Реакцияға қатысқан заттардың массасы шыққан зат өнімдерінің массасына тең

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 43 бет
Таңдаулыға:

Дәріс №1
Атом-молекулалық ілім негізі

Дәрістің мақсаты: атом-молекулалық ілімнің негізгі қағидаларымен танысу. Атом, молекула, моль, мольдік масса, эквивалент, эквивалент заңымен есеп шығара білу.

1. Материя туралы түсінік. Химия ғылымы, оның маңызы және басқа ғылымдармен байланысы.
2. Атом-молекулалық ілімнің пайда болуы және дамуы.
3. Атом-молекулалық ілім тұрғысынан алғандағы химияның стехиометриялық заңдары.
4. Химияның негізгі түсініктері.

Материяны бізді қоршаған дүниедегі барлық тірі және өлі денелер деп түсінеміз. Кез келген дене заттардан құралады. Материяның өмір сүруінің екі формасы бар: зат және өріс. Зат - ұсақ бөлшектерден құралған материалдық түзілім. Өріс - бөлшектердің әрекеттесуі жүзеге асатын материалдық орта. Материя үнемі қозғалыста болады. Қозғалыс дегеніміз - кез келген өзгеріс. Материя қозғалысының 5 формасын атап көрсетеді (Ф.Энгельс): 1 Механикалық қозғалыс. 2 Физикалық құбылыстар. 3 Химиялық құбылыстар. 4 Биологиялық қозғалыс. 5 Әлеуметтік процестер.
Химия ғылымы материя қозғалысының химиялық формасын зерттейді. Химия - заттардың құрамы, құрылысы, олардың бір-біріне айналуы және осы айналумен қабат жүретін құбылыстар туралы ғылым.
Химиялық құбылыс немесе басқаша химиялық реакция - бұл заттардың бір-біріне айналуы. Химиялық реакция кезінде бастапқы заттардың құрамына кірген атомдар қайтадан топтасып, олардан жаңа заттар түзіледі.
2 Заттардың өте ұсақ бөлшектерден тұратындығы туралы пікірді өте ертедегі грек философтары (Демокрит, Левкипп, Лукреций) айтқан болатын. Бірақ мұндай батыл материалистік көзқарастар ол кезде шіркеу тарапынан қуғынға ұшырайтын, сондықтан ұзақ уақыт ұмыт болды.
Заттардың дискреттілігі, яғни ұсақ бөлшектерден тұратындығы, бөлінгіштігі туралы идеялар XVIII ғасырда қайтадан жаңғыра бастады. Қазіргі атом-молекулалық ілімнің негізін қалаушы ғалымдардың (М.В. Ломоносов, Дж. Дальтон, Лавуазье, Пруст, Бертолле, Гей-Люссак, Авогадро және т.б.) еңбектері нәтижесінде заттардың құрылысы туралы ғылыми мәліметтер жиналды. Атом-молекулалық ілімнің негізгі қағидалары:
1 Барлық заттар молекулалардан, атомдардан немесе иондардан тұрады. Атом - химиялық элементтің қасиеттерін бойында сақтайтын оның ең кіші электронейтрал бөлшегі. Молекула - заттың қасиеттерін анықтайтын оның кіші бөлшегі. Ион - атомдардың (немесе молекулалардың) электрондарды қосып алуы немесе беруі нәтижесінде түзілетін зарядталған бөлшектер.
2 Заттың құрамындағы бөлшектер (молекулалар, атомдар, иондар) үнемі қозғалыста болады. Бұл қозғалыс әрбір затта болатын жылу энергиясы қоры арқылы жүзеге асады.
3 Барлық заттар жай және күрделі заттар болып бөлінеді. Кейбір элементтер бірнеше жай зат түзеді (аллотропия).
Қазіргі көзқарастарға сәйкес заттар молекулалық және молекулалық емес құрылысты болады, яғни барлық заттар үшін молекула ұғымы қолданылмайды. Молекуласы бар заттарда (мысалы, Н2, О2, Сl2, СО2, Н2О, НСl, С2Н5ОН, СН3СООН, белок, крахмал және т.б.) бір немесе бірнеше элемент атомдарының белгілі бір санынан жеке өмір сүруге қабілетті молекулалар түзіледі. Қатты немесе сұйық күйде болғанда мұндай заттарда молекулалар әлсіз молекулааралық күштермен байланысады. Ал молекуласы жоқ заттарда (әдетте олар - қатты заттар) оның алынған кристалында қанша атом немесе ион болса, солардың барлығы өзара бір-бірімен байланысқан болады, яғни мұндай заттардан жеке молекулаларды бөліп алуға болмайды. Молекулалық емес құрылысты заттарға металдар, кейбір оксидтер, негіздер, тұздар жатады.
Стехиометрия - заттардың құрамына кіретін элементтердің немесе химиялық реакцияларға түсетін заттардың сандық арақатынастарын зерттейтін химия саласы. Стехиометриялық заңдарға масса сақталу заңы, құрам тұрақтылық заңы, еселі қатынастар заңы, эквиваленттер заңы, көлемдік қатынастар заңы, Авогадро заңыжатады.
Жалпы материяның сақталу заңын 1748 ж. М.В. Ломоносов тұжырымдаған: ...Бір денеден қанша кемісе, екіншісіне соншама қосылады; бір жерден бірнеше материя азайса, басқа жерде соншаға артады.... Химиялық реакцияларға қатысты бұл заң былай оқылады: Химиялық реакцияға түсетін заттардың массасы әрқашан оның нәтижесінде түзілетін заттар массасына тең болады. Химиялық реакция кезінде бастапқы заттар құрамына кірген элемент атомдары ешқайда жойылып кетпейді, алынған қажетті мөлшерінде жаңа заттардың құрамына кіреді, сондықтан жалпы масса өзгермейді. Мысалы:
СuO + H2SO4 -- CuSO4 + H2O
1 моль 1 моль 1 моль 1 моль
80 г + 98 г = 160 г + 18 г
Құрам тұрақтылық заңын 1801 ж. француз ғалымы Ж.Л. Пруст тұжырымдады: Кез келген химиялық таза заттың құрамы оның алыну жолдарына тәуелсіз тұрақты болады. Бұл заң молекулалық құрылысты заттар үшін дұрыс болады, себебі молекула - тұрақты бөлшек, оның құрамы өзгермейді. Мысалы, СО2 құрамында әрқашан, оны қандай жолмен алса да, үнемі 27,27 % көміртегі және 72,73 % оттегі болады. Бертолленің пікірінше, заттардың құрамы алыну жағдайларына сәйкес ауыспалы болады. Қазіргі кезде біз білеміз: бұл - молекулалық емес құрылысты заттар. Олардың құрамы кристалдың түзілу жағдайларына байланысты өзгеруі мүмкін, себебі кристалдық затта әр бөлшектің өз орны болады. Егер кристалдың қалыптасу барысында қандай да бір кемшіліктер кетсе, жалпы кристалдағы әртүрлі элемент атомдары санының арақатынасы бұзылады, яғни заттың формуласына сәйкес келмеуі мүмкін. Мысалы, ТiO2 құрамы мына аралықта өзгеруі мүмкін: ТiO1,9-2,0. Сонымен, молекуласы бар заттардың құрамы үнемі тұрақты болады, оларды дальтонидтер деп атайды. Ал алыну жағдайларына байланысты құрамы өзгеріп отыратын молекулалық құрылысы жоқ заттар бертоллидтер деп аталды.
Қазіргі кезде эквивалент ұғымына келесідей түсінік беріледі. Эквивалент - бұл бөлшек. Эквивалент деген сонда қандай бөлшек?
Эквивалент - бұл химиялық реакцияларда сутегінің бір атомына (ионына) сәйкес келетін, яғни сонымен қосылысатын, оның орнын басатын немесе өзінен оны бөліп шығаратын заттың нақты немесе шартты бөлшегі.
Ал тотығу-тотықсыздану реакцияларында эквивалент бөлшегі бір электронға сәйкес келеді.
Атом молекулалық ілімінің негізі 18-ғасырдың аяғы мен 19-ғасырдың басында жасалды. Ломоносов 1741 жылы шыққан "математикалық химия" деген еңбегінде атом молекулалық ілімінің негізгі қағидаларын былай тұжырымдады:
1) барлық заттар молекулалардан тұрады;
2) молекулалар атомдардан тұрады;
3) бөлшектер, атомдар, молекулалар үнемі қозғалыста болады;
4) жай заттардың атомы бір молекуладан, күрделі заттардың атомы бірнеше молекуладан тұрады.
Молекула - заттың химиялық қасиетін сақтап тұратын ең кіші бөлшегі. Атом - химиялық элементтің ең кіші бөлшегі. Әрбір химиялық элементке белгілі бір атомның жиынтығы сәйкес келеді. Атомдар бір-бірімен бірігіп байланысып молекула түзеді. Қазіргі анықтамасы: атом - оң зарядталған атом ядросынан және теріс зарядталған электрондардан тұратын электронейтрал бөлшек. Протондар мен нейтрондардың ортақ атауы нуклондар. Жалпы алғандағы атом электрлік бейтарап болғандықтан, электрондардың қосынды заряды ядро зарядына тең болуы керек. Элементтің реттік нөмірі атом ядросының зарядына тең және ядродағы протон санына тең және атомдағы электрон санына тең. Ядро массасы (және атом массасы да) протон (Z) саны мен нейтрон (N) санының қосындысымен анықталады. Бұл қосындыны атомның массалық саны (A) деп атайды A=Z+N.
Элемент - белгілі бір атомның түрі. Бірдей атомдардан тұратын заттар жай заттарға жатады: Ғе, О2, Н2.
Бір элементтің бірнеше жай заттар түзуін аллотропиялық құбылыс дейді. Көміртектің аллотроптық түрі: алмас, графит, карбин және фулерен; оттектікі - мелекулалық оттек О2 пен озон О3.
Ядро зарядтары (Z) бірдей, ал массалық саны (A) әртүрлі болатын атомдарды изотоптар деп атайды. Сутек элементінің үш изотопы бар: протий - Н, дейтерий - Н немесе D, тритий - Н немесе Т.
Ядро зарядтары (Z) әртүрлі болатын, ал массалык саны (A) бірдей атомдарды изобаралар деп атайды. Ar; K; Ca.
Молекулалары әртүрлі элементтің атомдарынан тұратын заттарды - күрделі заттар дейді: CuO, H2SO4. Күрделі заттарға барлық оксидтер, қышқылдар, негіздер, тұздар және толып жатқан органикалық қосылыстар жатады.
Иондар - зарядталған бөлшектер: оң зарядталғанды катиондар және теріс зарядталғанды аниондар дейді.
Атомның ең маңызды көрсеткіштерінің бірі оның массасы. 1961 жылы халықаралық келісім бойынша массаның атомдық бірлігі ретінде атомдық массасы 12-ге тең көміртек изотопы массасының 112 бөлігі қабылданды. Көміртек (С-12) атомы массасының 112 бөлігі массасының атомдық бірлігі (м.а.б) деп аталады. 1 массаның атомдық бірлігі (1 м.а.б.) 1,66∙10[-27 ]кг тең.
Ar(O) = 26,60∙10[-27] 1,66∙10[-27] = 16;
Ar(H) = 1,67∙10[-27] 1,66∙10[-27] = 1.
Салыстырмалы атомдық масса дегеніміз сол элемент атомы массасының көміртек атомы массасыныкі 112 бөлігінен немесе массасының атомдық бірлігінен неше есе ауыр екенін көрсететін сан.
Зат мөлшері ν - атом, молекула, иондарының құрылыс бірліктерінің санын көрсететін физикалық шама. Ол ν таңбасымен белгіленеді, өлшем бірлігі - моль. Моль дегеніміз - 0,012 кг [12]С изотобындағы құрылыс бірліктеріне тең шама.
Зат мөлшерінің 1 молінің массасы оның молярлық массасы деп аталады М = mν; өлшем бірлігі - кгмоль немесе гмоль.
.
Зат массасының сақталу заңы (1748 ж. М.В. Ломоносов; 1766 ж. А.Лавуазье ашты.) Реакцияға қатысқан заттардың массасы шыққан зат өнімдерінің массасына тең. Бұл заң ядролық реакцияларда қолданылмайды. 1905 жылы Эйнштейн энергия сақталу заңын ашты:
.
Мұндағы Е - энергия;
m - масса;
с - вакуумдағы жарықтың жылдамдығы, ол 2,9979∙10[8] мс тең.
Бұл формула бойынша энергия массалардың өзгерісі мен жарық жылдамдығының квадратының көбейтіндісіне тең. Яғни, ядролық реакцияларда массаның өзгерісі алынады: демек, ядролық өзгерістерде масса тұрақты болмайды.
Зат массасының сақталу заңының мәнін былай түсіндіруге болады: реакцияға қатысқан заттардың құрамында қандай атомдар қанша мөлшерде болса, реакция нәтижесінде шыққан заттардың құрамында да сондай атомдар сонша мөлшерде болады. Химиялық реакциялар кезінде атомдар массалары өзгермейтіндіктен реакцияға қатысқан заттардың массасы тұрақты болады. Барлық химиялық реакциялар заттар массасы сақталу заңына бағынады.
Заттар массасы сақталу заңының мысалы ретінде литийдің оттегі арқылы тотығу реакциясының теңдеуін келтірейік:
4Li + O2 = 2Li2O;
6,94∙4 + 15,999∙2 = 6,94∙4 + 15,999∙2;
59,758 = 59,758.
Бұл теңдеуден реакцияға төрт атом литий, екі атом оттегі қатысатынын, ал реакция нәтижесінде түзелген литий оксидінің құрамында да төрт атом литий, екі атом оттегі бар екенін көруге болады. Олай болса реакцияға қатысқан заттар мен шыққан заттардың құрамындағы атомдардың түрлері мен сандары өзгермейтіндіктен реакцияласқан заттардың массасы одан түзілген заттардың массасына тең болады.
1801 жылы француз ғалымы Ж. Пруст құрам тұрақтылық заңын ашты. Алыну әдісіне қарамастан берілген қосылыстардың құрамы тұрақты болады. Аммиакты мынандай әр түрлі әдістермен алуға болады:
N2 + 3H2 = 2NH3;
NH4Cl + NaOH = NH3 + H2O + NaCl;
NH4Cl = NH3 + HCl.
Бұл реакциялар теңдеулерінен аммиак қандай әдістермен алынса да сапалық құрамы жағынан азот пен сутегіден, сандық құрамы жағынан бір атом азоттан және үш атом сутегіден тұратынын көруге болады. Сондықтан оның массасы және құрамындағы элементтердің проценттік мөлшерлері де тұрақты болады.
Құрамын сақтайтын қосылыстар - дальтонидтер, ал құрамын сақтамайтын қосылыстар бертолидтер деп аталды.
Еселік қатынас заңын Д. Дальтон ашты (1803 ж.). Егер екі элемент бір-бірімен бірнеше химиялық қосылыс түзсе, онда бір элемент мөлшерінің екінші элемент мөлшеріне қатынасы бүтін сандарға тең болады. Көміртегі оксидтері СО мен СО2-дегі көміртегінің 12 масса мөлшеріне келетін оттегі массаларының өзара қатынасы 16:32 = 1:2 қатынасындай болатынын аңықтау қиын емес.
Еселік қатынас заңынан молекулалық қосылысқа кіретін элементтің ең кіші бөлшегі атом екеніне көз жеткізуге болады. Мысалы көміртегі (II) оксидінде оттегінің 1 атомы болса, көміртегі (IV) оксидінде оттегінің 2 атомы болады.
Реакцияға қатысқан және оның нәтижесінде түзілген газдардың көлемдерін зерттей келіп француз ғалымы Гей-Люссак (1808 ж.) газдардың көлемдік қатынас заңын ашты. Реакцияға түсетін газдардың көлемдерінің түзілген газ өнімдерінің көлемдеріне қатынасы бүтін санға тең. 1 көлем сутегі мен 1 көлем хлор әрекеттесіп 2 көлем хлорсутек түзеді; екі көлем сутегі мен бір көлем оттегі әрекеттесіп 2 көлем су буын түзеді:
H2 + Cl2 = 2HCl;
2H2 + O2 = 2H2O.
Бойль-Мариот заңы: Тұрақты температурада берілген газ массасындағы газ қысымы мен көлемінің көбейтіндісі тұрақты шама болады:
, егер .
Гей-Люссак заңы: Тұрақты қысымда берілген газ массасындағы көлем абсолютті температураға тура пропорционал болады:
, егер .
Шарль заңы: Тұрақты көлемде берілген газ массасындағы қысым абсолютті температураға тура пропорционал болады:
.
Үш параметрдің арасындағы қатынас Менделеев-Клайперон теңдеуімен сипатталады:
.
Мұндағы Р - газ қысымы;
V - газ көлемі;
Т - абсолюттік температура;
R - универсалды газ тұрақтысы;
m - газдың мольдік саны;
М - газдың молярлық массасы.
Авогадро заңы: 1811 жылы итальян физигі Авогадро химиялық реакцияларға түскен газдардың көлемдерінің қатынастарын зерттеп мынадай тұжырымдама жасады: Бірдей температура мен қысымда алынған кез келген газдардың бірдей көлеміндегі молекула сандары бірдей болады. Заңнан шығатын салдар:
1) Кез келген газдың 1 молі қалыпты жағдайда бірдей көлем алады. V = 22,4 дм[3]моль.
2) Қалыпты жағдайда 1 моль газдың тұрақты көлеміндегі бөлшектердің саны Авогадро тұрақтысымен сипатталады: NA = 6,02·10[23] моль[-1].
Эквивалент дегеніміз - реакция кезінде орнын баса алатын, қосып алатын, бөліп шығаратын бір сутек ионының немесе тотығу-тотықсыздану реакциясы кезіндегі бір электрон эквивалентіне тең заттың бөлшегі.
Йодты сутекте HI сутегінің 1 молімен қосылып тұрғандықтан йодтың эквиваленті 1 мольге, күкіртті сутекте H2S cутегінің екі молімен қосылып тұрғандықтан күкірттің эквиваленті 12 мольге, аммиакта NH3 сутегінің үш молімен қосылып тұрғандықтан азоттың зквиваленті 13 мольге, силанда SiH4 сутегінің төрт молімен қосылып тұрғандықтан кремнийдің эквиваленті 14 мольгетең болады.
Эквиваленттер заңы: реакцияға түсетін заттардың массасы олардың эквиваленттеріне тура пропорционал болады.
.
Егер әрекеттесуші заттар газ түрінде болса, онда эквиваленттер заңы былай өрнектеледі:
.
Мұндағы VА мен VВ - әрекеттесуші газдың көлемі.
Химиялық қосылыстың эквиваленті деп оның сутегінің немесе басқа заттың 1 эквивалентімен қалдықсыз әрекеттесетін мөлшерін айтады.
Заттың эквивалентін анықтау үшін химиялық реакция құрып, оның молекулалық массасын әрекеттесуші заттың эквивалент санына бөлу керек.
Алмасу реакциясына қатысатын негіздер мен қышқылдардың эквиваленттік массаларын олардың молярлық массаларын реакция кезінде жоғалтатын гидроксид немесе сутегінің иондарының сандарына бөлу арқылы табады:
NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O;

NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O,

Дәріс №2
Атом құрылысы және периодтық заң

Дәрістің мақсаты: атомның электрондық құрылысын және периодтық заңды зерттеу.
1. Атом құрылысы.
2. Периодтық заң.

Э. Резерфорд атом құрылысының моделін ұсынды. Бұл модельді атомның ядролық немесе планеталық моделі деп атады. Өйткені, атом құрылысы Күн жүйесіне ұқсас деп қарастырылды. Бірақ бұл модель атом құрылысының орнықты күйін және олардан шығатын сәулелердің қарқынын классикалық физика ұғымдары аясында түсіндіре алмады. Сондықтан Резерфорд моделі мен классикалық физика арасындағы айтылған қайшылықтарды шешу үшін 1913 ж. Н. Бор өз қағидаларын ұсынды.
Француз ғалымы А. Беккерель 1896 жылы Рентген сәулелерін зерттеумен шұғылданды. Зерттеу барысында кейбір минералдардың сәуле шығаратынын байқаған. Бұл зерттеу нәтижелері радиоактивтілік құбылысының ашылуына себеп болды.
Электронның кеңістіктегі орны оның энергетикалық күйіне байланысты болады. Электронның болу мүмкіндігінің максимал шамасы орбиталь деп аталады. Электронның орнын сақтау үшін бүтін сандар алынады. Ол сандар квант сандары деп аталады.
Бас квант саны n 1, 2, 3...infinity мәндері болады. Ол электронның энергиясын және орбитальдың өлшемін анықтайды. n = 1 болғанда электронның энергетикалық күйі ең төменгі денгейге сәйкес келеді. Электрондық қабат саны артқан сайын энергия да артады. Сондықтан атомдағы орбитальдар белгілі бір энергетикалық деңгейге бөлінеді. Ол энергетикалық деңгейлерді кейде K, L, M, N, O, P, Q - латын алфавитінің әріптерімен белгілейді.
Қосымша квант саны - l, орбитальдың кеңістіктегі пішінін сипаттайды. Сонымен бірге белгілі бір деңгейдегі электронның әртүрлі энергетикалық жағдайын анықтайды. 1, 0, 1, 2...n - 1 мәндері болады. Қосымша квант санының әртүрлі мәндерін ажырату үшін латын әріптерімен белгілеу қабылданған: s (l = 0), р (l = 1), d (l = 2), f (l = 3), g (l = 4). Қосымша квант саны l-дың әртүрлі мәндеріндегі электронның пішіні әртүрлі болады, оларды энергетикалық деңгейшелер деп атайды; n = 1, болғанда l = 0, 1; демек І-деңгейде 2 электрон, ол электрон 1s-ке толтырылады; n = 2, l = 0, 1; яғни ІІ-деңгейде 6 электрон болады, олар 2s 2p-ға толтырылады; n = 3, l = 0, 1, 2; ІІІ-деңгейде 18 электрон болады, олар 3s 3p 3d-ға толтырылады; n = 4, l = 0, 1, 2, 3; IV-деңгейде 18 электрон болады, олар 4s 4p 4d 4f-ке орналасады.
Магнит квант саны ml. Орбитальдардың кеңістікте бағытталуын сипаттайды. Электрон орбитальда қозғалғанда магнит өрісін тудырады. Оның мәндері ml = - l,...0,...+ l.
Кеңістікте бағытталуын анықтау үшін (2l + 1) формуласын қолданады. l = 0; ml = 0; болса, (s-орбиталь) кеңістікте пішіні шар тәрізді болады, l = 1 (р-орбиталь); ml = - 1, 0, 1 кезінде орбитальдың бағытталуы үш түрлі, яғни 3-орбитальға 6-электрон орналаса алады.
Шредингер теңдеуін шешу үшін енгізілген 3 квант саны жеткіліксіз, сондықтан, 4-ші квант саны енгізілді, ол спин квант саны деп аталады, ms әрпімен белгіленеді. Спин дегеніміз - электронның кеңістіктегі қозғалысына байланыссыз, оның өзіндік импульс моментін сипаттайтын шама.
Атомдағы электрондардың энергетикалық деңгейлерге орналасу ретін көрсететін формуланы атомның электрондық конфигурациясы немесе атомның электрондық формуласы деп атайды.
Атомдағы электрондық қабаттардың құрылысын, электрондық конфигурациясын толық түсіну үшін негізгі 4 ұстанымды білу керек:
1) Паули қағидасы.
2) Ең аз энергия ұстанымы.
3) Гунд ережесі.
4) Клечковский ережесі.
1925 жылы Швейцар физигі В. Паули мынадай қағида ұсынды. Атомда бірдей қасиет көрсететін екі электрон болуы мүмкін емес. Электрондық қасиеттері квант сандарымен сипатталатын болғандықтан Паули қағидасы: атомда 4 квант сандары бірдей екі электрон болуы мүмкін емес деп сипатталады. Яғни, бір атомдық орбитальда екі электроннан артық электрон бола алмайды және олардың спиндері қарама-қарсы болуы қажет. Квант санының біреуі n, l, ml, ms спиндері әртүрлі болуы керек. n, l, ml бірдей болғанмен, ms = +12; - 12 болуы мүмкін. Паули қағидасы бойынша: n = 1, l = 0, ml = 1 болса, ms = +12; - 12 болады. Спиндері қарама-қарсы орналасқан екі электрон болуы мүмкін. Орбитальдағы электрондар санын N = 2n[2] формуласымен анықтайды.
І-деңг. n = 1, N = 2.
II-деңг. n = 2, N = 8.
III-деңг. n = 3, N = 18.
1Н (1s) атомының электрондық конфигурациясын былай көрсетуге болады: электрондық формуласы - 1s[1]. Квант ұяшықтарында Паули қағидасы бойынша 2 электрон спиндері бір-біріне ешқашан параллель болмайды.

3Lі 1s[2] 2s[1]

Спиндердің орналасуы Гунд ережесімен анықталады: Қосымша квант санының берілген мәнінде электрондар спиндерінің қосындысы ең жоғарғы мән болатындай орналасады. Гунд ережесі бойынша р-электрондар орбитальдарға орналасқанда ең алдымен жеке-жеке ұяшықтарға толтырылады, содан кейін ғана қарсы спинмен алғашқы электронға параллель орналасады. Бұл жағдайда спиндердің қосындысы 32 болады.
Ең аз энергия ұстанымы бойынша атомдағы әрбір электрон ең аз энергияға сәйкес орналасуға тырысады. Энергия ең алдымен n квант санымен, содан кейін l квант санымен анықталады. Сондықтан ең алдымен n мен l квант сандарының қосындысының аз мөлшеріне орналасады; Е4s E3d; 5p 4f.
1951 жылы В.М. Клечковский мынадай ереже ұсынды: Электрон n төменгі мәніне сәйкес емес, n + l-ң ең төменгі мәніне сәйкес күйі орналасады.
Клечковский ережесі бойынша деңгейшелердің толтырылуы төмендегідей:
1s--2s--3s--3p--4s--4p--5s-- 4d--5p--6s--4f--5d--6p--7s-- 5f--6d--7p
Әр периодта элемент атомының ядро заряды өскен сайын, оның радиусы кішірейеді.
Үлкен периодтарда d және f-элементтерінің ядро зарядтарының өсуіне байланысты радиустарының кішіреюі өте баяу жүреді. Себебі, бұл электрондар қабат астындағы қабатқа байланысты орналасқандықтан электронның тығыздалуына байланысты болады.
Периодтарда солдан оңға қарай элементтер атомдарының радиустарының кішіреюіне байланысты, олардың металдық қасиеттері азайып, бейметалдық қасиеттері артады.
Топ бойынша атом радиусының өлшемі артады, өйткені период саны өскен сайын электрондық қабат саны да артады. Электрон бергенде атом өлшемі кішірейеді, қосып алғанда өседі. Элементтердің реттік нөмірінің өсуіне байланысты олардың иондарының радиустары да периодты түрде өзгеріп отырады. Металдар электронын оңай береді. Бейметалдар керісінше қосып алуға бейім болады. Атомның электронды қосып алуы мен электронды беріп жіберуі энергия өзгеруі арқылы жүреді.
Атомнан электронды үзу үшін энергия жұмсалады, оны иондану энергиясы деп атайды. Иондану энергиясын иондану потенциалымен анықтайды.
1869 жылы Д. И. Менделеев периодтық заңды және периодтық жүйенің алғашқы нұсқасын ұсынады. Д. И. Менделеевтің периодтық заңының анықтамасы: Химиялық элементтер мен оның қосылыстарының қасиеттері атомдық массаға периодты түрде тәуелді болады.
Химиялық элементтердің қасиеттері бойынша орналастырудың дұрыстығын 1913 жылы ағылшын ғалымы Мозли дәлелдеді. Ол рентген спектрін зерттеу барысында элементтер ядросының зарядын анықтап, ядро заряды реттік нөміріне сәйкес келетінін дәлелдеді.
Менделеевтің периодтық заңы , периодтық заң - атом ядросы зарядтарының артуына байланысты химиялық элементтер қасиеттерінің периодты өзгеретінін тұжырымдайтын табиғаттың негізгі заңы.
Бұл заңды 1869 жылы Д.И. Менделеев ашты. Ол оның толық тұжырымдамасын 1871 жылы жариялады. Менделеевтің 1869 жылы жасаған еңбегі элементтердің периодтық жүйесі - Менделеевтің периодтық заңының графиктік бейнесі. Бұл заң элементтердің периодтық жүйесімен тығыз байланысты және бірін-бірі толықтырып, түсіндіреді.
Ядроның заряды (Z) жүйедегі элементтердің атом нөміріне тең. Z өсуі бойынша
орналасқан элементтер Z (Н, Нe, Lі, Be...) 7 период түзеді.
1-ші периодта - 2 элемент,
2 мен 3-те - 8-ден,
4 пен 5-те - 18-ден,
6-да - 32 элемент,
7-де - 23 элемент белгілі.
Периодта элементтердің қасиеттері сілтілік металдардан инертті газдарға өткенде заңды түрде өзгереді. Вертикальды бағаналар - қасиеттері ұқсас элементтердің топтары болып табылады. Топтың ішінде элементтердің қасиеттері де заңды түрде өзгереді (мысалы, сілтілік металдарда Lі-ден Fr-ға дейін химиялық активтілік өседі). Z=58 - 71, сол сияқты Z=90 - 103 элементтерінің қасиеттері ұқсас болғандықтан лантаноидтар және актиноидтар қатарларына топтастырылған. Элементтер қасиеттерінің периодтылығы атомның сыртқы электрон қабаттарының конфигурациясының периодты қайталануына байланысты. Ауыр ядролар тұрақсыз, мысалы, америций (Z=95) және содан кейінгі элементтер табиғатта табылмаған, оларды жасанды, ядролық реакциялар арқылы алады. Менделеевтің периодтық заңы қазіргі заманға дейінгі химия ғылымының дамуына үлкен әсер етіп, оның біртұтас ғылым болып қалыптасуында басты рөл атқарды. Менделеевтің периодтық заңы мен элементтердің периодтық жүйесіне сүйене отырып, ғалымдар атом құрылысы және химиялық байланыс теорияларын жасады; жер қыртысы мен ғарыштық нысандар зерттеледі. Бұл заның барлық жаратылыстану, техника, технология саласындағы ғылымдар үшін философиялық мәні зор.[1]
Периодтық заңның маңызы
Периодтық заң ашылған кезде көптеген элементтер белгісіз еді. Д. И. Менделеев аса үлкен болжампаздықпен олардың кейбіреулерінің қасиеттерін сипаттаған болатын (скандий - Л. Нильсон, галлий - Лекок де Буабодран, германий - К. Винклер). Ғалымның көзінің тірісінде ол болжаған элементтер ашылып, периодтық заңның дұрыстығының айғағы болды. Галлий Ga 1875 ж., скандий Sc 1879 ж., германий (Ge) 1885 ж. ашылды. Д. И. Менделеев есептеу жолымен анықтаған сипаттамалары олардың тәжірибе жүзінде
анықталған шамаларына сәйкес келеді. Периодтық заң ашылған кезде белгісіз бекзат
газдар да қасиеттеріне қарай галогендер мен сілтілік металдар арасынан орын алды.
Заңның ашылған кезінде кейбір элементтердің валенттіліктері мен атомдық массалары дұрыс анықталмаған еді. Элементтердің қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары
сақталатындай етіп, Менделеев бериллийдін, (Be), торийдің (Тһ), церийдің (С1), индийдің (In), т.б. кейбір элементтердің атомдық массаларын түзетті. Периодтық заң табиғаттың дамуы мен бірлігін көрсететін жалпы заңдарға жатады. Бұл заңның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық жүйеде периодтар бойынша элементтердің сыртқы қабаттарында электрондар санының біртіндеп өсуінен (1-8) металдық қасиет екідайлылық арқылы бейметалдыққа ауысады. Бұл заңдылық табиғаттың санның сапаға ауысу заңының бір көрінісі. Табиғаттың тағы бір жалпы заңы -- терісті терістеу бір периодтан екіншісіне өткенде байқалады. Әрбір келесі периодтың элементі өзіне ұқсас алдыңғы периодтың (III -- 11) элементінің (К -- Na, CI -- Ғ) қасиетін қайталағанымен, оның касиеті алдыңғы элементтікінен аздап өзгешеленеді, яғни олардың белсенділігі жоғарырақ екенін көреміз.
Қарама-қарсылықтың күресі мен бірлігі - периодтың басынан аяғына жеткенде байқалады (Na - CI; К - Вг). Периодтық заңға сүйеніп радиобелсенді элементтер ашылды, бұл еңбектер әлі де жалғасуда. Осы айтылғандардың барлығы Менделеевтің периодтық заңды ашуы сәті түскен іс емес, терең ғылыми танымдық маңызы бар табиғаттың іргелі заңдарының бірі екенін дәлелдейді.[2]
Атом құрылысы. Атом ядросының құрамы, изотоптар.
Оқушылардың жауабы 1911 жылы ағылшын физигі Резерфордтың атом ортасында оң зарядты ядро, ал оның айналасында электрон бұлтын түзе қозғалатын электрон бар деген теориямен толықтыру.Американ физигі Милликен электрон теріс заряд көрсететінін тәжірибе жүзінде дәлелдеп,оны бірге тең деп қабылдады. Атом жалпы электр-бейтарап болғандықтан, электрондар зарядының жалпы саны ядро зарядына тең. Ал 1913 жылы Резерфордтың шәкірті Г.Мозли атом ядросындағы зарядтардың шамасы элементтің периодтық жүйедегі рет нөміріне тең болатындығын анықтады.
Мозлидің ашқан жаңалығынан кейін Менделеевтің жасаған периодтық жүйесіндегі Ar - K,Co - Ni,Te - I элементтердің орындарының алмасуы заңды екені анықталды.Осыған байланысты,элементтердің реттік нөмірі атом ядросындағы оң зарядтың санын,сол сияқты ядро айналасында қозғалатын электрондар санын көрсетеді.
Реттік нөмірдің физикалық мәні осында.Элементтердің реттік нөмірі - оның атом
Ядросының заряды. Атомның ядро заряды химиялық элементтердің қасиеттерін сипаттайтын маңызды шама. Атом құрылысын одан әрі зерттеу кезінде құрамына протондар мен нейтрондар деп аталатын бөлшектер кіретіні анықталды.
Атомның элементар бөлшектері:
Бөлшектер
Белгісі
Салыстырмалы
Салыстырмалы заряды массасы
Протон р + 1
Нейтрон п 0 1
Электрон е − 0
1 Элемент атомының массасы протон мен нейтрон массасының қосындысына тең.
2 Ядродағы протон саны элементтің реттік нөміріне тең.
А = Z + N; A - атомдық масса; Z - протон; N - нейтрон;
Табиғатта атомдық массасында айырмашылығы болатын бірдей элементтер атомы болады. Мысалы, хлор элементінің массасы 35 және 37 болатын екі түрі кездеседі. Бұл атомдардың ядросында протондар саны бірдей,ал нейтрондар саны әр түрлі. Олар изотоптар. Изотоптар - ядро зарядтары бірдей,атомдық массалары әртүрлі атомдардың түр өзгерістері. Изотоп - бірдей орында деген мағнаны білдіреді. Изотоптарда протон мен электрон саны бірдей, нейтрон сандары әртүрлі. Әрбір изотоп екі түрлі шамамен өлшенеді: массасы және элементтің рет нөмірі Осыдан хлор элементінің орташа с.а.массасы шығады: Аr(CI) = 35∙0,75+37∙0,25 = 35,5
Периодтық жүйеде келтірілген элементтердің атомдық массалары изотоптардың табиғи қоспаларының орташа массалық саны. Изотоптар туралы мәліметтерді ескере отырып, оқушыларға химиялық элемент ұғымының нақты анықтамасын беру қажет. Химиялық элемент дегеніміз - ядро заряды бірдей атомдар түрі.Периодтық заңға атом құрылысы тұрғысынан жаңа анықтамасын береміз.

Дәріс №3
Химиялық байланыс

Дәрістің мақсаты: химиялық байланыс түрлері және олардың сипаттамаларын қарастыру.

1. Химиялық байланыс түрлері.

Химиялық байланыс дегеніміз екі немес одан да көп атомның, ионның, молекуланың әр түрлі комбинацияда бірін-бірі ұстап тұру күштерін айтамыз. Мұндағы тарту күші атомның сыртқы қабатындағы электронның конфигурациясына тәуелді.
Химиялық байланыстың мынадай түрлері бар: ковалентті байланыс, иондық байланыс, металдық байланыс, сутектік байланыс; молекула аралық күш.
Ковалентті байланыс дегеніміз атомдар арасындағы электрондардың жұптасуы арқылы болатын байланыс: .. .. .. ..
H∙ + ∙H -- H:H, :Cl∙ + ∙Cl: -- :Cl:Cl: - полюссіз;
[ ]˙˙ [ ] ˙˙ [ ] ˙˙ [ ]˙˙
.. ..
Н∙ + ∙Сl: -- Н:Сl: - полюсті.
[ ]˙˙ ˙˙
Ковалентті байланыстың донорлы-акцепторлы механизмі:
[ ]H [ ] H +
[ ]∙∙ [ ] ∙∙
H : N : + H[+] -- H : N : H
[ ] ∙∙ [ ] ∙∙
[ ] H H
Иондық байланыс дегеніміз иондар арасындағы электростатикалық күштің әсерінен болатын байланыс. Иондар электронын бергенде немесе қосып алғанда түзіледі:
Na[0] - 1ē -- Na[+];
Cl[0] +1ē -- Cl[-] ;
.. ..
Na∙ + ∙Сl: -- [Na][+][:Сl:][ - ].
[ ]˙˙ ˙˙
Металдық байланыс дененіміз металдың кристалдық торларындағы металл ионының катоины мен еркін электрондар арасындағы байланыс. Металдық байланыс негізінде металдардың өзіне тән көптеген физикалық және химиялық қасиеттеріне түсініктеме беруге болады.
Химиялық байланыс байланыс энергиясымен, байланыс ұзындығымен және валенттілік бұрыштармен сипатталады.
Химиялық байланыс түзуге жұмсалатын энергия байланыс энергиясы деп аталады. Неғұрлым энергия көп жұмсалса, соғұрлым байланыс берік болады. Байланыс энергиясының өлшем бірлігі - кДжмоль.
Байланыс ұзындығы дегеніміз - энергияның ең кіші мәніндегі атом ядролары арасындағы арақашықтық.
Валенттілік бұрыш дегеніміз - молекуладағы ядролардың арасын қосатын сызықтардың арасындағы бұрыш. Ол атомдардың табиғаты мен байланыстың сипатына тәуелді.

Дәріс №4
Химиялық реакциялардың негізгі әректтесу заңдылықтары

Дәрістің мақсаты: химиялық реакциялардың жылдамдығының концентрациядан тәуелділігі, реакциялардың молекулалағын зерттеу, гетерогендік реакциялардың айырмашылығы.

1. Химиялық. реакция жылдамдығы.
2. Химиялық тепе-теңдікке жету жолдары.
3. Тепе-теңдіктің ығысуы.

Химиялық кинетика -- химияның химиялық процестерінің жылдамдығын және жүру заңдылықтарын қарастыратын бір саласы.
Химиялық реакциялар әрекеттесуші заттардың түріне қарай гомогенді және гетерогенді болып екіге бөлінеді. Гомогенді реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың табиғатына, қойыртпалығына, температураға, қысымға, катализатордың қатысуына, ал гетерогенді реакциялардың жылдамдығы осы айтылғандардан басқа фазаның жүктелген жеке бөліктерінің күйіне, жылу және масса алмасу жағдайларына және т.б. тәуелді.
Химиялық реакцияның жылдамдығы дегеніміз - әрекеттесуші заттардың біреуінің концентрациясының уақыт бірлігінде өзгеруі.
, , мольмин,
.
Химиялық реакция барысында реакцияға кіретін заттар концентрациясы азайып, реакция өнімділігінің концентрациясы жоғарылайды.
, мольмл∙мин.,
, мольсм[2]∙мин.
Реакцияның жылдамдығы көптеген факторларға байланысты: әрекеттесуші заттардың концентрациясына, температураға, катализаторға:
1) Концентрацияның әсері.
А + В = АВ.
Әрекеттесуші заттар А, В, өнім - АВ.
Химиялық реакция жылдамдықтарының концентрацияға байланысты артуының мәнін химиялық кинетиканың негізгі заңы (әрекеттесуші массалар заңын 1868 ж. Гульдберг және Вааге ашқан) түсіндіріп береді: тұрақты температурадағы химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал болады.
aA + bВ = сС + dD,
,
.
k - жылдамдық константасы, олар әрекеттесуші заттар табиғатына, температураға тәуелді, бірақ концентрациаға тәуелді емес.
Егер [А] = [В] = 1, онда υ = k жылдамдық константасына тең болады.

2) Жылдамдыққа температураның әсері.
Әрекеттесуші массалар заңы кез-келген температураға сәйкес, бірақ тұрақты жылдамдықта температураның әсерінен өседі. Жылдамдыққа температураның әсерін Вант-Гофф ережесі сипаттайды: реакция температурасын әр бір 10ºС көтергенде, реакция жылдамдығы 2 немесе 4 есе артады.
.
γ - температуралық коэффициент;
- t1, t2 температурасындағы реакция жылдамдықтары.

3) Реакция жылдамдығының катализатор қатысына тәуелділігі.
Химиялық реакция жылдамдығын катализатор өзгертеді, ол тура және кері реакция жылдамдығына бірдей әсер етеді. Катализатордың қатысуының нәтижесінде активті молекулалар саны артады да, жылдамдық жоғарылайды. Катализатор реакция жылдамдығын арттырса, оң катализ деп, ал төмендетсе теріс катализ деп аталады.
Валенттілігі қаныққан молекулалар арасындағы химиялық реакциялар өте қиын жүреді, өйткені молекуладағы атомдар арасындағы байланысты үзу үшін энергия жұмсау керек. Молекулалық реакциялар мономолекулалық, екімолекулалық және үшмолекулалық деп ажыратылады. Ол бір мезгілде өзара әрекеттесуге қатысатын молекулалар санын көрсетеді:
- мономолекулалық реакциясы I2(г) = 2I, ;
- екімолекулалық реакциясы H2 + I2 = 2HI, ;
- үшмолекулалық реакциясы О2 + 2NO=2NO2, .
Химиялық реакция жылдамдығына температураның әсерін активтендіру теориясының көмегімен жақсы түсіндіруге болады. Бұл теория бойынша, химиялық реакцияға тек белгілі бір энергиясы бар активті молекулалар кіріседі. Активсіз молекулаларды активті күйге айналдыру үшін қосымша энергия жұмсалады. Бұл процесті активтендіру деп атайды. Температура жоғарылағанда активті молекулалар саны лезде өсіп, реакция жылдамдығы артады. Әрекетесетін заттар молекулаларын активтендіру үшін жұмсалатын энергияны активтендіру энергиясы деп атайды. Химиялық реакция жылдамдығы активтендіру энергиясына толық бағынады. Активтендіру энергиясы неғұрлым төмен болса, реакцияның жылдамдығы да жоғары болады.
Егер активтендіру энергиясы жоғары болса, реакция жылдамдығы баяу жүреді.
Реакцияның жылдамдық тұрақтысының активтендіру энергиясы мен температурадан тәуелділігі Аррениус теңдеуімен өрнектеледі:
,
мұндағы k0 - пропорционалдылық коэффициенті;
e - натуралдық логарифмдер негізі;
Ea - активтендіру энергиясы.
Химиялық реакциялар қайтымды және қайтымсыз болып екі топқа бөлінеді. Қайтымды реакциялар - реакция өнімдері бір-бірімен әрекеттесіп, бастапқы заттарды қайтадан түзетін реакциялар.
Қайтымсыз реакция - бастапқы заттардың біреуі немесе екеуі де таусылғанша ақырына дейін жүреді.
↑.
Қайтымды реакция - кері және тура бағытта жүреді.
.
Егер бірқалыпты үрдісте кері және тура реакция жылдамдықтары бір- біріне тең болса бұл жағдайды тепе-теңдік күй деп атайды.
.
Химиялық тепе-теңдік күйдегі әрекеттесуші заттардың концентрациясын тепе-теңдік концентрациялары деп атайды.
Химиялық тепе-теңдікке әртүрлі факторлар әсер етеді. Осы әсер ету жағдайы Ле-Шателье қағидасымен сипатталады:
Тепе-теңдік күйдегі жүйеге сырттан әсер етсе, тепе-теңдік сол әсерді баяулататын жаққа қарай ығысады.
1) Тепе-теңдіктің ығысуына концентрацияның әсері.
Егер әрекеттесуші заттар концентрациясын көтерсек, тепе-теңдік оңға - өнім жағына қарай ығысады. Әрекеттесуші заттар концентрациясын көтерсе, тепе-теңдік оңға өнім жағына қарай жылжиды, ал өнім концентрациясын көтерсе, тепе-теңдік солға, әрекеттесуші заттар жағына қарай жылжиды.
2) Тепе-теңдікке қысымның әсері.
а) Егер қысымды көтерсек, тепе-теңдік моль саны аз жаққа, бұл жүйеде оңға қарай ығысады.
.
б) Егер қысымды төмендетсек, тепе-теңдік моль саны көп жаққа ығысады.
Егер көлем өзгермесе қысым тепе-теңдікке әсер етпейді.
.
3) Тепе-теңдікке температураның өзгерісінің әсері.
Температура жоғарылағанда қарама-қарсы екі процесс жылдамдығы бірдей өзгереді, бірақ эндотермиялық процесс күшті ұлғаяды, ал температураны төмендетсе, керісінше экзотермиялық процесс ұлғаяды.
Химиялық тепе-теңдік кездегі температураның әсерін білу үшін үрдістің жылу эффектісін (∆H) білу керек. Ол оң болса, температура әсері мәнді болады, ал нөлге жақын болса, температураның өзгеруі тепе-теңдікке әсер етпейді.
Сондықтан, Ле-Шателье қағидасына сәйкес температура жоғарылағанда, тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына қарай ығысады.
Температура төмендегенде, экзотермиялық реакция бағытына қарай ығысады.
.
Температура жоғарылағанда солға ығысады (эндотермиялық реакция жағына).
Температура төмендегенде оңға ығысады (экзотермиялық реакция жағына).
, ∆H0.
Температураны жоғарылатса - солға, әрекеттесетін заттар жағына, ал қысымды көтерсе - солға, төмендетсе оңға ығысады. Тепе-теңдік жылжымалы.
Ол бір тепе-теңдік күйден, екінші тепе-теңдік күйге ауыса алады, біраз өзгерістен кейін, қайтадан қалпына келеді.
Реакцияның тепе-теңдік константасын kтт мынадай теңдеу түрінде жазуға болады:
.
Мұндағы [А], [В], [С], [D] - А, В, С, D заттарының тепе-теңдік концентрациялары;
а, b, c, d - А, В, С, D заттарының алдыңдағы сәйкес коэффициенттер.

Дәріс №5
Ерітінділердің жалпы қасиеттері

Дәрістің мақсаты: ерітінділер туралы ұғымды, ерітінділердің концентрациясы, ерітінділердің анықтамасын, жіктелуін қарастыра отырып толығырақ түсіну.

1. Ерітінділердің жалпы сипаты.
2. Сұйытылған ерітінділер.
3. Рауль заңы.
4. Коноваловтың I-II заңы.
5. Азеотроптық ерітінділер.
6. Сұйықтардың өзара еруі.
7. Заттың өзара араласпайтын екі еріткіште таралуы.

Қазіргі көзқарас бойынша өмір бейорганикалық және органикалық қосылыстардың сулы ерітіндісі болатын мұхиттарда пайда болған. Эволюция нәтижесінде тірі өсіп өзгерген. Оладың көпшілігі судан кетіп, ауаға және суға өткен. Бірақ өсімдіктер мен жан-жануарлар су бесігін тастағанымен, өздерінің ағзаларында құрамында әр түрлі бейорганикалық иондар және органикалық қосылыстар бар сулы ерітінділерді сақтаған. Ерітінділер туралы ілімнің дәрігерлер үшін ерекше мәні бар, себебі негізгі биологиялық ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.