Бейорганикалық заттардың негізгі класстары және олардың генетикалық байланысы
Бейорганикалық қосылыстар Бейорганикалық заттар құрамына сәйкес (екіэлементтік, немесе бинарлык, қосылыстар мен көпэлементтік қосылыстар: оттекті, азотты т.б) және осы заттардың химиялық реакцияда орындайтын функциясына, яғни химиялық қасиеттеріне сәйкес (қышқылды-негіздік, тотығу-тотықсыздану т.б) әртүрлі кластарға жіктеледі. Бинарлы қосылыстарға кез-келген екі түрлі элементтен тұратын қосылыстар жатады. Мысалы, азот пен оттегінің бинарлық қосылыстары: N2О, NO, N2O3, NO2, N2O5; мыс пен күкірттің бинарлық қосылыстары: Cu2S, CuS, CuS2. Бинарлық қосылыстардың формулаларында металдар бейметалдан бұрын көрсетіледі: SnCl2, Al3N. Егер бинарлық қосылыс екі бейметалдан түзілген болса, онда бірінші орынға келесі тізбекте солға қарай орналасқан элемент символы жазылады: B, Si, C, As, P, H, Te, Se, S, I, Br, Cl, N, O, F. Мысалы, CBr4, H2O, SF6. Егер бинарлық қосылыс екі металдан тұратын болса, онда бірінші үлкен периодтың басында орналасқан металл көрсетіледі. Ал егер екі металл да бір топта орналасқан болса, онда бірінші реттік нөмірі үлкен элемент көрсетіледі. Мысалы, Cu Zn, AuCu3. Бинарлық қосылыстар бейметалл типіне сәйкес әртүрлі кластарға жіктеледі (кесте-2.1), ал қалған бинарлық қосылыстар металдар арасындағы қосылыстарға – интерметаллидтерге жатады.
1. Бейорганикалық заттардың негізгі класстары және олардың генетикалық байланысы.
Бейорганикалық қосылыстар Бейорганикалық заттар құрамына сәйкес (екіэлементтік, немесе бинарлык, қосылыстар мен көпэлементтік қосылыстар: оттекті, азотты т.б) және осы заттардың химиялық реакцияда орындайтын функциясына, яғни химиялық қасиеттеріне сәйкес (қышқылды-негіздік, тотығу-тотықсыздану т.б) әртүрлі кластарға жіктеледі. Бинарлы қосылыстарға кез-келген екі түрлі элементтен тұратын қосылыстар жатады. Мысалы, азот пен оттегінің бинарлық қосылыстары: N2О, NO, N2O3, NO2, N2O5; мыс пен күкірттің бинарлық қосылыстары: Cu2S, CuS, CuS2. Бинарлық қосылыстардың формулаларында металдар бейметалдан бұрын көрсетіледі: SnCl2, Al3N. Егер бинарлық қосылыс екі бейметалдан түзілген болса, онда бірінші орынға келесі тізбекте солға қарай орналасқан элемент символы жазылады: B, Si, C, As, P, H, Te, Se, S, I, Br, Cl, N, O, F. Мысалы, CBr4, H2O, SF6. Егер бинарлық қосылыс екі металдан тұратын болса, онда бірінші үлкен периодтың басында орналасқан металл көрсетіледі. Ал егер екі металл да бір топта орналасқан болса, онда бірінші реттік нөмірі үлкен элемент көрсетіледі. Мысалы, Cu Zn, AuCu3. Бинарлық қосылыстар бейметалл типіне сәйкес әртүрлі кластарға жіктеледі (кесте-2.1), ал қалған бинарлық қосылыстар металдар арасындағы қосылыстарға - интерметаллидтерге жатады.
кластар
Бейметал
Қосылыс формуласы,
Мысалы
Атаулары
галогенидтер
F,Cl, Br, I
NaCl
Натрий хлориді
оксидтер
O
FeO
темір (ІІ) оксиді
халькогенидтер
S, Se, Te,
ZnS
Мырыш сульфиді
пниктогенидтер
N, P, As
Li3N
литий нитриді
гидридтер
H
CaH2
Кальций гидриді
карбидтер
C
SiC
Кремний карбиді
силицидтер
Si
FeSi
темір силициді
боридтер
B
Mg3B2
Магний бориді
Олардың атаулары бейметалдардың латынша атауының түбіріне ид жұрнағын жалғау арқылы түзіледі. Терісэлектрлік төмен элемент әртүрлі тотығу күйінде кездесетін болса, онда оның атауынан кейін жақшада тотығу дәрежесі көрсетіледі. Мысалы, Cu2O - мыс (I) оксиді, CuO - мыс (II) оксиді, СО көміртек (II) оксиді, СО2 - көміртек (IV) оксиді. Тотығу дәрежесінің орнына грек сандары көмегімен құрамы көрсетіледі: СО - көміртек монооксиді, СО2 - көміртек диоксиді, Fe3O4 - темір тетраоксиді. Кейбір бинарлық қосылыстар үшін дәстүрлі атаулары сақталады: H2O - су, NH3 - аммиак. Бинарлық қосылыстардың ішінде кең тарағандары - оксидтер. Функционалдық белгілеріне сәйкес оксидтер тұзтүзетін және тұзтүзбейтін деп бөлінеді. Тұзтүзетін оксидтер негіздік, қышқылдық және амфотерлік болып жіктеледі.
Қышқылдармен (немесе қышқылдық оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер негіздікдеп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), негіздік оксидтер негіздерді түзеді. Мысалы, кальций оксиді СаО сумен әрекеттесіп, кальций гидроксидіне Са(ОН)2 айналады:
СаО +Н2О--Са(ОН)2.
Магний оксиді МgO- негіздік оксид. Ол суда нашар ериді, бірақ оған негіз-магний гидроксиді Mg (OH)2 сәйкес келеді.
Негіздермен (немесе негіздік оксидтермен ) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер қышқылдық деп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), қышқылдық оксидтер қышқылға айналады. Мысалы, күкірт (VI) оксиді SO3 сумен әрекеттесіп, күкірт қышқылын H2SO4 түзеді:
SO3 + H2O = H2SO4
Кремний диоксиді SiO2 қышқылдық оксид. Ол сумен тікелей әрекеттеспейді, бірақ оған кремний қышқылы H2SiO3 сәйкес келеді Қышқылдық оксидтерді алудың бір әдісі - сәйкес қышқылды сусыздандыру. Сондықтан қышқылдық оксидтерді ангидридтер деп атайды. Қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер амфотерлік деп аталады. Ондай оксидтерге мысалы, Al2O3, ZnO, PbO, Cr2O3 жатады.
Тұзтүзбейтін оксидтер қышқылмен де, негізбен де әрекеттескенде, тұз түзілмейді. Мысалы, азот (I) оксиді N2O, азот (II) оксиді NO.
Элементтердің оттегімен тағы да бір қосылыстары белгілі, олар құрамы бойынша оксидтер класына, ал құрылысы мен қасиеттері бойынша тұздарға жатады. Ондай заттардың мысалы ретінде металдар пероксидтерін айтуға болады. Мысалы, барий пероксиді BaO2, натрий пероксиді Na2O2. Табиғаты бойынша металдар пероксидтері әлсіз қышқылдың сутегі пероксидінің H2O2 - тұздары болып табылады.
Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластарына қышқылдар, негіздер және тұздаржатады.
Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан қышқылдар ерітінділерде сутек ионын бөліп диссоциацияланатын заттар. Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан қышқылдар сутегі ионын беруге қабілеті бар заттар, яғни протондар донорлары. Қышқылдарға тән химиялық қасиеттері - олардың негіздермен әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O 2 HNO3 + FeO = Fe(NO3)2 + H2O 2 HCl + ZnO = ZnCl2 + H2O
Қышқылдар күштеріне, негіздіктеріне және қышқылдың құрамында оттегі болуы мен болмауына сәйкес жіктеледі. Күштері бойынша қышқылдар күшті және әлсіз болып бөлінеді. Маңызды күшті қышқылдар - азот қышқылы HNO3, күкірт қышқылы H2SO4 және тұз қышқылы HCl. Оттегінің болуына сәйкес оттекті қышқылдар (HNO3, H3PO4) мен оттексіз қышқылдарды (HCl, H2S) айырады. Негізділігі бойынша, яғни қышқыл молекуласы құрамындағы сутек атомының санына сәйкес қышқылдар бірнегізді (HCl, HNO3), екінегізді (H2S, H2SO4), үшнегізді (H3PO4, H3BO3) т.б. болады. Оттексіз қышқылдардың атаулары қышқыл түзетін элементтің атауына сутек жұрнағын қосу арқылы беріледі: HCl - хлорсутек, H2S - күкіртсутек. Оттекті қышқылдардың атаулары элемент атауына қышқылы сөзін қосу арқылы пайда болады. Егер элементтің тотығу дәрежесі ең жоғары болса келесідей аталады: мысалы, H2SO4- күкірт қышқылы, HNO3 - азот қышқылы. Элементтің тотығу дәрежелері төмендеген сайын олардың атаулары келесі тәртіпте жүреді: HClO3- хлорлы қышқыл, HClO2- хлорлау қышқыл, HOCI- хлорлылау қышқыл.
Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан негіздер ерітінділерінде гидроксид-иондарды бөлу арқылы диссоциацияланатын заттар. Негіздердің маңызды химиялық қасиеттері - қышқылдармен (қышқылдық және амфотерлік оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
KOH + HCl = KCl + H2O Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 2 NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O
Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан негіздер сутек иондарын қосып алуға қабілеті бар заттар, яғни протондар акцепторлары. Мысалы: аммиак - сутек протонын қосып алып, аммоний - ионын NH4+ түзеді. Негіздер тәрізді аммиак қышқылдармен әрекеттесіп, тұз түзеді:
2 NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
Қосып алатын протондар санына сәйкес бірқышқылдық негіздерді (LiOH, KOH, NaOH) және екіқышқылдық негіздерді (Ca(OH)2, Fe(OH)2) т.б. айырады. Күштері бойынша негіздер күшті және әлсіз болып жіктеледі: күшті негіздерге барлық сілтілер жатады.
Тұздарға ерітінділерінде сутек ионынан басқа оң зарядталған иондар мен гидроксид-ионынан басқа теріс зарядталған иондар түзетін заттар жатады. Тұздарды қышқыл құрамындағы сутек атомдарының орнын металл басу арқылы түзілген өнім немесе негіздегі гидроксотоптың орнын қышқыл қалдығы басудың өнімі ретінде қарастыруға болады. Толығымен орын басу жүрсе, орта тұздар пайда болады. Қышқылдағы сутегі атомы орны толық басылмаса қышқыл тұздар, ал негіздегі гидроксоптың толық басылмауы жағдайында негіздік тұздар түзіледі. Қышқыл тұздарды негізділігі екі немесе одан да көп қышқылдар береді, ал негіздік тұздар екі және одан да көп гидроксотобы бар негіздерден түзіледі. Мысалы:
Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2 H2O CaSO4 (кальций сульфаты) - орта тұз KOH + H2SO4= KHSO4 + H2O KHSO4 (калий гидросульфаты) - қышқыл тұз Mg(OH)2 + HCl = Mg(OH)Cl + H2O Mg(OH)Cl - (гидроксомагний хлориді) - негіздік тұз.
Екі металлмен бір қышқылдан түзілген тұздар қостұздар деп аталады. Бір металл пен екі қышқылдан түзілген тұздар - аралас тұздар. Қос тұздардың мысалы - калий-алюминий сульфаты (алюмокалий ашудасы) KAI(SO4)2∙12H2O. Аралас тұздар мысалы - кальций хлорид - гипохлориті CaCl(OCl) (немесе CaOCl2). Тұздардың атаулары катион мен анион атауларынан құралады. Оттексіз қышқылдар аниондарының атаулары бинарлық қосылыстар тәрізді беріледі, яғни ид жұрнағы жалғанады. Мысалы, NaF - натрий фториді. Ал оттекті қышқыл аниондарының атаулары элементтің тотығу дәрежесінен тәуелді. Жоғары тотығу дәрежесі үшін ат жұрнағы қосылады. Мысалы, азот қышқылының HNO3 тұздары - нитраттар, күкірт қышқылының H2SO4 тұздары - сульфаттар. Ал тотығу дәрежесі төмен болса, онда ит жұрнағы жалғанады, мысалы, азотты қышқылдың HNO2 тұздары нитриттер, күкіртті қышқылдікі H2SO3 - сульфиттер. Қышқыл және негіздік тұздардың атаулары орта тұздар атауының жалпы ережелері бойынша беріледі. Қышқыл тұздың анионына гидро сөзі қосылады, ол металмен орны басылмаған сутек атомын көрсетеді, ал саны грекше сан атаулары арқылы беріледі. Мысалы, Na2HPO4 - натрий гидрофосфаты, NaH2PO4 - натрий дигидрофосфаты. Негіздік тұздардағы катион атауына гидроксо сөзі қосылады, ол орны басылмаған гидроксотопты көрсетеді. Мысалы, Al(OH)Cl2 - гидроксоалюминий хлориді, Al(OH)2Cl - дигидроксоалюминий хлориді. Тарихи қалыптасқан дәстүр бойынша хлор (HClO4), йод (HIO4) және марганец (HMnO4) қышқылдары тұздарының атаулары ерекше беріледі: олар сәйкес перхлораттар, перйодтар және перманганаттар деп аталады.
Бейорганикалық қосылыстардың кластарының арасындағы генетикалық байланыс
Жай (металл, бейметалл) және күрделі (оксид, қышқыл, негіз, тұз) заттардың барлығының өзара байланысы генетикалық байланыс деп аталады (генезис -- шығу тегі).
Енді осы генетикалық байланыстарды тұздарды алудың мысалында қарастырайық:
1. Кейбір металдар мен бейметалдар езара әрекеттесіп (синтез әдісі) тұз түзеді:
Fe + S = FeS
2. Негіздік оксидтер мен қышқылдық оксидтердің өзара әрекеттесуі де тұз береді.
СаО + СО2= СаСО3
3. Қышқыл мен негіздік оксидтің әрекеттесуінен де тұз түзіледі.
MgO + H2SО4= MgSО4+ H2O
4. Негізбен қышқылдық оксидтердің әрекеттесуі де тұз тудырады.
ЗСа(ОН)2+ Р2О5= Са3(РО4)2+ ЗН2О
5. Қышқылдар мен негіздер әрекеттесуі арқылы да тұз алуға болады:
NaOH + HNО3=NaNО3+Н2О
6. Тұз бен қышқылдың әрекеттесуі жаңа тұз бен жаңа қышқыл береді, тұз тұнбаға түседі:
Са3(РО4)2+ 3H2SО4= 3CaSО4↓+ 2Н3РО4
7. Тұз бен негіздің әрекеттесуі жаңа тұз бен жаңа негіз береді, олардың біреуі тұнбаға түсуі керек.
ҒеСl3+ 3NaOH = Ғе(ОН)3↓ + 3NaCl
8. Металл мен баска тұз әрекеттескенде де жаңа тұз бен металл түзіледі:
Fe + CuSO = FeSO + Cu
9. Тұз бен тұз әрекеттескенде жаңа екі тұз түзіледі, олардың біреуі тұнбаға түседі.
ЗВаСl2+ 2Na3PO4= Ва3(РO4)2↓+ 6NaCl
10. Металмен қышқыл әрекеттескенде тұз бен сутегі түзіледі.
Mg + 2HCl = MgCl2 + Н2↑
Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластарына қышқылдар, негіздер және тұздар жатады. Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан қышқылдар ерітінділерде сутек ионын бөліп диссоциацияланатын заттар. Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан қышқылдар сутегі ионын беруге қабілеті бар заттар, яғни протондар донорлары. Қышқылдарға тән химиялық қасиеттері - олардың негіздермен әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O 2 HNO3 + FeO = Fe(NO3)2 + H2O 2 HCl + ZnO = ZnCl2 + H2O
Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан негіздер ерітінділерінде гидроксид-иондарды бөлу арқылы диссоциацияланатын заттар. Негіздердің маңызды химиялық қасиеттері - қышқылдармен (қышқылдық және амфотерлік оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
KOH + HCl = KCl + H2O Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 2 NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O
Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан негіздер сутек иондарын қосып алуға қабілеті бар заттар, яғни протондар акцепторлары. Мысалы: аммиак - сутек протонын қосып алып, аммоний - ионын NH4+ түзеді. Негіздер тәрізді аммиак қышқылдармен әрекеттесіп, тұз түзеді:
2 NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
Негіздермен (немесе негіздік оксидтермен ) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер қышқылдық деп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), қышқылдық оксидтер қышқылға айналады. Мысалы, күкірт (VI) оксиді SO3 сумен әрекеттесіп, күкірт қышқылын H2SO4 түзеді:
SO3 + H2O = H2SO4
Кремний диоксиді SiO2 қышқылдық оксид. Ол сумен тікелей әрекеттеспейді, бірақ оған кремний қышқылы H2SiO3 сәйкес келеді Қышқылдық оксидтерді алудың бір әдісі - сәйкес қышқылды сусыздандыру. Сондықтан қышқылдық оксидтерді ангидридтер деп атайды. Қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер амфотерлік деп аталады. Ондай оксидтерге мысалы, Al2O3, ZnO, PbO, Cr2O3 жатады. Тұзтүзбейтін оксидтер қышқылмен де, негізбен де әрекеттескенде, тұз түзілмейді. Мысалы, азот (I) оксиді N2O, азот (II) оксиді NO. Элементтердің оттегімен тағы да бір қосылыстары белгілі, олар құрамы бойынша оксидтер класына, ал құрылысы мен қасиеттері бойынша тұздарға жатады. Ондай заттардың мысалы ретінде металдар пероксидтерін айтуға болады. Мысалы, барий пероксиді BaO2, натрий пероксиді Na2O2. Табиғаты бойынша металдар пероксидтері әлсіз қышқылдың сутегі пероксидінің H2O2 - тұздары болып табылады.
2. Химиялық байланыстың осы күнгі теориялары: ВБ және МО әдістері
Гибридтеліну дегеніміз әр түрлі атомдық орбитальдардың арласып,энергиялық ждағынан тиімді біркелкі АО-ң түзілуі. Мұндай гибридті орбиталдар басқа атомдармен хим-қ байланыс түзуге өте бейім.Гибридті орбиталдардың саны гибридтенуге қатынасқан орбиталдардың санына тең.Гибридті орбиталдар электрон бұлттарының пішіні мен энергиясы жағынан бірдей болып келеді.Олар атомдық орбиталдарға қарағанда хим-қ байланыс түзу сызықтың бойында жатады,сондықтан электрон бұлттарының бүркесуіне қолайлы жағдай туады.АО гибредтену түрлері көп. Олардың ең маңыздыларын қарастырайық: .sp-гибридтену.Периоодтық жүйедегі екінші топша элеиенттерінің галогендерімен қосылыстарында sp-гибридтену түрі іске асды Берилийдің сутекпен және галогендермен қосылыстарын қарастырайық.Берилий негізгі жағдайда жұптаспаған электрондары жоқ.Бірақ оның барлық қосылыстарының құрылысы түзу сызықты болып келеді.Осындай құрылысты ВБ теориясыментүсіндіру үшін,Ве электрондарының қозған жағдайын қарастырады,осының нәтижесінде екі жұптаспаған электрондар пайда болады.Ве-ң әртүрлі екі орбиталі бірігіп жаңа жәнне ұқсас екі гибридті электрондар пайда болады.sp-гибридтену.Бір s-орбитальдарымен және екі р-орбиталдарымен қосылып,жаңа үш sp-гибридтелу дейді.Олардың валенттік бұрыштары
120ºжәне бір жазықтықта орналасқан ең қолайлы жағдай орналасады.Осындай гибридтену периодтық жүйедегі үшінші топша элементтерінің молекулаларына тән.Әр түрлі гибридті орбитальдардың кеңістіктегі құрылысы да әр түрлі болады:сызықты,үшбұрышты,тетраэдрлі .Валенттік жұп электрондардың тебелісу теориясы толық гибридтелу бойынша байланысқа қатыспайтын электрон жұптарының тебісу әсері байланыстырушы жұп электрондарға қарағанда көбірек.Сонымен ВБ әдісін қолданып қорытынды жасауға болады :
1.ВБ әдісі көптеген молекулалардың геометриялық құрылысын түсіндіруге мүмкіндік береді.
2.Гибридті орбиталдардың кеңістікте орналасуы өзара электрон бұлттарының приципіне бағынады.
3.Гибридтеліну коволентті баланыстың ерекше қасиеті,байланыстың бағытталынуын сипаттайды.Ковалентті байланыстың иондық байланыстан басты айырмашылығы,иондық байланысқа бағытталу қасиеті тән емес.
.
Молекулалық орбиталдар теориясы (МОТ). Молекулалық орбиталдар әдiсi бойынша молекуладағы электронды бiрнеше орталықты қамтитын (атомдардың ядроларын) толқындық функция арқылы өрнектеуге болады. Оның негiзгi қaғидасы мынадай: молекулада бастапқы атомдарды байқамайды, тек ядроларды бөлiп қарайды. әрбiр электрон барлық ядролар жэне молекуладағы барлық электрондар өрiсiнде қарастырылады. Еңқарапайым жақындасуда молекулалық орбиталдар Шредингер теңдеуiнен шығатын атомдық орбиталдардың сызықтық комбинациясы болып табылады. қазiргi уақытта молекулалық орбиталдар теориясы бiрте-бiрте кеңiнен қолданыла бастады.
Молекулалық орбиталдар теориясы (МО) - молекуланың электрондық құрылысын анықтайтын әдiс. Бұл теорияның негiзгi принципi - молекула бутiн бiр тұтac жүйе. Молекулаға барлық электрондар мен ядролар ортақ. Химиялық байланыстың түзiлуiнiң себебi - барлық электрондардың барлық ядролар мен электрондарға ортақ өpicтe қозғалуы.
МО ерекшелiктерi. Валенттiк байланыс әдiсi АО (атомдьық орбитал) жеке бiр атомның электронының козғалысын сипаттайды. Молекулалық орбиталдар (МО) бүкiл молекуладағы ядроларға ортақ МО - көп центрлi орбиталдар. МО әдiсi молекуладағы әр электронға сәйкес молекулалық орбиталды сипаттайды.
Молекулалық орбитал атомдық орбиталды сызықты комбинациялау нәтижесiнде түзiледi деп саналады. Бастапқы әрiптерiн алып қысқартқанда былай жазылады: АОСК=МО, молекулалық орбитал ол атомдық орбиталдардың сызықты комбинациясы.
Бiрақ, молекулалық орбиталдар түзiлу үшiн АО - орбиталдар кесімді шарттарға сай болу қажет:
_ атомдық орбиталдар энергияларының шамасы жақын болуы;
_ атомдық орбиталдағы бүркескен электрон бұлттары тығыздығының шамасы улкен болуы;
- атомдық орбиталдардың байланыс орталығы бiр симметрияда болуы. молекулалық орбиталдар әдiсiнiң принципi - молекуладағы әp электронды сипаттайтын толқындық функция молекула құрамындағы барлық ядролар өpiciне қатынасты болуы қажет. Ең қарапайым турiнде: молекулалық орбитал дегенiмiз атомдык орбиталдардың өзара сызықты комбинациясын құру нәтижесiнде түзiлген жаңа орбитал.
Молекулалық орбиталдар әдісi молекуладағы электрондар бiрнеше орталықгарға ие болған (атомдардың ядролары) толқындық функциялармен сипатталады. Атомдық орбиталдарды өзара қосып не алып тастаса молекулалық орбиталдар тузiледi.
3. Комплексті қосылыстардағы химиялық байланыстың осы күнгі теориялары.
Кешенді қосылыстардың табиғаты туралы көзқарасты дамыту химиялық байланыстың жалпы теориясының пайда боуымен және дамуымен байланысты. ХХ ғасырдың 20 жылдарында кешенді қосылыстарда иондық және коваленттік байланыстардың болатыны туралы жазылған жұмыстар шыға бастады. Электростатистикалық көзқарастың дамуына Коссель мен Магнус үлкен үлес қосты, ал қосэлектрондық байланыс туралы ұғымды Сиджвиктің еңбектеріннен көруге болады. Ары қарай үш квантмеханикалық әдіс пайда болды: валенттік байланыс әдісі (ВБӘ), молекулалық орбиталдар (МО) және кристалдық өріс теориясы. Бұл әдістердің ешқайсысы кешенді қосылыстардағы байланыстарды анықтауға ұсынылмаған, бірақ оларды осы салада қолдану үлкен жетістіктерге жетуге алып келді. Олар бір - біріне қарама - қарсы емес. Керісінше, олар өзара бір - бірінің көптеген кемшіліктерін толықтырады. Әртүрлі көзқарастардың нәтижесінде көптеген сұрақтар туындағанымен, соңында барлығы бір байламға келіп тоқталады.
Электростатикалық теория
Қарапайым электростатистикалық теорияны алғаш рет металдардың кешенді қосылыстарының түзілуін түсіндіру үшін Ван-Аркель және Де Бур (1935 жылы) қолданды. Одан кейін Коссель мен Магнус та өз жұмыстарында осы теорияны қолданды.. Электростатистикалық теория негізінде әр түрлі дәрежедегі кешентүзгіштер үшін координациялық санның мүмкін болатын мәні есептелді. Координациялық сан - кешентүзгіштің негізгі сипаттамаларының бірі. Ол кешентүзгіштің зарядына және радиусына, сонымен қатар оны қоршаған лигандалардың заряды мен радиусына тәуелді болады. Кешентүзгіштің зарядын арттырған кезде оған лигандалардың тартылуы күшейеді және оның координациялық саны артады, ал лигандалардың зарядын арттырған кезде олардың өзара тебісуі артады және координациялық сан кішірейеді. Иондық лигандаларды молекулярлыға айырбастаған кезде координациялық сан артуы мүмкін, себебі иондардың арасындағы тебісу күші полярлы молекулалардан қарағанда көп Координациялық санды арттыру кешентүзгіштің өлшемінің артуына және лигандалардың санының кемуіне әкеледі. Ендеше электростатистикалық үлгі ыңғайлы және көрнекті. Ол кешендер қатарының тұрақтылығын, олардың стехиометриялық ерекшелігін (кеңістіктегі лигандалардың орналасуы), кешентүзгіштің координациялық санын бағалауға мүмкіндік береді. Кей жағдайда оның көмегі арқылы бөлшектердің электростатистикалық әрекеттесуін болдырмайтын бейтарап кешендердің болуын түсіндеру мүмкін болмайды, сондай-ақ ол кешендері қосылыстардың қасиеттерінің практикалық маңыздылығын, магниттік және оптикалық қасиеттерін түсіндіре алмайды. Электростатистикалық теорияның дамуы кристалдық өріс теориясында жалғасын тапты. Онда атомдардың электрон бұлттары құрылымының квантты - механикалық ерекшелігі ескеріледі. Бұл құбылыс осы кезде әлдеқашан белгілі болған, бірақ ол ковалентті байланыс туралы көзқарасты қарастырмады. Бұл әдістің кемшіліктері: к.с. = 2, 4 және 6 болатын кешенді қосылыстардың құрылымы тек қана жазықтық, тетраэдрлік және октаэдрлік түрінде болуы мүмкін. Бірақта, шын мәнінде бұл олай емес, к.с. = 4 болатын кешенді қосылыстар квадратты (шаршылы) түрде де болады. Сонымен қатар полярсыз лигандалары бар ( және т.б.) кешенді қосылыстардың тұрақтылығын түсіндіре алмайды. Кекшентүзгіштердің өлшемі және заряды үлкен емес болған жағдайда тұрақты кешенді қосылыс түзіледі. Оның үстіне кешенді қосылыстардың магнитті және басқа да қасиеттері туралы сұрақтарға толық жауап бере алмайды.
Координациялық қосылыстарда қолданылатын валенттік байланыстың квантты - химиялық әдісі
Әдетте, орталық aтом байланыс түзуге бос орбитальдарын, лиганд пайдаланылмаған электрон жұбын жұмсайды. Демек, орталық лиганд рөлін атқару үшін оның құрамындағы атомның комплекс түзушілер әдетте металдардың иондары бола алады, себебі олардың бос валенттік орбитальдары болғандықтан, олар Льюис қышқылдарының рөлін атқарады. Бөлінбеген электрон жұптары бар болғандықтан, лигандтар Льюис негіздерінің қасиеттерін көрсетеді. Орталық атомның бос орбитальдарының саны оның комплексті қосылыстағы к.с.тең болады. Сонымен ВБ әдісі бша комплексті қосылыстағы орталық атом мен лиганд арасындағы байланыс-донорлы-акцепторлы жолмен түзілетін коваленттік байланыс. Комплексті ионның кеңістіктегі құрылысы орталық атомның байланыс түзуге жұмсайтын бос орбитальдарының типіне байланысты.Орталық атом байланыс түзуге sp-гибридті 2 орбиталін пайдаланса-сызықтық, sp2-гибридті 3 орбиталін пайдаланса жазық үшбұрышты, sp3-гибридті 4 орбиталін пайдаланса квадаратты тетраэдрлік, dsp2-гибридті 4 орбиталін пайдаланса квадратты комплекстер;dsp3-гибридті 5 орбиталін пайдаланса үшбұрышты бипирамида тәрізді комплекс, d2sp3- гибридті 6 орбиталін пайдаланса октаэдрлік комплекс түзіледі.ВБ әдісі комплексті қосылыстардағы орталық атом мен лиганд арасындағы байланыстың түзілу механизмін және комп-ң кеңістіктегі құрылысын түсіндіре алады. Лигандтың тудыратын өрісі күшті болса Д-деңгейшесі қатты жіктеліп, ∆-ның мәні үлкен болады. Д-деңгейшесін жіктеу қабілетіне қарай лигандтар спектрохимиялық қатар деп аталатын мынадай қатарға орналасады: CO, CN,NO2 NH3NCSH2OFOHClBrI бұл қатардағы әрбір лиганд өзінен соң орналасқан лигандтарға қарағанда Д-леңгейшесін күштірек жіктейді. Жіктелу энергиясының шамасына орталық атомның табиғаты да әсер етеді. Орталық атомның валенттігі жоғарылаған сайын жіктелу энергиясының шамасы да артады.
Валенттік байланыс әдісінің негізгі кемшіліктері: 1. Әдістің таза сапалық түсіндіруімен шектелуі. 2. Қосылысты спектрлік болжау және оның интерпретациясы мүмкін емес. 3. Магнитті қасиеттерін нақты болжау және түсіндіру мүмкін емес. 4. Түрлі құрылымдар үшін байланыстың тіпті салыстырмалы энергиясын болжау және түсіндіру мүмкін емес. 5. - деңгей астындағы ыдырау энергиясын есептеу мүмкін емес. Артықшылығы: қарапайым ереже қатарына негізделген, ол көп жылдар аралығында химиктерге ыңғайлы атомдармен байланысқан модель берді. Валенттік байланыс әдісі химиктерге тәжірибеде қолдану үшін қажетті ең қарапайым әдіс болып табылады. Валенттік байланыс әдісі өткен ғасырдың 30 - 40 жылдарында кең қолданылған жұп электронды байланыс жөнінде тұжырымның дамуы болып табылады. Кейінгі он жылдықта өзінің кванттымеханикалық негізде электростатикалық ұсыныстың қайта туындауын болжайтын кристалдық тор теориясына орнын босатты. Ковалентті құрайтын комплекстерде олардың белгілі үлесі бар екенін есепке алатын кристалдық тор теориясына жаңартылған моделі лиганданың өріс теориясы (ЛӨТ) деген атаумен белгілі. Барлық өзара әрекеттесуді толық қамтитын қазіргі кездегі жаңа және жан жақты әдіс МО болып табылады. Бұл әдіске қызығушылық және оның нәтижесінің көмегі өсіп келеді. Осыған қарамастан, үш кванттымеханикалық әдістердің ішінде кристалдық өріс теориясы маңызды қызмет атқарады, осының көмегімен аз еңбек шығындап сапалы нәтиже алуға болады.
Кристалдық өріс теориясы
Электростатикалық жақындаудың дамуы кезіндегі келесі сатысы кристалдық өріс теориясы болды. Осы теория бойынша метал комплекстерін орталық атом және оның жан - жағындағы лигандалардың арасындағы өзара таза электростатикалық әсерлесу мен жүйесі сияқты түсіндіреді. Бірақ, қарапайым электростатикалық үлгімен салыстырғанда кристалдық өріс теориясы орбитал және электрондар түсінігін қолданады. Орталық ионның орбиталдары орбиталдан лиганданы жеке қарастырады. Теорияның ерекше назары метал ионының - орбиталының лиганда күшіне және түрлі кеңістікте орналасуынан туындайтын түрлі электростатикалық өрістің әсерін қарастыруға ауып отыр. - орбиталдардың туындау дәрежесіне әсер ететін кристалдық өріс қосылыстарына осы теорияны қолданылуға қарамастан - орбиталдарында орналасқан сыртқы электрондар ауыспалы металды комплекстерді сипаттағанда үлкен жетістікке жетті. Кристалдық өріс теориясы бұрыннан белгілі: И. Ленгмюр (1919 жылы) комплекстерде иондық байланыстың болуын болжады, ал 1929 жылы Бете кристалдарда термдардың ыдырауы (мысалы рубин, кристал) мақаласында көрсеткен, квантты - механикалық жақындауға байланысты осы теорияны ашты. Химиктер одан валенттік байланыс әдісінің шектеуін түсіндіргенде көмек сұрады. Бұл магнитті қабылдауды есептеу бойынша Ван-Флектің жұмыстары маңызды. Химиктер жағынан кристалдық өріс теориясында ерекше қызығушылық ионның көрінетін спектр бөлімінде әлсіз жолақта жұтылуды түсіндіру үшін қолданған Илзе және Хартман жұмыстарынан кейін басталды. Бұл теорияға сәйкес бейорганикалық комплекстің болуы орталық атомның оның жан - жағындағы лигандалармен электростатикалық өзара әсерлесуіне негізделген, олар бұл теорияны нүктелі заряд және диполь (қосүйек) ретінде қарастырды. Лигандалар металмен өте берік байланысады. Алайда, олар сол уақытта бір - бірінен тебіледі, өйткені бірдей заряд тасымалдайды. Сондықтан әрбір кешенді қосылыста лигандалардың өзара тартылу және тебілу күштерінің арасында тепе - теңдік орнайды. Ең тұрақты комплекс кешен түзушінің жан - жағында лигандалардың геометриялық орналасуы лиганда арасында тебілу күшінің минималды және комплекс түзуші метал және лиганда арасындағы тартылу күшінің максималды өлшемін қамтамасыз етуі шарт болған кезде туындайды. Кристалдық өріс теорисының негізгі қағидалары: Орталық ион және лигандалар арасындағы өзара электростатикалық әсерлесудің арқасында комплекс түзіледі және ол тұрақты болады. Орталық ион өзінің электронды құрылысының негізінде қарастырылады, ал лигандалар - құрылыссыз. Олар жай сыртқы электростатикалық жазықтың сыртқы нүктелі көзі болып табылады. Кешенді қосылыстардың негізгі сипаттамасына квантты - механикалық заңдар жатады. Комплекс түзушілер және лигандалар арасындағы кристалдық өріс теориясы бойынша химиялық байланыс ионды болып табылады (немесе ион дипольді (қосүйекті) ). Негізгі назар комплекстүзушінің - электрондарының валентті жағдайында лигандалармен өзара әсерде болуына аударылған. Лигандалардың электронды ұяшықтары қарастырылмайды. Осындай жағдайларға қарамастан комплекстердің көптеген қасиеттерін түсіндіру үшін (бояуы, магнитті қасиеті және т.б) пайдалы. Лигандалы өрістің әсерін анықтау үшін - АО геометриясына жүгінген жөн, өйткені комплекстүзушілер - элементтер.
4. Жай (бейорганикалық) заттарды алудың негізгі әдістері.
Барлық химиялық элементтердің 4 5-нен көбі металдар. Менделеев кестесін сол жақтағы жоғарғы бүрышынан оң жақтағы төменгі бұрышына қарай, Be, A1, Ge, Sb, Po элементтерінің үстімен екіге бөлсек, астыңғы үшбұрышта (және 8-топта) металдар болады. Кестеден металдар негізгі топтарда да, қосымша топтарда да бар екенін, ал қосымша топтардағы элементтердің барлығы металдар, негізгі топтардан, біз әлі оқымаған ІІІ-, II-, І-топтардың да элементтерінің көпшілігі металдар екенін көреміз.Табиғаттағы металдар және оларды алудың негізгі тәсілдері. Табиғатта металдар көбіне түрлі қосылыстар түрінде кездеседі, кейбіреулері бос, еш затпен қосьілыспаған күйде болады. Ондай жеке кездесетін түрін сап металдар дейді, ол -- платина, алтын, күміс және мыс, қалайы, сынап сияқты металдар. Соңғы үш металл, көбіне қосылыс түрінде болады.Металдардың жер қыртысында кездесетін қосылыстары, түрлі минералдар түрінде болады.Ішінде минералдардың қосылыстары бар минералдар мен тау жыныстарын, қүрамындағы металды өнеркәсіптік жолмен шығарып алу экономика жағынан тиімді болса, кен(руда) деп атайды. Демек қандайда болсын кен қүрамында керекті бөлігімен қатар, керексіз қүм, саз, әктас т.б. бос жыныс деп аталатын болімі болады. Мысалы, темір кендерінде таза темір 50-70% болса, ондай кенді іске асыру экономика жағынан пайдалы дейді, мыс кендерінде, таза мыс 1% болса да, ол бай кен болып саналады, ал алтынға келеек, онда пайыздың оннан, жүзден боліктері бар жыныстардың озі тиімді деп есептеледі.Металдардың кені болып саналатын қосылыстар кобіне оксидтер, сульфидтер және түрлі түздар (карбонат, галогенид, сульфат, силикат, фосфат т.б.).
1.Оксид кендерінщ мысалдары - қызыл темір тас (Ғе2 Оз),
қоңыр темір тас (2Ғб2Оз-ЗН2О), магнитті темір тас (ҒеО- Ғв2Оз);
боксит (А12 Оз-2Н2О); пиролюзит (МпО2 ); қалайы тас (SnCh);қызыл мыс кені (Си2 О), хромды темір тас [Ғе(СгО2)2І т.т.
2.Сульфид кендері, жер қыртысында біраз терендікте жатады, мысалы, колчедандар: мыс колчеданы (CuFeS2)i; темір колчеданы (FeS2 ); жалтырлар: мыс жалтыры (Cu2 S); қорғасын жалтыры (PbS); алдауыштар: мырыштікі (ZnS), күмістікі (Ag2 S);сыр (HgS) т.б. Сульфид кендерінің көпшілігінде бірнеше металл аралас болады, мысалы, қорғасын мен мырыш аралас, оның үстіне алтын, күміс т.б. қоспасы болады. Мұндай көп металды кендіполиметалды кен деп атайды.
3. Түз кендері. Кейбір металдар, әсіресе, периодтық жүйенің І-, ІІ-негізгі топтарындағы металдар және сирек металдардың біразы жаратылыста көбінесе тұздар түрінде кездеседі. Ол тұздар теңіздердің, не ащы көлдердің суында еріген күйде жөне қазба тұз түрінде жер қабатында болады (бұлар да бұрынғы теңіздердің қалдығы). Ол тұздардың да химиялық құрамына қарай химиялык атымен катар минералдық аты бар. Айталық, галогенидтер -- карналит (KCl-MgCl2 -6H2 O), сильвинит (KCl-NaCl), сильвин (КС1), галит (NaCl), флюорит (СаҒ2 ), бишофит (MgCl2 -6H2 O).
Сулъфаттар каинит (KCl-MgSO4 -3H2 O), серит (MgSO4 -H2 O),полигалит(K2 SO4 -MgSO4 -2CaSO4 -3H2 O),
лангбейнит (K2 SO4 -2MgSO4 ), эпсомит (MgSO4 -7H2 O), гипс (CaSO4 -2H2 O), ангидрид (CaSO4 ), тенардит (NaSO4 ), мирабилит (Na2 SO4 -10H2 O).
Карбонаттар -- доломит (CaCO3 -MgCO3 ), мрамор (СаСО3 ), сидерит (FeCO3 ), смитсонит (ZnCO3 ), церусит (РЬСО3 ), сода (Na2 CO3 40H2 O) т.б.
Енді кен ішінде осы қосылыстар түрінде болатын металдарды шыгарып алу мәселесіне келелік. Металды адам баласы мұнан 5000 жылдай бұрын өндіре бастаған. Содан кейінгі жердегі адамзаттың материалдық, рухани жөне мәдени тұрмысының дамуы, металл алу және оны пайдалана білумен байланысты болган. Бірақ, XX ғасырдың басында бар болғаны 15 металл, негізінен темір, мыс, қорғасын калайы, мырыш, күміс, алтын ғана қолданылып келді. Соңғы қысқы мерзімде алюминий, магний, хром, никель, марганец және басқа металдардың аңызы артып, сонымен қатар қазіргі ғылым мен техника металдардың бәріне де қолданылатын орын тауып, барлығын адам баласының қызметіне қосты.Қазіргі кезде адам керегіне түтынылатын металл мөлшері орасан көп, мысалы, осы ғасырдың ортасында бүкіл жер жүзінде жылына 150 миллион тонна темір, мыс, қорғасын, алюминий әрқайсысы 2 миллион тоннадан, қалайы, никель әрқайсысы 200 мың тоннадан артық өндіріледі.Металл қоры жағынан, оны өндіруде Қазақстанның қосар үлесі зор. Академик Қ.И. Сәтпаевтың айтуынша Қазақстан еліміздің гауһар қоры; Қазақстан хром және ванадий байлығынан жер жүзінде бірінші орын алады, ал темір, мыс, қорғасын, мырыш, күміс, кадмий, ванадий, хром, вольфрам, молибден және баска кейбір метаддардың қоры жөнінде біздің елде бірінші орын алады.Кендегі металды шығарып алудан бүрын көп жағдайда ол кенді әуелі байыту керек. Кенде керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. сияқты, бос жыныстар болады, ол бос жыныстар кейде өте көп те болады, кеннің сол керекті бөлімін бос жыныстан бөліп ажыратуды кенді байыту деп атайды. Кен байытудың қарапайым түрлерінен басқа флотация (ағылшыншы flotation қалқып шығу деген созден) көп қолданылады. Флотацияның техникасы оңай, оның негізі -- кен мен бос жыныстың болшектерінің адсорбциялағыш қасиеттерінің әр түрлі болуыңда. Флотация жасау үшін кеңці өте үсақ етіп үнтақтап, сумен араластырып (пульпа түрінде) арнаулы ыдысқа қүяды; суға полюстілігі нашар бір органикалық зат, айталық қарағай майын қосады (1 т кенге 400 г есебінен). Бос жыныс бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланады (өйткені олар гидрофильдік заттар), кеннің, әсіресе сульфидтің, болшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланбайды (өйткені олар гидрофобтық заттар) ал майдың молекулалары адсорбцияланады.Ыдыстың астыңғы жағынан сығылган ауа жібергенде, сол ауа көпіршіктерінің сырты майдың жүқа қабыршағымен қапталады. Осындай ауаның көпіршігі жоғары көтеріліп ыдыстың бетінде көбік түзеді, оның сыртындағы маймен адсорбцияласқан кеннің бөлшектері, ілесіп жоғары шығып, кобік ішінде болады. Бөлшектеріне су сіңген бос жыныс ауырлап ыдыс түбіне шөгеді.
Көбікті сыпырып алып, сығып байытылған кенді алады.Кен ішіндегі металды алу әдісі -- оның химиялық қүрамына байланысты. Оксид-кендерін тотықсыздандырып барып ішіндегі металды алады. Тотықсыздандырғыш ретінде көбінесе коміртек қолданылады, мысалы:
SnO2 +2C=Sn+2CO Fe2 O3 +3C=2Fe+3CO
Кенменараласыппешкетүскенбосжыныста рды (оларкөбінеқұм) бөліпшығаруүшіншикіқүрамғафлюс, немесебалқытқышараластырады.Босжыны спенфлюсреакцияласыпоңайбалқитынқос ылыстар -- қожтүзеді. Қожжеңілболғандықтансүйықкүйдебалқы ғанметалдыңүстіндеболады, оныпештіңарнаулыаузынанбөлекағызыпа лады. Кейбірқиынбалқитынметалдардыалудато тықсыздандырғышретіндеалюминийқолда нады, өйткеніалюминийтотыққандаөтекөпжылу бөліпшығарады (бірмоль(А12 Оз) түзілгенде1,6'1033 кДж), бүлреакциянышағыныдыстаөткізсе, 3500°-қадейінқызубереді. Бұләдістіалюминотермия дейді, оныорысғалымыН. Н . Бекетов үсынған. Хром, марганец, молибденжәнебасқақиынбалқитынметалд аросыалюминотермияарқылыалынады:
МоОз+2А1=Мо+А12 О3
Таза металл жене сирек металдар алу үшін тотықсыздандырғыш ретінде сутек қолданылады:
WO3 +3H2 =W+3H2 O
Сульфид кендерін әуелі арнаулы пештерде (конвертор, немесе ватер жакет) күйдіріп, қүрамындағы күкіртті де, металды да оксидке айналдырады:
2ZnS+3O2 =2ZnO+2SO2 2Cu2 S+302 =2Cu2 O+2SO2
" Қайнаган тәрізді к ү йде " кү йдіру . Үсақталғанқаттызаттарды "қайнағантәріздікүйде" әрекеттестіру, өнеркәсіптінтүрлісалаларындаөрісалд ы. Үсақұнтақталғанзаттышілтерүстінесал ып, астынаншілтердіңтесік-тесігіненауа (басқагаз) үрлейді, сондаүнтақзаттыңауатесіпшыққанбетіб үлкілдеп, қайнапжатқантәріздіболады. Соныңнәтижесіндеүнтақзат. тозаңтүріндекөтеріліп, ауамен (басқагазбен) жақсыараласып, бүл "қайнағантәріздікүйде" реакцияласуыөтежьшдамболады.
Т ұ з кендеріндегі литий, натрий, калий, кальций, магний, бериллийт.б. сияқтыметалдарды, олардыңтүздарынбалқытып, электролиздепалады. Алюминийдібалқығанглиноземді (АІ2О3 ) электролиздепалады.Тұздарқүрамындағ ыметалдар, оңзарядтыионтүріндеболады. Электролиздегендеолоңиондартерісэле ктродқа(катодқа) келіп, тиістімөлшердеэлектронқосыпалып, бейтарапатомғаайналып, балқығантүзданбөлініпшығады.Электро лизәдісінтекбалқыганемес, ерігентүздаргажәнемыс, никельт.б. металлытазалауга (рафинация) қолданады.
Электролизден басқа өдістердің барлығы жоғары температурада жүреді, оларды пирометаллургия әдістері деп атайды.Кейбір кендерде керекті метадцың аздығы сондай, олар флотациямен де байымайды, ондай кендергегидрометаллургия өдістерін қолданады. Оның мазмүны -- кенді өте үсақтап түрлі реагенттермен (қышқыл, сілтілердің ерітінділері) әрекеттестіреді. Сонда ерітіндіге тұз түрінде көшкен металды көбінесе электролиздеу арқылы шығарып алады.
Таза металдарды алу. Қазіргі металлургияның алдында түрған басты міндеттердің бірі : кейбір металдарды аса таза күйінде бөліп алу. Оның себебі, олар бүгінгі техникада шектен асқан таза күйінде қолданылады. Мөселен, жартылай (шала) өткізгіштерде ядролық реакторлар мен қазіргі аса төзімді болаттың арнайы түрлерінде м-еталдардың тазалығы өте жоғары болуы талап етіледі. Осыған орай өнеркәсіп кейбір металдардың тазалығын 99,999999%-дан астам етіп отыр.Металдарды тазалаудың әр түрлі әдістері бар. Мәселен, вакуумда айдау мен қайта балқыту арқылы металдардың өртүрлі үшқыштығына сай қоспадан бөліп алады. Ал, кейбір металдар төменгі температурада аса үшкыш қосылыстар түзеді, олардықатты қыздырса, ыдырап таза металл бөледі. Зоналап балқыту әдісі қоспаның қатты және балқыған металда әртүрлі еруіне негізделген. Өте жоғары қызуы бар зонадан өрлі-берлі баяу жылжып өтіп түратын металдың таза кристалдары ортасына шоғырланып, қоспасы шеттеріне ығысады. Осылайша көптеген қайталаулардан соң өте таза металл алынады.
5. Бейорганикалық тізбектер, циклдер, клеткалар және кластерлер.
Катенация. Органикалық қосылыстардың әр түрлілігімен шартталатын көміртектің қасиеті-ол бір бірімен жалғасқан тізбектер түзу (катенация). Көміртектің анологтары, басқа бейметалдар да осындай тізбек түзуге қабілетті. Силандардың алкандарға қарағанда реакцияға қабілеттігі өте жоғары болғандықтан, олардың ұзын тізбек түзуіне ешқандай термодинамикалық кедергі болмаса да, силан синтезі мен оның сипатталуы өте қйын.
Екі реакция ұқсас, және олар термодинамикалық тұрғыдан тиімді, бірақ та алкандардың активтену энергиясы жоғары және ол алкандардың химиялық инертті екендігін көрсетеді. Бөліп алу және синтез қиындықтарына қарамастан, полисиландардың (n=1-8) түзу және тармақталған тізбектерін сипаттауға мүмкіндік бар.
Силанның фтор және хлор туындылары Si10Cl22 ( оларды төменгі қысымда және 215-220 ℃ ешқандай ыдыраусыз айдайды) дейін белгілі. Сонымен қатар Si- Si байланысының беріктігіне басқа да факторлар әсер етеді, мысалы орынбасарлардың өлшемі. Орынбасарлары жоғары силандар тұрақты болып келеді. Si2Br6 265℃ температурада ешқандай ыдыраусыз айдала алады, ал С2Br6 200℃ температурады С2Br4 пен Br2 ыдырайды.
Силандардың метил туындыларында Si- Si байланысынң берік екендігі дәлелденген.
Гетерокатенді қосылыстар.
Гетерокатенация құбылысы- екі немесе одан да көп әр түрлі атомдардың бір тізбек түзуі-кең таралған. Ең қарапайым декатенация оксоқышқылдардың немесе олардың тұздарының дегидратациясы кезінде пайда болады. Мысалы гидроортофосфат ионынан дифосфат ионының түзілуі.
2HPO42- = (O3P-O-PO3)2- +H2O
Циклдар
Органикалық химияда ең кеңінен таралған циклді қосылыс-бензол, ал неорганикалыө химияда бензолдың екі аналогы бар.Олар-боразин B3H6N3 мен боразан (PX2) 3N3 (үш текті фосфонитрилді қосылыстар).
Боразин ең алғаш диборан мен аммиакты қыздыру арқылы синтезделіп, 1926 жылы алынған.
3 B2H6 +6NH3=2 B3H6N3 +12H2
Заманауи синтез әдістері тиімдірек:
6NH4Cl+6BCL3+6Na[BH4}= 2B3H6N3 +3B2H6+6NaCL+18HCl
3 NH4Cl+Li[BH4]= B3H6N3+3LiCl+9H2
Жасушалар
Ақ фосфор құрылымында жасуша (клетка) құрылымды молекула табылған. Жоғары температурада фосфор буынан бөлме температурасында тұрақты Р4 молекуласы, Р2 молекуласы, изоэлектронды N2 молекуласытабылған. Ол кеңістікте тетраэдр түзеді.
Металл кластерлары.
Мұндай металл-металл байланысының болуы және олардың димерлі табиғаты дисынап дихлоридте, яғни каломеоь Hg2Cl2 қосылысында және басқа да сынап(І) қосылыстарынан 20 ғасырда табылған. Соңғы 20-25 жыл ішінде көпядролы металл-металл байланысы бар кешенді қосылыстар-класстерлі қосылыстар химиясы үлкен дамуға ие болды. Мұндай қосылыстардағы металл атомы ядросын кластерлі ядро, ал қосылыстарды кластерлер деп атайды. М
Металл кластерлары-органикалық лигандалары бар кешендер, галогенидті кешендер, көпядролы карбонил, нитрозил немесе оның туыстас қосылыстары.
Көбінесе М-М байланыстары тотығу дәрежесі төмен металдарда түзіледі. Сонымен қатар металлдардың кластер түзу қабілеті атомдану энергиясының жоғарғы мәні мен қайнау жіне балқу температурасының жоғары болуымен байланысты. Ондай металдар: Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Hf,Ta,W, Re, Os, Ir және Pt
Кластер түзі кезіндегі металл атомының тотығу дәрежесінің төмен болуы d орбитальдардың болуымен байланысты.
Екіядролы кластерлер:
Ең көп зерттелгені [Re2X8]2- (X=Cl, Br). Оларды Х- қатысында Н(РН2О2) көмегімен ReO4- тотықсыздандыру арқылы алуға болады. [Re2X8]2 құрамындағы Re-Re байланысы (224нм) металдық рений байланысынан(275нм) да аз.
6. Қышқылдық- негіздік әрекеттесулердің осы күнгі теориялары.
Электролиттік диссоциация теориясында қосылыстар ионды және ковалентті болып бөлінеді. Ковалентті байланыстың өзі екіге бөлінеді: полюсті және полюссіз. Заттардың кристалдық торларының типтері қосылыстарындағы байланыс түрлеріне тәуелді. Ал заттардың физикалық және химиялық қасиеттері тор типтеріне байланысты болады. Ионды және ковалентті байланысты қосылыстардың ерекшеліктері олардың судағы ерітінділерінің қасиеттерінде де байқалады. Осы ерекшеліктерді бақылау ушін электрөткізгіштікті зерттейтін құралды пайдалануға болады.Ол үшін:
1.Ыдысқа құрғақ қантпен ас тұзын кезекпен салып,оны электр желісіне қоссақ,электр шамы жанбайды,олай болса қатты күйіндегі заттарда ток тасымалдаушы бөлшектердің болмағаны.
2.Құрғақ қант пен ас тұзының орнына дистилденген су құйсақ та электр шамының жанбайтынын көреміз.
3.Құрғақ қант пен ас тұзына су құйып,олардың ерітіндісін аламыз.Жүйені электр желісіне қосқанда ас тұзының ерітіндісіне құйылған жағдайда электр шамының жанғандығы, ал қант ерітіндісі құйылғанда, шамның жанбағандығы байқалады.Енді осы екі қосылыстың айырмашылығы неде?Әрине, олардағы химиялық байланыстардың табиғатында.Қант молекуласындағы атомдар арасындағы байланыстар полюссіз,ал ас тұзындағы байланыс-ионды.Әрі қарай зертханада бар сілті,бейорганикалық қышқыл ерітінділерімен осы тәжірбиені қайталағанда электр шамының жарқырап жануын,ал органикалық сірке қышқылының ерітіндісінде шамның нашар жануын байқаймыз.Олай болса,шамның жануы заттардың ерітінділерінде токты ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Бейорганикалық қосылыстар Бейорганикалық заттар құрамына сәйкес (екіэлементтік, немесе бинарлык, қосылыстар мен көпэлементтік қосылыстар: оттекті, азотты т.б) және осы заттардың химиялық реакцияда орындайтын функциясына, яғни химиялық қасиеттеріне сәйкес (қышқылды-негіздік, тотығу-тотықсыздану т.б) әртүрлі кластарға жіктеледі. Бинарлы қосылыстарға кез-келген екі түрлі элементтен тұратын қосылыстар жатады. Мысалы, азот пен оттегінің бинарлық қосылыстары: N2О, NO, N2O3, NO2, N2O5; мыс пен күкірттің бинарлық қосылыстары: Cu2S, CuS, CuS2. Бинарлық қосылыстардың формулаларында металдар бейметалдан бұрын көрсетіледі: SnCl2, Al3N. Егер бинарлық қосылыс екі бейметалдан түзілген болса, онда бірінші орынға келесі тізбекте солға қарай орналасқан элемент символы жазылады: B, Si, C, As, P, H, Te, Se, S, I, Br, Cl, N, O, F. Мысалы, CBr4, H2O, SF6. Егер бинарлық қосылыс екі металдан тұратын болса, онда бірінші үлкен периодтың басында орналасқан металл көрсетіледі. Ал егер екі металл да бір топта орналасқан болса, онда бірінші реттік нөмірі үлкен элемент көрсетіледі. Мысалы, Cu Zn, AuCu3. Бинарлық қосылыстар бейметалл типіне сәйкес әртүрлі кластарға жіктеледі (кесте-2.1), ал қалған бинарлық қосылыстар металдар арасындағы қосылыстарға - интерметаллидтерге жатады.
кластар
Бейметал
Қосылыс формуласы,
Мысалы
Атаулары
галогенидтер
F,Cl, Br, I
NaCl
Натрий хлориді
оксидтер
O
FeO
темір (ІІ) оксиді
халькогенидтер
S, Se, Te,
ZnS
Мырыш сульфиді
пниктогенидтер
N, P, As
Li3N
литий нитриді
гидридтер
H
CaH2
Кальций гидриді
карбидтер
C
SiC
Кремний карбиді
силицидтер
Si
FeSi
темір силициді
боридтер
B
Mg3B2
Магний бориді
Олардың атаулары бейметалдардың латынша атауының түбіріне ид жұрнағын жалғау арқылы түзіледі. Терісэлектрлік төмен элемент әртүрлі тотығу күйінде кездесетін болса, онда оның атауынан кейін жақшада тотығу дәрежесі көрсетіледі. Мысалы, Cu2O - мыс (I) оксиді, CuO - мыс (II) оксиді, СО көміртек (II) оксиді, СО2 - көміртек (IV) оксиді. Тотығу дәрежесінің орнына грек сандары көмегімен құрамы көрсетіледі: СО - көміртек монооксиді, СО2 - көміртек диоксиді, Fe3O4 - темір тетраоксиді. Кейбір бинарлық қосылыстар үшін дәстүрлі атаулары сақталады: H2O - су, NH3 - аммиак. Бинарлық қосылыстардың ішінде кең тарағандары - оксидтер. Функционалдық белгілеріне сәйкес оксидтер тұзтүзетін және тұзтүзбейтін деп бөлінеді. Тұзтүзетін оксидтер негіздік, қышқылдық және амфотерлік болып жіктеледі.
Қышқылдармен (немесе қышқылдық оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер негіздікдеп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), негіздік оксидтер негіздерді түзеді. Мысалы, кальций оксиді СаО сумен әрекеттесіп, кальций гидроксидіне Са(ОН)2 айналады:
СаО +Н2О--Са(ОН)2.
Магний оксиді МgO- негіздік оксид. Ол суда нашар ериді, бірақ оған негіз-магний гидроксиді Mg (OH)2 сәйкес келеді.
Негіздермен (немесе негіздік оксидтермен ) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер қышқылдық деп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), қышқылдық оксидтер қышқылға айналады. Мысалы, күкірт (VI) оксиді SO3 сумен әрекеттесіп, күкірт қышқылын H2SO4 түзеді:
SO3 + H2O = H2SO4
Кремний диоксиді SiO2 қышқылдық оксид. Ол сумен тікелей әрекеттеспейді, бірақ оған кремний қышқылы H2SiO3 сәйкес келеді Қышқылдық оксидтерді алудың бір әдісі - сәйкес қышқылды сусыздандыру. Сондықтан қышқылдық оксидтерді ангидридтер деп атайды. Қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер амфотерлік деп аталады. Ондай оксидтерге мысалы, Al2O3, ZnO, PbO, Cr2O3 жатады.
Тұзтүзбейтін оксидтер қышқылмен де, негізбен де әрекеттескенде, тұз түзілмейді. Мысалы, азот (I) оксиді N2O, азот (II) оксиді NO.
Элементтердің оттегімен тағы да бір қосылыстары белгілі, олар құрамы бойынша оксидтер класына, ал құрылысы мен қасиеттері бойынша тұздарға жатады. Ондай заттардың мысалы ретінде металдар пероксидтерін айтуға болады. Мысалы, барий пероксиді BaO2, натрий пероксиді Na2O2. Табиғаты бойынша металдар пероксидтері әлсіз қышқылдың сутегі пероксидінің H2O2 - тұздары болып табылады.
Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластарына қышқылдар, негіздер және тұздаржатады.
Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан қышқылдар ерітінділерде сутек ионын бөліп диссоциацияланатын заттар. Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан қышқылдар сутегі ионын беруге қабілеті бар заттар, яғни протондар донорлары. Қышқылдарға тән химиялық қасиеттері - олардың негіздермен әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O 2 HNO3 + FeO = Fe(NO3)2 + H2O 2 HCl + ZnO = ZnCl2 + H2O
Қышқылдар күштеріне, негіздіктеріне және қышқылдың құрамында оттегі болуы мен болмауына сәйкес жіктеледі. Күштері бойынша қышқылдар күшті және әлсіз болып бөлінеді. Маңызды күшті қышқылдар - азот қышқылы HNO3, күкірт қышқылы H2SO4 және тұз қышқылы HCl. Оттегінің болуына сәйкес оттекті қышқылдар (HNO3, H3PO4) мен оттексіз қышқылдарды (HCl, H2S) айырады. Негізділігі бойынша, яғни қышқыл молекуласы құрамындағы сутек атомының санына сәйкес қышқылдар бірнегізді (HCl, HNO3), екінегізді (H2S, H2SO4), үшнегізді (H3PO4, H3BO3) т.б. болады. Оттексіз қышқылдардың атаулары қышқыл түзетін элементтің атауына сутек жұрнағын қосу арқылы беріледі: HCl - хлорсутек, H2S - күкіртсутек. Оттекті қышқылдардың атаулары элемент атауына қышқылы сөзін қосу арқылы пайда болады. Егер элементтің тотығу дәрежесі ең жоғары болса келесідей аталады: мысалы, H2SO4- күкірт қышқылы, HNO3 - азот қышқылы. Элементтің тотығу дәрежелері төмендеген сайын олардың атаулары келесі тәртіпте жүреді: HClO3- хлорлы қышқыл, HClO2- хлорлау қышқыл, HOCI- хлорлылау қышқыл.
Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан негіздер ерітінділерінде гидроксид-иондарды бөлу арқылы диссоциацияланатын заттар. Негіздердің маңызды химиялық қасиеттері - қышқылдармен (қышқылдық және амфотерлік оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
KOH + HCl = KCl + H2O Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 2 NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O
Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан негіздер сутек иондарын қосып алуға қабілеті бар заттар, яғни протондар акцепторлары. Мысалы: аммиак - сутек протонын қосып алып, аммоний - ионын NH4+ түзеді. Негіздер тәрізді аммиак қышқылдармен әрекеттесіп, тұз түзеді:
2 NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
Қосып алатын протондар санына сәйкес бірқышқылдық негіздерді (LiOH, KOH, NaOH) және екіқышқылдық негіздерді (Ca(OH)2, Fe(OH)2) т.б. айырады. Күштері бойынша негіздер күшті және әлсіз болып жіктеледі: күшті негіздерге барлық сілтілер жатады.
Тұздарға ерітінділерінде сутек ионынан басқа оң зарядталған иондар мен гидроксид-ионынан басқа теріс зарядталған иондар түзетін заттар жатады. Тұздарды қышқыл құрамындағы сутек атомдарының орнын металл басу арқылы түзілген өнім немесе негіздегі гидроксотоптың орнын қышқыл қалдығы басудың өнімі ретінде қарастыруға болады. Толығымен орын басу жүрсе, орта тұздар пайда болады. Қышқылдағы сутегі атомы орны толық басылмаса қышқыл тұздар, ал негіздегі гидроксоптың толық басылмауы жағдайында негіздік тұздар түзіледі. Қышқыл тұздарды негізділігі екі немесе одан да көп қышқылдар береді, ал негіздік тұздар екі және одан да көп гидроксотобы бар негіздерден түзіледі. Мысалы:
Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2 H2O CaSO4 (кальций сульфаты) - орта тұз KOH + H2SO4= KHSO4 + H2O KHSO4 (калий гидросульфаты) - қышқыл тұз Mg(OH)2 + HCl = Mg(OH)Cl + H2O Mg(OH)Cl - (гидроксомагний хлориді) - негіздік тұз.
Екі металлмен бір қышқылдан түзілген тұздар қостұздар деп аталады. Бір металл пен екі қышқылдан түзілген тұздар - аралас тұздар. Қос тұздардың мысалы - калий-алюминий сульфаты (алюмокалий ашудасы) KAI(SO4)2∙12H2O. Аралас тұздар мысалы - кальций хлорид - гипохлориті CaCl(OCl) (немесе CaOCl2). Тұздардың атаулары катион мен анион атауларынан құралады. Оттексіз қышқылдар аниондарының атаулары бинарлық қосылыстар тәрізді беріледі, яғни ид жұрнағы жалғанады. Мысалы, NaF - натрий фториді. Ал оттекті қышқыл аниондарының атаулары элементтің тотығу дәрежесінен тәуелді. Жоғары тотығу дәрежесі үшін ат жұрнағы қосылады. Мысалы, азот қышқылының HNO3 тұздары - нитраттар, күкірт қышқылының H2SO4 тұздары - сульфаттар. Ал тотығу дәрежесі төмен болса, онда ит жұрнағы жалғанады, мысалы, азотты қышқылдың HNO2 тұздары нитриттер, күкіртті қышқылдікі H2SO3 - сульфиттер. Қышқыл және негіздік тұздардың атаулары орта тұздар атауының жалпы ережелері бойынша беріледі. Қышқыл тұздың анионына гидро сөзі қосылады, ол металмен орны басылмаған сутек атомын көрсетеді, ал саны грекше сан атаулары арқылы беріледі. Мысалы, Na2HPO4 - натрий гидрофосфаты, NaH2PO4 - натрий дигидрофосфаты. Негіздік тұздардағы катион атауына гидроксо сөзі қосылады, ол орны басылмаған гидроксотопты көрсетеді. Мысалы, Al(OH)Cl2 - гидроксоалюминий хлориді, Al(OH)2Cl - дигидроксоалюминий хлориді. Тарихи қалыптасқан дәстүр бойынша хлор (HClO4), йод (HIO4) және марганец (HMnO4) қышқылдары тұздарының атаулары ерекше беріледі: олар сәйкес перхлораттар, перйодтар және перманганаттар деп аталады.
Бейорганикалық қосылыстардың кластарының арасындағы генетикалық байланыс
Жай (металл, бейметалл) және күрделі (оксид, қышқыл, негіз, тұз) заттардың барлығының өзара байланысы генетикалық байланыс деп аталады (генезис -- шығу тегі).
Енді осы генетикалық байланыстарды тұздарды алудың мысалында қарастырайық:
1. Кейбір металдар мен бейметалдар езара әрекеттесіп (синтез әдісі) тұз түзеді:
Fe + S = FeS
2. Негіздік оксидтер мен қышқылдық оксидтердің өзара әрекеттесуі де тұз береді.
СаО + СО2= СаСО3
3. Қышқыл мен негіздік оксидтің әрекеттесуінен де тұз түзіледі.
MgO + H2SО4= MgSО4+ H2O
4. Негізбен қышқылдық оксидтердің әрекеттесуі де тұз тудырады.
ЗСа(ОН)2+ Р2О5= Са3(РО4)2+ ЗН2О
5. Қышқылдар мен негіздер әрекеттесуі арқылы да тұз алуға болады:
NaOH + HNО3=NaNО3+Н2О
6. Тұз бен қышқылдың әрекеттесуі жаңа тұз бен жаңа қышқыл береді, тұз тұнбаға түседі:
Са3(РО4)2+ 3H2SО4= 3CaSО4↓+ 2Н3РО4
7. Тұз бен негіздің әрекеттесуі жаңа тұз бен жаңа негіз береді, олардың біреуі тұнбаға түсуі керек.
ҒеСl3+ 3NaOH = Ғе(ОН)3↓ + 3NaCl
8. Металл мен баска тұз әрекеттескенде де жаңа тұз бен металл түзіледі:
Fe + CuSO = FeSO + Cu
9. Тұз бен тұз әрекеттескенде жаңа екі тұз түзіледі, олардың біреуі тұнбаға түседі.
ЗВаСl2+ 2Na3PO4= Ва3(РO4)2↓+ 6NaCl
10. Металмен қышқыл әрекеттескенде тұз бен сутегі түзіледі.
Mg + 2HCl = MgCl2 + Н2↑
Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластарына қышқылдар, негіздер және тұздар жатады. Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан қышқылдар ерітінділерде сутек ионын бөліп диссоциацияланатын заттар. Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан қышқылдар сутегі ионын беруге қабілеті бар заттар, яғни протондар донорлары. Қышқылдарға тән химиялық қасиеттері - олардың негіздермен әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O 2 HNO3 + FeO = Fe(NO3)2 + H2O 2 HCl + ZnO = ZnCl2 + H2O
Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан негіздер ерітінділерінде гидроксид-иондарды бөлу арқылы диссоциацияланатын заттар. Негіздердің маңызды химиялық қасиеттері - қышқылдармен (қышқылдық және амфотерлік оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:
KOH + HCl = KCl + H2O Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 2 NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O
Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан негіздер сутек иондарын қосып алуға қабілеті бар заттар, яғни протондар акцепторлары. Мысалы: аммиак - сутек протонын қосып алып, аммоний - ионын NH4+ түзеді. Негіздер тәрізді аммиак қышқылдармен әрекеттесіп, тұз түзеді:
2 NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
Негіздермен (немесе негіздік оксидтермен ) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер қышқылдық деп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), қышқылдық оксидтер қышқылға айналады. Мысалы, күкірт (VI) оксиді SO3 сумен әрекеттесіп, күкірт қышқылын H2SO4 түзеді:
SO3 + H2O = H2SO4
Кремний диоксиді SiO2 қышқылдық оксид. Ол сумен тікелей әрекеттеспейді, бірақ оған кремний қышқылы H2SiO3 сәйкес келеді Қышқылдық оксидтерді алудың бір әдісі - сәйкес қышқылды сусыздандыру. Сондықтан қышқылдық оксидтерді ангидридтер деп атайды. Қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер амфотерлік деп аталады. Ондай оксидтерге мысалы, Al2O3, ZnO, PbO, Cr2O3 жатады. Тұзтүзбейтін оксидтер қышқылмен де, негізбен де әрекеттескенде, тұз түзілмейді. Мысалы, азот (I) оксиді N2O, азот (II) оксиді NO. Элементтердің оттегімен тағы да бір қосылыстары белгілі, олар құрамы бойынша оксидтер класына, ал құрылысы мен қасиеттері бойынша тұздарға жатады. Ондай заттардың мысалы ретінде металдар пероксидтерін айтуға болады. Мысалы, барий пероксиді BaO2, натрий пероксиді Na2O2. Табиғаты бойынша металдар пероксидтері әлсіз қышқылдың сутегі пероксидінің H2O2 - тұздары болып табылады.
2. Химиялық байланыстың осы күнгі теориялары: ВБ және МО әдістері
Гибридтеліну дегеніміз әр түрлі атомдық орбитальдардың арласып,энергиялық ждағынан тиімді біркелкі АО-ң түзілуі. Мұндай гибридті орбиталдар басқа атомдармен хим-қ байланыс түзуге өте бейім.Гибридті орбиталдардың саны гибридтенуге қатынасқан орбиталдардың санына тең.Гибридті орбиталдар электрон бұлттарының пішіні мен энергиясы жағынан бірдей болып келеді.Олар атомдық орбиталдарға қарағанда хим-қ байланыс түзу сызықтың бойында жатады,сондықтан электрон бұлттарының бүркесуіне қолайлы жағдай туады.АО гибредтену түрлері көп. Олардың ең маңыздыларын қарастырайық: .sp-гибридтену.Периоодтық жүйедегі екінші топша элеиенттерінің галогендерімен қосылыстарында sp-гибридтену түрі іске асды Берилийдің сутекпен және галогендермен қосылыстарын қарастырайық.Берилий негізгі жағдайда жұптаспаған электрондары жоқ.Бірақ оның барлық қосылыстарының құрылысы түзу сызықты болып келеді.Осындай құрылысты ВБ теориясыментүсіндіру үшін,Ве электрондарының қозған жағдайын қарастырады,осының нәтижесінде екі жұптаспаған электрондар пайда болады.Ве-ң әртүрлі екі орбиталі бірігіп жаңа жәнне ұқсас екі гибридті электрондар пайда болады.sp-гибридтену.Бір s-орбитальдарымен және екі р-орбиталдарымен қосылып,жаңа үш sp-гибридтелу дейді.Олардың валенттік бұрыштары
120ºжәне бір жазықтықта орналасқан ең қолайлы жағдай орналасады.Осындай гибридтену периодтық жүйедегі үшінші топша элементтерінің молекулаларына тән.Әр түрлі гибридті орбитальдардың кеңістіктегі құрылысы да әр түрлі болады:сызықты,үшбұрышты,тетраэдрлі .Валенттік жұп электрондардың тебелісу теориясы толық гибридтелу бойынша байланысқа қатыспайтын электрон жұптарының тебісу әсері байланыстырушы жұп электрондарға қарағанда көбірек.Сонымен ВБ әдісін қолданып қорытынды жасауға болады :
1.ВБ әдісі көптеген молекулалардың геометриялық құрылысын түсіндіруге мүмкіндік береді.
2.Гибридті орбиталдардың кеңістікте орналасуы өзара электрон бұлттарының приципіне бағынады.
3.Гибридтеліну коволентті баланыстың ерекше қасиеті,байланыстың бағытталынуын сипаттайды.Ковалентті байланыстың иондық байланыстан басты айырмашылығы,иондық байланысқа бағытталу қасиеті тән емес.
.
Молекулалық орбиталдар теориясы (МОТ). Молекулалық орбиталдар әдiсi бойынша молекуладағы электронды бiрнеше орталықты қамтитын (атомдардың ядроларын) толқындық функция арқылы өрнектеуге болады. Оның негiзгi қaғидасы мынадай: молекулада бастапқы атомдарды байқамайды, тек ядроларды бөлiп қарайды. әрбiр электрон барлық ядролар жэне молекуладағы барлық электрондар өрiсiнде қарастырылады. Еңқарапайым жақындасуда молекулалық орбиталдар Шредингер теңдеуiнен шығатын атомдық орбиталдардың сызықтық комбинациясы болып табылады. қазiргi уақытта молекулалық орбиталдар теориясы бiрте-бiрте кеңiнен қолданыла бастады.
Молекулалық орбиталдар теориясы (МО) - молекуланың электрондық құрылысын анықтайтын әдiс. Бұл теорияның негiзгi принципi - молекула бутiн бiр тұтac жүйе. Молекулаға барлық электрондар мен ядролар ортақ. Химиялық байланыстың түзiлуiнiң себебi - барлық электрондардың барлық ядролар мен электрондарға ортақ өpicтe қозғалуы.
МО ерекшелiктерi. Валенттiк байланыс әдiсi АО (атомдьық орбитал) жеке бiр атомның электронының козғалысын сипаттайды. Молекулалық орбиталдар (МО) бүкiл молекуладағы ядроларға ортақ МО - көп центрлi орбиталдар. МО әдiсi молекуладағы әр электронға сәйкес молекулалық орбиталды сипаттайды.
Молекулалық орбитал атомдық орбиталды сызықты комбинациялау нәтижесiнде түзiледi деп саналады. Бастапқы әрiптерiн алып қысқартқанда былай жазылады: АОСК=МО, молекулалық орбитал ол атомдық орбиталдардың сызықты комбинациясы.
Бiрақ, молекулалық орбиталдар түзiлу үшiн АО - орбиталдар кесімді шарттарға сай болу қажет:
_ атомдық орбиталдар энергияларының шамасы жақын болуы;
_ атомдық орбиталдағы бүркескен электрон бұлттары тығыздығының шамасы улкен болуы;
- атомдық орбиталдардың байланыс орталығы бiр симметрияда болуы. молекулалық орбиталдар әдiсiнiң принципi - молекуладағы әp электронды сипаттайтын толқындық функция молекула құрамындағы барлық ядролар өpiciне қатынасты болуы қажет. Ең қарапайым турiнде: молекулалық орбитал дегенiмiз атомдык орбиталдардың өзара сызықты комбинациясын құру нәтижесiнде түзiлген жаңа орбитал.
Молекулалық орбиталдар әдісi молекуладағы электрондар бiрнеше орталықгарға ие болған (атомдардың ядролары) толқындық функциялармен сипатталады. Атомдық орбиталдарды өзара қосып не алып тастаса молекулалық орбиталдар тузiледi.
3. Комплексті қосылыстардағы химиялық байланыстың осы күнгі теориялары.
Кешенді қосылыстардың табиғаты туралы көзқарасты дамыту химиялық байланыстың жалпы теориясының пайда боуымен және дамуымен байланысты. ХХ ғасырдың 20 жылдарында кешенді қосылыстарда иондық және коваленттік байланыстардың болатыны туралы жазылған жұмыстар шыға бастады. Электростатистикалық көзқарастың дамуына Коссель мен Магнус үлкен үлес қосты, ал қосэлектрондық байланыс туралы ұғымды Сиджвиктің еңбектеріннен көруге болады. Ары қарай үш квантмеханикалық әдіс пайда болды: валенттік байланыс әдісі (ВБӘ), молекулалық орбиталдар (МО) және кристалдық өріс теориясы. Бұл әдістердің ешқайсысы кешенді қосылыстардағы байланыстарды анықтауға ұсынылмаған, бірақ оларды осы салада қолдану үлкен жетістіктерге жетуге алып келді. Олар бір - біріне қарама - қарсы емес. Керісінше, олар өзара бір - бірінің көптеген кемшіліктерін толықтырады. Әртүрлі көзқарастардың нәтижесінде көптеген сұрақтар туындағанымен, соңында барлығы бір байламға келіп тоқталады.
Электростатикалық теория
Қарапайым электростатистикалық теорияны алғаш рет металдардың кешенді қосылыстарының түзілуін түсіндіру үшін Ван-Аркель және Де Бур (1935 жылы) қолданды. Одан кейін Коссель мен Магнус та өз жұмыстарында осы теорияны қолданды.. Электростатистикалық теория негізінде әр түрлі дәрежедегі кешентүзгіштер үшін координациялық санның мүмкін болатын мәні есептелді. Координациялық сан - кешентүзгіштің негізгі сипаттамаларының бірі. Ол кешентүзгіштің зарядына және радиусына, сонымен қатар оны қоршаған лигандалардың заряды мен радиусына тәуелді болады. Кешентүзгіштің зарядын арттырған кезде оған лигандалардың тартылуы күшейеді және оның координациялық саны артады, ал лигандалардың зарядын арттырған кезде олардың өзара тебісуі артады және координациялық сан кішірейеді. Иондық лигандаларды молекулярлыға айырбастаған кезде координациялық сан артуы мүмкін, себебі иондардың арасындағы тебісу күші полярлы молекулалардан қарағанда көп Координациялық санды арттыру кешентүзгіштің өлшемінің артуына және лигандалардың санының кемуіне әкеледі. Ендеше электростатистикалық үлгі ыңғайлы және көрнекті. Ол кешендер қатарының тұрақтылығын, олардың стехиометриялық ерекшелігін (кеңістіктегі лигандалардың орналасуы), кешентүзгіштің координациялық санын бағалауға мүмкіндік береді. Кей жағдайда оның көмегі арқылы бөлшектердің электростатистикалық әрекеттесуін болдырмайтын бейтарап кешендердің болуын түсіндеру мүмкін болмайды, сондай-ақ ол кешендері қосылыстардың қасиеттерінің практикалық маңыздылығын, магниттік және оптикалық қасиеттерін түсіндіре алмайды. Электростатистикалық теорияның дамуы кристалдық өріс теориясында жалғасын тапты. Онда атомдардың электрон бұлттары құрылымының квантты - механикалық ерекшелігі ескеріледі. Бұл құбылыс осы кезде әлдеқашан белгілі болған, бірақ ол ковалентті байланыс туралы көзқарасты қарастырмады. Бұл әдістің кемшіліктері: к.с. = 2, 4 және 6 болатын кешенді қосылыстардың құрылымы тек қана жазықтық, тетраэдрлік және октаэдрлік түрінде болуы мүмкін. Бірақта, шын мәнінде бұл олай емес, к.с. = 4 болатын кешенді қосылыстар квадратты (шаршылы) түрде де болады. Сонымен қатар полярсыз лигандалары бар ( және т.б.) кешенді қосылыстардың тұрақтылығын түсіндіре алмайды. Кекшентүзгіштердің өлшемі және заряды үлкен емес болған жағдайда тұрақты кешенді қосылыс түзіледі. Оның үстіне кешенді қосылыстардың магнитті және басқа да қасиеттері туралы сұрақтарға толық жауап бере алмайды.
Координациялық қосылыстарда қолданылатын валенттік байланыстың квантты - химиялық әдісі
Әдетте, орталық aтом байланыс түзуге бос орбитальдарын, лиганд пайдаланылмаған электрон жұбын жұмсайды. Демек, орталық лиганд рөлін атқару үшін оның құрамындағы атомның комплекс түзушілер әдетте металдардың иондары бола алады, себебі олардың бос валенттік орбитальдары болғандықтан, олар Льюис қышқылдарының рөлін атқарады. Бөлінбеген электрон жұптары бар болғандықтан, лигандтар Льюис негіздерінің қасиеттерін көрсетеді. Орталық атомның бос орбитальдарының саны оның комплексті қосылыстағы к.с.тең болады. Сонымен ВБ әдісі бша комплексті қосылыстағы орталық атом мен лиганд арасындағы байланыс-донорлы-акцепторлы жолмен түзілетін коваленттік байланыс. Комплексті ионның кеңістіктегі құрылысы орталық атомның байланыс түзуге жұмсайтын бос орбитальдарының типіне байланысты.Орталық атом байланыс түзуге sp-гибридті 2 орбиталін пайдаланса-сызықтық, sp2-гибридті 3 орбиталін пайдаланса жазық үшбұрышты, sp3-гибридті 4 орбиталін пайдаланса квадаратты тетраэдрлік, dsp2-гибридті 4 орбиталін пайдаланса квадратты комплекстер;dsp3-гибридті 5 орбиталін пайдаланса үшбұрышты бипирамида тәрізді комплекс, d2sp3- гибридті 6 орбиталін пайдаланса октаэдрлік комплекс түзіледі.ВБ әдісі комплексті қосылыстардағы орталық атом мен лиганд арасындағы байланыстың түзілу механизмін және комп-ң кеңістіктегі құрылысын түсіндіре алады. Лигандтың тудыратын өрісі күшті болса Д-деңгейшесі қатты жіктеліп, ∆-ның мәні үлкен болады. Д-деңгейшесін жіктеу қабілетіне қарай лигандтар спектрохимиялық қатар деп аталатын мынадай қатарға орналасады: CO, CN,NO2 NH3NCSH2OFOHClBrI бұл қатардағы әрбір лиганд өзінен соң орналасқан лигандтарға қарағанда Д-леңгейшесін күштірек жіктейді. Жіктелу энергиясының шамасына орталық атомның табиғаты да әсер етеді. Орталық атомның валенттігі жоғарылаған сайын жіктелу энергиясының шамасы да артады.
Валенттік байланыс әдісінің негізгі кемшіліктері: 1. Әдістің таза сапалық түсіндіруімен шектелуі. 2. Қосылысты спектрлік болжау және оның интерпретациясы мүмкін емес. 3. Магнитті қасиеттерін нақты болжау және түсіндіру мүмкін емес. 4. Түрлі құрылымдар үшін байланыстың тіпті салыстырмалы энергиясын болжау және түсіндіру мүмкін емес. 5. - деңгей астындағы ыдырау энергиясын есептеу мүмкін емес. Артықшылығы: қарапайым ереже қатарына негізделген, ол көп жылдар аралығында химиктерге ыңғайлы атомдармен байланысқан модель берді. Валенттік байланыс әдісі химиктерге тәжірибеде қолдану үшін қажетті ең қарапайым әдіс болып табылады. Валенттік байланыс әдісі өткен ғасырдың 30 - 40 жылдарында кең қолданылған жұп электронды байланыс жөнінде тұжырымның дамуы болып табылады. Кейінгі он жылдықта өзінің кванттымеханикалық негізде электростатикалық ұсыныстың қайта туындауын болжайтын кристалдық тор теориясына орнын босатты. Ковалентті құрайтын комплекстерде олардың белгілі үлесі бар екенін есепке алатын кристалдық тор теориясына жаңартылған моделі лиганданың өріс теориясы (ЛӨТ) деген атаумен белгілі. Барлық өзара әрекеттесуді толық қамтитын қазіргі кездегі жаңа және жан жақты әдіс МО болып табылады. Бұл әдіске қызығушылық және оның нәтижесінің көмегі өсіп келеді. Осыған қарамастан, үш кванттымеханикалық әдістердің ішінде кристалдық өріс теориясы маңызды қызмет атқарады, осының көмегімен аз еңбек шығындап сапалы нәтиже алуға болады.
Кристалдық өріс теориясы
Электростатикалық жақындаудың дамуы кезіндегі келесі сатысы кристалдық өріс теориясы болды. Осы теория бойынша метал комплекстерін орталық атом және оның жан - жағындағы лигандалардың арасындағы өзара таза электростатикалық әсерлесу мен жүйесі сияқты түсіндіреді. Бірақ, қарапайым электростатикалық үлгімен салыстырғанда кристалдық өріс теориясы орбитал және электрондар түсінігін қолданады. Орталық ионның орбиталдары орбиталдан лиганданы жеке қарастырады. Теорияның ерекше назары метал ионының - орбиталының лиганда күшіне және түрлі кеңістікте орналасуынан туындайтын түрлі электростатикалық өрістің әсерін қарастыруға ауып отыр. - орбиталдардың туындау дәрежесіне әсер ететін кристалдық өріс қосылыстарына осы теорияны қолданылуға қарамастан - орбиталдарында орналасқан сыртқы электрондар ауыспалы металды комплекстерді сипаттағанда үлкен жетістікке жетті. Кристалдық өріс теориясы бұрыннан белгілі: И. Ленгмюр (1919 жылы) комплекстерде иондық байланыстың болуын болжады, ал 1929 жылы Бете кристалдарда термдардың ыдырауы (мысалы рубин, кристал) мақаласында көрсеткен, квантты - механикалық жақындауға байланысты осы теорияны ашты. Химиктер одан валенттік байланыс әдісінің шектеуін түсіндіргенде көмек сұрады. Бұл магнитті қабылдауды есептеу бойынша Ван-Флектің жұмыстары маңызды. Химиктер жағынан кристалдық өріс теориясында ерекше қызығушылық ионның көрінетін спектр бөлімінде әлсіз жолақта жұтылуды түсіндіру үшін қолданған Илзе және Хартман жұмыстарынан кейін басталды. Бұл теорияға сәйкес бейорганикалық комплекстің болуы орталық атомның оның жан - жағындағы лигандалармен электростатикалық өзара әсерлесуіне негізделген, олар бұл теорияны нүктелі заряд және диполь (қосүйек) ретінде қарастырды. Лигандалар металмен өте берік байланысады. Алайда, олар сол уақытта бір - бірінен тебіледі, өйткені бірдей заряд тасымалдайды. Сондықтан әрбір кешенді қосылыста лигандалардың өзара тартылу және тебілу күштерінің арасында тепе - теңдік орнайды. Ең тұрақты комплекс кешен түзушінің жан - жағында лигандалардың геометриялық орналасуы лиганда арасында тебілу күшінің минималды және комплекс түзуші метал және лиганда арасындағы тартылу күшінің максималды өлшемін қамтамасыз етуі шарт болған кезде туындайды. Кристалдық өріс теорисының негізгі қағидалары: Орталық ион және лигандалар арасындағы өзара электростатикалық әсерлесудің арқасында комплекс түзіледі және ол тұрақты болады. Орталық ион өзінің электронды құрылысының негізінде қарастырылады, ал лигандалар - құрылыссыз. Олар жай сыртқы электростатикалық жазықтың сыртқы нүктелі көзі болып табылады. Кешенді қосылыстардың негізгі сипаттамасына квантты - механикалық заңдар жатады. Комплекс түзушілер және лигандалар арасындағы кристалдық өріс теориясы бойынша химиялық байланыс ионды болып табылады (немесе ион дипольді (қосүйекті) ). Негізгі назар комплекстүзушінің - электрондарының валентті жағдайында лигандалармен өзара әсерде болуына аударылған. Лигандалардың электронды ұяшықтары қарастырылмайды. Осындай жағдайларға қарамастан комплекстердің көптеген қасиеттерін түсіндіру үшін (бояуы, магнитті қасиеті және т.б) пайдалы. Лигандалы өрістің әсерін анықтау үшін - АО геометриясына жүгінген жөн, өйткені комплекстүзушілер - элементтер.
4. Жай (бейорганикалық) заттарды алудың негізгі әдістері.
Барлық химиялық элементтердің 4 5-нен көбі металдар. Менделеев кестесін сол жақтағы жоғарғы бүрышынан оң жақтағы төменгі бұрышына қарай, Be, A1, Ge, Sb, Po элементтерінің үстімен екіге бөлсек, астыңғы үшбұрышта (және 8-топта) металдар болады. Кестеден металдар негізгі топтарда да, қосымша топтарда да бар екенін, ал қосымша топтардағы элементтердің барлығы металдар, негізгі топтардан, біз әлі оқымаған ІІІ-, II-, І-топтардың да элементтерінің көпшілігі металдар екенін көреміз.Табиғаттағы металдар және оларды алудың негізгі тәсілдері. Табиғатта металдар көбіне түрлі қосылыстар түрінде кездеседі, кейбіреулері бос, еш затпен қосьілыспаған күйде болады. Ондай жеке кездесетін түрін сап металдар дейді, ол -- платина, алтын, күміс және мыс, қалайы, сынап сияқты металдар. Соңғы үш металл, көбіне қосылыс түрінде болады.Металдардың жер қыртысында кездесетін қосылыстары, түрлі минералдар түрінде болады.Ішінде минералдардың қосылыстары бар минералдар мен тау жыныстарын, қүрамындағы металды өнеркәсіптік жолмен шығарып алу экономика жағынан тиімді болса, кен(руда) деп атайды. Демек қандайда болсын кен қүрамында керекті бөлігімен қатар, керексіз қүм, саз, әктас т.б. бос жыныс деп аталатын болімі болады. Мысалы, темір кендерінде таза темір 50-70% болса, ондай кенді іске асыру экономика жағынан пайдалы дейді, мыс кендерінде, таза мыс 1% болса да, ол бай кен болып саналады, ал алтынға келеек, онда пайыздың оннан, жүзден боліктері бар жыныстардың озі тиімді деп есептеледі.Металдардың кені болып саналатын қосылыстар кобіне оксидтер, сульфидтер және түрлі түздар (карбонат, галогенид, сульфат, силикат, фосфат т.б.).
1.Оксид кендерінщ мысалдары - қызыл темір тас (Ғе2 Оз),
қоңыр темір тас (2Ғб2Оз-ЗН2О), магнитті темір тас (ҒеО- Ғв2Оз);
боксит (А12 Оз-2Н2О); пиролюзит (МпО2 ); қалайы тас (SnCh);қызыл мыс кені (Си2 О), хромды темір тас [Ғе(СгО2)2І т.т.
2.Сульфид кендері, жер қыртысында біраз терендікте жатады, мысалы, колчедандар: мыс колчеданы (CuFeS2)i; темір колчеданы (FeS2 ); жалтырлар: мыс жалтыры (Cu2 S); қорғасын жалтыры (PbS); алдауыштар: мырыштікі (ZnS), күмістікі (Ag2 S);сыр (HgS) т.б. Сульфид кендерінің көпшілігінде бірнеше металл аралас болады, мысалы, қорғасын мен мырыш аралас, оның үстіне алтын, күміс т.б. қоспасы болады. Мұндай көп металды кендіполиметалды кен деп атайды.
3. Түз кендері. Кейбір металдар, әсіресе, периодтық жүйенің І-, ІІ-негізгі топтарындағы металдар және сирек металдардың біразы жаратылыста көбінесе тұздар түрінде кездеседі. Ол тұздар теңіздердің, не ащы көлдердің суында еріген күйде жөне қазба тұз түрінде жер қабатында болады (бұлар да бұрынғы теңіздердің қалдығы). Ол тұздардың да химиялық құрамына қарай химиялык атымен катар минералдық аты бар. Айталық, галогенидтер -- карналит (KCl-MgCl2 -6H2 O), сильвинит (KCl-NaCl), сильвин (КС1), галит (NaCl), флюорит (СаҒ2 ), бишофит (MgCl2 -6H2 O).
Сулъфаттар каинит (KCl-MgSO4 -3H2 O), серит (MgSO4 -H2 O),полигалит(K2 SO4 -MgSO4 -2CaSO4 -3H2 O),
лангбейнит (K2 SO4 -2MgSO4 ), эпсомит (MgSO4 -7H2 O), гипс (CaSO4 -2H2 O), ангидрид (CaSO4 ), тенардит (NaSO4 ), мирабилит (Na2 SO4 -10H2 O).
Карбонаттар -- доломит (CaCO3 -MgCO3 ), мрамор (СаСО3 ), сидерит (FeCO3 ), смитсонит (ZnCO3 ), церусит (РЬСО3 ), сода (Na2 CO3 40H2 O) т.б.
Енді кен ішінде осы қосылыстар түрінде болатын металдарды шыгарып алу мәселесіне келелік. Металды адам баласы мұнан 5000 жылдай бұрын өндіре бастаған. Содан кейінгі жердегі адамзаттың материалдық, рухани жөне мәдени тұрмысының дамуы, металл алу және оны пайдалана білумен байланысты болган. Бірақ, XX ғасырдың басында бар болғаны 15 металл, негізінен темір, мыс, қорғасын калайы, мырыш, күміс, алтын ғана қолданылып келді. Соңғы қысқы мерзімде алюминий, магний, хром, никель, марганец және басқа металдардың аңызы артып, сонымен қатар қазіргі ғылым мен техника металдардың бәріне де қолданылатын орын тауып, барлығын адам баласының қызметіне қосты.Қазіргі кезде адам керегіне түтынылатын металл мөлшері орасан көп, мысалы, осы ғасырдың ортасында бүкіл жер жүзінде жылына 150 миллион тонна темір, мыс, қорғасын, алюминий әрқайсысы 2 миллион тоннадан, қалайы, никель әрқайсысы 200 мың тоннадан артық өндіріледі.Металл қоры жағынан, оны өндіруде Қазақстанның қосар үлесі зор. Академик Қ.И. Сәтпаевтың айтуынша Қазақстан еліміздің гауһар қоры; Қазақстан хром және ванадий байлығынан жер жүзінде бірінші орын алады, ал темір, мыс, қорғасын, мырыш, күміс, кадмий, ванадий, хром, вольфрам, молибден және баска кейбір метаддардың қоры жөнінде біздің елде бірінші орын алады.Кендегі металды шығарып алудан бүрын көп жағдайда ол кенді әуелі байыту керек. Кенде керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. сияқты, бос жыныстар болады, ол бос жыныстар кейде өте көп те болады, кеннің сол керекті бөлімін бос жыныстан бөліп ажыратуды кенді байыту деп атайды. Кен байытудың қарапайым түрлерінен басқа флотация (ағылшыншы flotation қалқып шығу деген созден) көп қолданылады. Флотацияның техникасы оңай, оның негізі -- кен мен бос жыныстың болшектерінің адсорбциялағыш қасиеттерінің әр түрлі болуыңда. Флотация жасау үшін кеңці өте үсақ етіп үнтақтап, сумен араластырып (пульпа түрінде) арнаулы ыдысқа қүяды; суға полюстілігі нашар бір органикалық зат, айталық қарағай майын қосады (1 т кенге 400 г есебінен). Бос жыныс бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланады (өйткені олар гидрофильдік заттар), кеннің, әсіресе сульфидтің, болшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланбайды (өйткені олар гидрофобтық заттар) ал майдың молекулалары адсорбцияланады.Ыдыстың астыңғы жағынан сығылган ауа жібергенде, сол ауа көпіршіктерінің сырты майдың жүқа қабыршағымен қапталады. Осындай ауаның көпіршігі жоғары көтеріліп ыдыстың бетінде көбік түзеді, оның сыртындағы маймен адсорбцияласқан кеннің бөлшектері, ілесіп жоғары шығып, кобік ішінде болады. Бөлшектеріне су сіңген бос жыныс ауырлап ыдыс түбіне шөгеді.
Көбікті сыпырып алып, сығып байытылған кенді алады.Кен ішіндегі металды алу әдісі -- оның химиялық қүрамына байланысты. Оксид-кендерін тотықсыздандырып барып ішіндегі металды алады. Тотықсыздандырғыш ретінде көбінесе коміртек қолданылады, мысалы:
SnO2 +2C=Sn+2CO Fe2 O3 +3C=2Fe+3CO
Кенменараласыппешкетүскенбосжыныста рды (оларкөбінеқұм) бөліпшығаруүшіншикіқүрамғафлюс, немесебалқытқышараластырады.Босжыны спенфлюсреакцияласыпоңайбалқитынқос ылыстар -- қожтүзеді. Қожжеңілболғандықтансүйықкүйдебалқы ғанметалдыңүстіндеболады, оныпештіңарнаулыаузынанбөлекағызыпа лады. Кейбірқиынбалқитынметалдардыалудато тықсыздандырғышретіндеалюминийқолда нады, өйткеніалюминийтотыққандаөтекөпжылу бөліпшығарады (бірмоль(А12 Оз) түзілгенде1,6'1033 кДж), бүлреакциянышағыныдыстаөткізсе, 3500°-қадейінқызубереді. Бұләдістіалюминотермия дейді, оныорысғалымыН. Н . Бекетов үсынған. Хром, марганец, молибденжәнебасқақиынбалқитынметалд аросыалюминотермияарқылыалынады:
МоОз+2А1=Мо+А12 О3
Таза металл жене сирек металдар алу үшін тотықсыздандырғыш ретінде сутек қолданылады:
WO3 +3H2 =W+3H2 O
Сульфид кендерін әуелі арнаулы пештерде (конвертор, немесе ватер жакет) күйдіріп, қүрамындағы күкіртті де, металды да оксидке айналдырады:
2ZnS+3O2 =2ZnO+2SO2 2Cu2 S+302 =2Cu2 O+2SO2
" Қайнаган тәрізді к ү йде " кү йдіру . Үсақталғанқаттызаттарды "қайнағантәріздікүйде" әрекеттестіру, өнеркәсіптінтүрлісалаларындаөрісалд ы. Үсақұнтақталғанзаттышілтерүстінесал ып, астынаншілтердіңтесік-тесігіненауа (басқагаз) үрлейді, сондаүнтақзаттыңауатесіпшыққанбетіб үлкілдеп, қайнапжатқантәріздіболады. Соныңнәтижесіндеүнтақзат. тозаңтүріндекөтеріліп, ауамен (басқагазбен) жақсыараласып, бүл "қайнағантәріздікүйде" реакцияласуыөтежьшдамболады.
Т ұ з кендеріндегі литий, натрий, калий, кальций, магний, бериллийт.б. сияқтыметалдарды, олардыңтүздарынбалқытып, электролиздепалады. Алюминийдібалқығанглиноземді (АІ2О3 ) электролиздепалады.Тұздарқүрамындағ ыметалдар, оңзарядтыионтүріндеболады. Электролиздегендеолоңиондартерісэле ктродқа(катодқа) келіп, тиістімөлшердеэлектронқосыпалып, бейтарапатомғаайналып, балқығантүзданбөлініпшығады.Электро лизәдісінтекбалқыганемес, ерігентүздаргажәнемыс, никельт.б. металлытазалауга (рафинация) қолданады.
Электролизден басқа өдістердің барлығы жоғары температурада жүреді, оларды пирометаллургия әдістері деп атайды.Кейбір кендерде керекті метадцың аздығы сондай, олар флотациямен де байымайды, ондай кендергегидрометаллургия өдістерін қолданады. Оның мазмүны -- кенді өте үсақтап түрлі реагенттермен (қышқыл, сілтілердің ерітінділері) әрекеттестіреді. Сонда ерітіндіге тұз түрінде көшкен металды көбінесе электролиздеу арқылы шығарып алады.
Таза металдарды алу. Қазіргі металлургияның алдында түрған басты міндеттердің бірі : кейбір металдарды аса таза күйінде бөліп алу. Оның себебі, олар бүгінгі техникада шектен асқан таза күйінде қолданылады. Мөселен, жартылай (шала) өткізгіштерде ядролық реакторлар мен қазіргі аса төзімді болаттың арнайы түрлерінде м-еталдардың тазалығы өте жоғары болуы талап етіледі. Осыған орай өнеркәсіп кейбір металдардың тазалығын 99,999999%-дан астам етіп отыр.Металдарды тазалаудың әр түрлі әдістері бар. Мәселен, вакуумда айдау мен қайта балқыту арқылы металдардың өртүрлі үшқыштығына сай қоспадан бөліп алады. Ал, кейбір металдар төменгі температурада аса үшкыш қосылыстар түзеді, олардықатты қыздырса, ыдырап таза металл бөледі. Зоналап балқыту әдісі қоспаның қатты және балқыған металда әртүрлі еруіне негізделген. Өте жоғары қызуы бар зонадан өрлі-берлі баяу жылжып өтіп түратын металдың таза кристалдары ортасына шоғырланып, қоспасы шеттеріне ығысады. Осылайша көптеген қайталаулардан соң өте таза металл алынады.
5. Бейорганикалық тізбектер, циклдер, клеткалар және кластерлер.
Катенация. Органикалық қосылыстардың әр түрлілігімен шартталатын көміртектің қасиеті-ол бір бірімен жалғасқан тізбектер түзу (катенация). Көміртектің анологтары, басқа бейметалдар да осындай тізбек түзуге қабілетті. Силандардың алкандарға қарағанда реакцияға қабілеттігі өте жоғары болғандықтан, олардың ұзын тізбек түзуіне ешқандай термодинамикалық кедергі болмаса да, силан синтезі мен оның сипатталуы өте қйын.
Екі реакция ұқсас, және олар термодинамикалық тұрғыдан тиімді, бірақ та алкандардың активтену энергиясы жоғары және ол алкандардың химиялық инертті екендігін көрсетеді. Бөліп алу және синтез қиындықтарына қарамастан, полисиландардың (n=1-8) түзу және тармақталған тізбектерін сипаттауға мүмкіндік бар.
Силанның фтор және хлор туындылары Si10Cl22 ( оларды төменгі қысымда және 215-220 ℃ ешқандай ыдыраусыз айдайды) дейін белгілі. Сонымен қатар Si- Si байланысының беріктігіне басқа да факторлар әсер етеді, мысалы орынбасарлардың өлшемі. Орынбасарлары жоғары силандар тұрақты болып келеді. Si2Br6 265℃ температурада ешқандай ыдыраусыз айдала алады, ал С2Br6 200℃ температурады С2Br4 пен Br2 ыдырайды.
Силандардың метил туындыларында Si- Si байланысынң берік екендігі дәлелденген.
Гетерокатенді қосылыстар.
Гетерокатенация құбылысы- екі немесе одан да көп әр түрлі атомдардың бір тізбек түзуі-кең таралған. Ең қарапайым декатенация оксоқышқылдардың немесе олардың тұздарының дегидратациясы кезінде пайда болады. Мысалы гидроортофосфат ионынан дифосфат ионының түзілуі.
2HPO42- = (O3P-O-PO3)2- +H2O
Циклдар
Органикалық химияда ең кеңінен таралған циклді қосылыс-бензол, ал неорганикалыө химияда бензолдың екі аналогы бар.Олар-боразин B3H6N3 мен боразан (PX2) 3N3 (үш текті фосфонитрилді қосылыстар).
Боразин ең алғаш диборан мен аммиакты қыздыру арқылы синтезделіп, 1926 жылы алынған.
3 B2H6 +6NH3=2 B3H6N3 +12H2
Заманауи синтез әдістері тиімдірек:
6NH4Cl+6BCL3+6Na[BH4}= 2B3H6N3 +3B2H6+6NaCL+18HCl
3 NH4Cl+Li[BH4]= B3H6N3+3LiCl+9H2
Жасушалар
Ақ фосфор құрылымында жасуша (клетка) құрылымды молекула табылған. Жоғары температурада фосфор буынан бөлме температурасында тұрақты Р4 молекуласы, Р2 молекуласы, изоэлектронды N2 молекуласытабылған. Ол кеңістікте тетраэдр түзеді.
Металл кластерлары.
Мұндай металл-металл байланысының болуы және олардың димерлі табиғаты дисынап дихлоридте, яғни каломеоь Hg2Cl2 қосылысында және басқа да сынап(І) қосылыстарынан 20 ғасырда табылған. Соңғы 20-25 жыл ішінде көпядролы металл-металл байланысы бар кешенді қосылыстар-класстерлі қосылыстар химиясы үлкен дамуға ие болды. Мұндай қосылыстардағы металл атомы ядросын кластерлі ядро, ал қосылыстарды кластерлер деп атайды. М
Металл кластерлары-органикалық лигандалары бар кешендер, галогенидті кешендер, көпядролы карбонил, нитрозил немесе оның туыстас қосылыстары.
Көбінесе М-М байланыстары тотығу дәрежесі төмен металдарда түзіледі. Сонымен қатар металлдардың кластер түзу қабілеті атомдану энергиясының жоғарғы мәні мен қайнау жіне балқу температурасының жоғары болуымен байланысты. Ондай металдар: Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Hf,Ta,W, Re, Os, Ir және Pt
Кластер түзі кезіндегі металл атомының тотығу дәрежесінің төмен болуы d орбитальдардың болуымен байланысты.
Екіядролы кластерлер:
Ең көп зерттелгені [Re2X8]2- (X=Cl, Br). Оларды Х- қатысында Н(РН2О2) көмегімен ReO4- тотықсыздандыру арқылы алуға болады. [Re2X8]2 құрамындағы Re-Re байланысы (224нм) металдық рений байланысынан(275нм) да аз.
6. Қышқылдық- негіздік әрекеттесулердің осы күнгі теориялары.
Электролиттік диссоциация теориясында қосылыстар ионды және ковалентті болып бөлінеді. Ковалентті байланыстың өзі екіге бөлінеді: полюсті және полюссіз. Заттардың кристалдық торларының типтері қосылыстарындағы байланыс түрлеріне тәуелді. Ал заттардың физикалық және химиялық қасиеттері тор типтеріне байланысты болады. Ионды және ковалентті байланысты қосылыстардың ерекшеліктері олардың судағы ерітінділерінің қасиеттерінде де байқалады. Осы ерекшеліктерді бақылау ушін электрөткізгіштікті зерттейтін құралды пайдалануға болады.Ол үшін:
1.Ыдысқа құрғақ қантпен ас тұзын кезекпен салып,оны электр желісіне қоссақ,электр шамы жанбайды,олай болса қатты күйіндегі заттарда ток тасымалдаушы бөлшектердің болмағаны.
2.Құрғақ қант пен ас тұзының орнына дистилденген су құйсақ та электр шамының жанбайтынын көреміз.
3.Құрғақ қант пен ас тұзына су құйып,олардың ерітіндісін аламыз.Жүйені электр желісіне қосқанда ас тұзының ерітіндісіне құйылған жағдайда электр шамының жанғандығы, ал қант ерітіндісі құйылғанда, шамның жанбағандығы байқалады.Енді осы екі қосылыстың айырмашылығы неде?Әрине, олардағы химиялық байланыстардың табиғатында.Қант молекуласындағы атомдар арасындағы байланыстар полюссіз,ал ас тұзындағы байланыс-ионды.Әрі қарай зертханада бар сілті,бейорганикалық қышқыл ерітінділерімен осы тәжірбиені қайталағанда электр шамының жарқырап жануын,ал органикалық сірке қышқылының ерітіндісінде шамның нашар жануын байқаймыз.Олай болса,шамның жануы заттардың ерітінділерінде токты ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- 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
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz