Дәріс 8. Электрохимиялық процесстер

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 59Следующая ⇒

       Мазмұны:

1. Электродты потенциалдар туралы түсінік.

2. Электр қозғаушы күш және оның өлшем бірлігі.

1. Электрохимия – ТТР нәтижесінде электр тогы пайда болуын (гальвани элементтері) және электр тоғы әсерінен ТТР-ларының (электролиз) жүру заңдылығын зерттейтін химияның бір бөлімі.

Металдар тотықсыздандырғыштар, бірақ әр металдың электрон бергіштігі әр түрлі. Металдардың тотықсыздандырғыш қабілетін Н.Н.Бекетов зерттеп, олардың бұл қабілетінің азаюына байланысты орналастырып, металдардың кернеулік қатарын құрған.

Металды суға батырғанда полюсті су молекулалары әсерінен металдардың беті ептеп ериді. Осынын нәтижесінде электрондар металл пластинкасының бетінде қалып, ал катиондар ерітіндіге көшеді. Бірақ металдардың еру процесі көпке бармайды, аздан кейін тепе-теңдік күй орнайды, яғни белгілі бір уақыт ішінде қанша катион ерітіндіге көшсе, сонша катион қайтадан металл пластинкасына ауысады:

Ме + mH₂O ↔ Meⁿ⁺ ∙ nH₂O + nē

Металдардың бетінде қалған электрондардың есебінен металл пластинкасы теріс зарядталады, ал ерітіндіге көшкен металл катиондары оны оң зарядтайды. Судың орнына металдардың өз тұздарын да алуға болады. Бұл жағдайда активті металдар тұздар ерітінділеріне батырғанда еріп, теріс зарядталады, ал активтігі кем металдар тұздар ерітінділеріне батырғанда, металл ерімейді, керісінше, ерітінділердегі катиондар металдың бетіне көшеді де оны оң зарядтайды, ал қалған аниондар оң пластинкаға тартылып, ерітіндіні теріс зарядтайды. Сонымен, металл мен ерітіндінің жанасқан бетінде потенциалдар айырмасы пайда болады, оны металдардың электродтық потенциалы (Е⁰) деп атайды. Е⁰ мәні аз болған сайын, металдың тотықсыздандырғыш қабілеті көбірек болады. Е⁰ сандық мәні металдардың табиғатына (активтігіне), ерітіндідегі иондардың концентрациясына, температураға байланысты болады.

Е⁰ абсолюттік мәндерін тікелей өлшеу осы уақытқа дейін мүмкін болмай отыр, тек салыстырмалы потенциалдарын өлшейді. Салыстырмалы электрод ретінде стандартты сутектік электрод қолданылады да оның потенциалы нольге тең деп алынады.

Электродтық потенциал мына Нернст теңдеуі арқылы табылады:

Е= Е⁰ + (0,059/n) lgCMeⁿ⁺

CMeⁿ⁺ - металл иондарының молярлы концентрациясы

n- металл иондарының заряды.

Гальвани элементтері - химиялық электр энергиясының көзі, электр тогы ТТР нәтижесінде пайда болады. Гальваникалық элементтерде тотығу процессі бір электродта (анодта), тотықсыздану процесі екінші электродта (катодта) жүреді. Мұның өзі электродтарда әр түрлі потенциалдар айырмасы болып тұруын қамтамасыз етеді.

2. Элементтің электр қозғаушы күші (э.қ.к.)-де сол потенциалдар айырмасына байланысты болады. Анод ретінде электродтардың потенциал мәні төменірек металды алады: Е_а < Е_к.

Мысалы: мыс-мырыш элементінде немесе Даниель-Якоби элементтерінде

(-)Zn/Zn²⁺ ║Cu²⁺/Cu (+)

Cu- оң электрод, катод. Элементте мына процесс жүреді:

(A) Zn -2ē → Zn²⁺- тотығу процесі

(K) Cu +2ē → Cu⁰- тотықсыздану процесі

Zn- анод, электрондар көзі.

Э.Қ.К. табу үшін мәні үлкен электродтық потенциалдан (оң электродтың потенциалы) мәні кіші /терісірек/ потенциал алынады:

Э.Қ.К. = ΔЕ= Е_к - Е_а

ΔЕ=Е⁰_Cu2+/Cu – E⁰_Zn2+/Zn

Δ= 0,34 – (-0,76) =1,10 В

Сонымен мыс-мырыш гальвани элементі 1,10 В электр тогын береді. Екі бірдей электрод концентрациясы әр түрлі ерітінділерге салынған болса, концентрациялы гальвани элементін құрайды. Мысалы, мыс электродының концентрациясы әр түрлі (С¹_Cu2+< С^ІІ_Cu2+) мыс сульфаты ерітіндісіне батырса, схеманы былай жазуға болады:

(-)Cu/Cu²⁺_С1 ║ Cu²⁺_СІІ /Cu (+)

Осылай гальвани элементін алуға болады. Мұндай гальвани элементінде анод концентрациясы төмен ерітіндідегі электрод болады. Гальвани элементі жұмыс істегенде:

(А) Cu⁰ -2ē → Cu²⁺            (K) Cu²⁺ +2ē → Cu⁰

Концентрациялық гальвани элементінің электролит иондарының концентрациясының қатынасына байланысты:

ΔЕ= (0,059/n) lgC^ІІ/С^І

Химиялық тоқ көзі ретінде гальвани элементі техникада көп қолданылады. Бірақ гальвани элементтері өте аз уақыт жұмыс істейді, себебі электродтардың потенциалдары өзгереді, поляризациаланады. Мысалы, мырыш пен мыс пластиналары күкірт қышқылына батырылып жасалған Вольт элементтеріндегі мыс электроды потенциалының азаюы оның бетінде сутегінің адсорбцияланып, сутегі электроды сияқты жұмыс істеуіне байланысты, ал мырыш электроды потенциалының оңға қарай ауысуы, оның ерітіндідегі иондарының көбейіп, мырыштың еруінің азаюына байланысты. Электродтардың поляризациясын жою үшін оған әр түрлі заттар - деполяризаторлар қосады.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Гальвани элементі мен стандартты сутек электрод схемаларын көрсетіп, қалай жұмыс істейтінін түсіндіріңдер.

2. Гальвани элементі жұмыс істеу үшін қандай реакциялар қолданылады?

3. Металл электродтарының потенциалына қандай факторлар әсер етеді?

4. Гальвани элементтерінің э.қ.к. қалай өлшенеді?

5. Концентрациялық гальвани элементі қалай жасалады?

Ұсынылған әдебиеттер:

1.Омаров Т.Т.,Танашева М.Р. Бейорганикалық химия (таңдамалы тараулар) Алматы,2008ж,-543 б                                                                                 2.Шоқыбаев Ж.Ә. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы, «Білім» 2004 ж,-316 б.                                                                                        3. Ділманов Б.М.,Ділманова З.Б. Жалпы химияның теориялық негіздері.                                Аматы,2009ж, -194 б.                                                                                         4. Яшкарова М.Г.,Омарова Н.М., Кабдулкаримова К.К., Мусабаева Б.Х. Бейорганикалық хмиядан зертханалық жұмыстар.Семей,2007,-79б.            5. Шоқыбаев Ж.Ә.,Өнербаева З.О. т.б. Бейорганикалық химия практикумы. Алматы,2004 ж,-164 б.

6. Бишімбаева Г.Қ. Жалпы химия.Студенттердің өздік жұмыстарына арналған оқу-әдістемелік құрал.Алматы,2007 ж, -39 б.                                           7. Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М. Студенттің өздігінен орындауына арналған әдістемелік құрал.Семей, 2007, -39 б.                          8.Д.Шрайвер.,П.Эткинс. Неорганическая химия.1,2 том.Москва«Мир»                                                                                           2009г

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов