O`zbekiston respublikasi oliy va o`rta maxsus ta`lim vazirligi namangan davlat

Kimyoviy energayani elektr energiyaga aylaytiradigan qurilmalar faqat galvanik elementlar o`rinishidagina bo`lib qolmasdan, EYUK ni ishlab chiqarish davomida kimyoviy moddalar sarf qilib ishlaydigan va ish davomida bir necha marta qayta tiklanadigan (tashqi elektr tok manbai yordamida) va o`z ish faoliyatini bir necha yuzlar marta tiklash mumkin bo`lgan qurilmalar — akkumulyatorlarning ahamiyati katta.

Elektr tоki berilganda elektr energiyani kimyoviy energiyaga o’tkazib va aks jarayonda kimyoviy energiyani elektr energiyaga aylantiradigan asbоb — akkumulya-tоr deb ataladi. Qo’rg’оshin akkumulyatоr — sirtida kataklari bоr ikkita qo’rg’оshin plastinkadan ibоrat. Uning bu kataklari suvga qоrilgan PbO bo’tqasi bilan to’ldiriladi. Ikkala plastinka ham shisha yoki guttapercha idishdagi suyultyrilgan sulfat kislоta (zichligi 1,2 gr sm^-3) eritmasiga tushiriladi.

Nazariy va amaliy ahamiyati jihatidan juda muhim bo`lgan elektr energiya manbai yoqilg`i bo`lgan elementlarda elektr toki oksidlovchi va qaytaruvchilar orasidagi ta`sirlashuvga asoslangan. Bunday elementlar past temperaturada (25-100°C), o`rtacha temperaturada (100— 500°C), yuqori (500—1000°C) va juda yuqori temperatuda (1000°C dan yuqorida) ishlaydigan turlari ma`lum.

Metallar korroziyasi ham oksidlanish-qaytarilish jarayonidir. Tabiatda ko`p kuzatiladigan temir buyumlarning korroziyasi odatda havo kislorodi yoki kimyoviy jihatdan temir bilan oson reaksiyaga kirishadigan (ya`ni aktiv metallmaslar, kislotalar va boshqalar) moddalar va havo nami ishtirokida yuzaga keladi.

Qizdirib suyuqlantirilgan elektrolit yoki uning suvdagi eritmasi orqali elektr toki o`tganda sodir bo`ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni elektroliz deb ataladi.

Ma`lumki, har qanday elektrolit eritmasi kation va anionlardan tashkil topgan bo`ladi. Kation va anionlar eritmada tartibsiz harakatda bo`ladi. Agar ana shunday eritmaga musbat va manfiy elektrodlar (anod va katod) tushirilsa eritmadagi ionlar harakati ma`lum tartibga kiradi: anionlar anodga, kationlar katodga tomon harakat qiladi.

Kimyoviy energayani elektr energiyaga aylaytiradigan qurilmalar faqat galvanik elementlar o`rinishidagina bo`lib qolmasdan, EYUK ni ishlab chiqarish davomida kimyoviy moddalar sarf qilib ishlaydigan va ish davomida bir necha marta qayta tiklanadigan (tashqi elektr tok manbai yordamida) va o`z ish faoliyatini bir necha yuzlar marta tiklash mumkin bo`lgan qurilmalar — akkumulyatorlarning ahamiyati katga. Akkumulyatorlarning ba`zi turlariga qisqacha tavsif berib o`tamiz:

1. Qo`rg`oshin akkumulyatorlarining tok hosil qiluvchi kimyoviy reaktsiya sxemasi:

PbO₂ Pb 2H₂SO₄ →SO₂ 2PbSO₄ 2H₂O

2. Ishqoriy nikel –kadmiy (NK) va nikel-temir (NT) akkumlyatorda elektr tokni hosil qilish tenglamasi

2NiO(OH) M 2H₂O Ni(OH)₂ M(OH)₂

Bu sxemada M=Co yoki Fe. Elektrolit sifatida KOH eritmasi (oz miqdorda LiOH qo`shilganda NiO(OH) elektrodning ishlash qobiliyati yaxshilanadi) ishlatiladi. NK akkumulyatorida kuchlanish 1,30—1,34 V bo`lsa, NT akkumulyatorida esa 1,37—1,41 V ga teng bo`ladi, energiya unumi 20— 35 soat-kg <sup>1</sup>, Bunday akkumulyatorlar 1—2 ming marta tiklanishi mumkin. NK akkumulyatorlar arzonroq bo`ladi, NT turdagilarda temir elektrod ishqoriy muhitda tez korroziyalanadi va uning ish unumi tez kamayadi.

Ag₂O – Zn ZnO 2Ag

Kuchlanish 1,60—1,85 V, tiklanish imkoniyati 100—200 martaga etadi.

4. Kumush o`rniga nikel` ishlatilganda nikel-rux akkumulyatorlaring tok hosil qilish reaksiya tenglamasi:

2NiO(OH) Zn H₂O₅ 2Ni(OH)₂ ZnO
uning kuchlanishi 1,74—1,78 V., energiya unumi 60 Vt-soat-kg 1, tiklanish imkoniyati 300 martaga etadi. Bunday akkumulyatorlar elektromobillarda ishlatilishi qulay bo`lar edi, lekin tiklash imkoniyati kamligi noqulay.
5. Suvsiz sharoitda ishlaydigan oltingugurt-natriyli
akkumulyatorlar, elektrodlar sifatida natriy alyuminatidan foydalaniladi, ular 300—350°C da ishlaydi, tok hosil qilish tenglamasi

3S 2Na Na₂S₃

kuchlanishi 2,08 V ularning keng tarqalishiga mustahkam elektrodlar yasash qiyinligi halaqit beradi.

PbO H₂SO₄ → PbSO₄ H₂О

reaktsiyasi sоdir bo’ladida, plastinkalar sirtida qiyin eruvchan PbSO₄ qavati hоsil bo’ladi.

Endi, elektrоdlar va eritma оrqali dоimiy tоk o’tkazilsa, manfiy elektrоdda g’оvak qo’rg’оshin cho’kadi:

PbSO₄ e → Pb SO₄^2-

Musbat elektrоdda qo’rg’оshin (IV) оksid hоsil bo’ladi:

PbSO₄ 2e 2H₂О → PbO₂ 4H SO₄^2-

Akkumulyatоr yetarli darajada zaryadlanib bo’lganda uning manfiy plastinkasi g’оvak qo’rg’оshin qavati bilan, musbat plastinkasi esa PbO₂ qavati bilan qоplanadi. Bu jarayon natijasida sulfat kislоta eritmasining kоntsentratsiyasi оrtadi. Akkumulyatоr zanjirga ulansa, uning o’zi tоk manbai bo’lib qоladi, endi akkumulyatоrda razryadlanish jarayoni ketadi, bu jarayonning yo’nalishi zaryadlanish jarayonining yo’nalishiga qarama-qarshi bo’ladi. Endi katоdda ham, anоdda ham qo’rg’оshin ikki valentli hоlatga o’tadi.

Katоdda:

Pb SO₄^-2 2e → PbSO₄ reaktsiyasi, anоdda:

PbO₂ 4H SO₄^-2 2e → PbSO₄ 2H₂О

reaksiyasi ketadi.

Bu jarayon vaqtida sulfat kislоta eritmasining kоntsentratsiyasi pasayadi.

Qo`rg’оshin akkumulyatоrda sоdir bo’ladigan zaryadlanish va razyadlanish jarayonlarini quyidagi umumiy tenglama bilan yozish mumkin:

2PbSO₄ 2H₂OPb PbO₂ 2H₂SO₄

Yangi zaryadlangan qo’rg’оshin akkumulyatоrning elektr yuritish kuchi 2,2 V ga teng, ishlatib bo’lganda uning elektr yuritish kuchi 1,85 vоltdan kam bo’lmasligi kerak. Demak, akkumulyatоr zaryadlanish vaqtida ikki valentli qo’rg’оshin-ning bir atоmi оksidlanish darajasi nоlga, ikkinchisi esa 4 hоlga o’tadi. Razryadlanish vaqtida esa nоl hоlat-dan qo’rg’оshin оksidlanib 2 hоlatga, 4 hоlatdagi qo’rg’оshin esa qaytarilib 2 hоlatga o’tadi.

H_2(gr) 2H 2e

0,5O_2(gr) 2H 2e = H₂O_(c)

H_2(gr) 0,5O₂ = H₂O_(c)

Tiklanadigan homashyo manbai hisobiga ishlaydigan qurilmalar – elektrokimyoviy generatorlar quyidagi soddalashtirilgan tuzilishga ega bo`ladi.(3) rasm. Ularda manfiy electron elektrod sifatida oddiy tabiiy gaz, vodorod, uglerod(II) oksid, generator va is gazlari qaytaruvchi xossaga ega bo`lgan organic moddalar, katodning aktiv qismi sifatida toza yoki havo kislorodi (oksidlovchi) xizmat qiladi.

Xalq xo`jaligi uchun katta ahamiyatga ega bo`lgan shunday jarayonlarni o`rganishda va ularnin egallashda elektrokatalizning muvaffaqiyati, kelajakda neft mahsulotlarining yoqish hisobig ishlaydigan uskunlarning ko`pgina noqulayliklari (foydali ish koeffitsiyentining past bo`lishi va atrof muhitning ifloslantirishi) yoqilg`i elementlarida oson bartaraf etilishiga olib kelishi kuzatiladi.
METALLAR KORROZIYASI

Metallar korroziyasi ham oksidlanish-qaytarilish jarayonidir. Tabiatda ko`p kuzatiladigan temir buyumlarning korroziyasi odatda havo kislorodi yoki kimyoviy jihatdan temir bilan oson reaksiyaga kirishadigan (ya`ni aktiv metallmaslar, kislotalar va boshqalar) moddalar va havo nami ishtirokida yuzaga keladi:

jarayoni Fe(q) → Fe² 2e, E°=-0,44 B

jarayoni 0,5O_2(gr) 2H₂O = 2HO^-, E°=0,80 B

4Fe(OH)₂ 2H₂O O₂ → 4Fe(OH)₃

hosi qiladi, u esa degidratlanadi:

Fe(OH)₃ → FeO(OH)₂ H₂O

katod

Korroziyadan saqlash choralaridan biri metall yuzasiga suv va kislorodga chidamli moyli bo`yoqlar surkash ahamiyatli, lekin ular ham uzoq vaqt davomida o`z xususiyatlarini sakdab qola olmaydilar.

Ahamiyati katta bo`lgan boshqa choralar elektrokimyoviy qonuniyatlarga asoslangan. Metall buyumlar yuzasini oksid pardalari mustahkam bo`lgan metall bilan qoplash keng tarqalgan. Temir yuza qatlami rux qatlami bilan qoplangan buyumlarning korroziyaga chidamligi yaxshi, chunki ruxning standart potentsiali bilan temirnikini taqqoslasak:
Fe² 2e→ Fe E°=—0,44 V (katod)

Zn² 2e→Zn E°=-0,76 V (anod)

Temir buyumlarni ruxdan tashqari passivroq bo`lgan metallar, asosan, qalay bilan qoplash ham korroziyadan saqlashga yordam beradi.

Bu holda: Sn ² → Sn E°=—0,14 V bo`lishi bunday elektrokimyoviy korroziyada qoplama o`zi qatnashmaydi, lekin u katod vazifasini bajarishi temirni oksidlanishdan saqlay olmaydi, faqat mexanik jihatdan oksidlovchi va suv bilan temirni kontaktda bo`lishidan saqlaydi. Lekin, qoplama shikastlansa va temir yuzasining juda ham kichik sathi ochilib qolsa, u kislorod va suv bilan kontaktda bo`lsa, endi korroziyaga faqat temir uchraydi, qoplama qalay qavati saqlanib turadi, jarayon temir tugaguncha davom etishi shubhasiz. Bunday qoplama ostidagi temirning korroziyasi elektrokimyoviy jarayon bo`lgani sababli toza, qoplanmagan temirning oddiy kimyoviy korroziyasidan farq qiladi va eng muhimi shundaki, bunday temirning korroziyasi qoplanmagan temirnikiga nisbatan tezroq sodir bo`ladi.

Yer ostida o`rnatilgan temirdan yasalgan qurilmalar (gaz, suv, neft quvurlari va boshqalar) tuproq tarkibidagi agressiv hodisalar (tuproq korroziyasi) yoki daydi doimiy tok ta`sirida ham (elektrokorroziya) yuzaga keladi. Bunday tokning paydo bo`lishiga doimiy tok manbai hisobiga ishlaydigan transport (tramvay, met-ro, temir yo`l) vositalari sababchi bo`ladi;

Korroziyaga qarshi kurash choralari bir necha xil bo`ladi:

a) metallning yuza qatlamini boshqa metall atomlari bilan boyitish;

b) yuqorida aytilgani kabi metall qoplamalar yasash;

v) elektrokimyoviy himoyani amalga oshirish;

g) metallmaslar (bo`yoq, lak, polimerlar) qoplamasini amalga oshirish;

d) korroziyaga olib keluvchi muhitni o`zgartirish (korroziyani susaytiradigan yoki batamom to`xtadigan ingibitorlar — aldegidlar, geterotsiklik birikmalar, ba`zi aminlarni qo`shish) kabi choralari ko`rinadi;

e) korroziyadan saqlash uchun ba`zan protektor himoyani amalga oshirish qulay bo`ladi. Masalan, dengiz kemalarining eng muhim qismlari (masalan, dvigatel vinti) suv ostida elektrolit xususiyatiga ega bo`lgan
guzlar korroziyani osonlashtiradi. Bunday turdagi korroziyadan saqlash uchun temirdan aktiv bo`lgan metall (masalan, magniy qotishmalari, rux bo`lakchalari) bilan suv orqali galvanik juft hosil qilinadi, bunda temir katod vazifasini bajaradi, korroziyada anod yemiriladi.

Ma`lumki, har qanday elektrolit eritmasi kation va anionlardan tashkil topgan bo`ladi. Kation va anionlar eritmada tartibsiz harakatda bo`ladi. Agar ana shunday eritmaga musbat va manfiy elektrodlar (anod va katod) tushirilsa eritmadagi ionlar harakati ma`lum tartibga kiradi: anionlar anodga, kationlar katodga tomon harakat qiladi. Kationlar katodga borib, undan elektron oladi, anionlar esa aksincha ortiqcha elektronlarni anodga beradi; katodda qaytarilish, anodda oksidlanish jarayo-ni sodir bo`ladi. Natijada, elektroliz mahsulotlari erkin hodtsa ajralib chiqadi yoki o`zaro (yoki erituvchi bilan) kimyoviy reaktsiyaga kirishadi;

chunki bu metallarning standart elektrod potentsiallari bilan vodorodning potentsiali orasida katta farq bor. Vodorod ajralib chiqqan sari eritmadaga suvning yangi molekulalari dissotsilanaveradi, buning natijasida katod yaqinida gidroksid ionlari tuplanib, eritma ishqoriy reaksiyaga ega bo`ladi. Shu sababli osh tuzi eritmasi elektroliz tushganda katod yaqinida NaOH hosil bo`ladi. Natriyga nisbatan inert bo`lgan elektrodlarda (masalan, platinada) avval natriyning zaryadsizlanishi mumkin emas. Lekin katod natriyga nisbatan indifferent bo`lmasa, katodda natriy ajralib chiqa oladi; masalan, osh tuzi eritmasini elektroliz qilishda katod sifatida simob elektrod ishlatilsa, katodda natriy amalgamasi hosil bo`ladi.

Metallarning kuchlanishlar qatorida rux bilan vodorod orasidagi metallar birikmalarining elektrolizi juda ajoyib boradi. Masalan, rux xlorid eritmasi elektroliz qilinganda, nazariy jihatdan olganda, rux-ajralib chiqmasligi lozim edi, chunki ruxning standart potentsiali E°——0,76 V. Vaholanki, katodda rux ajralib chiqadi. Buning sababi shundaki, rux elektrodida vodorod ajralib chiqishi qiyinlashadi.

Temir, nikel birikmalarining elektrolizida ham shu hodisa yuz beradi. Bularda o`ta kuchlanish hodisasi katta rol o`ynaydi.

Ma`lumki, manfiy ionlar, shu jumladan, gidroksid ionlari ham, anodga tomon harakat qiladi. Agar manfiy ion tarkibida kislorod bo`lsa (masalan, NO₃, SO₃, CO₃ va hokazo), elektroliz vaqtida anodda gazsimon kislorod ajralib chiqadi. Buning sababi gidroksid ionlarining zaryadsizlanishidir:

4OH-4e→ 2H₂O O₂

Kation va anionlarning elektrodlarda qaytarilishi (katodda) va oksidlanishi (anodda) ma`lum tartibga ega. Ba`zi kation va anionlarning elektrokimyoviy qatori quyidagi tartibga ega bo`lgan jarayonlar, odatda anod metallardan yasalgan hodda kuzatiladi va bu jarayon katodda bo`ladigan reaksiyaning teskarisidir.

Katodda sodir bo`ladigan reaktsiyalarda kationning suv molekulalari bilan gidratlanish energiyasi hisobga olinishi kerak, masalan, natriy kaltsiydan elektrokimyoviy qatorda pastroqda joylashgan bo`lsa ham, natriy suv bilan kalsiyga nisbatan aktivroq ta`sirlashadi. Buning sababi sifatida kaltsiy birshshalari suvda natriynikiga nisbatan kamroq erishi ham bo`lishi mumkin, shu tufayli metallarni suv bilan ta`sirlashish tezligi hosil bo`lgan moddalarning erish tezliga bilan ham bog`liq bo`lishi kerak.

Alyuminiyning elektrokimyoviy qatordagi aktivligi tajribada kuzatiladigan xususiyatidan kattaroq bo`lishi kerak, chunki uning yuza qabatidagi oksid parda metallning aktivligidan kichik, arap shu parda bo`lmaganda edi, amalda bu metall aktivroq bo`lar edi. Bu vaziyatni quyidagi tajribada kuzatish mumkin: alyuminiy parchasining yuzasini qoplagan oksid pardadan simob (II)-nitrat erit-masi bilan ho`llab nam havoda qisqa vaqtga qoldirilsa, parcha yuzasida metallning suv bug`i bilan reaktsiyasi natijasida Al(OH)<sub>3</sub> po`rsildoq pardasini emas, parchalarini kuzatish mumkin. Yuza qatlami oksid pardadan tozalanmagan alyuminiy buyumlarning shunday sharoitda juda ham turg`un bo`lishiga hech kim shubhalanmaydi.

Katod vazifasini bajaradigan metall tabiati yuqorida keltirilgan qatorga ta`sir qilishi mumkin. Agar katod sifatida simob olinsa, unda vodorod ionining zaryadsizlanishi katod sifatida platina yoki grafit bo`lgan hollarga nisbatan qiyinroq sodir bo`ladi. Natriy ioni simob katodda vodorod ioniga nisbatan osonroq zaryadsizlanadi, chunki jarayonda hosil bo`ladigan natriy metali simobda erib amalgama hosil qiladi. Vodorod molekulasi bunday xossaga ega emas. Shu sababli simob elektrod yordamida sanoatda natriy ishqorini uning xloriddan elektroliz qilib olish ancha qulay usul hisoblanadi.

Tarkibida kislorod bo`lmagan anionlar (masalan, Cl<sup>-</sup>, Br<sup>-</sup>, S<sup>-2</sup>) elektroliz jarayonida o`z zaryadini yo`qotib, erkin holda (xlor, brom, oltingugurt holida) ajralib chiqadi. Ba`zan elektroliz juda murakkab boradi. Masalan, sulfat kislotaning kontsentrlangan eritmalari elektroliz qilinganda, anodda kislorod ajralib chiqmasdan, balki murakkab tarkibli persulfat kislota H₂S₂O₈ hosil bo`ladi:

Elektroliz jarayonida birlamchi va ikkilamchi holatlar boradi. Elektr toki ta`sirida ionlarning elektron biriktirib olish yoki elektron berish hodisasi birlamchi jarayondir. Lekin ko`pincha, birlamchi jarayon natijasida hosil bo`lgan neytral zarrachalar ikkilamchi jarayonga, ya`ni kimyoviy jarayonga uchraydi. Masalan, HCl eritmasining elektrolizida quyidagi birlamchi va ikkilamchi jarayonlar sodir bo`ladi:

Birlamchi jarayon Ikkilamchi jarayon

katodda: H e→H H H → H₂

anodda: Cl^-→e→C1 Cl C1→C1₂

C1₂ H₂O→ HCl CLO

I.Faradeyning 1 – qonuni. Elektroliz jarayonida elektrodda ajralib chiqadigan moddaning massa miqdori eritmadan o`tgan elektr toki mitsdoriga to`g`ri proportsional bo`ladi.

Agar elektrodda asralib chiqqan moddaning massasini t, elektr miqdorini Q bilan, tok quchini I, vaqtni t bilan ishoralasak, Faradeyning 1 qonuni quyidagicha yoziladi:

m=KQ=Kit
bu yerda: K — ayni elementning elektrokimyoviy ekvivalenti (gKl^-1), ya`ni eritma orqali kulon elektr goki o`tganda ajralib chiqadigan modda massasi.
2. Faradeyning 2-qonuni. Agar bir necha ketma-ket ulangan elektrolizerdagi elektrolit eritmasi ortadi bir xiu miqdorda elektr toki o`tkazishda, elektrodlarda ajralib chiqadigan moddalarning massa miqdorlari o`sha moddalarning kimyoviy ekvivalentlariga proportsional bo`ladi.
Bir idishga AgNO<sub>3</sub>, ikkinchi idishga HCl, uchinchi idishga CuSO<sub>4</sub>, to`rtinchi idishga FeCl₃ eritmalari solinib, har qaysi idishga bir xil moddadan yasalgan va bir xil kattalikdagi ikki elektrod tushirilib, barcha elektrodlar bir-biri bilan ketma-ket ulanib elektrodlarga xok berilsa, sistema orqali 96485 kulon yoki 26,8 amper-soat elektr toki o`tganda, birinchi idishda 108 g kumush va 8 g kislorod, ikkinchi idishda 1 r vodorod va 35,46 g xlor, uchinchi idishda 31,8 g mis va 8 g kislorod, to`rtinchi idishda esa 18,66 g temir va 35,46 g xlor ajralib chiqadi.

Faradeyning 2-qonuni K formula bilan ifodalanadi. Uning birinchi va ikkinchi qonunlari uchun kelib chiqadi.

Bu erda, E — moddaning kimyoviy ekvivalenti. Elektroliz vaqtida asosiy jarayondan tashqari turli qo`shimcha hodisalar ham sodir bo`lishi sababli ma`lum miqdor elektr toki o`tkazilganida elektrodlarda ajralib chiqadigan modtsa miqdorlari Faradey qonunlari bilan hisoblanadigan miqdordan kamroq bo`ladi. Shunga ko`ra «elektroliz unumi» yoki «tokga nisbatan unum» degan tushuncha kiritilgan:

bu yerda: m_l—amalda ajralib chiqqan modda miqdori, t —nazariy mikdor ya`ni Binobarin, ga ega bo`lamiz.

Yechish:

1. 
   Suyuqlantirilgan natriy xloriddan natriy metal va xlor olish.
   
2. 
   Simob katodda osh tuzi eritmasini elektroliz qilish natriy ishqor va xlor olish.
   
3. 
   Natriy gipoxloriti va xloratini olish.
   
4. 
   Kaliy sulfat yoki sulfat kislota qo`shilgan suvni elektroliz qilib vodorod olish.
   
5. 
   Boksitning kriolitdagi suyuqlanmasidan alyuminiy olish.
   
6. 
   Alyuminiydan yasalgan buyumlarni yuza qatlamlarini anod qisman oksidlash va rangli qabatlar hosil qilish.
   
7. 
   Etarli darajada toza bo`lmagan mis, nikel bo`lakla-
   ridan anod yasab ularni katodda toza holda ajratib olish
   (rafinatsiya jarayoni).
   
8. 
   Metall buyumlar yuzasini korroziyaga chidamli metallar (xrom, nikel, va boshqalar) qatlami bilan qoplash.
   

1. N.A.

www.google.uz