3.2-MA'RUZA · ELEKTROLIZ

Suyuqliklarda elektr toki

Elektrolitlar va ionli o'tkazuvchanlikdan Faradey qonunlari va plazmagacha — hamda elektroliz texnologiyalarining sanoat, turmush va suvni tozalashdagi ekologik ahamiyati.

Ma'ruzalar

MA'RUZA REJASI

Reja

01Suyuqliklarda elektr toki

02Elektrolitik dissotsiatsiya va elektroliz

03Faradey qonunlari

04Elektrolizning texnikada qo'llanilishi

05Plazma

06Galvanoplastika va suvni filtrlash

1. Elektrolitlar va ionli o'tkazuvchanlik

Qattiq jismlar kabi suyuqliklarning ham dielektrigi (distillangan suv), o'tkazgichi va yarimo'tkazgichi (eritilgan selen, sulfidlar) bo'ladi. Elektr tokini o'tkazadigan suyuqliklar — kislota, ishqor va tuz eritmalari — elektrolitlar yoki ikkinchi tur o'tkazgichlar deyiladi.

Elektrolitlarda zaryad tashuvchilar — musbat va manfiy ionlar, shuning uchun ular ionli o'tkazuvchanlikka ega. Elektr maydon ta'sirida musbat ionlar katodga (kationlar), manfiy ionlar anodga (anionlar) intiladi. Ionlarning tashqi maydon ta'siridagi batartib harakati — suyuqliklardagi elektr toki.

2. Elektrolitik dissotsiatsiya va elektroliz

Elektrolit eriganda molekulalarining musbat va manfiy ionlarga ajralishi elektrolitik dissotsiatsiya deyiladi. Odatda kationlar — metall va vodorod ionlari, anionlar — kislota qoldiqlari va gidroksil guruhlar:

\text{HCl} \rightleftarrows \text{H}^{+} + \text{Cl}^{-}, \qquad \text{NaOH} \rightleftarrows \text{Na}^{+} + \text{OH}^{-}

O'ngga yo'nalgan strelka dissotsiatsiyani, chapga yo'nalgani esa rekombinatsiyani — ionlarning qayta birlashib neytral molekula hosil qilishini ko'rsatadi. Elektrolit orqali tok o'tganda elektrodlarda elektrolit tarkibiy qismlarining ajralib chiqish jarayoni elektroliz deyiladi. Masalan, mis kuporosida dissotsiatsiyadan so'ng mis kationlari katodga borib, neytrallashib mis atomini hosil qiladi:

\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu}

3. Faradey qonunlari

Birinchi qonun. Elektroliz jarayonida elektrodda ajralib chiqqan modda massasi elektrolitdan o'tgan zaryad miqdoriga to'g'ri proporsional:

m = k\,q = k\,I\,t

(1)

bu yerda k — moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti: elektrolitdan 1 Kl zaryad o'tganda ajraladigan modda massasi (birligi kg/Kl).

Ikkinchi qonun. Moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti uning kimyoviy ekvivalenti $A/n$ ga proporsional:

k = \dfrac{1}{F} \cdot \dfrac{A}{n}, \qquad F \approx 96\,500\ \tfrac{\text{Kl}}{\text{mol}}

(2)

bu yerda F — Faradey soni. Elektrolitdan Faradey soniga teng zaryad o'tganda har bir elektrodda massasi bitta kimyoviy ekvivalentga ( $A/n$ ) teng modda ajraladi.

4. Elektrolizning texnikada qo'llanilishi

Sof metallar olish

Mis sulfat eritmasidan sof mis ajratib olinadi: katod plastinkalar qalinlashib boradi, tozalanmagan anod esa yupqalashadi. Alyuminiy, magniy, natriy, kaliy, kalsiy ham elektroliz usulida olinadi — aks holda alyuminiy oltin kabi qimmat bo'lar edi.

Galvanostegiya

Oson oksidlanadigan metallardan yasalgan buyumlar sirtini qiyin oksidlanadigan metall (nikel, rux, kumush, oltin) yupqa qatlami bilan qoplash. Nikellangan qoshiq, pichoq, choynak — kundalik misollar. Qoplama buyumni zangdan asrab, xizmat muddatini uzaytiradi.

Galvanoplastika

Buyum sirtiga metallni elektrolitik cho'ktirib, uning aniq metall nusxasini (matritsa) olish. 1836-yilda B. Yakobi kashf etgan; bosmaxona klishelari, medal, tanga va shtamplar shu usulda tayyorlanadi. Bugungi kunda mashinasozlik, elektronika, tibbiyot va zargarlikda qo'llanadi.

Galvanoplastikada elektrolit sifatida metall tuzlari eritmasi (masalan, CuSO₄) tayyorlanadi: anod — qoplovchi metall, katod — qoplanadigan buyum. Tok berilganda anoddagi mis ionlarga aylanib, eritma orqali katodga boradi va buyum sirtida metall qatlam hosil qiladi. Bu qatlam buyumni korroziyadan himoya qiladi, mustahkamligini oshiradi va qimmatbaho metallardan tejamkor foydalanish imkonini beradi.

5. Plazma

Ionlangan gaz zarralarining to'liq manfiy zaryadi to'liq musbat zaryadiga teng bo'lsa, bunday gaz plazma deb ataladi — butunicha olganda u elektr jihatdan neytral sistema. Plazma elektronlar, musbat ionlar va neytral atomlardan tashkil topgan bo'lishi mumkin (qisman ionlashgan plazma).

Gaz razryadidagi plazma yorug'lik reklamalarida, kunduzgi yorug'lik lampalarida (plazma nurlanishi lyuminoforni yoritadi) va gaz lazerlarida qo'llanadi. Suyuq va qattiq metallarni ham plazma deb hisoblash mumkin. Yulduzlar moddasi — issiq plazma: undagi temperaturani yulduz ichida boradigan termoyadro reaksiyalari ta'minlaydi. Boshqariluvchi termoyadro sintezini Yer sharoitida amalga oshirish insonga amalda bitmas-tuganmas, ekologik toza energiya manbaini beradi.

FIZIKA × EKOLOGIYA

6. Suvni filtrlash va ekologik ahamiyati

Suvni filtrlash — suv tarkibidagi mexanik zarrachalar, zararli mikroorganizmlar va og'ir metall ionlarini ajratib, suv sifatini yaxshilash jarayoni. Asosiy usullar:

Mexanik filtrlash

qum, shag'al yoki maxsus filtrlar yirik zarrachalarni ushlab qoladi

Faollashtirilgan ko'mir

hid, rang va organik moddalarni kamaytiradi

Membranali filtrlash

bakteriyalar, viruslar va mayda zarrachalarni ajratadi

Elektrokimyoviy tozalash

elektr toki yordamida og'ir metall ionlari suvdan ajratib olinadi (elektrokoagulyatsiya, elektrodializ)

Fizika nuqtai nazaridan suvni tozalash elektr toki bilan bevosita bog'liq: elektrokoagulyatsiya va elektrodializ usullarida elektr energiyasi yordamida suvdagi zararli moddalar ajratib olinadi. Suvni filtrlash toza ichimlik suvi bilan ta'minlaydi, suv havzalari ifloslanishini kamaytiradi va suv resurslaridan oqilona foydalanishga — ya'ni ekologik kompetentlikning amaliy ko'rinishiga xizmat qiladi.

Asosiy xulosa

Suyuqliklarda tokni ionlar tashiydi, Faradey qonunlari esa bu jarayonni miqdoran boshqarish imkonini beradi. Elektroliz sof metallar olishdan buyumlarni himoyalashgacha xizmat qilsa, elektrokimyoviy tozalash texnologiyalari suvni — hayotning eng muhim resursini — asrashning fizik asosidir.

Amaliyotga o'tamiz

Bilimlaringizni interaktiv topshiriqlarda mustahkamlang va virtual laboratoriyalarda sinab ko'ring.

Topshiriqlar Laboratoriya

Bilimingizni sinab ko'ring

Ushbu ma'ruza bo'yicha 10 ta savol — osondan murakkabga. Testni yakunlaganingizda natijangiz (foiz va ball) ko'rsatiladi.

Testni boshlash