CC BY
313INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
SUYUQLIKLARDA ELEKTR TOKI. ELEKTROLIZ HODISASI.
FARADEYNING BIRINCHI QONUNI.
Tolegenova Madina Tolegenovna
Nizomiy nomidagi TDPU Fizika va uni o'qitish metodikasi kafedrasi o'qituvchisi Yo'ldoshev Nurbek Egamberdi o'g'li Mustafayeva Munisa Ulug'bek qizi Javliyeva Ismigul Iskandar qizi
3-kurs talabalari https://doi.org/10.5281/zenodo.7492911
Annotatsiya. Ushbu maqola suyuqliklardan elektr toki o'tishi va elektoliz hodisasi, M.Faradeyning elektroliz hodisasi uchun birinchi qonuni, elektrodda ajralib chiquvchi modda massasi singarilar haqida fikr-mulohaza yuritadi.
Kalit so'z va iboralar: elektr toki, elektroliz, M.Faradey, elektrod, massa, modda, suyuqliklar, distillangan suv, mineral yog'lar, ishqorlar.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТИ. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА.
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ФАРАДЕЯ.
Аннотация. В этой статье обсуждается прохождение электричества через жидкости и явление электролиза, первый закон М. Фарадея для явления электролиза и масса вещества, выделяющегося на электроде.
Ключевые слова и фразы: Электрический ток, электролиз, М. Фарадей, электрод, масса, вещество, жидкости, дистиллированная вода, минеральные масла, щелочи.
ELECTRIC CURRENT IN LIQUIDS. ELECTROLYSIS PHENOMENON.
FARADAY'S FIRST LAW.
Abstract. This article discusses the flow of electricity through liquids and the phenomenon of electrolysis, M. Faraday's first law for the phenomenon of electrolysis, and the mass of matter released at the electrode.
Key words and phrases: Electric current, electrolysis, M. Faraday, electrode, mass, substance, liquids, distilled water, mineral oils, alkalis.
Har bir inson elektr tokining ta'rifi bilan tanish. U zaryadlangan zarralarning yo'naltirilgan harakati sifatida ifodalanadi. Turli muhitlarda bunday harakat fundamental farqlarga ega. Ushbu hodisaning asosiy misoli sifatida suyuqliklarda elektr tokining oqimi va tarqalishini tasavvur qilish mumkin. Bunday hodisalar turli xil xususiyatlar bilan ajralib turadi va har xil suyuqliklar ta'sirida bo'lmagan normal sharoitda sodir bo'ladigan zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakatidan jiddiy farq qiladi.
Elektr tokini o'tkazish jarayoni metall qurilmalar (o'tkazgichlar) yordamida amalga oshirilishiga qaramay, suyuqliklardagi oqim ma'lum bir sababga ko'ra bunday atom va molekulalarni olgan yoki yo'qotgan zaryadlangan ionlarning harakatiga bog'liq. Bunday harakatning ko'rsatkichi ma'lum bir moddaning xususiyatlarining o'zgarishi bo'lib, u yerda ionlar o'tadi. Shunday qilib, turli suyuqliklarda oqim hosil bo'lishining o'ziga xos kontseptsiyasini shakllantirish uchun elektr tokining asosiy ta'rifiga tayanish kerak. Aniqlanishicha, manfiy zaryadlangan ionlarning parchalanishi ijobiy qiymatlarga ega bo'lgan oqim manbai hududiga harakatlanishiga yordam beradi. Bunday jarayonlarda musbat zaryadlangan ionlar teskari yo'nalishda - manfiy oqim manbaiga o'tadi.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Suyuq o'tkazgichlar uchta asosiy turga bo'linadi: yarimo'tkazgichlar; dielektriklar; o'tkazgichlar.
Odatdagi sharoitda ayrim suyuqliklar elektr tokini o'tkazsa, ayrimlari esa o'tkazmaydi. Toza suyuqliklar, distillangan suv, kerosin, mineral yog'lar elektr tokini o'tkazmaydi. Tuzlar, kislotalar, ishqorlar elektr tokini yaxshi o'tkazadi. O'zidan elektr tokini o'tkazuvchi suyuqliklar elektrolitlar deb ataladi.
Ionlar orasida Kulon kuchi tufayli vujudga keladigan kimyoviy bog'lanish ionli bog'lanish deb ataladi.
Kimyo darslaridan ma'lumki, modda atom va molekulalari bir-biri bilan uch xil bog'lanishda bo'ladi: metall bog'lanish, kovalent bog'lanish va ionli bog'lanish. Ionli bog'lanishga misol qilib osh tuzi — natriy xlorid (NaCl)ni keltirish mumkin.
Kimyoviy elementlar davriy sistemasidagi atomning nomeri elementninng qobiqlaridagi elektronlar sonini ifodalaydi
Периодическая таблица Д. И. Менделеева
Период Ряд Г Г У ГТ П Ы ЯЛЕ МЕНТОВ
I II ГП IV V VT VTT \TT1
1 X (II) H 1 He 2 Обо:ы1м<ыв; Атоииив Х1СКШ 1Й JMlMMfl 1 1
2 2 I i а мая ЛягнА Rp 4 bifw «« ** I fi.ftll Г fi v IMIIM У'Ьй A N ' 11 и.««; Алс 0 А v Ifi.-WiU F 9 Отер Ne 10 ¡0.179 Н4ЛМ Li С.9Я Лити* I
3 3 Мй 11 - 22.W(IR Нвт(н1Й Mc 12 Мм:хи и A1 " 2*,;fllfi AJIMIAHI Si 14 K(MMIU42 p IS xuta 4'МфЗф S 16 Сера Cl 17 at <ca Хяур Ar 18 ApTOU 1 Отиоситсльаде йТОЧНМ 4WM
4 5 6 4 К ,я IUV Кмн* Ca Jt XILIKKMA 2» . Sr. 44 J С км < ,, м i On fi 4 ifti ■ 1 Т«г»и 23 V Втшнн 2» сг хХ Mn HOiSO " Kupu^vll ae Fo »w Www. и 27 Со КоСм/шъ- 25 fJi
5 в as Си и,ма кь 3 Zn IV». Ota 32 ГкринмиР A s зз 71« U МыШкЛН So 31 ' га ж {кмн Br 35 7S .904 ИрОИ Кг 36 1 ы.ю
Sp 38 J" av.42 39 y Ичрнл 4» Zr 81.22 ЕД^рмпикК ЦноСий iiM МО Мод nG Jclt 43 ТГ |W] 'Гелмсияк П,»; К» 102.901' КЬ КсзиИ loc.i 1 " Нихлелу.р.
7 <%}хГ||М1 18 Cd ."ЫЛНнл In 1,1 1ИЛ2 HII.IMA Sn 50 (ljir.kn Sb 51 **U 181 Ч 1 yphMB Тл ireo JVMJOyp T 53 И« Хв н ЛВ 13] .ЗП Кгенс.ч
Я Ся 5S ЦмнА Ba "Л ¡17 и bijul й 57 T я* .'UllTLII 72 ]|f 17»« **' ГсфНКЙ 73 Ta 1W.5« 1 Ы170.1 71 W ЬольОраи Re КспиЛ 7ft (U IMH.P Осмий 7? ТГ И piu.Mil ТБ p^ ■ ЧГ..М 1 ILiaTimf.
9 3U А« и Htf BKUt » HTFT- T1 81 * 4 ac-i.s' ТилкЯ РЬ ю 1 " WU9 .11К J Bi BW.W. ЬиеЫ'Л Po 94 1 " [11 ir Полоний At [SIOJ Aei»7 Rn Hil г* алой
7 10 Fr аг r 1 |Ш| Фрпнивй Rg 4ft *Va 12261 Hi! А It*2T" Акгмйкн 1,14 Rf Рк.ч.»„Р,,.а & »ь Дубний 1IK gB 12Ю1 СяГ-о ргай ;«; Rh ,IW Hs 12M1 Uil |»4) **» Влра>< XiMHit Mattreap^ 4 no rjs [2711 ^^ /(зриигд-шя
11 111 Но |атч ^ Рсмпч- жИ 111 Cu (2») 11 Nh 111 iwtisj НМХЭНИИ FI 114 Мс 1,5 ViH:ii»ali Lv 1,5 ТБ "Ti Од Thhhhi:i:uh Г>ммн1::м
ij •Is Г.Я J^, 1411 !» H-1I»» I,'J pr КИ..ДНМ HJt™ иг к и .к.-w ГЛ1 Л«|»иик- Ik*™ Г.«, «й 11) •.GM24 Тн||Пнк> 416 |)у ДН1 tl|*KHtt 1» Er itT.ae •V-" » Tm IK«4 Тула ft Yb 173.0« " 71 hxx 174 17 WM Лигт.и«
1! BO Th 2.C.MB Тори и 91 pB »2 U Урам Np К«ПТ1'1(Л0 9i pu 12Д-Л " С.лутоюР 5чАш Cm Ью у irt' Вк [S**| Вс-рклкй «в сг 98 Es NO юз Lr 1SMJ
D.I.Mendeleyevning kimyoviy elementlar davriy sistemasi dan foydalanish shu joyida o'rinli bo'ladi. Natriy (Na) atomida 11 ta elektron bo'lib, ulardan 1 tasi tashqi orbitada bo'ladi. Xlor (Cl) atomida esa 17 ta elektron bo'lib, ulardan 7 tasi tashqi orbitada aylanadi (rasmda ko'rsatilgan).
Kimyoviy elementlar davriy sistemasidagi barcha elementlarning alohida olingan atomi elektr neytraldir. Chunki, atom yadrosidagi musbat zaryadli protonlar nechta bo'lsa, shu atom
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
yadrosining atrofida aylanib yurgan manfiy zaryadli elektronlar soni ham shuncha bo'ladi. Shunga o'xshash Na va Cl atomlari alohida olinganda elektr neytraldir. Xlor atomining tashqi elektron qobig'i to'lishi uchun 1 ta elektron yetishmaydi. Shu sababli xlor va natriy atomlari bir-biriga yaqinlashganda elektronlar almashishi yuz beradi. Xlor atomi natriy atomining tashqi elektron qobig'idan 1 ta elektronni tortib oladi (1-b rasm).
Natijada xlor atomi manfiy zaryadli xlor ioniga (Cl- ), natriy atomi esa musbat zaryadli natriy ioniga (Na+ ) aylanib qoladi. Bu jarayonni quyidagi tengliklar bilan ifodalash mumkin: Na - e = Na + Cl + e = Cl - Turli ishoraga ega bo'lgan natriy va xlor ionlari bir-biri bilan Kulon kuchi bilan tortishishib, NaCl kristall panjarasini hosil qiladi (116-rasm)
muhitlarda elektr toki Ionlar orasida Kulon kuchi tufayli vujudga keladigan kimyoviy bog'lanish ionli bog'lanish deb ataladi.
Odatdagi sharoitda ayrim suyuqliklar elektr tokini o'tkazsa, ayrimlari esa o'tkazmaydi. Toza suyuqliklar, distillangan suv, kerosin, mineral yog'lar elektr tokini o'tkazmaydi.Tuzlar, kislotalar, ishqorlar elektr tokini yaxshi o'tkazadi. O'zidan elektr tokini o'tkazuvchi suyuqliklar elektrolitlar deb ataladi
Ba'zi suyuqliklar elektr tokini o'tkazishi, boshqalari esa o'tkazmasligi mumkin. Suyuqliklarning elektr tokini o'tkazishi yoki o'tkazmasligini
rasmda tasvirlangan oddiy asbob yordamida aniqlash mumkin. Bu asbob, asosan, shisha idish va unga tushirilgan ikkita ko'mir sterjen — elektrodlardan iborat. Elektr manbaning musbat qutbiga ulangan elektrod anod deb, manfiy qutbga ulangan elektrod esa katod deb ataladi. Elektrodli shisha idishga distillangan suv solamiz va kalitni ulaymiz. Bunda lampochka yonmaydi. Demak, distillangan suv elektr tokini o'tkazmaydi. Kalitni uzamiz va idishdagi suvga osh tuzi (NaCl)ni solib, natriy xlorid eritmasini
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
hosil qilamiz. So'ngra kalitni ulasak, lampochka yonganini ko'ramiz. Demak, natriy xlorid eritmasi elektr tokini o'tkazar ekan. Bunga sabab nima?
Osh tuzi suvga solinganda, qutblangan suv molekulalari natriy xloridning kristall panjara tugunlarida joylashgan Na + va Cl- ionlarini o'ziga tortadi. Natijada NaCl kristall panjarasi yemirilib, suvda tartibsiz erkin harakat qiluvchi Na + va Cl- ionlari hosil bo'ladi (118 -a rasm)
Kalit ulanganda Na + ionlari katod tomon, Cl- ionlari esa anod tomon harakatlanadi . Natijada zanjirdan tok o'ta boshlaydi. Eritmalarda moddalarning musbat va manfiy ionlarga ajralish jarayoni dissotsiatsiya deyiladi. Shunday moddalar ham borki, qattiq holatda elektr tokini o'tkazmaydi, lekin eritilib, suyuq holatga o'tganda elektr tokini o'tkazadi. Na+ Cl- H2O Elektroliz. Faradeyning birinchi qonuni Suyuqlikda ionlarga ajraladigan va shu sababli elektr tokini o'tkazadigan moddalar elektrolitlar deb ataladi. Elektrolitda ionlar qancha ko'p bo'lsa, u elektr tokini shuncha yaxshi o'tkazadi. NaCl suvda eriganida u batamom Na + va Cl- ionlariga ajraladi. Natriy xloridning suvdagi eritmasi tokni yaxshi o'tkazuvchi elektrolit hisoblanadi. Shuningdek, boshqa tuzlar, ishqorlar va kislotalarning suvdagi eritmasi elektrolitlardir
Elektroliz hodisasi
Elektr zanjir kaliti ulanib, elektrolitda elektr maydon hosil qilinganda musbat ionlar katodga, manfiy ionlar anodga qarab harakatlanadi. Ionlar elektrodlarga yetib borgandan keyin o'z zaryadlarini elektrodlarga berib, neytral atomlarga aylanadi va cho'kma hosil qiladi. Elektrodlarga qancha ko'p ion borsa, ular sirtida shuncha ko'p modda yig'iladi. Quyidagi tajribani o'tkazaylik. Elektrodli shisha idish — elektrolit vannadagi suvga mis sulfat tuzi (CuSO4)ni solib, elektrolit hosil qilaylik. Bunda u mis (Cu2+) va sulfat (SO4 2- ) ionlarga ajraladi. Elektr zanjir kaliti ulanganda elektolitdan I tok o'ta boshlaydi (quyidagi rasmda ko'rsatilib o'tilgan)
Elektrolitdagi Cu2+ ionlari K katodga, SO4 2- ionlari esa A anodga tomon harakat qilishi sababli katod sirtida Cu atomlari yig'ila boradi. Vaqt o'tishi bilan katoddagi mis qatlami
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
qalinlashadi. Tok uzoq vaqt o'tkazib turilsa, katodda sezilarli darajada toza mis moddasi ajralib chiqqanini kuzatish mumkin. Elektrolitdan tok o'tayotganda elektrodlarda modda ajralib chiqish hodisasi elektroliz deb ataladi. Ingliz fizigi M. Faradey qator tajribalarda har xil elektrolitlardan turli miqdorda tok o'tkazgan. Elektrodlarda ajralib chiqqan moddaning massasini o'lchash natijalariga asoslangan holda, 1833—1834-yillarda elektrolizning ikki qonunini kashf qildi
Faradeyning birinchi qonuni 1833-yilda ingliz olimi M.Faradey tajribalar asosida elektrolizning ikkita qonunini kashf qildi. M. Faradeyning elektroliz hodisasi uchun birinchi qonuni elektrodda ajralib chiquvchi modda massasi bilan elektrolitdan o'tuvchi zaryad miqdori orasidagi bog'lanishni o'rganadi va u quyidagicha ta'riflanadi: Elektroliz vaqtida elektrodlarda ajralgan moddaning massasi elektrolit orqali o'tayotgan zaryad miqdoriga to'g'ri proporsionaldir.
Faradey o'tkazgan tajribalar shuni ko'rsatdiki, elektrodlarda ajralib chiqqan modda massasi elektrodlar tomon harakat qilayotgan ionlar soniga, ya'ni elektrolitdan o'tayotgan zaryad miqdoriga bog'liq bo'ladi. Faradeyning birinchi qonuni elektroliz vaqtida ajralib chiqqan modda massasi bilan elektrolitdan o'tgan zaryad miqdori orasidagi bog'lanishni ifodalaydi. Bu qonun quyidagicha ta'riflanadi: Elektroliz vaqtida elektrodlarda ajralib chiqqan moddaning massasi elektrolitdan o'tgan zaryadning miqdoriga to'g'ri proporsionaldir:
m = kq, (1)
bunda, m — ajralib chiqqan moddaning massasi; q — zaryad miqdori; k — proporsionallik koeffitsienti bo'lib, moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti deb ataladi. Moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti elektroliz vaqtida ajralib chiqqan har bir modda uchun har xildir. Agar (1) formulada q = 1 C deb olinsa, k = m bo'ladi. Moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti son jihatdan elektrolitdan bir kulon zaryad o'tganda ajralib chiqqan modda massasiga tengdir. Bu degani, moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti 1 kg/C da o'lchanadi. Bu juda kichik birlik bo'lgani uchun amalda uning o'rniga 1 mg/C birligidan foydalaniladi.
Bunga asosan Faradeyning 1-elektroliz qonuni quyidagicha ta'riflanadi: Elektroliz vaqtida elektrodlarda ajralgan moddaning massasi tok kuchiga va uning elektrolitdan o'tish vaqtiga to'g'ri proporsionaldir.
q=It
h
Masalan, moddaning kimyoviy ekvivalenti kumush uchun 1,118 mg/C xlor uchun 0,367 mg/C, mis uchun 0,329 mg/C, nikel uchun 0,304 mg/C, alyuminiy uchun 0,094 mg/C qiymatga ega. (1) formulada q = IAt ekanligini hisobga olsak, elektrodlarda ajralib chiqqan modda
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
massasi m ning elektrolitdan o'tayotgan tok kuchi I ga va tokning o'tish vaqti At ga bog'liqlik ifodasini olish mumkin:
m = kIAt. (2)
Faradeyning birinchi qonuni tajribada quyidagicha tekshirib ko'rilgan. Uchta elektrolit vannaga bir xil A, B va C elektrolitlar quyilib, ularning elektrodlari bir-biri bilan 120-rasmda ko'rsatilgandek ulangan
Rasmga ko'ra, A elektrolitdan o'tayotgan Ia tok kuchi B va C 120-rasm elektrolitlardan o'tayotgan Ib va Ic tok kuchlarining yig'indisiga teng bo'ladi. Agar (2) formula o'rinli bo'lsa, A, B va C elektrolitlar elektrodlarida ajralib chiqadigan moddalarning mA, mB va mc massalari mA = mB + mc munosabatda bo'lishi kerak.
Masala yechish namunasi
l.Mis kuporosining suvdagi eritmasidan iborat bo'lgan elektrolitdan 12,5 C zaryad o'tdi. Elektrolitga botirilgan katodda qancha miqdorda mis yig'ilgan?
Berilgan q=12,5 C k=0,329 mg/C
topish kera
m=?
Form
ulasi
m=kq
k?
Yechilishi
m=12,5C*0,329mg/c=4,1125mg
javob:4,1125mg
2. . Elektroliz vaqtida katodda 10 mg miqdorda kumush yi g'ilishi uchun kumush ionlari bo'lgan elektrolitdan qancha zaryad o'tishi kerak?
Berilgan m=10mg-
k=1,118 mg/C
Topish kerak
q=?
Formula
m=k q=m
Yechilishi
q=
10 mg
/k
1,118 mg/C
Javob:8,94 C
8,94 C
REFERENCES
1. Savelyev I.V. Umumiy fizika kursi, t. 1-3, M, Nauka, 1989-92.
2. Savelyev I.V. Kurs obshey fiziki t. 1-3, M, Nauka, 1989-98.
3. Detlaf A.A., Yavorskiy B.M., Kurs fiziki, M.Visshaya shkola, 2007.
4. Trofimova T.I. Kurs fiziki M., Vishaya shkola, 2007.
*
q
