Elektroliz jarayoni katod va anod

Elektroliz jarayoni

Elektr toki manbayi yordamida olib boriladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni elektr energiyasini kimyoviy energiyaga aylanishini amalga oshirib beradi. Bunday jarayonni elektroliz deb ataladi.

Elektrolitlar eritmasiga elektrodlar tushirib, ularni doimiy elektr toki manbayi bilan ulanganda musbat zaryadlangan ionlar (kationlar) katod (manfiy zaryadli elektrod) tomon, manfiy zaryadga ega bo‘lgan ionlar esa anod (musbat zaryadli elektrod) tomon siljishi yuzaga keladi. Katod yuzasida kationlar o‘ziga elektronlarni qabul qilib qaytariladi, anionlar esa anod yuzasi bilan to‘qnashib o‘zlarining elektronlarini beradi, ya’ni anionlar oksidlanadi.(1-rasm)

Masalan, CuCl₂ ning suvdagi eritmasida Cu²⁺ va Cl^- ionlari katod va anod tomon yo‘llanadi:

CuCl₂ ⇄ Cu²⁺ + 2Cl^-

( - ) Katod ← Cu²⁺ + 2Cl^- → Anod (+)

Elektrodlardagi jarayonlar

Cu²⁺ + 2ē → Cu° va 2C1^- — 2ē → Cl₂

Mis ionlari katoddan elektron biriktirib oladi va erkin metall holigacha qaytariladi, xlor ionlari elektronlarini beradi, atomlar xlorgacha oksidlanadi va ikkita xlor atomi birikib gaz holdagi molekulaga aylanadi. Elektroliz jarayonining mohiyati ham shunda — katodda qaytarilish, anodda esa oksidlanish jarayoni amalga oshadi.

Elektroliz hodisasi

Sanoatda elektroliz jarayonidan foydalamb marganes kobalt, rux, kadmiy va boshqa metallarni, kaliy gidroksid, xlor, kislorod, vodorod va boshqa ko‘pgina mahsulotlar olinadi.

Tuzlarni hosil qiluvchi kislota va ishqorlar xossalariga qarab ularning elektroliz jarayonida turli holatlar bo'lishi mumkin.

1. Bunday tuzlar tarkibidagi metall ionining oksidlanish-qaytarilish standart potensiali noldan katta bo‘lganda katodda faqat tuz hosil qiluvchi asos kationi (Cu—Au) qaytariladi.

2. Neytral eritma elektroliz qilinganda metallning standart elektrod potensiali —0,41 В dan musbat qiymatga ega bo‘lsa, katodda shunday metall qaytariladi.

3. Agar metallning standart elektrod potensiali magniynikidan musbatroq qiymatga ega bo'lsa, katodda bir vaqtning o ‘zida metall va vodorod hosil bo‘ladi.

Elektroliz qilinayotgan tuz konsentratsiyasi, jarayonni olib borishdagi tok zichligi (tok kuchining elektrod sathiga nisbati), temperatura va boshqa sharoitlarning o‘zgarishi — elektroliz mahsuloti — gaz va metallning miqdorlariga ta’sir qiladi. Bunday hollarda miqdoriy hisoblarni bajarish natijalari aniq bo‘lmaydi.

Katod va anod

Katodda vodorodning hosil bo‘lishi kislotali sharoitda to‘g‘ridan-to‘g‘ri H⁺ ionlarining qaytarilishi natijasi bo‘ladi. Neytral yoki ishqoriy sharoitda esa bu jarayonda suv molekulasining elektrkimyoviy qaytarilishi yuz beradi:

H₂O + 2 ē → H₂+ 2HO ^-

Anod jarayonida bo'ladigan reaksiyalar ko‘p holatlar bilan bog‘liq. Agar anod sifatida qiyin oksidlanadigan metall, grafit, platina va oltin bo‘lsa (ularni inert anodlar deb ataladi), uning kimyoviy jihatdan o ‘zgarishi kuzatilmaydi.

Elektroliz davomida metall oksidlanishi mumkin, unday elektrodni aktiv anod deb yuritiladi. Anodda sodir bo‘ladigan jarayonlarni birma-bir ko‘rib chiqamiz.

1. Inert anod ishtirokida ishqorlar, kislorodli kislotalar va ularning tuzlari, HF va ishqoriy metallar ftoridlari elektrolizida suv oksidlanadi, natijada anodda kislorod ajralib chiqadi. Sharoitga qarab, quyidagi vaziyatlar amalga oshadi:

a) ishqoriy eritmalarda

4НO^- = O₂+ 2Н₂O + 4ē yoki 4HO ^- — 4ē = O₂ + 2H₂O

b) kislotali yoki neytral sharoitda

2H₂O = O₂ + 4H⁺ + 4ē
yoki 2H₂O — 4ē = O₂ + 4H⁺

Ko‘pchilik kislota qoldiqlarining anodda oksidlanishi yuqori potensialni talab qilmagan taqdirda ham, ularning ko‘pchiligi anodda oksidlanishga qodir emas.

2. Kislorodsiz kislotalar qoldiqlari (HF va ftoridlardan tashqari) anodda oksidlanadi. Xlor ionining standart oksidlanish-qaytarilish potensiali kislorodnikidan katta bo‘lsa ham, kislorodning ajralib chiqishida o‘ta qutblanish jarayoni kuzatiladi. Shu sababli Сl^-, Br^-, I^- kabi galogen ionlari kisloroddan ko‘ra osonroq oksidlanishi kuzatiladi.

3. Anod aktiv xususiyatga ega bo‘lganda oksidlanishda uch xil raqobatli jarayon kuzatiladi:

• a) suvning oksidlanishi;
• b) anionning oksidlanishi;
• d) anod yasalgan metallning oksidlanishi. Bu vaziyatlarning qaysi biri amalga oshishi ularning standart elektrod potensiali qiymatlariga bog‘liq.

Elektroliziga misollar

Quyida bir necha sistemalaming elektrolizini ko‘rib chiqamiz.

Mis sulfatni mis anodi ishtirokida olib borilgan elektroliz davomida ka­todda mis ajralib chiqadi, chunki E⁰_Cu2+/Cu= 0.34 V (bu qiymat —0,41 V dan katta). Anodda mis metali oksidlanadi:

Cu²⁺ + 2ē → Cu Cu - 2ē→ Cu²⁺

Bu jarayonni unchalik toza bo‘lmagan misni va boshqa ba'zi metallarni elektrolitik usulda tozalash — rafinatsiya qilish usuli deb ataladi.

Bunday metallar (Cu, Ni, Cr, Zn, Ag, Cd, Fe, Sn) elektronlarni tashqi anodga o‘zlari uzatadi.

lonlaming elektrod reaksiyasida qatnashish ketma-ketligi zarrachalarning standart potensiali (E°) kamayib borishi tartibida bo‘ladi. Lekin ba’zi sharoitlarda kutilgan tartib buziladi (masalan, bir ion konsentratsiyasi ikkinchisinikidan katta bo‘lganda):

— neytral sharoitda HO^- ionining konsentratsiyasi 1*10^-7 mol/l bo‘ladi, agar shu sharoitda galogen (Cl^-, Br^-, I^- ) ionlari 0,1 mol/l bo‘lganda, elektrodda O₂ o ‘rniga galogen molekulalari oksidlanadi, chunki ularning konsentratsiyasi million marta HO^- ioninikidan ko‘proqdir;

— shunday vaziyat qo‘rg‘oshin eritmasi elektroliz qilinganda katodda E° qiymati musbatroq bo‘lgan vodorod hosil bo'lishi kerak edi, tajribada esa katodda qo‘rg‘oshin ajralib chiqadi;

— grafit yoki platina elektrodida hech qanday sharoitda natriy metali hosil bo‘lmasdan faqat vodorod ajralsa, simob elektrodida vodorod o‘rniga natriy metali hosil bo‘ladi, u simobda erib amalgama (metall-simob qotishmasi) hosil qiladi.