11 Дәріс Физикалық химия

1.

ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ҚЫЗДАР ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Жаратылыстану институты
Химия кафедрасы
№14 – дәріс
ЭЛЕКТРОХИМИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТ ЕРІТІНДІЛЕРІ
Дәріскер: PhD, аға-оқытушы Рахимова Б. У.

2.

Электрохимияға кіріспе
Электрохимия – бұл физикалық химияның химиялық және электрлік энергия түрлерінің өзара түрлену заңдарын (яғни химиялық
және электрлік құбылыстардың байланысын) және осы түрленулер жүзеге асатын жүйелерді зерттейтін бөлімі. Электрохимия
сонымен қатар иондық өткізгіштердің физика-химиялық қасиеттерін және зарядталған бөлшектермен (электрондар мен
иондармен) алмаса алатын фазалар шекарасында жүретін процестерді қарастырады.
Электрохимия электролит ерітінділерінің теориясын, олардың электр өткізгіштігін, электрохимиялық процестердің
термодинамикасын (яғни зарядталған фазалар шекарасындағы тепе-теңдік шарттарын), электр қозғаушы күшті және
электродтық потенциалдарды, сондай-ақ олардың уақыт бойынша жүру заңдылықтарын зерттейді.
Электрохимиялық жүйелер мен құбылыстарды тепе-теңдік жағдайында да, яғни өте аз ток өткен кезде, және тепе-теңдік емес
жағдайда да зерттеуге болады. Соңғысында электрохимиялық процестердің немесе реакциялардың кинетикасы қарастырылады.
Электрохимия дербес ғылым ретінде XVIII және XIX ғасырлардың тоғысында, Л. Гальвани, А. Вольта, В. В. Петров және басқа
ғалымдардың еңбектерінің нәтижесінде қалыптасты. Оның алғашқы және маңызды жетістіктеріне мыналарды жатқызуға
болады:
– 1799 жылы физик А. Вольта алғашқы химиялық электр энергиясының көзін жасауы;
– 1834 жылы М. Фарадейдің электролиз заңдарын ашуы;
– 1887 жылы С. Аррениустың электролиттік диссоциация теориясын ұсынуы;
– 1890 жылы Нернсттің электродтық потенциалдың пайда болу теориясын жасауы және т.б.
Электрохимия заңдары электролиз (гальваникалық өндіріс) және электросинтез сияқты технологиялық процестердің негізінде
жатыр, сондай-ақ гальванотехникада, отын элементтерінде және басқа да химиялық ток көздерін жасауда қолданылады.
Электрохимия металдардың электролиттердегі электрохимиялық коррозиясының механизмін және кинетикасын түсінуде,
сондай-ақ коррозиядан қорғау әдістерін таңдауда маңызды рөл атқарады. Ғылым мен техникада электрохимиялық зерттеу және
талдау әдістері кеңінен қолданылады: полярография, кондуктометрия, потенциометрия және т.б. Жаңа техникалық сала –
хемотроника – ақпаратты электрохимиялық түрлендіргіштерді жасаумен айналысады.

3.

Өткізгіштердің жалпы сипаттамасы. Электролиттер
Өткізгіштер деп сыртқы электр өрісі әсер еткенде зарядталған бөлшектердің (иондар мен электрондардың) бағытталған
қозғалысы байқалатын, яғни электр тогы өтетін заттарды айтады. Өткізгіштер I және II текті болып бөлінеді.
I текті өткізгіштер – бұл электр тогын электрондардың қозғалысы арқылы өткізетін сұйық немесе қатты заттар. Яғни, бұлар
электрондық өткізгіштікке ие заттар.
Мысалы: қатты және сұйық металдар (немесе қорытпалар), кейбір тұздар (ZnS, PbS), металл оксидтері, кейбір бейметалдар
(графит).
II текті өткізгіштер – бұл электр тогын иондардың (катиондар мен аниондардың) қозғалысы немесе тасымалдануы арқылы
өткізетін заттар. Яғни, бұлар иондық өткізгіштікке ие заттар немесе электролиттер.
Электролиттер арқылы ток өткен кезде иондар сәйкес электродтарға қарай қозғалып, токтың ену және шығу нүктелерінде
электродтарда электрохимиялық реакциялар жүреді (заряд тасымалдаушылар – иондардың қатысуымен жүретін реакциялар).
Мысалы: тұздардың, қышқылдардың және негіздердің суда немесе басқа еріткіштердегі ерітінділері, балқыған тұздар және
кейбір қатты тұздар.
Осылайша, электролиттер деп ерітінділері немесе балқымалары құрамында иондардың (диссоциация нәтижесінде түзілетін)
болуына байланысты электр тогын өткізетін заттарды айтады.
Айта кету керек, заттарды I және II текті өткізгіштерге бөлу шартты түрде ғана, өйткені олардың көпшілігі аралас өткізгіштікке
ие (мысалы, Ag₂S-тің β-модификациясы, ZnO, Cu₂O және т.б.).

4.

Электролит ерітінділерінің айрықша қасиеттері
Электролит ерітінділерінің қасиеттерін иондары жоқ ерітінділердің (бейэлектролит ерітінділері) қасиеттерімен салыстырғанда,
келесілерді атап өтуге болады:
• Электролит ерітінділері идеалдықтан теріс (немесе айқын теріс) ауытқулар көрсетеді. Бұл электролит иондары мен еріткіш
молекулаларының арасындағы күшті өзара әсерлесумен байланысты (солватация процесі).
• Зарядталған бөлшектердің, мысалы ерітіндідегі иондардың, өзара әсерлесу энергиясы зарядталмаған бөлшектерге
(молекулаларға) қарағанда әлдеқайда жоғары.
Белгілі болғандай, зарядталған бөлшектер үшін ионаралық немесе кулондық өзара әсерлесу энергиясы