaǵdayında ajralıp shıǵadı.
E. ning rivojlanishi elektrotexnika, radiotexnika, mikroelektronika hám kompyuter texnikası jetiskenlikleri menen tıǵız baylanıslı bolıp, bul tarmaqlar tiykarında elektrokimyoviy sistemalardı úyreniwdiń kóplegen usılları islep shıǵıldı. E. zamanagóy ásbapsozlikda da zárúrli áhmiyetke iye. E. dıń ámeliy bólimlerinen biri — xemotronika — elektron yacheykalarni elektron sxemalarda qóllaw máseleleri menen shuǵıllanadı.
E. usıllari faollik koefficiyentlerin, ximiyalıq reaksiyalardıń issikdik effektlerin anıqlawda, túrli sistemalar daǵı teń salmaqlılıq konstantlarini tabıwda, analitik ximiyada keń qollanıladı. E. kolloid ximiya menen de tıǵız baylanıslı. E. hám biologiya shegarasında jańa ilimiy tarawdıń — bioelektrokimyo payda boldı ; fotoelektrokimyo da bólek jónelis retinde ajratıladı.
Ózbekstanda E. dıń rawajlanıwına A. M. Murtazayev, A. G. Siganov hám basqalar úlken úles qosdılar. " Elektrokimyosanoat", Uzbekiston ıssıbardosh materiallar kombinatı, Almalıq konmetallurgiya kombinatı, Tashkent aviatsiya zavodı, Tashkent awıl xojalıǵı mashinaları zavodı, " Foton" hám basqalar kóplegen kárxanalarda E.processlerin qollap ónimler islep shiǵarıladı.
2. 3 Galvannik elementler haqqında
GALvANIK ELEMENTLAR — elektr tokı dárekleriniń ulıwma atı ; elektrolit hám oǵan batırılǵan eki hár qıylı metall plastinka (elektrod ) lyan ibarat. Bunday elementlerdiń jaratılıwına italyan alımı, fiziolog L. Galvani jonivorlar ústinde ótkergen tájiriybeler tiykarǵı dúmpish boldı (atı sonnan ). Galvanik elementlerde ximiyalıq reaksiya nátiyjesinde payda bolǵan energiya tikkeley elektr energiyasına aylanadı. A. Volta jaratqan Volta ústini birinshi Galvanik elementler bolǵan. 19 -a. ortalarına shekem Galvanik elementler birden-bir elektr tokı dáregi esaplanǵan. Elektrodlardan biri (ońı ) anod, ekinshisi (terissi) katod dep ataladı. Reaksiya nátiyjesinde elektrodlarda potensiallar parqı payda boladı. Bul elektrodlardı tutastirib turatuǵın simda elektr tokı payda boladı. Eń kóp tarqalgan
Galvanik elementlerde oń elektrod ornında kómir tayaqsha, teris elektrod ornıda rux tayaqsha, elektrod ornında bolsa novshadil eritpesi isletiledi. Suyıq elektrolit ornında gewek pastalar qollanilsa, «quruq» element (Leklanshe elementi) payda boladı. Galvanik elementlerde reagentlar sarplanıp (zaryadsızlanib) bolǵanınan keyin ol jumısqa jaramsız halǵa keledi, yaǵnıy olardı qayta zaryadlap bolmaydı. Galvanik elementler oylap tabıw etiliwi menen tok qásiyetlerin úyreniw hám odan paydalanıw múmkinshiligi júzege keldi, elektrotexnikaning pán retinde qáliplesiwine tiykar solindi.
2. 4 Ximiyalıq termodinamika
Ximiyalıq termodinamika ulıwma termodinamikanıń nızam hám túsinikleri ximiyalıq processlerge nátiyjeni ámelde qollanıw etedi. Ximiyalıq termodinamikanıń nizamlıqların keltirip shıǵarıw ushın sistemanıń baslanǵısh hám aqırǵı jaǵdayın, sonıń menen birge process baratırǵan shárt - sharayatlardı (temperatura, basım hám x. k.) biliw kerek.
Ximiyalıq termodinamikanı kemshiligi - elementtıń ishki dúzilisi hám baratırǵan process mexanizmi haqqında hesh qanday juwmaq etińmeydi. Termodinamika úsh bólimden, anıqrog'i úsh nızam hám olardıń nátiyjeni ámelde qollanıwınan ibarat. Bul nızamlar posto'lat xarakterine iye.
Yaǵnıy bul nızamlardı tuwrıdan-tuwrı tastıyıqlap, keltirip shıǵarıp bolmaydı, lekin adamzattıń mıń jıllıq ómiriy tájiriybeleri olardıń tuwrılıǵın tastıyıqlap turıptı. Sol sebepli goxida bul nızamlardı 1, 2, 3-posto'latlar dep da ataydılar. Basqa tárepden bul nızamlardı bir- birinen keltirip shıǵarıp bolmawi hám olardan sol bólim ushınǵana nizamlıqlar shıǵarılǵanı ushın olardı geyde baslanmalar da dep ataydılar. Yaǵnıy birinshi baslanma, ekinshi baslanma hám x. k.
Ximiyalıq termodinamikada ulıwma termodinamika daǵı túsinik, terminler isletiledi. Bulardan eń tiykarǵısı, kóp qollanılatuǵını sistema bolıp tabıladı.
Sistema dep, real yamasa shártli túrde sırtqı ortalıqtan ajıratılǵan hám bir- biri menen turaqlı tásirde bolıp turǵan elementlar (dene) yamasa elementlar toparına aytıladı.
Soǵan itibar beriw kerek, eki óz-ózinshe mu-vozanat jaǵdayı daǵı elektrodlar galvanik elementti payda etedi, yaǵnıy teń salmaqlılıqta bolmaǵan sistema payda boladı. Óytkeni metallardaǵı zlektronlarning tıǵızlıǵı túrlishe bolıwı -bolıp tabıladı, sol sebepli elektronlar sırtqı shınjır arqalı bir metall -den ekinshisine ótiwge ıntıladı. Eger bul ótiw júz bolsa, bir waqtıniń ózinde ishki shınjırda ionlardıń tasılıwı kuzati-ladi (1-suwretke qarang), bul tasıw áyne temperaturada mem-brana menen ajıratılǵan eki eritpe degi elektrolit konsen-tratsiyalarining (aktivliklarining) birden-bir munasábeti o'rna-tilmaguncha dawam etedi. Bul teń salmaqlılıq pútkil sistemanıń termodinamik teń salmaqlılıqın kórsetedi.
Galvanik element degi termodinamik teń salmaqlılıq kán-stantasini hám teńlemelerden paydalanıp tabıladı. Aqırǵı teńleme degi standart e. yu. k. (galvanik element degi hámme ionlardıń ortasha aktivliklari birge teń bolǵandaǵı ).
Tájiriybeler bòlimi:
Oksidleniw-qaytarılıw reaksiyaları. Galvanik elementler hám metallardıń korroziyasi.
Jumıstıń bajarilishi
1. Kerekli úskeneler:Probirkalar, elektroplitka (gaz garelkasi da bolıwı múmkin), azbestlangan tar.
2. Kerekli reaktivler:Sulfat kislota H2 SO4 eritmasi, rux balakchasi, mis sulfat eritpesi, maydanı zangdan tazalanǵan temir plastinka, koncentrlanǵan sulfat kislota H2 SO4, mis sım, FeCl3 eritmasi, kaliy yodid KJ eritpesi, kraxmal kleysteri, vodorod qıshqılanıw H2 O2 eritmasi, yad J2 kristali, natriy siltii - NaOH eritpesi, ammoniy bixromat- (NH4) 2 Cr2 O7 kristalli.
1-Tájiriybe:Ruxning sulfat kislota menen ozaro tasiri.
Probirkaǵa 3-4 ml sulfat kislota H2 SO4 eritmasidan quyıp, oǵan rux balakchasidan taslang. vodorod ajralıp shıǵıwın kuzating, reaksiya teńlemesin jazıń. Elektron teńlemesi tiykarında oksidleytuǵın hám qaytaruvchini korsating.
2-Tájiriybe: Misni birikpesi quramınan temir yordamida qısıp shıǵarıw.
Probirkaǵa 3-4 ml mıs sulfat eritpesinen quying. Oǵan maydanı zangdan tazalanǵan temir plastinkası túsiriń. Temir plastinkanı joqarı bólegi suyıqlıqqa botmasin. 2-3 minuttan song plastinkanı eritpeden alın. Suw menen yuving hám plastinkanı ústinde erkin halda mıs ajralıp shıqqanlıǵın kuzating. Reaksiyanıń ulıwma hám elektron teńlemesin dúziń. Oksidlovchini hám qaytaruvchini korsating.
3-Tájiriybe: Misning koncentrlanǵan sulfat kislota menen ozaro tasiri.
(Tájiriybe morili shkafda atqarıladı.)
Probirkaǵa 1-2 ml koncentrlanǵan sulfat kislota H2 SO4 quying. Oǵan bir balak mıs Cu simidan túsiriń. Qangir tusli gaz ajırasıwına itıbar beriń. Reaksiyanıń ulıwma hám elektron teńlemesin dúziń. Oksidleytuǵın hám qaytaruvchini korsating.
Temaģa baylanisli esaplar:
2- misol. Quyidagi galvanik sistemani EYUK hisoblansin:
Ag AgN 03 Cd{N0f) 2
0,ln
0,5m
Eritmalarda Cd(W03)2 ni a=48%, AgN 03 niki esa«-81%ga
teng,harorat 298K.
Berilgan:
|
