Elektr yurituvchi kuch va uning ahamiyati

1.7-§. Elektrodlarda boradigan jarayonlar. Metall-eritma chegarasida potensiallarning hosil bo’lishi

Zaryadli zarrachalardan tashkil topgan geterogen sistemalarning fazalar bo’linish chegaralarida elektr potensiallar farqi hosil bo’ladi [21-22]. Masalan, ikki xil metalning bir–biriga tegish chegaralarida kontakt potensiallar farqi yuzaga keladi. Bu hodisa 1800 yilda Volta tomonidan aniqlangan. Potensiallar farqi bir metalldan ikkinchi metallga elektronlar oqib o’tishi tufayli hosil bo’ladi va natijada ikkala metall ham qarama-qarshi ishorali zaryadlanib qoladi. metallar zaryadining ishorasi elektronlarning chiqish ishi bilan aniqlanadi, ya’ni metalldan elektronni ajratib chiqarish zarur bo’lgan zaryaddir.

Bir-biriga tegib turgan ikki metalldan elektronni chiqish ishi kichiq bo’lgani musbat zaryadlanadi. Masalan, mis va temirda elektronning chiqish ishi mos ravishda 7,12·10^-19 va 7,90·10^-19 J. Demak, elektronning misdagi chiqish ishi temirdagidan kichiq, ya’ni bu metallar bir-biriga tekkazilsa elektronlar misdan temirga o’tadi va natijada mis musbat temir esa manfiy zaryadlanadi.
Ikki elektrolit eritmalar bir-biriga qo’shilganda, agar ular konsentratsiyalari va erigan moddalarining tabiati bilan bir-biridan farq qilsa, u holda elektr potensiallar farqi yuzaga keladi.
Ionlar diffuziya tezligi va harakatchanlikliklari bilan farq qilganliklari tufayli diffuzion potensiallar farqi yoki diffuzion potensial hosil bo’ladi. Masalan, har xil konsentratsiyali xlorid kislotalar eritmasi bir-biriga qo’shilgandaEritmadagi ionlar diffuziya tezligi va harakatchanlikliklari bilan farq qilganliklari tufayli diffuzion potensiallar farqi yoki diffuzion potensial hosil bo’ladi. Masalan, har xil konsentratsiyali xlorid kislotalar eritmasi bir-biriga qo’shilganda H⁺ ionlari CI^- ionlariga nisbatan harakatchan bo’lganligi sababli o’ta suyultirgan eritma musbat zaryadlanadi va ular konsentrlangan eritmadan suyultirilgan eritmaga katta tezlikda o’ta boshlaydi.
Metall-eritma chegarasida ham potensiallar farqi paydo bo’ladi. Elektrolit eritmasiga tushirilgan metall, masalan, shu metall tuzining eritmasiga tushirilsa, elektrokimyoda elektrod deb ataluvchi tok o’tkazuvchi sistema vujudga keladi.
Metall-eritma chegarasida potensiallar farqining hosil bo’lishi sistemada elektrokimyoviy o’zgarishlar – elektrod jarayonlari borishi bilan bog`’liq. Bu jarayonlarning mexanizmi quyidagicha tushuntiriladi. Kationlardan tashkil topgan metallarning kristall panjaralari orasida elektronlar harakat qiladi. Bu metall eritmalarining tuzida, ularning dissotsialanishi tufayli metall kationlari mavjud bo’ladi. Metall eritmaga tushirilganda kristall panjaradagi ionlar suvning qutbli molekulalariga tortiladi va eritmani musbat zaryadlab, unga o’tadi. Ortiqcha elektronlari mavjud bo’lgan metall esa manfiy zaryadlanadi (5-rasm). Metall bilan eritma orasida hosil bo’ladigan potensiallar farqi elektrod potensiali deb ataladi. Metallning manfiy zaryadi eritmadagi metall ionlarining to’xtovsiz o’tishlariga to’sqinlik qiladi va teskari jarayon-ionlarning eritmadan metallga o’tishini ta’minlaydi. Bu qarama-qarshi jarayonlarning tezliklari tenglashganda, sistemada dinamik muvozanat qaror topadi, ya’ni metalldan eritmaga o’tuvchi ionlar soni, eritmadan metallga o’tuvchi ionlar soniga teng bo’ladi. Eritmadagi metall kationlari elektrostatik tortishish kuchi ta’sirida metall sirti atrofida qo’sh elektr qavat hosil qilib yig’iladi. Elektrostatik tortishishga kationlarning o’zaro itarishish kuchlari va ularning issiqlik harakatlari teskari ta’sir ko’rsatadi. Shuning uchun qo’sh elektr qavat diffuzion tuzilishga ega va undagi kationlarning konsentratsiyasi metall sirtidan uzoqlashgan sari kamayib boradi (5-rasm).

Faqat kimyoviy aktiv metallargina o’z kationlarini eritmaga berish va manfiy zaryadlanish xususiyatiga ega xolos. Masalan, rux, alyuminiy, temir. Unchalik aktiv bo’lmagan metallar (mis, simob, kumush) ionlari eritmaga juda kam miqdorda o’tadi. Natijada, metall musbat, tarkibida anionlar qolgan eritma esa manfiy zaryadlanadi.

A.V. Pisarjevskiy ta'limotiga ko`ra metall suvga yoki shu metall ioni bilan bo`lgan eritmaga tushirilsa, metall bilan suyuklik chegarasida elektrod potensial xosil bo`ladi, chunki metall sirtidagi ionlar suvning kutblangan molekulalariga tortiladi va metalldan suyuqlikka o`ta boshlaydi va nixoyat muvozanat qaror topadi.
Me Mnⁿ⁺ +ne
Ionlarning suvga o`tishi natijasida, metallda ortiqcha erkin elektronlar yigilib qoladi: metall manfiy zaryadlanadi, suyuqlik esa musbat zaryadlanadi. Metalldan eritmaga o`tib, gidratlangan ionlar metallga tortiladi va metall sirtiga yakin joylashib qo`sh elektr qavat xosil qiladi, natijada metall bilan eritma orasida potensiallar ayirmasi vujudga keladi. Bu qiymat metallning elektrod potensiali deb ataladi.
Turli metallar suvga botirilganda vujudga keladigan potensiallarning qiymati turlicha bo`ladi. Metall qancha aktiv bo`lsa, uni qurshab turuvchi suv muxitiga shuncha ko`p ion o`tadi, natijada metall plastinkada paydo bo`ladigan manfiy zaryadning qiymati yuqori bo`ladi. Bu esa ayrim metallarning kristall panjaralarida kationlarning bir xil bog``lanish energiyaga ega emasligi va bu kationlarning bir xilda gidratlanmasligi natijasidir. Bu yerda kationlarning effektiv radiusi katta rol o`ynaydi.
Agar metall (masalan, Zn) o`z tuzining (masalan, rux sulfat) eritmasiga tushirilsa, metall-suyuklik sirtidagi muvozanat siljiydi va yangi potensiallar ayirmasi xosil bo`ladi.
Oddiy moddalarni qaytaruvchi-oksidlovchi xossasi o`zgacha bo`ladi. Elektrod potensiallar uchun eritmalardagi oddiy moddalar reaksiyada kristall panjaradagi atomlararo bog``lanishni uzishga sarf bo`lgan energiyani xamda ionlarni eritmaga o`tishdagi gidratlanish energiyasini xisobga olish kerak. Masalan, Cu va Zn ni D. I. Mendeleyevning elementlar davriy sitemasida joylanishiga qarab ionlanish energiyasini qiymati Cu =738 va Zn =901 kj ga teng. Demak, Cu elementi Zn elementiga qaraganda kuchliroq qaytaruvchilik xususiyatiga ega bo`lishi kerak, lekin Cu ning kristall panjarasidagi bog``lanish ancha mustaxkam. Shuning uchun Cu ionining rux ioniga nisbatan gidratlanish energiyasi kam. Bu esa mis ionlarini eritmaga o`tishini qiyinlashtiradi Shuning uchun mis ruxga nisbatan juda kuchsiz qaytaruvchidir. Elektrod potensialining qiymati metallning tabiatiga, eritmadagi ionlar konsentrasiyasiga va temperaturasiga bog`liq bo`ladi.