Химиялық реакциялардың кинетикасы

Назарбекова С. П., Ермеков С. Р., Назарбек У. Б.

Бейорганикалық химияның теориялық негіздері

Дәрістер жинағы

ШЫМКЕНТ, 2021

Ф. 7. 03-20

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

М. ӘУЕЗОВ атындағы ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН УНИВЕРСИТЕТІ

«Химия және химиялық технология негіздері» кафедрасы

Назарбекова С. П., Ермеков С. Р., НАЗАРБЕК У. Б.

Бейорганикалық химияның теориялық негіздері

Дәрістер жинағы

«Химия» білім беру бағдарламасының студенттері үшін

Шымкент, 2021

УДК 546 (075. 8)

М. Әуезов атындағы ОҚУ оқу-әдістемелік кеңесі басып шығару үшін ұсынылған. ( «30» қазан 2020 ж. күнгі № 2 хаттама ) .

Рецензенттер:

Назарбекова С. П., Ермеков С. Р., Назарбек У. Б.

Б53 Бейорганикалық химияның теориялық негіздері: Дәрістер жинағы. - Шымкент: М. Әуезов атындағы ОҚУ, 2021. - 132 б.

Дәрістер жинағы 132 бетпен баяндалған, 100 атаулы әдебиеттер тізімінен тұрады.

Дәрістер жинағының мазмұнында химияның атом ядросы мен электрон құрылымы, Д. И. Менделеев элементтерінің периодтық жүйесі, электролиз процесінде электродтарда жүретін аралық бөлшектер мен радикалдардың, катализаторлардың, каталитикалық және тотығу процестерінің пайда болуымен байланысты реакциялар, қазіргі заманғы электролиттік диссоциация ілімі, коррозия үрдістері және коррозиядан қорғау әдістері саласындағы ғылым ретінде дамуына негіз болған шетелдік және отандық ғалымдардың рөлі көрсетілген.

Дәрістер жинағының авторлары химияда көміртекті наноқұрылымдардың пайда болуымен байланысты ғылыми-техникалық прогресті көрсетті - бұл нанобөлшектер, көміртекті нанотүтікшелер, нанопроводтар, фуллерендер. Студенттер үшін нанобизнес туралы білу қызықты болады.

Металл нанобөлшектерінің қатысуымен Григнард реактивін алу реакциясын білу студенттерге зертханалық сабақтарда пайдалы болады

© Назарбекова С. П., Ермеков С. Р., Назарбек У. Б. 2021

МАЗМҰНЫ

Кіріпе

М. В. Ломоносов айтқан, әрі қарай Д. Далтон зерттеген және ұсынған атомдық-молекулалық ілімнің ғылыми негіздері химия мен физикада атомдық-молекулалық идеяларды кеңінен қолдануға мүмкіндік берді.

Затты ұйымдастырудың әртүрлі кезеңдерінде физикалық және химиялық форма оның өзара әрекеттесуі мен түрленуіне сәйкес келуі мүмкін. Атом ядроларын қалыптастыру үшін протондар мен нейтрондардың өзгеруі - ядролық-физикалық форма, атомдардың молекулаларды қалыптастыру үшін өзара әрекеттесуі - химиялық форма.

Химия-бұл құрамы мен құрылымының өзгеруімен бірге жүретін заттар мен олардың өзгеру үрдістерін зерттейтін ғылым, ал химиялық үрдіс химиялық реакция жүйесіндегі міндетті энергетикалық өзгерістермен құрамы мен құрылымының өзгеруімен бірге жүреді.

Химиялық үрдісте молекуладағы атомдар қайта топтастырылады, бастапқы молекулалардағы химиялық байланыстың үзілуімен және реакция өнімдерінде жаңа химиялық байланыстардың пайда болуымен бірге жүреді.

Заманауи химияның теориялық негіздерін дамыту химиялық, силикатты, газ-мұнай химиясы, металлургия, гидрометаллургия салаларында алдын-ала анықталған қасиеттері бар заттарды алу үшін химиялық үрдістерді басқаруды жетілдіру қажеттілігімен байланысты.

Химияның ілімдік негіздерінің дамуы мен қалыптасу тарихы бірнеше кезеңнен тұрды.

17 ғасырдың басында пайда болған «Алхимия» ілімі химияның ғылым ретінде пайда болуының алғашқы кезеңі болды. Оның трактаттарында адамның шығармашылық қызметінің әртүрлі көріністері бір-бірімен тығыз байланысты болды. Алхимиктердің қызметі-химияның одан әрі дамуына серпін берген философиялық және теологиялық шығармашылық. Химияның дамуының бұл кезеңі заттың құрамы, стехиометриялық заңдар, валенттілік ұғымдары және затты зерттеу әдістері туралы ілімдердің пайда болуымен қатар жүрді.

Екінші кезең көптеген химиялық элементтердің ашылуымен бірге химиялық байланыс, молекулалардың құрылымы, химиялық үрдістер туралы ілімдердің дамуы және оның негізгі мүмкіндіктері мен ағымының шарттары туралы кванттық-химиялық идеяларға негізделген. Энергетика, химиялық тепе-теңдік және оны дұрыс бағытта жылжыту шарттары химиялық процесте егжей-тегжейлі қарастырылады.

Қазіргі кезеңде нанохимия пайда болды-бірнеше нанометрлі, реактивті, ерекше химиялық қасиеттері бар бөлшектердің физика-химиялық қасиеттерін алуға және зерттеуге байланысты химия саласы. Нанотехнология жоғары коммерциялық әлеуеті бар пайда алу мүмкіндігі бар наноматериалдарды алу және қолдану саласындағы революциялық секіруге ықпал етеді.

1. Жаратылыстану саласы ретінде заманауи химия негіздерінің маңызы

Ежелгі Египетте қалыптасқан химияның негіздері «Жер туралы ғылымның» мағынасын білдіреді және қазіргі кезеңде олардың өзара енуінің нақты бағыттарын тудыратын басқа ғылымдармен тығыз байланысты. Мысалы, химия мен физика арасындағы ауысу аймақтары «Физикалық химия» және «Химиялық физика» болып табылады. Облысы көшу арасындағы химиямен және биологиямен, химиямен және геологиямен ұсынылған «Биохимией», «Геохимя», «Биотехнология".

Химияның барлық маңызды заңдары математикалық тілде тұжырымдалған. Химия философия сияқты ғылымның дамуына әсер етеді және оның мазмұнына әсер етеді. Тарихи тұрғыдан химияның екі негізгі бөлімі дамыды: бейорганикалық химия және органикалық химия.

Бейорганикалық химия химиялық элементтер мен олардың өзгеруін зерттейді, Органикалық химия көміртектің басқа элементтермен қосылыстарын зерттейді. Бірте-бірте химияда затты ұйымдастырудың құрылымдық деңгейлері, оның атомдық күйден молекулалық құрамға дейінгі асқынулары туралы идеялар қалыптасты. Мұндай ұғымдар бұрын белгісіз пәндердің пайда болуына мүмкіндік берді. Олар:

• кешенді қосылыстар;
• полимерлі қосылыстар;
• кристаллохимия;
• дисперсті жүйелер;
• беттік құбылыстар;
• қорытпалар және басқалар.

Атом-молекулалық теория атомның массасы мен мөлшерін, оның құрамдас бөліктерін, материалдық бөлшектердің толқындық қасиеттерін және атом құрылымын кванттық механикалық түсіндіруді, химиялық элементтер мен периодтық заңды, химиялық байланысты, агрегаттық күй мен ерітінділерді, химиялық үрдістер ілімін, нанобөлшектер мен оларға негізделген материалдар туралы мәліметтерді (нанокластар), Атом химиясындағы нанобөлшектердің жіктелуін (нанохимия, криохимия), наноқұралдар мен нанотехнологияларды анықтауға мүмкіндік берді.

Химияның теориялық негіздерін және олардың практикалық сынақтарын қолдану адам қызметімен байланысты барлық салаларда ғылыми-техникалық прогреске ықпал етті. Кейбір маңызды нәрселерге қысқаша тоқталайық.

- ауыл шаруашылығын химияландыру минералдық тыңайтқыштарды, өсімдіктер мен жануарларды химиялық қорғау құралдарын (пестицидтер, гербицидтер), мал шаруашылығында азықтық фосфаттар, премикстер, азықтық микробиологиялық ақуыз, түрлі дәрумендерді қолдануды қамтиды;

- агрессивті ортаның коррозиялық әсеріне ұшырайтын металл конструкциялардың ең аз шығыны кезінде үлкен жайлылықты қамтамасыз ететін пластмассалардың, синтетикалық талшықтардың, каучуктың 50% - дан астамы тұрақты пайдаланылатын құрылыста химияландыру, сондай-ақ қышқылға төзімді бетондарды, полимербетондарды, асфальтбетондарды пайдалану;

- кен өндіру салаларында химияландыру мұнай мен газ өндіру кезінде химиялық ерітінділерді бұрғылау кезінде жасау және қолдану, жабық кен орындарынан кен өндіру кезінде жарылғыш заттарды дайындау, гидрометаллургиялық өндірістерде және химиялық байыту әдістерінде флотациялау және байыту үшін химиялық реагенттерді дайындау және сирек кездесетін жер элементтерін алу жолымен жүзеге асырылады;

- ағаш өңдеу және целлюлоза-қағаз өнеркәсібін химияландыру ағашты механикалық химиялық өңдеуден тұрады, бұл ағашты үнемдеудің және орман ресурстарын үнемдеудің тиімді құралы;

- жеңіл өнеркәсіпті химияландыру химиялық талшықтарды, жасанды былғары мен олардан жасалған бұйымдарды қолданумен байланысты. Осы негізде тоқыма өндірісінің прогрессивті технологиясы - бұйымның жеңілдігі мен беріктігі, сондай-ақ табиғи талшықтарды химиялық талшықтармен ауыстыру есебінен қолайлы сыртқы түрі енгізіледі;

- тұрмыс пен қызмет көрсету саласын химияландыру ауыз су мен шаруашылық суды әртүрлі әдістермен (ион алмасу шайырлары) тазартумен, жоғары автоматтандырылған кір жуу агрегаттарының өнімділігін арттыратын синтетикалық жуу құралдарын пайдаланумен, тұрмыстық химия тауарларын: тазалағыш, дақ кетіргіш, желімдегіш заттарды, сондай-ақ жәндіктерге қарсы препараттарды тұтынумен ұсынылған;

- жоғары химиялық және термиялық тұрақтылыққа ие химиялық-металлургиялық әйнек, жоғары химиялық, термиялық және сілтілі төзімді кварц әйнегі;

- қатты заттарды химиялық-механикалық өңдеу (бұрау және фрезерлеу) химиялық және механикалық бұзылу процестерін біріктіреді. Өңдеу процесінде беттік қабаттың материалы қатты дененің беткі қабатын өңдеу аймағына енгізілген беттік-белсенді заттармен химиялық реакцияға түседі. ПБЗ адсорбциясы бұйымның бетінде, өңдеуді жеңілдетеді және кедергі оның бұзылуына. Металлдың, әйнектің, тастың бетін арнайы химиялық ерітінділермен (қатты, сұйық) жылтыратуды атап өтуге болады) ;

- металдарды химиялық-термиялық өңдеу жоғары температура кезінде бетті әртүрлі элементтермен диффузиялық қанықтыру арқылы жүзеге асырылады, көміртекпен (цементтеу), азотпен (азоттау), азоттың көміртегімен (нитроцементация), бормен (борлау), кремниймен (металл силицидтерін алу үшін силицирлеу) қанықтыру жүргізіледі. Диффузды қанықтыру кезіндегі ортаның жағдайы сұйық, газ тәрізді, бу тәрізді және қатты болуы мүмкін;

- химия-фармацевтика өнеркәсібі - бұл дәрі-дәрмек өндіретін химия өнеркәсібі саласы. Химиялық-фармацевтикалық кәсіпорындар синтетикалық және фотохимиялық препараттарды, антибиотиктерді, дәрумендерді, ферменттер-энзимдерді, ерекше ақуыз катализаторларын, қанды алмастыратын препараттарды, асқазан сөлін, пепсин мен панкреатинді, ампулалардағы, капсулалардағы хомотрепсинъекциялық ерітінділерді, түрлі жақпаларды, гельдерді, аэрозольдерді, вирусқа қарсы препараттарды дайындайды және шығарады;

- химиотерапия, инфекция қоздырғыштарына, паразиттік ісіктерге, ісіктерге және т. б. әсер ететін химиялық препараттармен емдеу;

- химиялық мелиорация-осы топырақта өсетін дақылдардың өнімділігін арттыру мақсатында оның қасиеттерін жақсарту үшін топыраққа химиялық әсер ету шараларының жүйесі. Топырақты әктеу процесі, кейбір металдардың иондарымен қышқылдықты жою (алюминий және кальций), гипс процестері, топыраққа тыңайтқыш қолдану қолданылады;

- химиялық барлау әуеде, жергілікті жерде техникамен, сумен жабдықтау көздерімен улы заттарды дер кезінде анықтауға арналған. Химиялық барлаудың міндеті-ядролық және бактериологиялық қарудың қауіптеріне химиялық қарсы тұруды таңдау және арнайы химиялық түтін перделерінің көмегімен қауіптің алдын алу;

- химия өнеркәсібі ауыр өнеркәсіптің ең маңызды саласы болып табылады, химиялық өнімнің әртүрлі түрлерін өндіреді: (аммиак, қышқылдар, сілтілер, тұздар, минералды тыңайтқыштар, сода, хлор, хлор-өнімдер, оттегі, инертті және сұйытылған газдар), синтетикалық шайырлар, Пластикалық массалар және олардан жасалған бұйымдар, шыны пластиктер, синтетикалық бояғыштар, фотохимиялық препараттар, металдар мен қорытпалар, тұрмыстық химия тауарлары және басқа да өнімдер.

Өзін-өзі дайындау және өзін-өзі бақылау сұрақтары;

1. Ферменттердің ерекшелігі мен әсер ету механизмі.
2. Тыңайтқыш құрамы-қос және қарапайым суперфосфат, түрлі нитраттар
3. Топырақтың қышқылдығын жою және суды тазарту үшін қолданылатын алюминий силикаттарының, кальций силикаттарының құрамы.
4. "Сұйық" резеңке-олигомерлерді қолдану салалары.
5. Өсімдіктерді өңдеудегі пестицидтер мен гербицидтердің әрекет ету принципі.

2. Химия ілімдерінің тарихи дамуы, ашылуы туралы очерктер

Ежелгі уақытта Египетте, Үндістанда және Қытайда адамдар әртүрлі заттарды айналдырып, жаңаларын ала алатын. Б. з. д. 3-мың жыл бұрын адамдар кеннен мыс балқыта алды, кейінірек қалайы (қола) мыс қоспасын жасай алды, ал б. з. д. 2-ші мыңжылдықта олар темірді шикі әдіспен алуды үйренді (отқа төзімді сазбен немесе көмірмен қыздырылған тас пештегі рудадан темір алу 1350 ^о С), өсімдік шикізатынан индиго бояуын ойлап тапты, сәл кейінірек күлгін және ализарин, сірке суын, дәрі-дәрмектерді ала алды.

Сонымен қатар, Алхимия» ілімі пайда болды, ол философты тастың көмегімен асыл емес металдарды асыл металдарға - алтынға айналуы мүмкін екенін және бояулар алуға байланысты «Ятрохимия» ілімі пайда болды. Тек 17 ғасырда бұл екі бағыт ғылым ретінде практикалық химияның прототипі болды. Химияның ғылым ретінде қалыптасу үрдісі Лавойзердің (флогистон ілімі) ашылуымен аяқталды, ол қате болса да, флогистонды жағудың басталуын мойындауға негізделген.

Атом құрылысы, валенттілік, элементтердің периодтық жүйесі және химиялық құрылым ілімі, химиялық үрдістердің жылу әсерлері, термохимия, электролиттік диссоциация ілімі, каталитикалық үрдістер мен катализаторлар, 19 ғасыр ғалымдары жүргізген электролиз заңдары саласындағы зерттеулер - Дж. Дальтон, А. Авогадро, А. Ампер, Р. Бойль, Т. Парацельс, М. Ломоносов, Й. Берцелиус, Ф. Кекуле, А. Бутлеров, Д. Менделеев, Г. Гесс, Я. Вант-Гофф, А. Ле Шателье, Ф. Колрауш, С. Аррениус, К. Бертолле, М. Фарадей, 20 ғасырдың басында физика және химия саласында үш көрнекті жаңалық ашуға мүмкіндік берді (Э. Рутерфорд, г. Мозли, Н. Бор, М. Складовская-Кюри және Ф. Джолио-Кюри), және нәтижесінде төмендегілер дәлелденді:

- атомның күрделі құрылымы;

- рентген сәулелерінің ашылуы;

- радиоактивтілік құбылысы, электронның болуы.

Бұл ашылулар химияның ғылым ретінде дамуының жаңа заманауи және инновациялық кезеңіне негіз болды.

Химиялық түрлену жасалатын барлық агрегаттық күйдегі заттар - сұйық, қатты және газ тәрізді. Осы негізде жаңа бағыттар пайда болады - топохимия (қатты заттардың қасиеттерін және олардың түрленуін зерттеу), космохимия және гидрохимия (ғаламдағы заттың химиялық эволюциясы) .

20 ғасырдың ортасынан бастап химиялық зерттеу әдістерінде түбегейлі өзгерістер болды. Химияның классикалық міндеттері-заттың құрамын, құрылымы мен қасиеттерін анықтау физиканың соңғы жетістіктерін (талдаудың физика-химиялық әдістері) қолдана отырып сәтті шешіледі: микрохимиялық әдіс, хроматография, люминесцентті талдау, рентген, полярографиялық, спектрлік, ядролық магниттік резонанс, парамагниттік резонанс, масс-спектроскопия, ядролардың химиялық поляризациясы, электронды микроскопия және т. б.

21 ғасырдың басында 20 ғасырда ғалымдардың зерттеулерінің негізі болмаған нысандар пайда болды, онсыз қазіргі ғылымның дамуын елестету мүмкін емес - бұл нанотүтікшелер, фуллерендер, кванттық маржандар, нанапроводтар, алмазоидтар және басқа да көптеген "ақылды" наноматериалдар. "Ақылды наноматериалдар" -бұл барлық сенсорлардың, миниатюралық компьютерлердің және наноқұрылғылардың бағдарламалық-аппараттық кешені.

Практикалық қолдануға қызығушылық танытатын сирек кездесетін және сирек кездесетін жер металдарына көп көңіл бөлінеді, оларды алу әдістері, бақылау әдістері және оларды қолдану салалары жетілдіріледі. Сирек металл ұғымының анықтамасы жердің терең аймақтарындағы осы металдың сирек кездесетіндігімен және аз болуымен, шашыраудың химиялық қасиеттерінің ерекшелігімен түсіндіріледі, бұл элемент атомдарының жиналуына жол бермейді.

Жер қыртысында ең көп кездесетіні-қарапайым атом құрылымы бар элементтер (литий, бериллий, борды қоспағанда, периодтық жүйенің алғашқы үш қатарының элементтері) . Мысалы, ежелден бері белгілі болған алтынды сирек деп атауға болмайды, өткен ғасырдың соңында алюминий сирек болды, дегенмен табиғатта ол үшінші болып табылады. Бірақ ол сирек болды, өйткені оны өнеркәсіптік ауқымда таза түрде алу мүмкін болмады.

Металл дегеніміз не? Грек тілінде «metallon», яғни мен оны қазып аламын немесе жерден аламын. Геродот пен Платонның заманында (б. з. д. 5 ғасыр) тек 7 металл бар деп есептелген: алтын, күміс, темір, қалайы, мыс, қорғасын, сынап. Қазіргі уақытта Д. И. Менделеев кестесінің 80 - нен астам элементтері металдарға жатады және айқын металл қасиеттеріне ие: электр және жылу өткізгіштік, жылтырлығы, икемділігі, түсі, тығыздығы, балқу және қайнау температурасы, отқа төзімділік, деформацияға төзімділік, қаттылық, ыстыққа тұрақтылық және ыстыққа төзімділік, коррозияға төзімділік.

Қысым мен температураға байланысты көптеген металдар екі немесе одан да көп кристалды модификация түрінде болуы мүмкін. Кейбір металдар белгілі бір температурада критикалық деп аталады, өте өткізгіш күйге өтеді (өте өткізгіштік) . Металдарды жоғары температураға дейін қыздырғанда металдың бетінен электрондардың "булануы" байқалады (термоэлектрондық эмиссия) . Аяқталмаған электронды қабықтары бар өтпелі металдар (d, f) парамагнетиктер болып табылады. Металдар аллотропты модификацияға қабілетті, сол элемент қарапайым заттардың бірнеше түрін құра алады. Типтік металдар оң тотығу күйіне ие, оксидтер мен гидроксидтер түзуге қабілетті. Барлық металдардың иондану энергиясы бар. Кернеулер (белсенділік) қатарындағы жағдайға байланысты сутекке дейінгі кернеулер қатарында тұрған кез-келген электронегативті металл оның қосылыстарынан оңды ығыстыра алады.

Химиялық реакцияларда металдар тотықсыздандырғыш ретінде әрекет етеді, ал реттік нөмірдің жоғарылауымен металдардың қалпына келтіру қасиеттері артады. Бұған ұқсас қосылыстардың пайда болуының Гиббс стандартты энергиясының өзгеру сипаты дәлел бола алады. Өнеркәсіптік жіктеу металдарды шартты түрде екі топқа бөледі - түсті және қара:

- шаруашылық қызметте маңызды рөл атқаратын түсті металдар (мыс, никель, қорғасын, мырыш, қалайы; висмут, күшән, сурьма, кадмий, кобальт, сынап, олардың шаруашылық қызметте қажеттілігі болмашы) ;

- асыл бағалы металдар (алтын, күміс, платина тобындағы металдар - осмий, родий, иридий, палладий, рутений) ;

- жеңіл түсті металдар (алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций) ;

- сирек және шашыраңқы түсті металдар (вольфрам, молибден, тантал, ванадий, ниобий, бериллий, рубидий, цезий, таллий, индий, лантанидтер, радий, уран, актиний, трансурандық) ;

- сирек жер (лантан және лантаноидтар) ;

- радиоактивті (полоний, радий, уран, торий, актиний, плутоний, нептуний және басқа трансуранды элементтер) ;

- қара металдар темір және оның қорытпалары-болат, шойын, ферроқорытпа, сондай-ақ марганец, хром, ванадий.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс