Elektrolitik dissosiasiya. Elektroliz. Hidroliz

Elektrolitlər suda və ya ərimiş halda elektrik cərəyanını keçirən maddələrdir, çünki onlar ionlara dissosiasiya edirlər. Qeyri-elektrolitlər isə ionlara ayrılmır və cərəyan keçirmir (məsələn, şəkər, spirt).

Elektrolitik dissosiasiya — elektrolitlərin polyar həlledicilərdə (əsasən suda) ionlara parçalanması prosesidir. Bu proses Arrenius nəzəriyyəsi ilə izah olunur. Su molekulları polyar olduğundan, ion rabitəli və ya polyar kovalent rabitəli maddələrin molekullarını parçalayaraq ionlara ayırır.

Dissosiasiya dərəcəsi ($\alpha$) ionlara ayrılan molekulların ümumi molekulların sayına nisbətidir. Güclü elektrolitlər (güclü turşular, güclü əsaslar, demək olar ki, bütün duzlar) suda demək olar ki, tamamilə dissosiasiya edir ($\alpha\approx1$). Zəif elektrolitlər (zəif turşular, zəif əsaslar, su) qismən dissosiasiya edir ($\alpha<1$). Dissosiasiya dərəcəsi temperatur, qatılıq və elektrolitin təbiətindən asılıdır (qatılıq azaldıqca artır, temperatur artdıqca artır).

Dissosiasiya tənlikləri:

• Turşular: $\mathrm{HCl \to H^+ + Cl^-}$ (güclü); $\mathrm{CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+}$ (zəif)
• Əsaslar: $\mathrm{NaOH \to Na^+ + OH^-}$ (güclü); $\mathrm{NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-}$ (zəif)
• Duzlar: $\mathrm{NaCl \to Na^+ + Cl^-}$; $\mathrm{CuSO_4 \to Cu^{2+} + SO_4^{2-}}$

Elektroliz — elektrik cərəyanı keçirdikdə elektrolitlərin (ərimiş və ya məhlul halında) elektrodlarda parçalanması prosesidir. Katod (mənfi elektrod) üzərində reduksiya, anod (müsbət elektrod) üzərində isə oksidləşmə prosesi gedir.

Ərimiş duzların elektrolizi: Ərimiş $\mathrm{NaCl}$: Katod: $\mathrm{2Na^+ + 2e^- \to 2Na}$ (reduksiya); Anod: $\mathrm{2Cl^- - 2e^- \to Cl_2}$ (oksidləşmə) Ümumi: $\mathrm{2NaCl \xrightarrow{elektroliz} 2Na + Cl_2}$

Duz məhlullarının elektrolizi: Məhlulda su molekulları da iştirak etdiyindən, elektrodlarda həm duzun ionları, həm də suyun ionları ($\mathrm{H^+}$ və $\mathrm{OH^-}$) arasında rəqabət gedir.

• Katodda: Aktiv metal ionları (məsələn, $\mathrm{Na^+, K^+, Ca^{2+}}$) reduksiya olunmur, bunun əvəzinə su molekulları reduksiya olunur: $\mathrm{2H_2O + 2e^- \to H_2 \uparrow + 2OH^-}$. Daha az aktiv metal ionları (məsələn, $\mathrm{Cu^{2+}, Ag^+, Hg^{2+}}$) isə özləri reduksiya olunur: $\mathrm{Cu^{2+} + 2e^- \to Cu}$.
• Anodda: Oksigensiz turşu qalığı ionları (məsələn, $\mathrm{Cl^-, Br^-, I^-}$) oksidləşir: $\mathrm{2Cl^- - 2e^- \to Cl_2 \uparrow}$. Oksigenli turşu qalığı ionları (məsələn, $\mathrm{SO_4^{2-}, NO_3^-, CO_3^{2-}}$) və ya florid ionu ($\mathrm{F^-}$) oksidləşmir, bunun əvəzinə su molekulları oksidləşir: $\mathrm{2H_2O - 4e^- \to O_2 \uparrow + 4H^+}$.

Məsələn, $\mathrm{CuCl_2}$ məhlulunun elektrolizi: Katod: $\mathrm{Cu^{2+} + 2e^- \to Cu}$ Anod: $\mathrm{2Cl^- - 2e^- \to Cl_2}$ Ümumi: $\mathrm{CuCl_2 \xrightarrow{elektroliz} Cu + Cl_2}$

Faradey qanunları: Elektrodlarda ayrılan maddənin kütləsi ($m$) elektrik yükü ($Q$) ilə düz mütənasibdir: $m = kQ = kIt$. Burada $k$ elektrokimyəvi ekvivalentdir. $k = \frac{M}{nF}$, burada $M$ molyar kütlə, $n$ elektron sayı, $F$ Faradey sabiti ($96500$ C/mol).

Tətbiqi: Metalların istehsalı (məsələn, alüminium, natrium), metalların təmizlənməsi (rafinəetmə), metalların səthinin mühafizəsi (qızıl suyuna çəkmə, xromlaşdırma), hidrogen və xlorun alınması.

Hidroliz — duzların su ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində turşu və ya əsas xassəli məhlulun əmələ gəlməsi prosesidir. Hidroliz duzun tərkibindəki ionların güclü və ya zəif turşu/əsasdan əmələ gəlməsindən asılıdır.

1. Güclü turşu + güclü əsas duzları (məsələn, $\mathrm{NaCl, KNO_3}$): Hidrolizə uğramır. Məhlul neytral mühitə malikdir ($\mathrm{pH=7}$). Çünki həm kation, həm də anion su ilə reaksiya qabiliyyətinə malik deyil.

2. Zəif turşu + güclü əsas duzları (məsələn, $\mathrm{CH_3COONa, Na_2CO_3, K_2S}$): Anion üzrə hidrolizə uğrayır. Məhlul qələvi mühitə malikdir ($\mathrm{pH>7}$). Zəif turşunun anionu sudan $\mathrm{H^+}$ ionunu qoparır, $\mathrm{OH^-}$ ionları sərbəst qalır. Məsələn, $\mathrm{Na_2CO_3}$ üçün: $\mathrm{CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-}$ (ion tənliyi) $\mathrm{Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH}$ (molekulyar tənliyi)

3. Güclü turşu + zəif əsas duzları (məsələn, $\mathrm{NH_4Cl, CuCl_2, Fe_2(SO_4)_3}$): Kation üzrə hidrolizə uğrayır. Məhlul turş mühitə malikdir ($\mathrm{pH<7}$). Zəif əsasın kationu sudan $\mathrm{OH^-}$ ionunu qoparır, $\mathrm{H^+}$ ionları sərbəst qalır. Məsələn, $\mathrm{NH_4Cl}$ üçün: $\mathrm{NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH + H^+}$ (ion tənliyi) $\mathrm{NH_4Cl + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH + HCl}$ (molekulyar tənliyi)

4. Zəif turşu + zəif əsas duzları (məsələn, $\mathrm{CH_3COONH_4, Al_2S_3}$): Həm kation, həm də anion üzrə hidrolizə uğrayır. Məhlulun mühiti kation və anionun nisbi gücündən asılıdır. Əksər hallarda demək olar ki, neytral olur, lakin bəzi hallarda (məsələn, $\mathrm{Al_2S_3}$) hidroliz sona qədər gedir və qaz ($\mathrm{H_2S}$) və ya çöküntü ($\mathrm{Al(OH)_3}$) əmələ gəlir. Məsələn, $\mathrm{CH_3COONH_4}$ üçün: $\mathrm{CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-}$ $\mathrm{NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH + H^+}$

Hidroliz dərəcəsi temperatur artdıqca və duzun qatılığı azaldıqca artır.