1. Дәрістің мақсаты:

Металдарды таза күйінде алудың негізгі әдістерінің бірі болып табылатын балқымалар мен ерітінділердің электролизі туралы студенттердің білімін тереңдету

2. Дәрістің жоспары:

1. Электролиз теориясының негiзгi қағидалары (еритін және ерімейтін анодпен жүргізілетін электролиз, электролиздің қолданылуы)

2. Фарадей заңдары

3. Дәрістің мазмұны:

Электролиз теориясының íåãiçãi қàғидалары

Егер балқыған немесе ерiген электролитке тұрақты ток көзiмен қосылған электродтар батырса, онда иондар белгiлi бір тәртiппен қозғала бастайды. Катиондар терiс электродқа – катодқа, аниондар оң электродқа – анодқа қарай жылжиды. Катодта катиондар электрондарды қосып алып тотықсызданады, ал анодта аниондар артық электрондарын берiп тотығады.

Электролиз дегенiмiз электролит арқûëû òîê өткенде электродтарда жүðåòií òîòûғó-òîòûқсыздану реакцияëàðû. Электролиз кезiнде катиондар катодтан электрондарды үздiксiз алып отыратындықтан, ал аниондар анодқа үздiксiз электрондарын берiп отыратындықтан сыртқы өткiзгiш бойымен электрондар ағыны немесе электр тогының жүруi қамтамасыз етiледi.

Электр тогының тотықсыздандырғыш және тотықтырғыш әрекетi химиялық тотықсыздандырғыштар мен тотықтырғыштар әрекетiне қарағанда көптеген есе күштi болады. Сондықтан химиялық әдiспен алуға болмайтын көптеген заттарды электролиз жолымен алады. Мысалы, фтор ионының электронын ешбiр химиялық тотықтырғыш тартып ала алмайды. Сондықтан тек оның балқыған тұздарын электролиздеу арқылы ғана оны тотықтырып бос күйiнде алады. Балқыған натрий фторидін электролиздегенде анодта фтор ионы тотығады, катодта натрий тотықсызданады:

анодта:

катодта:

Электролиттердi электролиздегенде åðèòií немесе åðiìåéòií анод қолданылады. Åðèòií àíîä электролиз кезiнде электрондарын берiп тотығып катион түрiнде ерiтiндiге көшедi, ал ерiмейтiн анодтың материалында өзгерiс болмайды, оның бетiнде басқа аниондар тотығады.

Åðiìåéòií àíîä ретiнде графит, платина, иридий қолданылады. Ендi ерiмейтiн анодты пайдаланып электролиттердi электролиздеудiң бiрнеше мысалдырын қарастырайық

Оттексiз қышқылдардың тұздарын және т.б. электролиздегенде балқымада тек қана екi түрлi ион болғандықтан катодта металл, анодта бейметалл бөлiнедi.

Балқыған ас тұзын электролиздегенде катодта натрий иондары тотықсызданады, анодта хлор иондары тотығады:

катодта:

анодта:

Сiлтiлiк, сiлтiлiк-жер металдарын металлургияда осы әдiспен алады.

Электролиттердiң судағы ерiтiндiлерiн электролиздеу күрделiрек. Мұнда электролит иондарынан басқа аз мөлшерде болса да, судың ыдырауынан түзiлген æәíå иондары болады. Сондықтан ерiтiндiге электродтарды батырғанда катодқа электролит катиондары мен сутек катиондары, ал анодқа электролит аниондары мен гидроксид аниондары барады.

Катодта оң иондардың тотықсыздануы мынадай заңдылыққа бағынады. Белсендiлiгi күштi металдардың т.б.) тұздарының ерiтiндiсiн электролиздегенде катодта металл иондары емес, тек сутек иондары ғана тотықсызданады. Мысалы, калий нитраты ерiтiндiсiн электролиздегенде катодта сутек иондары тотықсызданады, ал иондары ерiтiндiде қалады:

Егер тұздың құрамына белсендiлiгi орташа немесе төмен болатын металдар (мысалы, кiретiн болса, онда катодта сутек иондары емес, металл иондары тотықсызданады:

Анодта аниондардың тотығу процесi мынадай заңдылыққа бағынады.

Оттексiз қышқылдардың тұздарының ерiтiндiлерiн электролиздегенде иондарына қарағанда электрондарын оңай беретiндiктен анодта оттексiз қышқылдың қалдықтары (мысалы, òîòûғàäû:

Оттектi қышқылдар тұздарының ерiтiндiлерiн электролиздегенде қышқыл қалдықтарына (мысалы, қарағанда электрондарын оңай беретiндiктен анодта иондары тотығады:

Жоғарыда айтылғандар түсiнiктi болу үшiн бiрнеше тұз ерiтiндiлерiнiң электролизiн қарастырайық.

1. ерiтiндiсiнiң электролизi. Бұл ерiтiндiде және иондары түзiледi:

Электр тогының әсерiнен мен катиондары катодқа қарай, ал және анодтары анодқа қарай жылжиды.

Натрий ионына қарағанда электронды оңай қосып алатындықтан катодта сутек иондары тотықсызданады:

Гидроксид ионына қарағанда электрондарын оңай беретiндiктен анодта хлор иондары тотығады:

Сонымен натрий хлоридiнiң ерiтiндiсiн электролиздегенде катодта газ күйiндегi сутек, анодта газ күйiндегi хлор бөлiнедi, ал ерiтiндiдегi және иондары түзедi.

2. ерiтiндiсiнiң электролизi. Ерiтiндiде және иондары болады. Электр тогының әсерiнен катодқа және иондары, анодқа және иондары барады.

Сутек иондарына қарағанда электрондарды оңай қосып алатындықтан катодта никель иондары тотықсызданады:

Нитрат ионына қарағанда электрондарды оңай беретiндiктен анодта иондары тотығады:

Сонымен, никель нитратын электролиздегенде катодта металл түрiндегi никель, анодта газ күйiндегi оттек бөлiнедi де, ерiтiндiде және иондары қалады.

Еритiн анодтарды бiр металды екiншi металмен қаптау үшiн немесе металдарды бөгде қоспалардан тазарту үшiн қолданады.

Мысал ретiнде металдан жасалған заттарды никельмен қаптауды қарастырайық. Бұл үшiн никельденетiн затты тұрақты ток көзiнiң терiс полюсiмен жалғастырып анод ретiнде пайдаланады. Екi электродты никель сульфатының ерiтiндiсiне батырады. Тұрақты токтың әсерiнен ерiтiндiдегi никель иондары катодқа, яғни никельденетiн затқа барып тотықсызданады:

(катодта)

Осы мезгiлде анодтағы никель пластинкасы электрондарын берiп ион түрiнде ерiтiндiге көшедi:

(анодта)

иондары иондарымен никель сульфатын түзедi.

Сонымен, затты никельмен қаптау кезiнде никельдiң қанша ионы катодта тотықсызданса, никельдiң сонша атомы анодта тотығып ерiтiндiге көшедi. Сондықтан анод (никель) пластинкасы толық ерiп болғанша ерiтiндiдегi тұздың бастапқы концентрациясы өзгермей қала бередi.

Осындай әдiспен металдан жасалған заттарды хроммен, мыспен, күмiспен, алтынмен және т.б. металдармен қаптайды. Мысты қоспалардан тазарту үшiн тазартатын мысты анод ретiнде, таза мысты катод ретiнде алып мыс сульфатының ерiтiндiсiне батырып тұрақты ток көзiмен жалғайды.

Анодта мыс пластинкасы тотығып ион түрiнде ерiтiндiге көшедi:

Катодта ерiтiндiдегi мыс иондары тотықсызданып таза мыс түрiнде бөлiнедi:

Фарадей заңдары

Электролиз кезiнде электродта бөлiнетiн заттардың мөлшерi сандық жағынан Фарадей заңдарымен анықталады:

1. Электролиз кезiнде электродтарда тотықсызданатын немесе тотығатын заттардың массасы ерiтiндi арқылы өткен электр мөлшерiне тура пропорционал болады.

2. Ерiтiндi арқылы бiрдей ток мөлшерi өткенде электродтарда тотықсызданатын немесе тотығатын заттардың мөлшерi сол заттардың химиялық эквивалентiне тура пропорционал болады.

Фарадейдiң екi заңын мына формуламен көрсетедi:

-тотықсызданған немесе тотықққан заттың массасы -оның химиялық эквивалентi -электролит арқылы өтетiн электрдiң кулонмен алынған мөлшерi -Фарадей тұрақтысы (96500 кулон).