NKPI

Maraqlı Məlumatlar

KİMYA DƏRSİ MƏSƏLƏLƏRLƏ - Elektrolitik dissosiasiya, elektroliz, hidroliz mövzularına aid

 

ELEKTROLİTİK DİSSOSİASİYA ELEKTROLİZ, HİDROLİZ MÖVZULARINA AİD MƏSƏLƏLƏRİN HƏLLİ ÜSULLARININ KİMYANIN TƏDRİSİNDƏ ROLU VƏ PRAKTİK ƏHƏMİYYƏTİ

 

Elektrolitlər.

Məhlulların elektrik keçiriciliyini yoxlamaq üçün cihazdan istifadə etməklə kimyəvi rabitənin müxtəlif tiplərinə aid maddə məhlullarının elektirik keçiriciliyini və həmin maddələrin suda həllolma  xüsusiyyətini öyrənmək olar. Cihazın elektordları quru xörək duzuna, eləcə də distillə edilmiş suya salındıqda lampa yanmayacaqdır. Deməli, quru xörək duzu və distillə olunmuş su elektrik cərəyanını keçirmir. Ancaq elektrodlar NaCl-in, NaNO3-in, suda məhluluna salındıqda lampa yanacaqdır. Deməli, bu duzların, eləcə də, suda həll olan digər duzların, qələvilərin, H2SiO3-dən başqa digər turşuların suda məhlulu elektirik cərəyanını keçirir. Lakin monosaxaridlərin (dezoksiriboza- C5H10O4, riboza C5H10O5, qlükoza C6H12O6, fruktoza- C6H12O6) disaxaridlərin (saxaroza C12H22O11, maltoza- C12H22O11, laktoza- C12H22O11), spirtlərin (metil spirti- CH3OH, etil spirti – C2H5OH və s), aldehidlərin (formaldehid- H-COH, sirkə aldehidi- CH3-COH  və s) suda məhlulları elektirik cərəyanını keçirmir. Cihazın elektrodlarını yuxarıda adları verilmiş üzvi maddələrin məhluluna saldıqda lampanın yanmaması bunu sübut edir. Bütün bu xassələrə görə maddələri iki qrupa-elektrolitlərə və qeyri-elektrolitlərə ayırırlar.

Suda məhlulları elektrik cərəyanını keçirən maddələrə elektrolitlər deyilir. Suda məhlulu eletrik cərəyanını keçirməyən maddələrə qeyri-elektrolitlər deyilir.

Müxtəlif xarakterli kimyəvi rabitələrə malik maddələrin suda həllolma mexanizmi.

İon rabitəsinə malik maddələrin suda həllolma mexanizmini başa düşmək üçün, suyun molekullarında hidrogen və oksigen atomları arasında güclü polyar-kovalent rabitələrin olduğunu bilmək lazımdır. Deməli, su molekulları polyardır. Bu səbəbdən də NaCl, eləcə  də suda həll olan digər ion rabitəli maddələr suda həll olarkən su molekulları öz mənfi qütbləri ilə müsbət yüklənmiş kationlara, müsbət qütbləri ilə isə mənfi yüklənmiş ionlara tərəf cəzb olunur. Ion rabitəli maddənin ionları arasındakı rabitə zəifləyir və kristal qəfəsi dağılır.

Kovalent güclü polyar rabitəyə malik maddələr, məsələn HCl, HBr, HJ və s suda həll edilən zaman kimyəvi rabitənin xarakteri dəyişir. Yəni suyun polyar molekullarının təsiri nəticəsində polyar-kovalent rabitə ion rabitəsinə çevrilir və bu zaman hissəciklərin ayrılması prosesi ion rabitəli birləşmələrdə olduğu kimi olur. Elektrolitlər əridildikdə hissəciklərin rəqsi hərəkətlərinin güclənməsi nəticəsində onların arasındakı rabitə zəifləyir. Bu isə kristal qəfəsin dağılması ilə nəticələnir. Deməli, duzlar, qələvilər əridildikdə, eləcə də duzlar, qələvilər və turşular suda həll edildikdə ionlarına ayrılır. 

Elektrolik dissosiasiya nəzəriyyəsinin dərk edilməsində məsələ həllinin rolu

Elektrolitləri suda həll etdikdə və ya əritdikdə ioanlarına ayrılması prosesinə elektrolitik dissosiasiya deyilir.

Elektrolitik dissosiasiyanın əsas nəzəri müddəalarını 1887-ci ildə İsveç alimi Svante Arrenius vermişdir. Bu nəzəriyyə üç əsas müddəadan ibarətdir:

1) Əritdikdə və suda həll etdikdə elektrolitlər müsbət və mənfi yüklü ionlara parçalanır(dissosiasiya edir):

Məhlulda ionlar müxtəlif istiqamətlərdə nizamsız hərəkətdə olur.

2) Elektrik cərəyanının təsirindən ionlar istiqamətlənmiş hərəkət edir: müsbət yüklü ionlar katoda, mənfi yüklü ionlar isə anoda doğru istiqamətlənir. Ona görə də müsbət yüklü ionlara kationlar, mənfi yüklü ionlara isə anionlar deyilir.

3) Dissosiasiya dönər prosesdir: molekulların parçalanması ilə yanaşı, ionların birləşməsi - assosiasiyası da baş verir.

İonlar  və neytral atomlar həm quruluşu, həm də xassələrinə görə bir- birindən fərqlənir. Məsələn:

Kalium atomları xarici elektron təbəqəsindəki 4s1 elektronlarını asanlıqla verir. Buna görə də onun atomları adi şəraitdə havada oksidləşir, su ilə reaksiyaya daxil olur və i.a. Kalium ionları (K+)elektronlarını vermir, odur ki, oksidləşə bilmir və su ilə reaksiyaya daxil olmur.

Bütün bunlara baxmayaraq, S. Arrenius elektrolik dissosiyasiya prosesinin mahiyyətini tam aydınlaşdıra bilməmişdir. O, həlledici molekullarının rolunu nəzərə almamış və suda məhlulda sərbəst ionlar olduğunu güman etmişdir.

Hidrat nəzəriyyəsi. Elektrolitik dissosiasiya prosesi haqqın­dakı təsəvvürlər sonralar rus alimləri İ.A. Kablukov və V.A. Kistya­kovskinin əsərlərində inkişaf etdirilmişdir. Bu alimlərin təsəvvür­lərinin mahiyyətini, müxtəsər də olsa başa düşmək üçün maddələrin suda həll olması zamanı baş verən hadisələri nəzərdən keçirək.

Bərk KOH və ya qatı H2SO4 suda həll olarkən güclü qızma hadisəsi baş verir. Sulfat turşusunu ehtiyatla həll etmək lazımdır. Çünki temperaturun yüksəlməsi nəticəsində suyun bir hissəsi buxarlanır, onun təzyiqi altında turşu qabdan kənara sıçraya bilər. Bunun baş verməməsi üçün sulfat turşusunu nazik axınla suyun üzərinə (əksinə yox) daim qarışdırmaq şərtilə tökmək lazımdır.

Yaş taxta parçasının üzərinə qoyulmuş nazik divarlı stəkanda ammonium şorası (NH4NO3) həll edildikdə, o dərəcədə soyuma müşahidə olunur ki, hətta stəkan taxtanın səthinə yapışır. Niyə maddələr suda həll olduqda bir halda qızma, başqa halda soyuma prosesi müşahidə edilir? Bərk maddələr həll olduqda onların krsital qəfəsinin dağılması və əmələ gələn hissəciklərin həlledicinin molekulları arasında yayılması hadisəsi baş verir. Bu zaman lazım olan enerji xaricdən udulur. Deməli, bərk maddələrin (duzların, qələvilərin) məhlulda kristal qəfəsinin dağılması endotermik prosesdir. Bəs niyə bəzi maddələr həll olduqda məhlul qızır?

Sizə məlumdur ki, istiliyin ayrılması kimyəvi reaksiyanın əlamətlərindən biridir. Deməli, həllolma zamanı kimyəvi reaksiya da gedir. Məsələn, sulfat turşusu, molekulları su molekulları ilə qarşılıqlı təsirə girir, H2SO4·H2O (sulfat turşusunun monohidratı) və H2SO4·2H2O (sulfat turşusunun dihidratı) tərkibli birləşmələr əmələ gəlir. Başqa sözlə desək, bu zaman sulfat turşusu molekulu bir və ya iki su molekulunu özünə birləşdirir. Sulfat turşusu molekullarının su molekulları ilə qarşılıqlı təsiri hidratlaşma reaksiyalarına aid edilir, bu prosesdə əmələ gələn maddələr isə hidratlar adlandırılır. Hidratlaşma prosesi ekzotermikdir.

Göstərilən misallardan aydın olur ki, bərk maddələr suda həll olduqda həm fiziki, həm də kimyəvi proses baş verir. Hidratlaşma enerjisi maddənin kristal qəfəsinin dağılmasına sərf olunan enerjidən çox olarsa, həllolma qızma ilə, az olduqda isə soyuma ilə müşaiət olunur. Beləliklə, həllolma fiziki-kimyəvi prosesdir. Həllolma prosesinin və məhlulların təbiətinin bu şəkildə izahı ilk dəfə rus alimi D.İ.Mendeleyev tərəfindən nəzəri cəhətdən əsaslandırılmış və o məhlulların hidrat nəzəriyyəsini işləyib hazırlamışdır.

Məhlul buxarlandırılan zaman maddə (duzlar, qələvilər) adətən tərkibində kimyəvi əlaqəli şəkildə suyu olan kristallar şəklində ayrılır. Məsələn, ağrəngli toz halında olan mis (II) sulfat üzərinə su əlavə edildikdə qızma prosesi baş verir və mavi rəngli məhlul alınır. Suyu buxarlandırdıqda CuSO4·5H2O tərkibli göy rəngli kristal maddə-mis kuporası ayrılır.

Tərkibində kimyəvi rabitə ilə birləşmiş su molekulu olan kristal maddələrə kristalhidratlar, kristalların tərkibinə daxil olan suya isə kristallaşma suyu deyilir.

Hidratlaşma prosesləri öyrənilərkən suyun hansı hissəciklərlə reaksiyaya girməsi məsələsi aydınlaşdırılmalıdır.

İ.A. Kablukov və V.A. Kistyakovski bir-birindən xəbərsiz belə güman etmişlər ki, su molekulları ilə elektrolitlərin ionları reaksiyaya daxil olur, yəni ionlar hidratlaşır. Bu fikir sonralar təsdiq olundu. Məsələn, aydınlaşdırıldı ki, susuz mis (II) sulfat suda həll edildikdə ionların hidratlaşması prosesi baş verir. Həmin məhlul buxarlandıqda kristallar əmələ gəlir. Onların krsital qəfəslərinin düyün nöqtələrində göy rəngli hidratlaşmış mis ionları [Cu(H2O)42+] və hidratlaşmış rəngsiz sulfat ionları [(SO4·H2O)2- yerləşir. Hər iki ion mis kuporosunun kristallarını əmələ gətirir.

Müəyyən edilmişdir ki, turşu molekulları dissosiasiya etdikdə də sərbəst hidrogen ionları deyil, onların hidratları- hidroksonium ionu (H3O+ və ya oksonium) alınır. Məsələn: 

Hidrogen-halogenidlərin (HCl, HBr, HJ), qələvilərin (LiOH, NaOH, KOH və s), qatı HNO3 və H2SO4-ün həllolması ekzotermik (Q>0, ∆H<0), əksər duzların həll olması isə endotermik (Q<0, ∆H>0) prosesdir. H2SiO3-dən başqa, digər qyri-üzvi turşuların suda məhlulunda həmişə hidroksonium ionu olur.

Əksər hallarda məhlulda ionun birləşdirdiyi su molekullarının sayı məlum olmadığına görə, elektrolitik dissosiasiya proseslərinin tənlikləri qısa şəkildə aşağıdakı kimi yazılır:

Elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsi baxımından turşu, əsas və duzların dissosiasiyası

Bütün suda həll olan turşular suda məhlullarda hidrogen və turşu qalıqları ionlarına dissosiasiya edir. Elektrolik  dissosiasiya nəzəriyyəsi baxımından turşulara aşağıdakı kimi tərif vermək olar.

Turşular – suda məhlullarda dissosiasiya etdikdə kation olaraq yalnız hidrogen ionları (H+) əmələ gətirən mürəkkəb maddələrdir.

Birəsaslı turşular bir, ikiəsaslı turşular iki, üçəsaslı turşular H3PO4 üç mərhələdə dissosiasiya edir. Iki və üç əsaslı turşuların dissosiasiyası əsasən 1-ci mərhələdə gedir. Mərhələli dissosiasiyada hər mərhələdən sonrakı mərhələ daha yavaş gedir (yəni mərhələli dissosiasiyada getdikcə dissosiasiya prosesi zəifləyir).

Turşuların əsaslığı, tam dissosiasiya zamanı əmələ gələn hidrogen kationlarının sayı ilə müəyyən edilir.

İonlara ayrılmanın sürəti başlanğıc maddənin əmələ gəlmə sürətindən böyük olarsa, dissosiasiya prosesi sağa, kiçik olduqda  isə sola tərəf yerini dəyişir.

Turşuların xassələri (turş dadı, indikatorlara təsiri və s.) məhlulda hidratlaşmış hidrogen ionunun (H3O+) olması ilə əlaqədardır. Deməli, turşular üçün ümumi olan H(və ya H3O+) ionudur. Buradanda aydın olur ki, indikatorun rəngini dəyişən (məsələn lakmusu qırmızı rəngə boyayan) H+ (və ya H3O+) ionudur.

Qeyri-üzvi turşulardan yalnız H2SiO3 indikatorun rəngini dəyişmir, çünki bu turşu suda həll olmur. Karbonat turşusu (H2CO3) lakmusu çəhrayı, digər qeyri-üzvi turşular qırmızı rəngə boyayır.

Dissosiasiya zamanı anion olaraq yalnız hidroksid ionu (OH-) əmələ gətirən elektrolitlərə əsaslar deyilir. Suda həll olan əsaslara (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2qələvilər deyilir.

Əsasların turşuluğu onun molekulundakı hidroksid ionalrının sayı ilə müəyyən olunur. Hidroksid ionalrının sayı əsasın turşuluğunu göstərir. Yalnız qələvilər suda məhlulda dissosiasiya edir. Qələvilərin dissosiasiya mərhələlərinin sayı turşuluğu qədər olur.

Əsaslar üçün ümumi ion hidroksid (OH-) ionudur. Indikatorun rəngini dəyişən (məsələn lakmusu göy rəngə boyayan) hidroksid ionudur. Suda həll olmayan əsaslar indikatorun rəngini dəyişmir.

Dissosiasiya zamanı həm H+, həm də OH ionları əmələ gətirən elektrolitlərə amfoter hidroksidlər (amfoter əsaslar) deyilir.

Amfoter hidroksidlərə Be(OH)2 , Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3 və s. misal göstərmək olar. Amfoter Zn(OH)2-nin dissosiasiya tənliyi aşağıdakı kimidir:

Amfoter hidroksidlər iki cür dissosiasiya etdiyi üçün həm turşularla, həm də əsaslarla qarşılıqlı təsirdə olub duz və su əmələ gətirir.

Dissosiasiya prosesi zamanı metal (və ya ammonium) kationu və turşu qalığı anionu əmələ gətirən maddələrə duzlar deyilir.

Duzlar növündən asılı olaraq müxtəlif cür dissosiasiya edir. Normal, ikiqat və qarışıq duzlar bir mərhələdə dissosiasiya edir.

Turş duzlar suda məhlullarda dissosiasiya etdikdə müsbət yüklənmiş metal (və ya ammonium) və hidrogen, mənfi yüklənmiş turşu qalığı ionlarına dissosiasiya edən mürəkkəb maddələrdir.

Turş duzlar mərhələli dissosiasiya edir. Hidroduzlar iki, dihidroduzlar üç mərhələdə dissosiasiya edir. Mərhələlər üzrə getdikcə dissosiasiya prosesi zəifləyir.

Dissosiasiya dərəcəsi.

Bəzi elektrolitlər suda məhlullarda qatılıqdan asılı olmayaraq, ionlarına tam dissosiasiya edir. İon kristal qəfəsinə malik maddələr (suda həll olan normal, ikiqat, qarışıq duzlar) belə elektrolitlərə aiddir. Qismən dissosiasiya edən elektrolitlərin məhlullarını durulaşdırdıqda dissosiasiya prosesi güclənir, qatılığını artırdıqda isə azalır.

Dissosiasiya etmiş molekulların sayının məhluldakı həll olmuş molekulların ümumi sayına olan nisbətinə dissosiasiya dərəcəsi deyilir və α (alfa) ilə işarə olunur.

α-nın qiyməti 0÷1 arasında, faizlə ifadə olunduqda  0÷100% arasında qiymət alır.

n-dissosiasiya etmiş molekulların sayı, N-həll olmuş molekulların ümumi sayıdır. α=0 olarsa, deməli, dissosiasiya baş verməmişdir. α=1 və ya α=100% olarsa, elektrolit tamamilə ionlarına dissosiasiya etmişdir.

Dissosiasiya dərəcəsinə təsir edən amillər

Dissosiasiya dərəcəsinin qiyməti bir sıra amillərdən asılıdır.

1) Elektrolitin təbiəti (elektrolit molekulundakı rabitənin xarakteri). Zəif və orta qüvvətli elektrolitlər məhlulda qismən, qüvvətli elektrolitlər isə tam dissosiasiya edir.

2) Həlledicinin təbiəti.  Dielektrik sabiti müəyyən mühitdə yerləşən iki elektrik yükü arasında qarşılıqlı təsir qüvvəsinin vakuma nisbətən neçə dəfə kiçik olduğunu göstərir. Suyun dielektrik sabiti (nüfuzetmə qabiliyyəti) 20oC-də böyük olduğundan ionlaşdırma qabiliyyəti də nisbətən böyükdür. Onun dielektrik sabitinin ədədi qiyməti (81) göstərir ki, mühit su olan məhlulda ionlar arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi onların kristaldakı təsir qüvvəsinə nisbətən 81 dəfə zəifləyir. Eyni qatılıqda hazırlanmış məhlulda mühit su götü­rülərsə, dissosiasiya dərəcəsi digər həlledicilərə nisbətən çox olar.

3) Məhlulun qatılığı.  Məhlulun qatılığı azaldıqda (yəni məhlul durulaşdırıldıqda), ionların görüşmə ehtimalı azalır və tarazlıq ionlaşma istiqamətində yerini dəyişir (dissosiasiya dərəcəsi artır). Duru məhlullarda ionlar arasındakı toqquşmaların sayı azaldığından molyarlaşma sürəti (molekulların əmələgəlmə sürəti) nəzərə çarpacaq dərəcədə azalar.

Bu isə tarazılığın dissosiasiya istiqamətində yerdəyişməsinə və dissosiasiya dərəcəsinin artmasına səbəb olur. Deməli, dissosiasiya dərəcəsi elektrolitin qatılığından tərs asılıdır.

4) Temperaturun təsiri. Elektrolitlərin dissosiasiyası prosesində cüzi miqdarda istilik udulur və ya ayrılır. Adətən, məhlulun 1oC qızdırılması əksər elektrolitlərin dissosiasiya prosesini 0,05% artırır. Temperatur artdıqca elektrolitin elektrik keçirmə qabiliyyəti artır. Bu hal həm ionların hidratlaşma dərəcəsinin və mühitin özlülüyünün azalması, həm də ionların hərəkət sürətinin artması ilə əlaqədardır. Bu cəhətdən su xüsusi mövqe tutur. Suyun dissosiasiyası endotermik prosesdir və 57,3 kC istilik sərf etməklə gedir. Odur ki, temperatur artdıqda suyun dissosiasiya dərəcəsi də artır. Qüvvətli elektrolitlərin məhlulunu qızdırdıqda dissosiasiya dərəcəsi azalır (qrafik 1), zəif elektrolitlərin məhlulunu qızdırdıqda isə dissosiasiya dərəcəsi artır (qrafik 2).

5) İonların qatılığının təsiri. Dissosiasiya nəticəsində əmələ gələn ionların qatılığını artırmaq və ya azaltmaqla tarazlığın yerini dəyişmək mümkündür. Məsələn, NH4OH suda aşağıdakı tənlik üzrə ionlarına dissosiasiya edir.

Məhlula bir qədər NH4Cl əlavə etdikdə NH4ionunun qatılığı artır və tarazlıq sola (başlanğıc maddələrə) doğru yerini dəyişir. Tarazlığın belə yerdəyişməsi Le-Şatelye prinsipinə tabedir. Məhlulda əmələ gələn ionlardan birini tarazlıqdakı sistemdən kənar etdikdə dissosiasiya dərəcəsi artır. Deməli, zəif elektrolitin məhluluna tərkibində eyni adlı ion olan elektrolit əlavə etdikdə dissosiasiya dərəcəsi azalmalıdır (qrafik 3).

Dissosiasiya sabiti

Dissosiasiya dərəcəsinin (α) qiyməti elektrolitin qatılığından asılı olduğundan elektrolitin dissosiasiyasını xarakterizə etmək üçün α-dan istifadə olunması əlverişli deyil. Bu məqsədlə dissosiasiya sabitindən (Kd) istifadə olunur. Dissosiasiya sabitinin qiyməti α-dan fərqli olaraq məhlulun qatılığından asılı deyil (qrafik 4).

Dissosiasiya sabiti ionlarının qatılıqları hasilinin elektrolitin ionlara ayrılmamış molekullarının qatılığına olan nisbətinə bərabərdir. Məsələn, sirkə turşusu üçün dissosiasiya sabitinin hesablanması düsturu aşağıdakı kimi olur.

Kqatılıqdan asılı olmadığı üçün sabit kəmiyyətdir. 

Kd-nin qiyməti elektrolitin və həlledicinin təbiətindən, temperaturundan asılıdır (qrafik 5).

Kd-nin qiyməti nə qədər çox olarsa, elektrolit bir o qədər çox dissosiasiya etmiş olur.

Müxtəlif elektrolitlərin eyni mol miqdarının həll olduğu məhlullardan hansında daha çox sayda ion əmələ gəlirsə, onun elektirik keçiriciliyi daha yüksək olur.

İon mübadiləsi reaksiyaları

Elektrolitlərin suda məhlulları arasında gedən mübadilə (dəyişmə) reaksiyaları əvvəlki fəsillərdə molekulyar tənliklə göstərilirdi. Həqiqətdə isə elektrolitlər arasında reaksiyalarda elektrolitlərin molekulları deyil, onların dissosiasi­yasından əmələ gələn ionlar iştirak edir.

Elektrolitlərin suda məhlullarının qarşılıqlı təsirinə ion mübadiləsi reaksiyaları, belə reaksiyaların tənliklərinə isə ion tənlikləri deyilir. Reaksiyada iştirak etməyən ionlar ixtisar edildikdə alınan tənliklərə qısa ion tənliyi deyilir.

İon mübadiləsi reaksiyalarının getməsi şəraitini başa düşmək üçün ionların mühüm xassələrini bilmək lazımdır.

İonların xassələri. İonların quruluşu və xassələrinə görə atomların fərqlənməsi artıq sizə məlumdur. Bəzi ionlar rəngsiz olduğu halda, başqaları müəyyən rəngə malikdir. Onların hər biri üçün xüsusi kimyəvi xassə xarakterikdir. Aşağıdakı cədvəldə  ionların təyini üçün reaktivlər və ionlar üçün xarakterik əlamətlər verilmişdir.

İon tənliklərini tərtib edərkən aşağıdakı qaydalara əməl etmək lazımdır.

  1. Reaksiyanın tam tənliyi molekulyar şəkildə yazılır. Yəni reaksiyada iştirak edən və alınan maddələrin kimyəvi formulları əmsalı ilə birlikdə yazılır.
  2. Az dissosiasiya edən (su və əsasən üzvi maddələr) az həll olan (çöküntü) və qaz halında olan maddələr molekulyar şəkildə yazılır.
  3. Reaksiyada iştirak etməyən ionlar ixtisar edilir. Yalnız reaksiyada iştirak edən ionların göstərildiyi tənliyə qısa ion tənliyi deyilir. Məsələn:

K3PO3  + 2AgNO3 →  Ag3PO4↓  + 3NaNO3 molekulyar tənlik.

Elektrolit       elektrolit             qeyri-elektrolit

3Na++PO43- + Ag+ 3NO3- → Ag3PO4↓ + 3Na+ 3NO3 tam ion tənliyi

PO43- + 3Ag+ → Ag3PO4↓ qısa ion tənliyi

Əgər ion reaksiyaları zamanı ionların yükü dəyişmirsə, belə reaksiyalar ion mübadiləsi reaksiyaları adlanır.

İon mübadiləsi reaksiyaları üç halda axıra qədər gedir.

  1. Çöküntü alınırsa. Məsələn:

Na2SO+ Ba(NO3)2 → BaSO4↓ + 2NaNO3 molekulyar tənlik.

2Na++ SO22- + Ba2++ 2NO3- → BaSO4↓ + 2Na+ + 2NO3tam ion tənliyi.

SO42- + Ba2+    → BaSO4↓ qısa ion tənliyi

  1. Zəif dissosiasiya edən maddə( məsələn su) alınarsa:

2KOH + H2SO4 → K2SO+ 2H2O molekulyar tənlik

2K+ 2OH+ 2H+SO42- → 2K++ SO42-+ 2H2O tam ion tənliyi

2OH-  + 2H → 2H2O; OH- + H+   → H2O qisa ion tənliyi

  1. Qaz halında maddə alınarsa:

NH4Cl + NaOH → NaCl + NH+ H2O molekulyar tənlik

NH4+ Cl+ NaOH → Na+ Cl+ NH3↑ + H2O tam ion tənliyi

NH4+ OH- → NH3↑ + H2O qısa ion tənliyi

Elektrolit məhlullarında mübadilə reaksiyaları yalnız o zaman axıradək gedir ki, həmin reaksiya nəticəsində əmələ gələn maddələrdən ən azı biri az dissosiasiya  edən və ya həll olmayan (çöküntü), ya da qaz halında olsun.

Yalnız bir qeyri-elektrolitin (çöküntünün, zəif elektrolitin və ya az dissosiasiya edən maddənin) əmələ gəlməsi ilə gedən reaksiyaların qısa ion tənliyinin əmsalları cəmi qeyri-elektroliti əmələ gətirən ionların cəmindən həmişə 1 vahid artıq olur.

Iki və ikidən çox qeyri- elektrolit iştirak edən və ya iki və ikidən çox qeyri-elektrolitin alınması ilə gedən reaksiyaların tam ion tənliyi ilə qısa ion tənliyi eyni olur. Misallar:

1. Ba(OH)+ H2SO4 → BaSO4↓ + 2H2O molekulyar tənlik

      Elek-t            elek-t          q/el-t           q/el-t

Ba2+  + 2OH+ 2H+  + SO42-  → BaSO4↓ + 2H2O tam və qısa ion tənliyi

2. CuSO+ Ba(OH)2 → BaSO4↓ + Cu(OH)2

      Elek-t        elek-t            q/elek-t       q/elek-t

3. CaCO3  + CO2  + H2O  → Ca(HCO3)2

 q/elek-t        q/elek-t      q/elek-t       elek-t

4. 4NO2  + O2    + 2H2O   → 4HNO3

    q/elek-t     q/elek-t  q/elek-t         elek-t             

Bir-biri ilə  reaksiyaya girib çöküntü, qaz, su və az dissosiasiya edən maddə əmələ gətirən ionların məhlullarını eyni qabda saxlamaq mümkün deyil.

Məhluldakı ionlar öz aralarında az dissosiasiya edən, az həll olan və qaz halında olan maddələr əmələ gətirmirsə, onda onların məhlulları arasında reaksiya axıra qədər getmir və belə ionların məhlullarını eyni qabda saxlamaq olar.

Deməli, elektrolitlər arasında çöküntü, qaz, su  və üzvi maddə əmələ gəlmirsə, belə reaksiyalar axıradək getmir. Məhlulda getməyən reaksiyalara aid misallar:

1) Na2SO4 + ZnCl2 →;    2) NaCl + CuSO4   →; 

3) Na2SO+ Cu(NO3)2 →;    4)NaNO+ BaCl2 →;  

5) NaNO+ KOH →;    6) NaNO+ CuCl2 →

Qeyd: çöküntü halında olan duzlar qələvilərlə, çöküntü halında olan əsaslar duzlarla, çöküntü halında olan duzlar digər duzlarla reaksiyaya daxil olmur.

İon mübadiləsi reaksiyaları oksidləşmə dərəcəsinin dəyişməməsi ilə gedir, yəni heç zaman oksidləşmə-reduksiya reaksiyası olmur.

Elektroliz

Elektroliz – elektrolit məhlulundan  və ya ərintisindən sabit elektrik cəryanı keçirildikdə elektrodlarda baş verən oksidləşmə- reduksiya reaksiyalarıdır.  

Elektroliz zamanı mənfi yüklənmiş katodda müsbət yüklü kationlar reduksiya olunur, müsbət yüklü anodda isə mənfi yüklü anionlar oksidləşir.

Ərimiş maddələrin elektrolizi. Duzlar və qələvilər əridildikdə həllolmada olduğu kimi ionlarına ayrılır. Elektrolitlərin ərintisindən sabit elektrik cəryanı keçirildikdə elektroliz prosesi baş verir. Əridilmiş NaCl və NaOH-ın elektroliz prosesini nəzərdən keçirək.

Elektroliz nəticəsində elektirik enerjisi kimyəvi enerjiyə çevrilir. Elektrolit məhlulundan və ya ərintisindən sabit elektirik cəryanı keçirdikdə ionların xaotik hətəkəti nizamlanır, kationlar (müsbər yüklü ionlar) katoda, anionlar (mənfi yüklü ionlar) anoda doğru hərəkət edir və yüksüzləşərək neytral atom  və ya molekullarına çevrilirlər. Ammonium duzlarından başqa istənilən duzun ərintisinin elektrolizi zamanı katodda həmişə metal alınır. Oksigensiz turşuların duzlarının ərintisinin elektrolizi zamanı anodda həmişə turşu qalığı oksidləşir və çox atomlu bəsit maddə alınır. Oksigenli turşuların duzlarının ərintisinin elektrolizi zamanı anodda anionun oksidləşməsi mürəkkəb proses olduğundan məktəb kursunda öyrənilmir. Bir sıra maddələrin ərintisinin elektroliz tənlikləri aşağıdakı kimidir:

Elektrolitlərin suda məhlulunun elektrolizi

Elektrolitlərin məhlulunun elektrolizi zamanı elektrodlarda baş verən elektrokimyəvi proseslərin xarakteri ionun, həlledicinin təbiəti, elektrolitin qatılığı, eletrodun hazırlandığı material, temperatur, cəryanının sıxlığı və s. amillərdən asılıdır.

Məsələn, NaCl-in əritisinin əvəzinə, onun suda məhlulu elektrolizə uğradıqda katodda Na deyil, H2 ayrılır. Bu səbəbdən elektrolit ərintilərinin və məhlullarının elektrolizini bir-birindən fərqləndirmək laızmdır.

Əvvəllər öyrəndiklərimizdən sizə məlumdur ki, elektronları neytral atomlar və ya ionlar qəbul edə bilər. Lakin müəyyən olunmuşdur ki, elektronları nəinki yalnız belə hissəciklər, həm də neytral molekullar, məsələn, su molekulları qəbul edə bilər. Molekulların elektronları birləşdirməsi onların reduksiyasına müvafiqdir.

Duzların (qələvilərin) formuluna əsasən onların suda məhlulunun elektrolizi zamanı elektrodlarda hansı maddələrin alınacağını əvvəlcədən söyləmək üçün aşağıdakı qaydaları bilmək lazımdır.

1) Metalların elektrokimyəvi gərginlik sırasını (metalların bir-birini sıxışdırıb çıxarma sırası). 

2) Metalların elektrokimyəvi gərginlik sırasında litiumdan başlayaraq, Al-da daxil olmaqla (Li, K, Ca, Ba, Na, Mg, Al) yerləşən metalların həll olan duzlarının suda məhlullarının elektrolizi zamanı katodda su molekulları reduksiya olunur və hidrogen ayrılır.

Katodda: 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH

Bu metalların oksigensiz turşu (H2S, HCl, HBr, HJ) duzlarının suda məhlulunun elektrolizi zamanı anodda turşu qalığı oksidləşərək çoxatomlu bəsit maddə alınır və məhlulda əsas əmələ gəlir. Mg və Al-um duzlarından başqalarından isə məhlulda qələvi əmələ gəlir.

Mg və Al-un duzlarının məhlullarının elektrolizi zamanı çöküntü halında əsas alınır.

Deməli, Li, Na, K, Ca, Ba, Mg, Al-un oksigensiz turşu duzlarının suda məhlulunun elektrolizi zamanı duz parçalanır, yəni duzun kütləsi, duzun qatılığı azalır. Məsələn:

Bu duzlara MeXn; Me →Li, Na, K, Ca, Ba, Mg, Al; X→ Cl, Br, J,  eləcədə Na2S, K2S-i misal göstərmək olar.

Bu metalların (Li, Na, K, Ca, Ba, Mg, Al) oksigenli turşu duzlarının suda məhlulunun elektrolizi zamanı anodda su oksidləşir, oksigen (O2) ayrılır. Duzun kütləsi dəyişmir, katodda su reduksiya olunur, anodda su oksidləşir.

Anodda: 2H2O - 4e → 4H+  + O2

Deməli bu duzların suda məhlulunun elektrolizi zamanı yalnız suyun parçalanması baş verir. Ona görə də bu duzların suda məhlulunun elektrolizi zamanı duz parçalanmadığından məhlulun qatılığı artır. Bu duzlara:

Me(NO3)n; Me → Li, Na, K, Ca, Ba, Mg, Al            

Me2SO4; Me → Li, Na, K

Eləcədə MgSO4, Al2(SO4)3, Na2CO3, K2CO3, Na3PO4, K3PO4 və s.-ni misal göstərmək olar. Məsələn:

Qələvilərin (LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2) suda məhlulunun elektrolizi zamanıda eyni proses baş verir. Yəni katodda su reduksiya olunur, anodda su oksidləşir. Məsələn:

3) Metalların gərginlik sırasında Al ilə H arasında yerləşən metalların (Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb) həll olan duzlarının suda məhlulunun elektrolizi zamanı katodda metal ionları su molekulları ilə birlikdə reduksiya olunur, metal və H2 ayrılır.

Katodda: Men+ + ne–  → Me0;  2H2O + 2e → H2↑ + 2OH.

Orta məktəb kursunda bu metaların duzlarından yalnız NiSO4, ZnSO4, FeSO4, Zn(NO3)2, Pb(NO3)2 öyrənilir. Digər duzların suda məhlulunun elektrolizi prosesi mürəkkəb proses olduğu üçün məktəb kursunda öyrənilmir. Verilmiş metalların duzları oksigenli olduğundan onların məhlullarının elektrolizi zamanı anodda su oksidləşir, oksigen (O2) ayrılır.

4) Metalların elektrokimyəvi gərginlik sırasında hidrogendən sonrakı metalların (Cu, Hg, Ag, Pt, Au) duzlarının suda məhlulunun elektrolizi zamanı katodda yalnız metal ionları reduskiya olunur və metal alınır. Bu metalların oksigensiz turşu duzlarının suda məhlunun elektrolizi zamanı elektrodlarda həmişə eyni məhsul (katodda metal, anodda halogen) alınır. Bu duzlara CuCl2, CuBr2, CuJ2 aiddir.

Duz parçalanır, qatılığı azalır.

Bu metalların oksigenli turşu duzlarının (məsələn, Cu(NO3)2, CuSO4, AgNO3, Hg(NO3)2) suda məhlulunun elektrolizi zamanı anodda su oksidləşir, oksigen (O2) ayrılır, məhlulda turşu əmələ gəlir. Deməli bu metalların suda həll olan duzlarının məhlulunun elketrolizi zamanı həmişə duz parçalanır, duzun qatılığı azalır. Məsələn:

5) Oksigensiz turşuların (HCl, HBr, HJ, H2S) duzlarının həm ərintisinin həm də suda məhlullarının elektrolizi zamanı anodda turşu qalığı oksidləşərək müvafiq bəsit maddələrə çevrilir. Turşu qalıqlarının anodda oksidləşmə ardıcıllığı aşağıdakı kimi olur:

Əgər bir neçə duzun qarışığının suda məhlulunun elektrolizi aparılırsa, onda anodda ilk anda –S, yoxdursa-J2, yoxdursa –Br2, yoxdursa-Cl2, yoxdursa-Oayrılır.

HF-in duzlarının (MeFn) suda məhlulunun elektrolizi zamanı anodda F-ionları oksidləşmir, oksidləşməyə su molekulları uğrayır. Deməli, 2F– - 2e → Foksidləşmə prsosesi suda məhlulda getmir. Bu oksidləşmə prosesi yalnız ərintinin elektrolizi zamanı mümkündür.

Oksigenli turşuların  (HNO3, H2SO4, H3PO4,H2CO3 və s) həll olan duzlarının suda məhlulunun elektrolizi zamanı anodda turşu qalığı deyil, həmişə su oksidləşir, oksigen (O2) ayrılır.

6) Müxtəlif metalların duzlarının qarışığının suda məhlulunun elektrolizi zamanı katodda metalların reduksiya olunma ardıcıllığı aşağıdakı kimidir:

Elektroliz prosesinə təsir edən amillər

Elektroliz prosesi məhlulların elektiriki keçirmə qabiliyyəti ilə əlaqədardır. Məhlulların elektriki keçirmə qabiliyyəti, ilk növbədə ionların qatılığından asılıdır. İonların qatılığı çox olduqda məhlulun elektirik keçirmə qabiliyyəti artır. Məsələn, hər birindən ayrı-ayrılıqda 1 mol/l qatılıqlı  (yəni 1M) NaCl, CaCl2, FeCl3 duzlarının məhlullarından elektrik keçiriciliyi ən çox olanı FeCl3 olacaqdır. Çünki onun məhlulunda ionların  həm sayı, həm də qatılığı daha çoxdur.

 

Elektroliz prosesinə təsir edən amillər

Elektirikkeçirmə qabiliyyətinə təsir edən 2-ci amil ionların yüküdür. Aydındır ki, eyni şəraitdə eyni qatılıqda müxtəlif kationlar olan məhlulda yükü böyük olan kationun elektriki keçiriciliyi də çox olur. Məsələn: ayrı-ayrılıqda 1M qatılıqda götürülmüş Na+, Ca2+, Al3+ ionları olan məhluldan elektrik keçiriciliyi daha çox olan məhlul içərisində Al3+ ionu olan məhlul olacaqdır.

Məhlulun elektrik keçiriciliyinə təsir edən 3-cü amil ionların mütəhərrikliyidir. Ionların sürəti böyük olduqca zaman vahidi ərzində elektrodlarda yüksüzləşən ionların sayıda çox olur. Məsələn, başqa ionlara nisbətən OH- ionlarının sürəti 3 dəfə, H+ ionlarının sürəti isə beş dəfə artıqdır. Buna görə də qüvvətli turşu və qələvilərin eyni molyar qatılıqda məhlulları, duzların məhlullarına nisbətən elektriki daha yaxşı keçirir. Ona görədə saf suyu elektroliz etdikdə (saf su elektriki keçirmir) onun elektirik keçirmə qabiliyyətini artırmaq üçün suya bir qədər turşu və qələvi əlavə edilir.

Elektrolizin tətbiqi. Elektroliz prosesindən aktiv metalların (Na, K, Ca, Ba, Mg, Al), misin (Cu), bəzi qeyri-metalların (F2, Cl2) və qələvilərin (NaOH, KOH) alınmasında istifadə olunur. Elektroliz, həmçinin metal əşyaların səthinin nikel, xrom, sink, qalay, qızıl və digər korroziyaya qarşı davamlı metallarla örtülməsində tətbiq edilir.

Duzların hidrolizi

Normal duzların tərkibində H+ və OHionlarının olmamasına baxmayaraq, onların suda məhlulları qələvi, turş və ya neytral reaksiya göstərir. Duzların suda məhlullarının bu xüsusiyyəti hidrolizlə (hidro-su, lizis-parçalanma) izah olunur.

Duz əmələ gətirən ionlar ilə su molekullarının qarşılıqlı təsiri nəticəsində zəif elektrolitlərin əmələ gəlməsi ilə gedən reaksiyalara duzların hidrolizi deyilir. Başqa cür duzların su ilə parçalanması reaksiyalarına hidroliz deyilir.

Duzların təbiətindən asılı olaraq onlar hidroliz edə və etməyə  bilər. Duzu əmələ gətirən turşu və yaxud əsasdan heç olmazsa biri zəif olarsa, belə duzlar hidrolizə uğrayır. Suda həll olmayan duzlar hidrolizə uğramır.

Hidroliz dönən proses olduğundan sistemdə dinamik tarazlıq yaranır. Çoxəsaslı turşulardan və ya çoxturşulu əsaslardan əmələ gələn duzların hidrolizi mərhələli gedir. Hidroliz reaksiyaları həm molekul, həm də ion tənlikləri şəklində yazılır.

Hidroliz edib-etməmələrinə gözə duzlar dörd qrupa bölnür.

IV tip duzların  hidrolizi zamanı bəzən mühitin reaksiyası hidroliz nəticəsində alınan turşu və əsasın dissosiasiya sabitinin qiymətindən asılı olur. Məsələn, CH3COONH4 (ammonium asetat) hidrolizi nəticəsində alınan CH3COOH-ın (asetat turşusunun) və NH4OH-ın dissosiasiya sabitləri eyni olduğundan mühit neytral olur, lakmus rəngini dəyişmir. Lakin (NH4)2CO3-ın hidrolizində əmələ gələn NH4OH-ın dissosiasiya sabiti (1,8·10-5), HCO3- ionunun dissosiasiya sabitindən (4,8·10-11) böyük olduğundan məhlul zəif əsasi xassə göstərir.

Duzların hidrolizi əsasən 1-ci mərhələdə gedir. Sonrakı mərhələlər çox zəif gedir. Hidrolizə uğrayan duzda kationun valentliyi aniounun valentliyindən böyükdürsə 1-ci mərhələdə əsasi duz, kiçikdirsə turş duz alınır.

Hər ikisinin valentliyi 2-yə bərabər  və 2-dən böyükdürsə yenə də 1-ci mərhələdə əsasi duz alınır. Hidrolizin qısa ion təniyini tərtib etmək üçün:

  1. Duzun  dissosiasiya tənliyini yazmaq;
  2. Anion və kationun təbiətini təyin etmək (zəif əsasın kationunu  və ya zəif turşunun anionunu müəyyənləşdirmək);
  3. Reaksiyanın tam ion tənliyini yazmaq;
  4. Reaksiyada iştrak etməyən ionları ixtisar etməklə, qısa ion tənliyini müəyyən etmək.          

Məsələn, Fe(NO3)3-ün hidroliz mərhələlərini müəyyən edək.

Deməli, çoxturşulu əsasların əmələ gətirdiyi duzların hidrolizi mərhələlərlə baş verir. H+ionlarının yığılması nəticəsində tarazlıq sola doğru yönəldiyindən II və III mərhələlər çox zəif gedir.

Bu misaldan belə nəticəyə gəlmək olur ki, zəif əsas və qüvvətli turşudan əmələ gələn duzların hidrolizi zamanı kation hidrolizə səbəb olur (ona görə də belə duzların hidrolizinə kationa görə hidroliz deyilir), mühit turş olur, lakmus qırmızı rəngə boyanır.

Daha bir misala baxaq.

Ümumiyyətlə hidroliz zamanı mühitin reaksiyası duzu əmələ gətirən qüvvətli nədirsə (turşu və a əsas) o cür olur. Başqa cür mühitin reaksiyası duzu əmələ gətirən müvafiq turşu və ya əsasın təbiəti ilə, yəni H+ və OH- ionlarının qatılıqları nisbəti ilə müəyyən olunur. Normal duzu əmələ gətirən zəif nədirsə (turşu və ya əsas), hidrolizin növü də ona görə təyin olunur.

Duzun hidroliz mərhələlərinin sayı, kation və ya anionun valentliyi ilə müəyyən olunur.

Hidrolizə uğrayan duzda kationun valentliyi, anionun valentliyindən böyükdürsə, hidroliz mərhələlərinin sayı turşu qalığının sayına bərabərdir.

Hidrolizə təsir edən amillər

1) Temperaturun təsiri. Normal duzun məhlulunu qızdırdıqda hidrolizin güclənməsi endotermik proses olan suyun dissosiasiyasının artması ilə izah olunur.

2) Məhlulun qatılığının təsiri. Duz məhlulunun qatılığını artırdıqda (yəni eyni duz əlavə etməklə) hidroliz zəifləyir.

Deməli, normal duzun hidrolizini gücləndirmək üçün eyni  zamanda məhlulun  qatılığını azaltmaq (su əlavə etməklə) və temperaturu artırmaq lazımdır.

Hidrolizi zəiflətmək və ya qarşısını almaq üçün məhlula həmişə mühiti yaradan maddə və ya həmin duzun özündən əlavə etmək lazımdır. Duzun hidrolizi zamanı mühit turş olarsa, məhlula həmin mühiti yardan turşunu, mühit əsası olarsa, mühiti yaradan həmin qələvini əlavə etdikdə hidroliz zəifləyir. Məsələn, K2CO3-ün hidrolizini zəiflətmək üçün məhlula mühiti yaradan KOH, Fe2(SO4)3-ün hidrolizi zamanı mühiti yaradan H2SO4 və ya müvafiq duzdan əlavə edilirsə, hidroliz zəifləyər.

Geniş mənada hidroliz müxtəlif maddələrlə su arasında parçalanmaqla gedən dəyişmə reaksiyasıdır. Üzvi birləşmələrdən əsasən mürəkkəb efirlərin, saxaroza, nişasta, sellüloza, yağlar və zülalların hidrolizini misal göstərmək olar. Bu üzvi maddələrin turş mühitdə hidrolizi dönən prosesdir.

Mürəkkəb efirlərin qələvi mühitdə hidrolizi zamanı həmişə karbon turşusunun duzu və spirt əmələ gəlir və belə reaksiyalar bir istiqamətdə gedib dönməyən olur.

Qeyd: Hidrolizə uğrayan duzların məhlullarını amfoter metaldan (Be, Zn, Al) hazırlanmış qabda saxlamaq olmaz. Çünki mühitin turş və ya qələvi olmasından asılı olmayaraq, bu metallar (Be, Zn, Al) amfoter olduqları üçün mühiti yaradan maddə ilə reaksiyaya daxil olacaqdır.

Hər hansı duzun suda məhlulunu onun kationundan aktiv olan metaldan hazırlanmış qabda saxlamaq olmaz çünki qabın hazırlandığı metal duzun kationunu sıxışdırıb çıxaracaqdır.

Metalların aktilik sırasında Mg-dan başlayaraq hər bir metal özündən sonrakı metalları duzlarının suda məhlulundan sıxışdırıb çıxarır: Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Məsələn: Mg + FeSO4 → MgSO4+ Cu↓          

Zn + CuSO4 → ZnSO4+ Cu↓

Hidroliz dərəcəsi

Duzların hidrolizini miqdarca xarakterizə etmək üçün hidroliz dərəcəsi (α h) anlayışından istifadə edilir.

Hidroliz dərəcəsi (αh) hidrolizə uğramış molekulların sayının (nh), onların başlanğıcda həll olmuş molekullarının ümumi sayına(Nb) olan nisbətinə bərabərdir.

Temperatur artdıqca hidroliz dərəcəsi artır. Buna səbəb temperaturun təsiri ilə suyun dissosiasiyasının güclənməsidir. Hidroliz nəticəsində turş mühit yarandıqda məhlula turşu, əsasi mühit yarandıqda isə qələvi əlavə edilirsə hidroliz dərəcəsi azalır.

Suda az həll olan qazlar, su ilə adi şəraitdə reaksiyaya girməyən qazlar mühitin reaksiyasını dəyişmir, yəni indekatora təsir etmirlər. Bu qazlara H2, O2, N2, CH4, C2H4, CO, C3H8 və s-ni göstərmək olar. Suda həll olan qazlar, su ilə adi şəraitdə reaksiyaya daxil olan qazlar məhlulda əmələ gələn maddənin təbiətindən asılı olaraq indikatoru müxtəlif rəngə boyayır.

Tərtib edən: Mütəllim Məhərrəm oğlu Abbasov - pedaqoji elmləri doktoru, Y.H.Məmmədəliyev adına Neft-Kimya Prosesləri İnstitutunun baş elmi işçisi, Azərbaycan Respublikasının əməkdar müəllimi

2017-04-14   41365