Тақырыбы: Тотығу- тотықсыздану реакциялары
Тотығу- тотықсыздану реакциялары ең көп тараған реакциялардың бірі. Бұл реакциялардан, электрондар бір атомдардан, молекулалардан немесе иондардан басқаларға ауысады. Тотыққан кезде атомдардың тотығу дәрежелері әрқашанда жоғарлайды, ал тотықсыздаңғанда- төмендейді.
Тотығу- тотықсыздану реакциясын теңістіруге қолайлы екі әдіс бар: электрондық баланс әдіс, бастапқы және соңғы заттардың тотығу дәрежелерін салыстыруға негізделген және жартылау реакция әдісі, тотықсыздандырғышты тотықтыру процесінің және тотықтырғышты тотықсыздандыру процесінің иондық теңдейлерін құрастырып, одан соң оларды бір жалпы теңдеуге біріктіруге негізделген.
Бірдей заттардың арасындағы тотығу- тотықсыздану реакциясының сипаты ортаға байланысты өзгереді. Реакция ортасы атомдардың тотығу дәрежелерінің өзгеруіне әсер етеді.
Электролиздің мәні электр энергиясы арқылы химиялық реакцияны жүзеге асыру- катодта тотықсыздану және анодта тотығу процестерін жүргізу. Мұнда катод катиондарға электрондарын береді, ал анд аниондардан электрондарды қабылдайды. Электролиз балқымада да және электролиттің ерітіндісінде де жүреді.
Металдардың қалыпты электродтық потенциалы белгiлi болса кез келген екi металдан тұратын гальвани элементiнiң электр қозғаушы күшiн (э.қ.к) есептеп шығаруға болады. Мыс;
Э.Қ.К =
Егер э.қ.к мәнi оң болса реакция осы бағытта жүредi, ал терiс болса жүрмейдi. Гальваникалық элементтiң э.қ.к мен және тепе-теңдiк константасы арасындағы байланыс
немесе
Электролиз.
Электролиттiң балқымасы немесе ерiтiндiсi арқылы электр тогы откенде жеке электродтарда жүретiн тотығу-тотықсызданы реакциясын электролиз деп атайды.
Электр өткiзгiштерi екi ретте бөледi.
- І реттi өткiзгiштер электрондар қозғалысына тәуелдi электролиттер
- ІІ реттi өткiзгiштерге жатады.
Гальваникалық элементте химиялық реакцияның энергиясы электр энергиясына айналатын болса, электролиз жүргенде, керiсiнше, сыртқы ток көзiнiң электр энергиясы химиялық энергияға айналады. Электролиз кезiнде гальваникалық элементтегi сияқты анодта тотығу, катдта тотықсыздану процесi жүредi. Бiрақ , электролиз процесi гальваникалық элементтiң жұмыс iстеу принципiне қарама-қарсы болғандықтан электролиз кезiнде терiс электрод катодының, ал оң электрод анодтың қызметiн атқарады.
Электролиздi iске асыру үшiн ваннаға электролидтiң балқымасын немесе ерiтiндiсiн құяды. Бұдан кейiн екi электродың бiреуiн тұрақты ток көзiнiң терiс полюсiмен жалғайды-оны катод деп атайды, екiншiсiн оң полюспен жалғайды, оны анод деп атайды. Ендi осы электродтарды электролиттiң балқымасына немесе ерiтiндiсiне батырады.
Терiс электродқа – катодқа электролиттiң катиондары тартылып өздерiне керектi электрондарды қосып алып тотықсызданады, ал анодқа аниондар тартылып өздерiнiң артық электрондарын берiп жiберiп тотығады.
Электролиз жүргiзуге көбiне мнталл электродтары және байметалл электродтар да (мыс. Графит) қолданылады. Металдан жасалған анодтар еритiн және ерiмейтiн болып екi топқа бөлiнедi. Мыс., Ni, Cu жасалған анодтар еридi, ал Pt жасалған анод ерiмейдi. Мысал ретiнде мыс дихлоридiнiң судағы ерiтiндiсiнiң электролизденуiн қарастырйық. Тұрақты ток әсерiнен ерiтiндiдегi Cu2+ және Cl- иондары әрқайсысы қарсы заряды бар электродтарға бағытталады да, мыс ионы катодта тотықсызданып, хлор ионы анодта тотығады:
К: Cu2++2e=Cu0
A: 2Cl—2e= Cl
Электролит ерiтiндiлерiнiң электролизiн қарастырғанда ваннада электролит иондарынан басқа су иондары болатынын естен шығармау керек.
Сондықтан катодта электролиттiң немесе сутегiнiң катиондары тотықсыздануы, ал анодта электролит аниондары немесе гидроксид иондары тотығуы мүмкiн.
Мыс., құрамындағы металл катиондының стандартты электродтың потенциалдары - 1,41 В-тан болатын тұздардың ерiтiндiлерiн электролиздегенде катодта металл катиондары тотықсызданады. Мұндай металдар кернеу қатарында сутегiнiң маңайында және одан кейiн орналасады.
Егер электролиттегi катиондардың электродтық потенциалдары –0,41 В тең немесе әжептеуiр аз болса, онда катодта сутегi иондары тотықсызданады –0,41 В жақын шамаларды ерiтiндiнiң конценртациясына және электролиз жүргiзу жағдайына байланысты катода металл катиондары да, сутегi де бөлiнуi мүмкiн.
Қышқыл орта үшiн судың стандарттық потенциалы 0,00 В болса, нейтрал орта үшiн +0,41В.
Ерiтiндiде әр түрлi аниондар болған жағдайда ерiмейтiн анодта ең алдымен потенциалы аз, яғни е оңай беретiн анион тотықсызданады.
Ол үшiн нейтрал ортада судың гидроксид аниондарының тотығу потенциалының +0,82В екенiн еске ұстау керек.
Мыс.,
Осы көрсетiлген иондар бар ерiтiндiнi электролиздегенде потенциалы аз болғандықтан (0,54 В) J- иондары тотығады.
2J—2е=J2
Кейiн
Кейбiр тұздардың электролиздерiне мысал:
1. Натрий иодидi ерiтiндiсiнiң электролизi
2. Натрий сульфатының ерiтiндiсiнiң электролизi.
3. Мыс сульфатының ерiтiндiсiнiң электролизi.
Электролиттiң балқымасын электролиздегенде ваннада екi түрлi ион болатындықтан катода катиондар тотықсызданады, ал анодта аниондар тотықсызданады:
Мыс аниоды бар электролиздегi СuCl2 ерiтiндiсiнiң электролизiн мынадай схемамен өрнектеуге болады.
3. Электролиз заңдары.
Катодта тотықсызданып, анодта тотығатын заттр млшерi тотығу-тотықсыздану процесiне қатысқан электрондар санына, басқаша айтқанда электролиттен өткен электр мөшлерiне тiкелей байланысты Фарадей заңы.
1. Электролиз кезiнде бөлiнетiн заттардың мөлшерi электролиттен өткен ток мөлшерiне тура пропорционал
2. Кез келген заттың бiр молiн электролиздеп алу үшiн бiрдей ток мөлшерiн –96500 кулон (А-сек) жұмсау қажет.
m-электродта бөлiнген зат массасы, г
Э-заттың 1 моль массасы, г
Ғ-96500 кулон (Кл) Фарадей саны
J-ток күшi, А
t-уақыт
Q-ток күшi мен уақытқа сай Кулон саны.
Пайдаланған әдебиеттер:
1. Аханбаев К. Химия негіздері. Алматы, Мектеп, 1987.
2. Бірімжанов. Жалпы химия. Алматы. Ана тілі, 1992.
3. Хомчено Г.П.Химия. Алматы, Демеу.1996
