Химияның теориялық негіздері. Химияның негізгі түсініктері
Химияның теориялық негіздері
Химия - жаратылыстанудың маңызды да, көлемді салаларының бірі.
Химия - заттар және олардың қасиеттері мен өзгерістері туралы ғылым.
Химия пәні химиялық элементтерді, олардың қосылыстарын және химиялық
реакциялар бағынатын заңдылықтарды зерттейді.
Химиядағы заттар - материалдың объектілердің өмір сүру формалары
(түрлері). Зерттелетін заттардың белгілеріне қарай химияны бейорганикалық
және органикалық деп бөледі. Оттек, су, кремнезем, аммиак және сода
-бейорганикалық заттар; метан, ацетилен, этанол, сірке қышқылы және
сахароза - органикалың заттар.
Барлық заттар бөлшектерден тұрады және олар химиялық реакцияларға
қатысуға мүмкіндігі бар заттарға тән химиялың қасиеттер жиынтығы мен
сипатталады.
Химиялық реакциялар деп құрамы күрделі заттардың жай заттардан
түзілуін, бір күрделі заттардың екінші күрделі заттарға ауысуын, күрделі
заттардың құрамы бойынша жай заттарға айырылуын айтады, қысқаша айтқанда,
химиялық реакциялар - бір заттардың басқа заттарға айналуы.
Қазіргі кезде миллиондаған заттар белгілі, ал олардың қатарына үнемі
табиғаттан табылған немесе жасанды синтезделген жаңа заттар қосылып
отырады. Негізінде, химиялық реакциялардың саны шексіз.
§1. Химияның негізгі түсініктері
Химиядағы заттар
Кез келген затқа арнаулы қасиеттер жиынтығы тән, мәселен, нақты бір
заттың өзіндік қасиетін анықтайтын физикалық белгілері болады. Мысалы,
тығыздығы, түсі, тұтқырлығы, ұшқыштығы, балқу және қайнау температуралары.
Барлық заттар сыртқы физикалық жағдайларға байланысы үш түрлі
агрегаттық - қатты (қ), сұйық (с) және газ тәріздес (г) күйлерде бола
алады.
Мұз, сұйықсу мен су булары - бір заттың, яғни судың (Н2О), қатты,
сұйық, газ тәріздес күйлері.
Химиялық реакциялар
Заттардың химиялық қасиеттері химиялық реакциялар арқылы айқындалып
сипатталады. Реакциялар бір заттың ішінде де, әр түрлі заттар қоспаларында
да жүре алады. Химиялық реакциялар жүргенде, әрқашан жаңа заттар түзіледі.
Жалпы түрде химиялық реакцияны химиялық теңдеу арқылы көрсетеді:
Реагенттер →Өнімдер
Мұндағы реагенттер - реакцияны жүргізуге алынған бастапқы заттар, ал
өнімдер - реакция нәтижесінде түзілген жаңа заттар.
Мысалы:
Химиялық реакциялар әрқашан физикалық әсерлермен сипатталады, яғни
жылуды сіңіру немесе бөлу, заттың агрегаттық күйі мен түсінің өзгеруі т.б.
Мысалы, жасыл минерал малахиттің айырылуы жылуды сіңіру арқылы жүреді (сол
себептен реакция тек қыздырғанда ғана жүреді), ал нәтижесінде катты, түсі
қара мыс (ІІ) оксиді мен түссіз көмірқышқыл газы және су түзіледі.
Химиялық реакцияларды затгардың тек сыртқы түрі мен агрегаттық күйін
ғана өзгертетін фпзикалық процестерден айыра білу керек; кеңінен тараған
физикалық процестерге нығыздау (престеу), уату, араластыру, біріктіріп
балқыту, құймалау, еріту, тұнбаны сүзу, айдау жатады. Химиялық
реакциялардың көмегімен іс жүзінде маңызы бар, табиғатта шектеулі мөлшерде
ғана кездесетін (мысалы, азот тыңайтқыштары) заттар немесе мүлде
кездеспейіін (синтетикалық дәрі-дәрмектер, химиялық талшықтар,
пластмассалар т.б.) заттар алынады. Химия адам өміріне қажетті жаңа,
табиғатта белгісіз заттарды синтездеуге мүмкіндік береді.
Онымен қоса қоршаған ортаға үздіксіз химиялық әсер ету тұрақталған
табиғи экологиялық циклдерді бұзуы мүмкін, қоршаған ортаны ластайды, табиғи
ресурстарды тиімді пайдалануды қиындатады және жер бетінде адамның өмір
сүруіне қажетті табиғи ортаның сақталуына қатер туғызады.
Атомдар және химиялық элементтер
Aтом - заттың ең кіші химиялық бөлшегі. Бүлінген кезде атом өзін
құрастыратын өте кіші (элементар) физикалық бөлшектерге ыдырайды. Бұл
бөлшектердің саны әр атомда әр түрлі болады. Физикалық бөлшектер - электрон
е-, протон р+ және нейтрон n0. Кез келген атом -электрбейтарапты химиялық
бөлшек; оның ядросында протон мен нейтронның біраз саны бар (оң
зарядталған), ал атомның шетінде - электронды қауыз міндетті түрде ядродағы
протон санына тең болатын электрон саны орналасады.
Атомдардың белгілі түрі химиялың элемент деп аталады. Әр элементтің
өзінің аты және таңбасы болады, мысалы, aзот N, темір Ғе, алтын Аu.
Әр элементтің барлық атомдарының ядроларындағы протон және
қабықшасындағы электрон сандары бірдей болады. Мәселен, сутек Н элементі
атомдарының ядросында 1р+және шетінде 1е-, оттек элементі О атомдары
ядросында 8р+, қабықшасында 8е-, ал алюминий А1 элементі атомдарының
ядросында 13р+және қабықшасында 13е-болады.
Кейбір элементтердің аталуы, таңбалары және таңбаларының оқылуы:
Азот N (эн)
Алюминий А1 (алюминий)
Барий Ва (барий)
Бериллий Be (бериллий)
Бор В (бор)
Бром Вr (бром)
Висмут Ві (висмут)
Сутек Н (аш)
Галлий Ga (галлий)
Германий Ge (германий)
Темір Fe (феррум)
Алтын Au (аурум)
Йод J (йод)
Кадмий Cd (кадмий)
Калий K (калий)
Кальций Ca (кальций)
Оттек О (о)
Кобальт Co (кобальт)
Кремний Si (силициум)
Лантан La (лантан)
Литий Li (литий)
Магний Mg (магний)
Марганец Mn (марганец)
Мыс Cu (купрум)
Мышьяк As (арсеникум)
Натрий Na (натрий)
Никель Ni (никель)
Қалайы Sn (станнум)
Платина Pt (платина)
Сынап Hg (гидраргирум)
Қорғасын Pb (плюмбум)
Селен Se (селен)
Күкірт S (эс)
Күміс Ag (аргентум)
Скандий Sc (скандий)
Стронций Sr (стронций)
Сүрме Sb (стибиум)
Теллур Te (теллур)
Торий Th (торий)
Көміртек С (Цэ)
Уран U (уран)
Фосфор Р (пэ)
Фтор F (фтор)
Хлор С1 (хлор)
Хром Сг (хром)
Мырыш Zn (цинк)
Барлық химиялық элементтер атаулары Периодтық жүйеде келтірілген.
Салыстырмалы атомдық масса
Элементтер атомдары тек өздеріне ғана тән белгілі массалармен
сипатталады. Мысалы, Н атомының массасы 1,67-10-24г, С атомінікі 1,995- 10-
23 г, О атомінікі 2,66-10-23 г. Мұндай мәні өте аз шамаларды пайдалану
қолайсыз болғандықтан, салыстырмалы атомдық масса Аr ұғымы енгізіледі, ол
берілген элемент атомы массасының массаның атомдық бірлігі (1,6605- 10-24
г) қатынасына тең. Бөлгеннен кейін алынған сандар мынадай:
Ar(Н) = 1,0078≈1
Аr(С)= 12,011 ≈12
Ar(О) = 15,9994≈16
Барлық элементтердің салыстырмалы атомдық массаларының шамалары
Периодтық жүйеде көрсетілген.
Металдар және бейметалдар
Химиялық элементтер қасиеттері бойынша металдың және бейметалдық болып
бөлінеді. Периодтық жүйедегі 22 элемент:
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, N, P, As, C,
Si, B, H
бейметалдар, ал қалған элементтер (қазіргі кезде 91) металдар болып
табылады.
Молекулалар. Молекулалық формулалар.
Коваленттік және иондық заттар
Молекула - заттың химиялық қасиетін сақтайтын ең кіші бөлшегі. Барлық
молекулалар атомдардан тұрады, сондықтан олар да электрбейтарапты.
Молекулалар құрамы, біріншіден, заттың сапалық құрамын (оның кұрамына
енетін химиялық элементтер таңбалары), екіншіден, сандық құрамын
(молекуладағы әр элементтің атомдық санын көрсететін төменгі сандық
индекстер) көрсететін молекулалық формулалармен беріледі. Мәселен, су
молекуласының формуласы Н2О (2 атом сутек, 1 атом оттек), хлор молекуласы
С12 (2 атом хлор), көмірқышқыл газының молекуласы СО2 (1 атом көміртек, 2
атом оттек) формулаларымен жазылады. Бір атомды молекулалар (атомдар)
кездеседі: аргон Аr.
Молекулалық формулалардың оқылуы:
N2 - эн-екі
Вr2 - бром-екі
NH3 - эн-аш-үш
OF2 - о-фтор-екі
H2SO4 - аш-екі-эс-о-төрт
Нақты молекулалардан тұратын заттар коваленттік заттар деп аталады,
мысалы, су Н2О, аммиак NH3, азот N2, күкірт қышқылы H2SO4, этанол С2Н5ОН,
сахароза С12Н22О11.
Бейорганикалық қосылыстардың көпшілігі иондық болады, олар молекулалар
орнына оң иондар (катиондар) мен теріс иондар (аниондар) электрбейтарапты
жиынтығынан тұрады.
Олардың құрамы да молекулалық формулалармен (шартты молекулалар)
беріледі, ал иондар бір немесе көп элементті болып келеді. Мәселен, Mg3N2
(магний нитриді) -үш катион Mg2+ және екі анион N3- қосындысынан, ал
Са(ОН)2 (кальций гидроксиді) - бір катион Са2+ және екі анион ОН-
қосындысынан тұрады.
Кейбір жағдайларда шартты және нақты молекулаларды (олардың коваленттік
немесе иондық құрылымына қарамай-ақ) заттардың формулалық бірлігі деп
атайды. Кейбір заттар газ тәріздес және сұйық күйлерінде молекулалар
ассоциаттарын (біріккен молекулалар), яғни белгілі бір физикалық
жағдайлардағы заттардың нақты бөлшектерін құрайды. Мысалы, Р2О5 - фосфор(V)
оксиді (Р2О5)2димер түрінде немесе Р4О10түрінде, ал N02- азот(ІV) оксиді
(NO2)2 немесе N2O4 түрлерінде бола алады. Р4О10 және N2O4 ассоциаттар үшін
Р2О5 және NO2 - молекулалық формулалар, ал Р4О10 және N2O4 - нағыз
формулалар.
Жай және күрделі заттар
Элементтік құрамы бойынша заттар:
- жай заттар - бір элемент атомдарынан тұратын (Н2, О2, Cl2, P4, Na,
Cu);
- күрделі заттар - әр түрлі элементтер атомдарынан тұратын (Н2О, NH3,
OF2, H2SO4, MgCl2, K2SO4) болып бөлінеді.
Қазіргі уақытта 500 жай зат түзе алатын 113 элемент белгілі. Бір
элементтің қасиеттері бойынша айырмашылығы бар бірнеше жай заттар түрінде
бола алу қабілеттілігін аллотропия (тұрпатастық) деп атайды.
Мысалы, оттек элементі О екі аллотропиялық түрде: О2 оттек және О3 озон
бола алады, олардың молекулаларындағы атомдар саны әр түрлі. Көміртек С
элементінің аллотропиялық түрлері - алмаз және графит - кристалл
құрылымдары бойынша өзгеше. Аллотропияның басқа да себептері болады.
Күрделі заттарды көбінесе химиялық қосылыстар деп атайды, яғни жай
заттар атомдарының қосылуы нәтижесінде алынған заттар ретінде қарайды.
Мысалы, сынап(II) оксидін HgO - сынап Hg пен оттектің О2, натрий бромидін
NaBr - натрий Na мен бромның Вr2 деп біледі. Химиялық қосылыстар мен оларды
түзетін жай заттардың қасиеттері, әрине, әр түрлі.
Бейорганикалық заттардың атаулары
Иондық заттардың химиялық формулалары екі бөліктен - катионның
формуласынан (сол жақта бірінші болып жазылады) және анионның формуласынан
(солдан екінші) тұрады:
СаС12 - (Са2+)(С1-)2
Мg3(РО4)2-(Мg2+)3(Р)2
(NH4)2SO4-(NH4+)2(S)
Иондық заттардың атаулары олардың формулалары бойынша солдан оңға қарай
құрылады, алдымен катион, одан соң анион аталады. Мысалдар:
KC1 - калий хлориді
BaSO4 - барий сульфаты
AgNO3 - күміс(І) нитраты
NaOH - натрий гидроксиді
(NH4)2CO3 - аммоний карбонаты
Fe,(РО4)2 - темір(ІІ) ортофосфаты
Сr2О3 - хром(III) оксиді
Аниондардың атауларын және олардың формулаларын жаттап алу қажет.
Төменде жиі кездесетін аниондар тізімі берілген.
F - - фторид (оған ұқсас С1-, Вr-, I-)
О2- - оксид
S2- - сульфид
OH- - гидроксид
CO32- - карбонат
NO2- - нитрит
NO3- - нитрат
SО32 - сульфит
SO44- - сульфат
РО43- - ортофосфат.
SiO44- - ортосиликат
MnO4- - перманганат
Cr2O72- - дихромат
Катиондар атаулары Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ва2+, А13+ сәйкес элементтер
атауларымен құрастырылады (Na+- натрий катионы, А13+- алюминий катионы);
NH4+ аммоний катионы деп аталады. Көптеген басқа металдарда атауларының
жанында жақшада рим санымен тотығу дәрежелері көрсетіледі:
Ag+ - күміс(І) катионы
Рb2+ - қорғасын(ІІ) катионы
Сr3+ - хром(ІІІ) катионы
Коваленттік заттардың химиялық формулаларын шартты катиондар мен
аниондар формулаларына ойша бөлуге болады. Мысалы, РС13 - бір шартты катион
Р3+ және үш шартты анион Сl-, H2SO4 - екі Н+ шартты катион және бір SO42-
шартты анионға бөлінеді. Шартты деген термин коваленттік заттарда,
шындығында, көрсетілген иондар жоқ дегенді байқатады (заттар молекулалардан
тұрады), сонысымен олар иондық заттардан ерекшеленеді. Кейбір иондар
қосылыстарының типіне байланысты нақты да, шартты да болатынын ескерту
қажет. Мысалы, С1- және SO42- аниондары.
Молекулалық немесе иондық құрылымдағы екі элементті заттар зарядтарының
абсолют мәндері атомдардың стехиометриялық (сайма-сайлық) валентгігіне
сәйкес келеді, мысалы, Na2O үшін NaI және ОII, ал РСl3 үшін РIII3 және C11.
Иондар зарядтарының таңбасы мен шамалары сәйкес элементтердің тотығу
дәрежелеріне (оң не теріс) тең болады. Мысалы:
Иондар зарядтары таңбасы соңынан қойылған араб сандарымен (Fe2+, P3+,
S2-), ал элементтің тотығу дәрежесі таңбасы алдынан қойылған рим сандарымен
белгіленеді; әдетте оңтаңба (плюс) жазылмайды, бірақ ойға алынады
(Fе+IIнемесе ҒеII, Р+III немесе РIII, бірақ S-II).
Коваленттік екі элементті заттардың аталуы екі бөлек сөзден тұрады:
шартты катион мен шартты анионның қатысы сандық қосымшамен көрсетіледі (1 -
моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - гекса):
CO - көміртек монооксиді
СО2- көміртек диоксиді
РС13 - фосфор трихлориді
РС15 - фосфор пентахлориді
Тотығу дәрежесін көрсетіп атауға болады, бірақ ұсынылмайды. Мысалы, CO
үшін көміртек (II) оксиді және СО2 үшін көміртек(ІV) оксиді деп те атауға
болады.
Реакциялар теңдеулері
Кез келген химиялық реакцияларды молекулалық тендеулермен көрсетеді,
яғни сәйкес коэффициенттері бар реагенттер мен өнімдердің молекулалық
формулалары жиынтығымен белгілейді. Мысалы:
3Ва(ОН)2+2Н3РО4= Ва 3(РО4)2↓ +? Н 2О
Fе2О3+3Н2 = 2Fе + 3Н2О
Келтірілген реакциялардың біріншісі - алмасу реакциясы (элементтердің
тотығу дәрежелері өзгермей жүреді), екіншісі - тотығу-тотықсыздану
реакциясы (кейбір элементтердің тотығу дәрежесі өзгеруімен жүреді).
Бірінші мысалда реагенттер мен өнімдердің тотығу дәрежелері тұрақты
(ВаII, НI, О-II, Pv), ал екінші мысалда өзгереді (Fe және Н):
Fе2III О3 + 3Н20 = 2Ғе0 + 3Н2IО
Алмасу реакциялары теңдеулеріндегі коэффициенттерді қою
Коэффициенттерді қою әр элемент бойынша саналады, мысалы:
?Ва(ОН)2 + ?Н3 РО4= ?Ва3(РО4)2↓ + ?Н2 О
Реакцияға дейінгі, реакциядан кейінгі элементтер атомдарының санын
сақтау үшін, құрамы ең күрделі заттан бастап, қосымша көбейткіштерді
таңдайды:
Ва3(РО4)2 (коэффициенті 1):
сол жақта Р 1 атомы ← оң жақта Р 2 атомы
(көбейткіш 2)
сол жақта Ва 1 атомы ← оң жақта Ва 3 атомы
(көбейткіш 3)
Реакция теңдеуіндегі Ва3(РО4)2 формуласы алдына 1 коэффициенті (әдетте
1 саны жазылмайды) қойылады, Н3РО4 формуласы алдына 2 коэффициенті, Ва(ОН)2
формуласы алдына 3 коэффициенті қойылады:
3Ва(ОН)2 + 2Н3РО4= (1 )Ва3(РО4)2↓ + ?Н2О
Одан соң Н2О үшін коэффициент есептеледі:
сол жақта Н 12 атомы → оң жақта Н 2 атомы
(көбейткіш б)
Яғни Н2О формуласы алдына 6 коэффициенті қойылады:
3Ва(ОН)2 + 2Н3РО4 = Ва3(РО4)2↓+ 6Н2О
Енді атомдарының саны есептелмеген элемент (оттек) бойынша тексеру
жүргізіледі:
сол жақта О 14 атомы → оң жақта О 14 атомы Коэффициенттер дұрыс
тандалған. Тотығу - тотықсыздану реакцияларына коэффициенттер таңдау
кейінірек көрсетіледі.
§2. Химиядағы сандық есептеулер
Химияда сандық есептеулер заттардың формулалары және реакциялар
тендеулері бойынша жүргізіледі. Бірінші жағдайда күрделі заттың сандық
құрамын, олардағы элементтердің массалық үлестерін есептейді. Екінші
жағдайда дұрыс құрылған реакция тендеулері негізінде реагенттер мен
өнімдердің мольдік, массалық, көлемдік қатыстарын анықтайды. Мұндай
есептеулер стехиометрия (сайма-сайлық) деп аталатын химия бөліміне жатады.
Масса сақталу заңы
Заттар массасының сақталу заңының қазіргі кездегі тұжырымдамасы
мынадай:
Реагенттер массасы өнімдер массасына тең.
Бұл занды 1748-1756 жылдарда орыстың ұлы ғалымы М.В. Ломоносов жабық
ыдыстарда қорғасынды және басқа да металдарды күйдіріп, тәжірибелер жүргізу
арқылы ашты. 1785 жылы француздың атақты ғалымы А.-Л. де-Лавуазье
Ломоносовтан тәуелсіз заттар массасының сақталу заңын эксперименттік түрде
2Н2 + О2 = 2Н2О
реакциясын жүргізу арқылы дәлелдеді.
Атом-молекулалық ұғымда массаның сақталу заңы химиялық реакция
нәтижесінде реагенттер атомдарының өнімдер молекулаларына топтасуымен
түсіндіріледі. Әр элементтің атомдар саны мен әр атомның массасы реакцияға
дейін және реакциядан кейін өзгермейді.
Массаның сақталу заңы химияны сандық тұрғыда дамитын ғылым қатарына
қосты.
Құрам тұрақтылық заңы
Заттың құрам тұрақтылық заңының жаңа анықгамасы:
Заттың қандай тәсілмен алынғанына қарамастан, оның химиялық құрамы және
қасиеттері тұрақты болады.
Заңды 1799 жылы француз химигі Ж.-Л. Пруст көптеген химиялық
қосылыстарға талдау (анализ) жасау негізінде ашты. Уақытқа, алынған жеріне
(орнына) және тәсіліне карамастан олардың құрамы мен қасиеттері тұрақты
болып қалды.
Салыстырмалы молекулалық масса
Салыстырмалы молекулалық массаның МГ шамалары салыстырмалы атомдық
масса шамаларынан (3.1-кестені қараңыз) күрделі заттың формулалық
бірлігіндегі әр элементтің атомдар саны ескеріліп есептеледі. Мысалдар:
МГ (Н2) = 2Лг(Н) = 2·1=2
МГ (Н2О) = 2АГ (Н) + 2АГ (О) = 2·1+16=18
МГ (H2SO4) = 2АГ(Н) + AГ(S) + 4Аг(О) = 2·1+32+4·16 =98
МГ (CaCO3) = Аг(Са) + А(С) +3Аг(О) = 40+12+3 · 16 = 100
Зат мөлшері. Авогадро саны
Атомдар мен молекулалар өте кіші бөлшектер болғандықтан, химиялық
реакцияларға алынатын заттар бөлшектердің көп санына сәйкес келетін
физикалық шамалармен сипатталады.
12 г көміртекте (графит не алмаз түрінде) 6,02 · 1023 С атомы (АГ =
12), 28 г N2-де тура сондай N2 молекула саны (МГ = 28), 18 г Н2О-да сондай
Н2О молекула саны (МГ =18) т.б. болады.
Құрамында 6,02·1023белшек бар және nв деп белгіленетін В затының
(көміртек С, азот N2, cy Н2О) мөлшері 1 моль болады:
n(С) = n(N2) = п(Н2О) = nв = 1 моль
Мысалы, 36 г суда екі еселенген молекула саны, яғни 2-(6,02 · 1023), 45
г-да-2,5-(6,02·1023), массасы 1,8 гсуда 0,1(6,02 · 1023) молекулалар саны
болады. Басқаша айтқанда, бұл алынған бөліктердегі судың зат мөлшері 2
моль, 2,5 моль және 0,1 моль.
Сонымен, зат мөлшері - берілген затты құрайтын және оның алынған
бөлігінде болатын бөлшектер санына тура пропорционал физикалық шама.
3.1-кесте. Кейбір элементтердің салыстырмалы атомдық массалары
(дөңгелектенген шамалар)
Аталуы Таңбасы Ar
Азот N 14
Алюминий А1 27
Сутек Н 1
Темір Ғе 56
Алтын Аи 197
Оттек О 16
Мыс Си 64
Қалайы Sn 119
Сынап Hg 201
Қорғасын Pb 207
Күкірт s 32
Күміс Ag 108
Көміртек C 12
Мырыш Zn 65
Егер зат атомдардан құралса, онда есептеу атомдар (С, Na, Fе) бойынша,
егер зат молекулалық болса, нақты молекулалар (N2, Н2О) бойынша, ал егер
зат иондық болса, онда шартты молекулалар (KBr, Na2SO4, Mg3N2 формулалық
бірліктер) бойынша жүргізіледі.
Зат мөлшерінің бірлігі - моль - сол заттың 6,02 • 1023 бөлшегі бар зат
мөлшеріне сәйкес. 6,02 ·1023бөлшектер санын Авогадро санына атайды. Егер
Авогадро санына моль-1 бірлігін қосып жазса, онда Авогадро тұрақтысы деп
аталатын (n) физикалық тұрақты алынады:
NA= 6,02·1023моль-1
Авогадро санын есте сақтау қажет.
Заттың берілген бөлігіндегі В затының мөлшерін анықтау үшін ондағы
бөлшектер санының (NB) Авогадро санынан неше есе өзгеше екенін табу керек:
Мысалдар:
Зат мөлшерімен қосылыстардың жекелеген иондарын (К+, Na+, Mg2+, Br-,
SO42-, N3-) сипаттауға болады. Мысалы, 1 моль Mg3N2 3 моль Mg2+ иондарынан
және 2 моль N3- иондарынан тұрады.
Молярлық масса
Заттың берілген бөлігінде 6,02-1023бөлшек болатын 1 моль зат мөлшерінде
тек сол затқа ғана тән массасы болады. Мәселен, 1 моль көміртек массасы 12
г, 1 моль Н2О - 18 г. Заттың бұл сипаттамасын, яғни берілген заттың 1 молі
массасын молярлық масса деп, оны М әрпімен белгілейді. Егер зат бөлігі 2
моль деп берілсе, оның массасы заттың М шамасынан 2 есе көп болады.
В затының молярлық массасы деп заттың берілген бөлігі массасының тв осы
бөліктегі зат мөлшеріне пв қатысын айтады.
Молярлық массаның бірлігі: гмоль. Мысалдар:
М(С)=12гмоль
М(Н2О)=18гмоль
М(РС13) =137,5 гмоль
Берілген заттың молярлық массасы М сан жағынан әрқашан сол заттың
салыстырмалы молекулалық массасына МГ (атомдық затқа салыстырмалы атомдық
масса А) тең. Басқаша айтқанда, М-ды есептеу үшін Периодтық жүйе бойынша
сол заттың МГ шамасын есептеп, оған гмоль бірлігін қосып жазу керек:
Н: А=1 М = 1 гмоль
Н2: М = 2 М = 2 гмоль
HF: А = 20 М = 20 гмоль
H2SO4: Мг=98 М = 98 гмоль
Са: Аг=40 М = 40 гмоль
Са2+: М = 40 М = 40 гмоль
СО23-: М = 60 М = 60 гмоль
Са СО3: М= 100 М=100гмоль
Осы көрсетілген заттардың массалық бөліктерінде сол заттардың 1
молінемесе 6,02 • 1023 формулалық бірлігі бар.
Авогадро заңы.
Газдың молярлық көлемі.
Газдың салыстырмалы тығыздығы
Химиялық есептеулерде газ тәріздес реагенттер мен өнімдердің массасын
олардың көлемдерімен жиі ауыстырады. Негізгі газдық заң - Авогадро заңы.
Бірдей температура мен қысымда әр түрлі газдардың бірдей көлемдеріндегі
молекулалар саныда бірдей.
Заңды 1811 жылы итальян физикохимигі А. Авогадро гипотеза ретінде
ұсынды, 1858 жылы итальян химигі С. Канниццаро атом-молекулалық ұғым
тұрғысынан түсіндіріп берді.
Авогадро заңының бірінші салдары.
Бірдей жағдайда кез келген газдың бірдей мөлшері бірдей көлем алады.
Демек, қалыпты жағдайда (қ. ж.) - Т = 273,15 К (О°С) температурада және
Р = 1,01325 · 105Па (1 атм, 760 мм сын. бағ.) қысымда кез келген газдың 1
молі (қасиеттері бойынша идеал газға жақын) 22,4 л көлемді алады. Бұл
физикалық тұрақты қалыпты жағдайдағы газдың молярлық көлемі деп аталады.
Молярлык көлем Vм дегеніміз - В (VB) газы көлемінің зат мөлшеріне (пв )
қатысы:
Газдың молярлық көлемінің бірлігі: лмоль.
Қалыпты жағдайда VM = 22,4 лмоль.
Бұл тұрақтыны есте сақтаған дұрыс.
VM анықтамасынан:
Осы өзгерістер арқьілы газдардың массаларын көлемдеріне айналдыруға
болады.
Авогадро заңының екінші салдары:
Газ күйдегі В затының молярлық массасы оның сутек бойынша тығыздығын
екі еселегенге тең, яғни
Осыған ұқсас, ауаның орташа молярлық массасын есепке алғанда, М =29
гмоль:
Сутек бойынша D(H2), ауа бойынша Daya және кез келген газ бойынша да
салыстырмалы тығыздықты эксперименттік түрде анықтап, газдың молекулалық
массасын есептейді.
Күрделі заттағы элементтің массалық үлесі
Күрделі заттың белгілі химиялық формуласы арқылы осы зат кұрамындағы
элементтердің массалың үлестерін анықтайды.
Күрделі заттың жалпы массасындағы элементтің массалың үлесі (ωэ) - осы
элемент массасының (бөліктің массасы) заттың тұтас массасына (бүтіннің
массасы) қатысы:
Элементтің массалық үлесі бірліктегі немесе 100%-тегі үлесі арқылы
көрсетіледі.
Күрделі заттағы элементтің массалық үлесі әрқашанда бірден кем болады
(ωэ)1 немесе 100%). Мысалы, су Н2О үшін:
Күрделі заттың құрамындағы барлың элементтердің массалық үлестері
қосындысы 1-ге тең (немесе 100%).
Мысалы, су үшін:
Көбінесе (ωэ) -ні есептеу үшін заттың тиісті бөліктерін оның молярлық
массасына тең қылып алады, бұл бөлікте берілген элементтің массасы
молекуладағы осы элемент атомдарының санына көбейтілген оның молярлық
массасына тең.
Екі элементті AаВb заты үшін:
Мұндағы ωв-ны төмендегідей де анықтауға болады:
Осы тәріздес формулалар көп элементті заттарға да қолданылады. Мысалы,
NaHCO3 үшін есептеу нәтижелері мынадай:
Реакциялар тендеулері бойынша стехиометриялық
(сайма-сайлылық) есептеулер
Химиялық реакцияның теңдеуі, мысалы
тек сапалық аспектіні (яғни реагенттер мен өнімдердің химиялық табиғатын)
ғана көрсетіп қоймайды, сонымен қатар қалдықсыз реакцияға түскен бастапқы
заттар мен солардан түзілген соңғы заттар арасындағы сандық қатынасты да
көрсетеді, нақтырақ айтқанда:
а) 1 моль алюминий гидроксиді А1(ОН)3 3 моль хлорсутекпен HC1 толық
әрекеттеседі;
ә) 1 моль А1(ОН)3 және 3 моль НСІ-дан 1 моль алюминий хлориді А1С13
және 3 моль су Н2О түзіледі.
Осыған қарағанда, егер реакцияға А1(ОН)3 басқа мөлшері, мәселен, 0,5
молі қатысса, онымен 1,5 моль HC1 әрекеттеседі, нәтижесінде 0,5 моль А1С13
және 1,5 моль Н2О түзіледі деп айтуға болады.
Сондықтан дүрыс құрылған реакциялар теңдеулері негізінде сандық есептеу
жүргізуге болады, реакцияға қатысушы бір заттың берілген мөлшері (не
массасы) бойынша реагенттер мен өнімдердің мөлшері мен массаларын анықтауға
болады.
Белгілі бір реакция үшін
төмендегідей қатыс орындалады:
мұндағы пА, пв, пс nD - реакцияға түскен реагенттер мен одан түзілген
өнімдердің мөлшерлері.
Егер бір заттың мөлшері (мысалы, пс) белгілі болса, онда реакцияға
қатысушы басқа заттардың да мөлшерлерін (пА, пв, пс, nD, ...) есептеуге
болады.
Реагенттер мен өнімдердің мөлшерлерінен олардың массаларына көшуге
болады:
Егер бір заттың массасы (мысалы, тс) белгілі болса, онда берілген
реакциядағы барлық қалған заттардың массаларын есептеуге болады.
Реакцияға газ тәріздес заттар қатысса, онда көбінесе олардың массасын
емес, көлемдерін анықтайды. Мәселен, төмендегі реакция үшін
В және D газ тәріздес заттарының көлемі мына тең-деумен есептеледі:
Берілген шамалардың (тА, VB, mc, VD) біреуі белгілі болса, қалғандарын
да есептеуге болады.
Реагенттердің артықтығы және жетіспеушілігі
Әрекеттесуші заттардың зат мөлшерлері мен массаларының әрқашанда
пропорционал бола беруі мүмкін емес. Көбінесе реагенттің біреуі
артықтығымен, екіншісі жетіспеушілікпен алынады.
Егер
2Н2+О2=2Н2О
реакциясында 2 моль су алу үшін 2 моль Н2 мен 1 моль О2 алмай, басқаша 2
моль Н2 және 2 моль О2 алынса, онда 1 моль О2 реакцияға түспей, артық болып
қалады. Артық алынған реагент (мысалы, В) мына теңсіздік арқылы анықталады:
мұндағы ижалпы в - заттың жалпы мөлшері (артық алынған), пв -
стехиометриялық (реакцияға қажет) зат мөлшері және партык в - В затының
артық (реакцияға түспейтін) мөлшері және онымен бірге:
пжалпы В = пВ +партык В
В реагентінің артық мөлшері реакцияға араласпайды, сондықтан алынған
өнім мөлшерін тек жетіспейтін (аздау алынған) реагент мөлшерімен есептейді.
Өнімнің іс жүзіндегі шығымы
Реакция тендеуіне сәйкес есептелген реакция өнімінің мөлшері теориялык
мөлшер nтеор деп аталады. Бірақ нақты жағдайларда кейде өнім реакция
тендеуіне сәйкес есептелгеннен аз алынуы мүмкін, оны іс жүзіндегі мөлшер п
іс жүзінде деп атайды.
В өнімінің іс жүзіндегі мөлшерінің (нақты алынған) теория жүзіндегі
мөлшеріне (реакция тендеуі бойынша есептелген) қатысы өнімнің іс жүзіндегі
шығымы деп аталып, ηв арқылы белгіленеді:
Тура осындай теңдеулерді кез келген өнім массасы мен газ тәріздес
өнімнің көлеміне құрута болады.
Өнімнің, іс жүзіндегі шығымы деп бірден немесе 100%-тен үлесін айтады.
Іс жүзінде п іс жүзінде п теор болғандықтан, көбінесе ηв 1
(100%).
Егер идеал жағдайда п іс жүзінде = птеор болса, онда шығым толық
болады, яғни ηв 1 (100%), мұны теориялық шығым деп атайды.
Қоспадағы заттың массалық үлесі. Заттың тазалық дәрежесі
Реакциялар жүргізу үшін көбінесе жеке таза заттар емес, олардың
қоспаларын - табиғи минералдар мен кендерді алады. Қоспадағы әр заттың
мөлшері оның массалық үлесімен беріледі.
Қоспадағы В затының массалық үлесі ωв - сол заттың массасының (mв)
қоспа массасына (тв қоспа ) қатысы:
Қоспадағы заттың массалық үлесі оның бірліктен немесе 100%-тен үлесі
ретінде беріледі.
Қоспадағы барлық заттардың массалың үлестерінің қосындысы 1-ге(100%-ке)
тең.
Қоспадағы бір зат (В) көбірек болса, оны негізгі зат деп, қалғандарын
қоспалар (қосымшалар) деп, ал ωв-ны негізгі заттың тазалық дәрежесі деп
атайды.
Мысалы, әктаста (табиғи кальций карбонаты) 82% СаСО, болады. Басқаша
айтқанда, әктастың СаСО3 бойынша тазалық дәрежесі 82%-ке тең. 18% қалдық
кұрамында әр түрлі қоспалар (құм, силикаттар т.б.) бар. Қоспалар әрдайым
табиғи қосылыстарда (пайдалы қазбалар, кендер, минералдар, тау жыныстары)
және өнеркәсіп өнімдерінде болады.
Химиялық реагенттердің тазалық дәрежесі әр түрлі: сапасы бойынша
қоспалар проценттік құрамының азаюына қарай реактивтер техникалық,
таза, талдау үшін таза, химиялық таза және өте таза болып бөлінеді.
Мәселен, химиялықтаза күкірт қышқылында 99,999% негізгі зат (H2SO4) пен
0,001% қоспа болады.
§3. Периодтық заң және атом құрылысы
Периодтық заң
Химияның негізгі заңын - Периодтық заңды 1869 жылы Д.И. Менделеев ашты.
Aтом бөлінбейді деп саналған сол кезде оның ішкі құрылысы туралы ештеңе
белгісіз еді. Д.И. Менделеев Периодтық жүйе негізіне элементтердің атомдық
массаларын (бұрынғы атомдық салмақ) және химиялық қасиеттерін алды. Сол
уақытқа белгілі 63 элементті олардың атомдық массалары өсу ретіне (3.1-
кесте) қарай орналастырып, химиялық қасиеттері периодты түрде қайталанатын
химиялық элементтердің кәдімгі (табиғи) қатарын құрастырады. Мысалы, таза
литий (Li) металының қасиеттері натрий (Na) және калий (К) элементтерінде,
ал нағыз фтор (F) бейметалының қасиеттері хлор (С1), бром (Вr), йод (I)
т.б. элементтерінде қайталанады.
Д.И. Менделеев кейбір элементтерге (мысалы, алюминий[Al] мен
кремнийге[Si]) химиялық ұқсастығы бар заттарды таба алмады, бұндайлар ол
кезде әлі белгісіз еді. Олар үшін кәдімгі қатардан орын қалдырып (3.2-
кестені қараңыз), периодты қайталану негізінде химиялық қасиеттерін
болжады.
Кейіннен сәйкес элементтер (мысалы, алюминий (А1) ұқсастығы - галлий
(Ga), кремний (Si) ұқсастығы -германий (Ge)) ашылғанда, Д.И. Менделеевтің
болжамы толығымен дәлелденді (3.3-кестені қараңыз).
Д.И. Менделеев тұжырымдауындағы Периодтық заң:
Қарапайым денелердің қасиеттері, сондай-ақ элементтер қосылыстарының
түрлері мен қасиеттері элементтердің атомдық салмақтарының шамасына
периодты тәуелділікте болады.
Периодтық заңның жаңа анықтамасы (элементтер атомдарының құрылысына
негізделген) осы параграфтың соңында келтіріледі.
3.2-кесте. Д.И. Менделеевтің Периодтық заңды ашу қарсаңындағы 1869
жылғы белгілі химиялық элементтер
Периодтық жүйе
Периодтық заң негізінде Д.И. Менделеев химиялық элементтердің
Периодтыңжүйесін жасады. Ол 7 периодтан және 8 топтан тұрады.
Периодтар - кестенің көлденең қатарлары, олар кіші және үлкен болып
бөлінеді. Кіші периодтарда 2 элемент (1-период) немесе 8 элемент (2, 3-
периодтар), үлкен периодтарда 18 элемент (4, 5-периодтар) немесе 32 эле-
мент (6-период) бар, 7-период әлі аяқталған жоқ. Әр период нағыз металдан
басталып, нағыз бейметалмен және асыл газбен аяқталады.
Тік қатарлар элементтердің топтары деп аталады. Әр топ екі топшаға
бөлінеді (негізі және қосымша). Топшалар-химиялық ұқсас болып табылатын
элементтер жиынтығы; көбінесе топшадағы элементтер өздерінің топтары
нөмірлеріне сәйкес жоғары тотығу дәрежесін көрсетеді.
Мысалы, бериллий мен мырыш топшалары элементтеріне (II топтың негізгі
және қосымша топшалары) (+11) жоғары тотығу дәрежесі, ал азот пен ванадий
топшалары элементтеріне (V топ) (+V) жоғары тотығу дәрежесі сәйкес келеді.
Негізгі топшаларда элементтердің, химиялық қасиеттері бейметалдың
қасиеттерден металдың қасиеттерге кең аралықта өзгереді (мысалы, V топтың
негізгі топша-сындағы азот - бейметалл, ал висмут - металл). Қосымша
топшалардағы элементтер қасиеттері соншалықты күрт өзгермейді (мысалы, IV
топтың қосымша топшасы элементтері [титан, цирконий, гафний] қасиеттері
бойынша өте ұқсас, әсіресе кейінгі екі элемент).
Периодтық жүйеде нағыз металдар I топта (Li-Fr), II (Mg-Ra) және III
топта (Іп ,ТІ) орналасқан. Бейметалдар VII (F-At), VI (О-Те), V (N-As), IV
(C-Si) және III (B) топтарда орналасқан.
Негізгі топшалардағы кейбір элементтер (бериллий Be, алюминий А1,
германий Ge, сүрме Sb, полоний Ро және т.б.), сонымен қатар қосымша топтағы
кептеген элементтер әрі металдық, әрі бейметалдық қасиеттер керсетеді
(екідайлық құбылысы).
Кейбір негізгі топшаларға топтық атаулар берілді: I (Li-Fr) - сілтілік
металдар, II (Ca-Ra) - сілтілікжер металдар, VI (О-Ро) - халькогендер, VII
(F-At) - галогендер, VIII (He-Rn) - асыл газдар.
Периодтық жүйенің Д.И. Менделеев ұсынған түрі қысқа периодты немесе
классикалық (3.2-кестені қараңыз) деп аталады. Қазіргі кезде ұзын периодты
деп аталатын түрі кеңінен қолданылуда: ондағы барлық кіші және үлкен
периодтар сілтілік металдан басталып, асыл газбен аяқталатын ұзын
қатарларға созылып орналасады (3.4-кестені қараңыз).
Элементтердің әрбір тік тізбегі топ деп аталады, олар І-ден VII-ге
дейінгі рим сандарымен ж;әне бас А не бас Б орыс әріптерімен нөмірленеді.
Мысалы, ІА-тобы - сілтілік металдар (яғни қысқа периодты нұсқадағы I топтың
негізгі топшасы), ал ІБ-тобы - мыс, күміс және алтын элементтері (яғни I
топтың қосымша топшасы), осыған ұқсас VIA-тобы - халькогендер, ал ViБ-тобы
- хром, молибден және вольфрам элементтері. Сонымен, негізгі топшалар -ұзын
периодты нұсқадағы А-топтары, ал қосымша топшалар - В-топтары, Периодтық
жүйенің екі түрінде де топ нөмірлері бірдей.
Д.И. Менделеевтің Периодтық заңы және элементтердің Периодтық жүйесі
қазіргі химияның негізі болып табылады.
Aтом құрылысы
XIX ғасырдың соңы мен XX ғасырдың басында физиктер атомның күрделі
бөлшек екенін және оның жай (элементар) бөлшектерден тұратынын дәлелдеді.
Анықталғандар:
а) катодтың сәулелер (ағылшын физигі Дж. -Дж. Томсон, 1897 жыл),
олардың бөлшектері е- электрондар деп аталды (бірыңғай теріс зарядты);
ә) элементтердің табиғи радиоактивтігі (француз ғалымдары -
радиохимиктер А. Беккерель мен М. Склодовская-Кюри, физик П. Кюри, 1896
жыл) және α-бөлшектердің (гелий ядролары 42Не2+) болуы;
б) ядро деп аталатын оң зарядталған бөлшек (ағылшын физигі және
радиохимигі Э. Резерфорд, 1911 жыл);
в) бір элементтің екінші элементке жасанды жолмен айналуы, мысалы
азоттың оттекке (Э. Резерфорд, 1919 жыл). Бір элемент атомы ядросынан
(Резерфорд тәжірибесінде - азот) α –бөлшекпен соқтығысып, басқа элемент
атомының ядросы (оттек) және протон (р+,
+ ядросы) деп аталған бірыңғай оң зарядты жаңа бөлшек пайда болды;
3.3-кесте. Эка-алюминий мен галлийдің, эка-силиций мен германийдің
қасиеттерін салыстыру
Эка-алюминийГаллий Ga Эка-силиций Гсрманий Ge
R R
Элемент Элемент
Периодтық Периодта 4-период Периодтық Периодта 4-период
жүйедегі орнымырыштан ІІІА-тобы жүйедегі эка-алюминийlVA-тобы
соң, топта орны ден кейін
алюминий (галийден),
астында топта
кремний
астында
Реттік нөмірі31 31 Реттік 32 32
нөмірі
Атомдық 69 69,72 Атомдық 72 72,61
массасы массасы
(а.м.б.) (а.м.б.)
Тотығу +ІІІ +ІІІ Тотығу +II,+IV +II,+IV
дәрежесі дәрежесі
Металл Металл
Тығыздығы 5,9 5,904 Тығыздығы 5,5 5,35
(гсм1) (гсм3)
Балқу Оңай балқиды29,780С Алу әдісі ҚосылыстарынGeO2 немece
температурасы ан K2 [GeF6 ]
тотықсыздандсутегімен
ыру тотықсызданды
ру
Алу әдісі ҚосылыстарынОксидін Қышқылға Сутегін НСІ-мен және
ан сутегімен қатынасы ығыстырмайтыH2SO4
тотықсыздандтотықсызданд н болады (сұйылтылған)
ыру ыру немесе
хлорид
ерітіндісін
электролизде
у
Суға қатынасыҚыздырғанда Қайнаған Оксидтер RO, RO2 GeO, GO2
әрекеттеседісумен және
қатты
қыздырылған
бумен
әрекеттеседі
Қышқылдарға Оңай НСІ-мен оңайЖоғарғы 4,7 4,703
қатынасы әрекеттесетіәрекеттеседіоксидіні ң
н болады (Н2бөлінеді)тығыздығы
(гсм3)
Сілтілерге ӘрекеттесетіӘрекеттеседіГидрокси д Ge(OH)4 GеO2· n H2O
қатынасы н болады (Н2
бөлінеді)
Оксид R2O3 Ga2O3 Химиялық Әлсіз Амфотерлі
касиеттері негізді
3.3-кесте. Эка-алюминий мен галлийдің, эка-силиций мен германийдің
қасиеттерін салыстыру (жалғасы)
Тығыздығы 5,5 5,88 Хлоридтер RC12 RCI4 GeCl GeCl4
(гсм )
Гидроксид R(OH)3 Ga(OH), Жоғарғы
хлорид
Химиялық Әлсіз Амфотерлі 20°С-тағы Сұйық Сұйық
қасиеттері негіздік агрегаттық
күйі
Сілтілер мен Еритін Ериді, Ұшқыштығы Жоғары Жоғары
аммиак болады [Ga(OH)4]
гидратына түзеді
қатынасы
Сульфат R2(SO4)3 Ga2(SO4)3 Қайнау 900 С 83,10С
температур
асы
Қайнаған суғаНегізгі Ga(SO4)OH 200 С-тағы1,9 1,880
қатынасы тұзының тұзының тығыздығы
тұнбасын тұнбасын
береді береді
Карбонаттар Тұнба Оа(ОН)3тұнбаСуға Оңай GeO2 мен
ерітіндісіне беретін сын береді катынасы айырылатынНСІ-ға
қатынасы болады (СО2 болады оңай
бөлінеді) гидролизде
неді
Ашудастар Түзеді Түзеді Сульфид RS2 GеS2,
Формуласы KR(SO4)2 KGa(SO4)2 NH4HS Еритін Ериді,
ерітіндісіболады [GеS,]2
не түзеді
қатынасы
Хлорид RCl GaCl3
Ұшқыштығы Жоғары Жоғары
Қайнау Төмен 201,30С
температурасы
Сульфид R2S3 Ga2S3
Ерітіндіден Болмайды Тұнбайды
тұндыру
г) атом ядросында электрбейтарапты бөлшектер -нейтрондардың п° болуы
(ағылшын физигі Дж. Чедвик, 1932 жыл).
Әр элементтің атомында (-тан басқасында) протондар, нейтрондар
және электрондар болатындығы анықталды, протондар мен нейтрондар атом
ядросында жинақталса, электрондар оның шетінде (электрондың қауызда)
орналасады. Ядродағы протондар саны атом қауызындағы электрондар санына тең
және ол Периодтық жүйедегі осы элементтің реттік нөміріне сәйкес келеді.
Кез келген атомның электронды қауызы - күрделі жүйе. Ол энергиясы әр
түрлі қабатшаларға (энергетикалың деңгейлерге бөлінеді, деңгейлер өз
кезегінде деңгейшелерге бөлінеді, ал деңгейшелер пішіні мен мөлшерлері
бойынша өзгешеленетін атомдың орбитальдармен геометриялық тұрғыда
кескінделеді. Атомдық орбитальдар пішіндеріне қарай s, р, d және т.б.
әріптермен белгіленеді. s-орбиталі мен үш р-орбиталінің пішіндері 3.1-
суретте көрсетілген, d-орбиталінің пiшіні күрделірек болғандықтан, бұл
суретте келтірілмеді.
3.1 -сурет. Атомдың s- және р-орбитальдар пішіндері
Бірінші энергетикалық деңгейдің атомдық s-орбиталі 1s, екіншісінікі -
2s т.б. болып белгіленеді және ондай орбиталь әр деңгейде біреу ғана
болады. Екінші энергетикалық деңгейден бастап р-орбитальдар пайда болады,
әр деңгейде үшеу және олар р-деңгейшелер деп аталады. Үшінші энергетикалық
деңгейден d-деңгейше басталады (бес р-орбиталь).
Әр атомдың орбитальда ең көп дегенде екі электрон ғана орналасады
(Паули принципі бойынша). Атомдың орбитальдарды электрондар энергиясы ең аз
деңгейшеден бастап толтырады (энергия минимумы принципі).
Денгейшелер энергиясы өсуінің реті:
Есептеулерге сүйеніп, электрондардың белгілі бір траекториямен ғана
қозғалмайтындығын, керісінше, ядро маңындағы кеңістіктің кез келген
бөлігінде бола алатындығын, яғни ядродан белгілі қашықтықта болу мүмкіндігі
туралы ғана сөз етуге болатындығын білеміз.
3.2-суретте электрондарментолтырылған 1s-, 2s-, 3s- және 2р-
орбитальдары көрсетілген. Мұнда электрондардың болу мүмкіндігі өте жоғары,
басқаша айтқанда, үлкен электрондық тығыздық бар. Орбиталь көлемінен тыс
кеңістікте электрон тығыздығы өте аз.
Энергиялары бірдей орбитальдар (мысалы, бір деңгейшенің үш р- орбиталі)
болғанда, әр орбиталь алдымен жартылай толады (сол себепті р-деңгейшеде
жұптаспаған электроңдар үшеуден артық болмайды), одан кейін ғана электрон
жұптарын түзу арқылы түгел толады (Хунд ережес).
3.2-сурет. Атомдық s-және р-орбитальдар үшін электрондық тығыздық
Атомда электрондар энергетикалық ең тиімді (энергиясы аз) атомдық
орбитальдарды қамтиды. Атомның электрондың конфигурациясын көрсету үшін,
оның электрондарын деңгейшелерге ұсынылған үш толтыру ережесіне сәйкес
орналастыру қажет (3.3-сурет).
Атомдардың электрондық конфигурацияларын толық және қысқартылған
электрондың формулалар арқылы жазады:
Электрондар үшін жеке мысалдар сутектен бастап криптонға дейін
көрсетілді, алғашқы төрт период элементтері қалғандарының электрондық
формулаларын 3.3-сурет арқылы оңай шығаруға болады. Атомдардың электрондық
конфигурацияларын қарастырудан VIIIA-тобы элементтерінің (He, Ne, Аr және
басқалары) аяқталған s-, р-деңгейшелері бірыңғай (s2p6) екені байқалады,
мұндай конфигурациялар жоғары тұрақтылықты және асыл газдардың химиялық
бәсеңдеуін көрсетеді. Басқа элементтер атомдарында сыртқы s- және р-
деңгейшелері аяқталмайды, олар қысқартылған электрондық формулалармен
көрсетілген. Мысалы 17С1 = [10Ne]3s23p5 (асыл газдың таңбасы толтырылған
алдыңғы деңгейшелер қосындысын береді, яғни 10Ne = 1s22s22p6). Аяқталмаған
деңгейшелер мен олардағы электрондарды валенттік деп те атайды, себебі
атомдар арасындағы химиялық байланыстардың түзілуіне тек солар ғана
қатысады.
Элементтер ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Химия - жаратылыстанудың маңызды да, көлемді салаларының бірі.
Химия - заттар және олардың қасиеттері мен өзгерістері туралы ғылым.
Химия пәні химиялық элементтерді, олардың қосылыстарын және химиялық
реакциялар бағынатын заңдылықтарды зерттейді.
Химиядағы заттар - материалдың объектілердің өмір сүру формалары
(түрлері). Зерттелетін заттардың белгілеріне қарай химияны бейорганикалық
және органикалық деп бөледі. Оттек, су, кремнезем, аммиак және сода
-бейорганикалық заттар; метан, ацетилен, этанол, сірке қышқылы және
сахароза - органикалың заттар.
Барлық заттар бөлшектерден тұрады және олар химиялық реакцияларға
қатысуға мүмкіндігі бар заттарға тән химиялың қасиеттер жиынтығы мен
сипатталады.
Химиялық реакциялар деп құрамы күрделі заттардың жай заттардан
түзілуін, бір күрделі заттардың екінші күрделі заттарға ауысуын, күрделі
заттардың құрамы бойынша жай заттарға айырылуын айтады, қысқаша айтқанда,
химиялық реакциялар - бір заттардың басқа заттарға айналуы.
Қазіргі кезде миллиондаған заттар белгілі, ал олардың қатарына үнемі
табиғаттан табылған немесе жасанды синтезделген жаңа заттар қосылып
отырады. Негізінде, химиялық реакциялардың саны шексіз.
§1. Химияның негізгі түсініктері
Химиядағы заттар
Кез келген затқа арнаулы қасиеттер жиынтығы тән, мәселен, нақты бір
заттың өзіндік қасиетін анықтайтын физикалық белгілері болады. Мысалы,
тығыздығы, түсі, тұтқырлығы, ұшқыштығы, балқу және қайнау температуралары.
Барлық заттар сыртқы физикалық жағдайларға байланысы үш түрлі
агрегаттық - қатты (қ), сұйық (с) және газ тәріздес (г) күйлерде бола
алады.
Мұз, сұйықсу мен су булары - бір заттың, яғни судың (Н2О), қатты,
сұйық, газ тәріздес күйлері.
Химиялық реакциялар
Заттардың химиялық қасиеттері химиялық реакциялар арқылы айқындалып
сипатталады. Реакциялар бір заттың ішінде де, әр түрлі заттар қоспаларында
да жүре алады. Химиялық реакциялар жүргенде, әрқашан жаңа заттар түзіледі.
Жалпы түрде химиялық реакцияны химиялық теңдеу арқылы көрсетеді:
Реагенттер →Өнімдер
Мұндағы реагенттер - реакцияны жүргізуге алынған бастапқы заттар, ал
өнімдер - реакция нәтижесінде түзілген жаңа заттар.
Мысалы:
Химиялық реакциялар әрқашан физикалық әсерлермен сипатталады, яғни
жылуды сіңіру немесе бөлу, заттың агрегаттық күйі мен түсінің өзгеруі т.б.
Мысалы, жасыл минерал малахиттің айырылуы жылуды сіңіру арқылы жүреді (сол
себептен реакция тек қыздырғанда ғана жүреді), ал нәтижесінде катты, түсі
қара мыс (ІІ) оксиді мен түссіз көмірқышқыл газы және су түзіледі.
Химиялық реакцияларды затгардың тек сыртқы түрі мен агрегаттық күйін
ғана өзгертетін фпзикалық процестерден айыра білу керек; кеңінен тараған
физикалық процестерге нығыздау (престеу), уату, араластыру, біріктіріп
балқыту, құймалау, еріту, тұнбаны сүзу, айдау жатады. Химиялық
реакциялардың көмегімен іс жүзінде маңызы бар, табиғатта шектеулі мөлшерде
ғана кездесетін (мысалы, азот тыңайтқыштары) заттар немесе мүлде
кездеспейіін (синтетикалық дәрі-дәрмектер, химиялық талшықтар,
пластмассалар т.б.) заттар алынады. Химия адам өміріне қажетті жаңа,
табиғатта белгісіз заттарды синтездеуге мүмкіндік береді.
Онымен қоса қоршаған ортаға үздіксіз химиялық әсер ету тұрақталған
табиғи экологиялық циклдерді бұзуы мүмкін, қоршаған ортаны ластайды, табиғи
ресурстарды тиімді пайдалануды қиындатады және жер бетінде адамның өмір
сүруіне қажетті табиғи ортаның сақталуына қатер туғызады.
Атомдар және химиялық элементтер
Aтом - заттың ең кіші химиялық бөлшегі. Бүлінген кезде атом өзін
құрастыратын өте кіші (элементар) физикалық бөлшектерге ыдырайды. Бұл
бөлшектердің саны әр атомда әр түрлі болады. Физикалық бөлшектер - электрон
е-, протон р+ және нейтрон n0. Кез келген атом -электрбейтарапты химиялық
бөлшек; оның ядросында протон мен нейтронның біраз саны бар (оң
зарядталған), ал атомның шетінде - электронды қауыз міндетті түрде ядродағы
протон санына тең болатын электрон саны орналасады.
Атомдардың белгілі түрі химиялың элемент деп аталады. Әр элементтің
өзінің аты және таңбасы болады, мысалы, aзот N, темір Ғе, алтын Аu.
Әр элементтің барлық атомдарының ядроларындағы протон және
қабықшасындағы электрон сандары бірдей болады. Мәселен, сутек Н элементі
атомдарының ядросында 1р+және шетінде 1е-, оттек элементі О атомдары
ядросында 8р+, қабықшасында 8е-, ал алюминий А1 элементі атомдарының
ядросында 13р+және қабықшасында 13е-болады.
Кейбір элементтердің аталуы, таңбалары және таңбаларының оқылуы:
Азот N (эн)
Алюминий А1 (алюминий)
Барий Ва (барий)
Бериллий Be (бериллий)
Бор В (бор)
Бром Вr (бром)
Висмут Ві (висмут)
Сутек Н (аш)
Галлий Ga (галлий)
Германий Ge (германий)
Темір Fe (феррум)
Алтын Au (аурум)
Йод J (йод)
Кадмий Cd (кадмий)
Калий K (калий)
Кальций Ca (кальций)
Оттек О (о)
Кобальт Co (кобальт)
Кремний Si (силициум)
Лантан La (лантан)
Литий Li (литий)
Магний Mg (магний)
Марганец Mn (марганец)
Мыс Cu (купрум)
Мышьяк As (арсеникум)
Натрий Na (натрий)
Никель Ni (никель)
Қалайы Sn (станнум)
Платина Pt (платина)
Сынап Hg (гидраргирум)
Қорғасын Pb (плюмбум)
Селен Se (селен)
Күкірт S (эс)
Күміс Ag (аргентум)
Скандий Sc (скандий)
Стронций Sr (стронций)
Сүрме Sb (стибиум)
Теллур Te (теллур)
Торий Th (торий)
Көміртек С (Цэ)
Уран U (уран)
Фосфор Р (пэ)
Фтор F (фтор)
Хлор С1 (хлор)
Хром Сг (хром)
Мырыш Zn (цинк)
Барлық химиялық элементтер атаулары Периодтық жүйеде келтірілген.
Салыстырмалы атомдық масса
Элементтер атомдары тек өздеріне ғана тән белгілі массалармен
сипатталады. Мысалы, Н атомының массасы 1,67-10-24г, С атомінікі 1,995- 10-
23 г, О атомінікі 2,66-10-23 г. Мұндай мәні өте аз шамаларды пайдалану
қолайсыз болғандықтан, салыстырмалы атомдық масса Аr ұғымы енгізіледі, ол
берілген элемент атомы массасының массаның атомдық бірлігі (1,6605- 10-24
г) қатынасына тең. Бөлгеннен кейін алынған сандар мынадай:
Ar(Н) = 1,0078≈1
Аr(С)= 12,011 ≈12
Ar(О) = 15,9994≈16
Барлық элементтердің салыстырмалы атомдық массаларының шамалары
Периодтық жүйеде көрсетілген.
Металдар және бейметалдар
Химиялық элементтер қасиеттері бойынша металдың және бейметалдық болып
бөлінеді. Периодтық жүйедегі 22 элемент:
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, N, P, As, C,
Si, B, H
бейметалдар, ал қалған элементтер (қазіргі кезде 91) металдар болып
табылады.
Молекулалар. Молекулалық формулалар.
Коваленттік және иондық заттар
Молекула - заттың химиялық қасиетін сақтайтын ең кіші бөлшегі. Барлық
молекулалар атомдардан тұрады, сондықтан олар да электрбейтарапты.
Молекулалар құрамы, біріншіден, заттың сапалық құрамын (оның кұрамына
енетін химиялық элементтер таңбалары), екіншіден, сандық құрамын
(молекуладағы әр элементтің атомдық санын көрсететін төменгі сандық
индекстер) көрсететін молекулалық формулалармен беріледі. Мәселен, су
молекуласының формуласы Н2О (2 атом сутек, 1 атом оттек), хлор молекуласы
С12 (2 атом хлор), көмірқышқыл газының молекуласы СО2 (1 атом көміртек, 2
атом оттек) формулаларымен жазылады. Бір атомды молекулалар (атомдар)
кездеседі: аргон Аr.
Молекулалық формулалардың оқылуы:
N2 - эн-екі
Вr2 - бром-екі
NH3 - эн-аш-үш
OF2 - о-фтор-екі
H2SO4 - аш-екі-эс-о-төрт
Нақты молекулалардан тұратын заттар коваленттік заттар деп аталады,
мысалы, су Н2О, аммиак NH3, азот N2, күкірт қышқылы H2SO4, этанол С2Н5ОН,
сахароза С12Н22О11.
Бейорганикалық қосылыстардың көпшілігі иондық болады, олар молекулалар
орнына оң иондар (катиондар) мен теріс иондар (аниондар) электрбейтарапты
жиынтығынан тұрады.
Олардың құрамы да молекулалық формулалармен (шартты молекулалар)
беріледі, ал иондар бір немесе көп элементті болып келеді. Мәселен, Mg3N2
(магний нитриді) -үш катион Mg2+ және екі анион N3- қосындысынан, ал
Са(ОН)2 (кальций гидроксиді) - бір катион Са2+ және екі анион ОН-
қосындысынан тұрады.
Кейбір жағдайларда шартты және нақты молекулаларды (олардың коваленттік
немесе иондық құрылымына қарамай-ақ) заттардың формулалық бірлігі деп
атайды. Кейбір заттар газ тәріздес және сұйық күйлерінде молекулалар
ассоциаттарын (біріккен молекулалар), яғни белгілі бір физикалық
жағдайлардағы заттардың нақты бөлшектерін құрайды. Мысалы, Р2О5 - фосфор(V)
оксиді (Р2О5)2димер түрінде немесе Р4О10түрінде, ал N02- азот(ІV) оксиді
(NO2)2 немесе N2O4 түрлерінде бола алады. Р4О10 және N2O4 ассоциаттар үшін
Р2О5 және NO2 - молекулалық формулалар, ал Р4О10 және N2O4 - нағыз
формулалар.
Жай және күрделі заттар
Элементтік құрамы бойынша заттар:
- жай заттар - бір элемент атомдарынан тұратын (Н2, О2, Cl2, P4, Na,
Cu);
- күрделі заттар - әр түрлі элементтер атомдарынан тұратын (Н2О, NH3,
OF2, H2SO4, MgCl2, K2SO4) болып бөлінеді.
Қазіргі уақытта 500 жай зат түзе алатын 113 элемент белгілі. Бір
элементтің қасиеттері бойынша айырмашылығы бар бірнеше жай заттар түрінде
бола алу қабілеттілігін аллотропия (тұрпатастық) деп атайды.
Мысалы, оттек элементі О екі аллотропиялық түрде: О2 оттек және О3 озон
бола алады, олардың молекулаларындағы атомдар саны әр түрлі. Көміртек С
элементінің аллотропиялық түрлері - алмаз және графит - кристалл
құрылымдары бойынша өзгеше. Аллотропияның басқа да себептері болады.
Күрделі заттарды көбінесе химиялық қосылыстар деп атайды, яғни жай
заттар атомдарының қосылуы нәтижесінде алынған заттар ретінде қарайды.
Мысалы, сынап(II) оксидін HgO - сынап Hg пен оттектің О2, натрий бромидін
NaBr - натрий Na мен бромның Вr2 деп біледі. Химиялық қосылыстар мен оларды
түзетін жай заттардың қасиеттері, әрине, әр түрлі.
Бейорганикалық заттардың атаулары
Иондық заттардың химиялық формулалары екі бөліктен - катионның
формуласынан (сол жақта бірінші болып жазылады) және анионның формуласынан
(солдан екінші) тұрады:
СаС12 - (Са2+)(С1-)2
Мg3(РО4)2-(Мg2+)3(Р)2
(NH4)2SO4-(NH4+)2(S)
Иондық заттардың атаулары олардың формулалары бойынша солдан оңға қарай
құрылады, алдымен катион, одан соң анион аталады. Мысалдар:
KC1 - калий хлориді
BaSO4 - барий сульфаты
AgNO3 - күміс(І) нитраты
NaOH - натрий гидроксиді
(NH4)2CO3 - аммоний карбонаты
Fe,(РО4)2 - темір(ІІ) ортофосфаты
Сr2О3 - хром(III) оксиді
Аниондардың атауларын және олардың формулаларын жаттап алу қажет.
Төменде жиі кездесетін аниондар тізімі берілген.
F - - фторид (оған ұқсас С1-, Вr-, I-)
О2- - оксид
S2- - сульфид
OH- - гидроксид
CO32- - карбонат
NO2- - нитрит
NO3- - нитрат
SО32 - сульфит
SO44- - сульфат
РО43- - ортофосфат.
SiO44- - ортосиликат
MnO4- - перманганат
Cr2O72- - дихромат
Катиондар атаулары Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ва2+, А13+ сәйкес элементтер
атауларымен құрастырылады (Na+- натрий катионы, А13+- алюминий катионы);
NH4+ аммоний катионы деп аталады. Көптеген басқа металдарда атауларының
жанында жақшада рим санымен тотығу дәрежелері көрсетіледі:
Ag+ - күміс(І) катионы
Рb2+ - қорғасын(ІІ) катионы
Сr3+ - хром(ІІІ) катионы
Коваленттік заттардың химиялық формулаларын шартты катиондар мен
аниондар формулаларына ойша бөлуге болады. Мысалы, РС13 - бір шартты катион
Р3+ және үш шартты анион Сl-, H2SO4 - екі Н+ шартты катион және бір SO42-
шартты анионға бөлінеді. Шартты деген термин коваленттік заттарда,
шындығында, көрсетілген иондар жоқ дегенді байқатады (заттар молекулалардан
тұрады), сонысымен олар иондық заттардан ерекшеленеді. Кейбір иондар
қосылыстарының типіне байланысты нақты да, шартты да болатынын ескерту
қажет. Мысалы, С1- және SO42- аниондары.
Молекулалық немесе иондық құрылымдағы екі элементті заттар зарядтарының
абсолют мәндері атомдардың стехиометриялық (сайма-сайлық) валентгігіне
сәйкес келеді, мысалы, Na2O үшін NaI және ОII, ал РСl3 үшін РIII3 және C11.
Иондар зарядтарының таңбасы мен шамалары сәйкес элементтердің тотығу
дәрежелеріне (оң не теріс) тең болады. Мысалы:
Иондар зарядтары таңбасы соңынан қойылған араб сандарымен (Fe2+, P3+,
S2-), ал элементтің тотығу дәрежесі таңбасы алдынан қойылған рим сандарымен
белгіленеді; әдетте оңтаңба (плюс) жазылмайды, бірақ ойға алынады
(Fе+IIнемесе ҒеII, Р+III немесе РIII, бірақ S-II).
Коваленттік екі элементті заттардың аталуы екі бөлек сөзден тұрады:
шартты катион мен шартты анионның қатысы сандық қосымшамен көрсетіледі (1 -
моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - гекса):
CO - көміртек монооксиді
СО2- көміртек диоксиді
РС13 - фосфор трихлориді
РС15 - фосфор пентахлориді
Тотығу дәрежесін көрсетіп атауға болады, бірақ ұсынылмайды. Мысалы, CO
үшін көміртек (II) оксиді және СО2 үшін көміртек(ІV) оксиді деп те атауға
болады.
Реакциялар теңдеулері
Кез келген химиялық реакцияларды молекулалық тендеулермен көрсетеді,
яғни сәйкес коэффициенттері бар реагенттер мен өнімдердің молекулалық
формулалары жиынтығымен белгілейді. Мысалы:
3Ва(ОН)2+2Н3РО4= Ва 3(РО4)2↓ +? Н 2О
Fе2О3+3Н2 = 2Fе + 3Н2О
Келтірілген реакциялардың біріншісі - алмасу реакциясы (элементтердің
тотығу дәрежелері өзгермей жүреді), екіншісі - тотығу-тотықсыздану
реакциясы (кейбір элементтердің тотығу дәрежесі өзгеруімен жүреді).
Бірінші мысалда реагенттер мен өнімдердің тотығу дәрежелері тұрақты
(ВаII, НI, О-II, Pv), ал екінші мысалда өзгереді (Fe және Н):
Fе2III О3 + 3Н20 = 2Ғе0 + 3Н2IО
Алмасу реакциялары теңдеулеріндегі коэффициенттерді қою
Коэффициенттерді қою әр элемент бойынша саналады, мысалы:
?Ва(ОН)2 + ?Н3 РО4= ?Ва3(РО4)2↓ + ?Н2 О
Реакцияға дейінгі, реакциядан кейінгі элементтер атомдарының санын
сақтау үшін, құрамы ең күрделі заттан бастап, қосымша көбейткіштерді
таңдайды:
Ва3(РО4)2 (коэффициенті 1):
сол жақта Р 1 атомы ← оң жақта Р 2 атомы
(көбейткіш 2)
сол жақта Ва 1 атомы ← оң жақта Ва 3 атомы
(көбейткіш 3)
Реакция теңдеуіндегі Ва3(РО4)2 формуласы алдына 1 коэффициенті (әдетте
1 саны жазылмайды) қойылады, Н3РО4 формуласы алдына 2 коэффициенті, Ва(ОН)2
формуласы алдына 3 коэффициенті қойылады:
3Ва(ОН)2 + 2Н3РО4= (1 )Ва3(РО4)2↓ + ?Н2О
Одан соң Н2О үшін коэффициент есептеледі:
сол жақта Н 12 атомы → оң жақта Н 2 атомы
(көбейткіш б)
Яғни Н2О формуласы алдына 6 коэффициенті қойылады:
3Ва(ОН)2 + 2Н3РО4 = Ва3(РО4)2↓+ 6Н2О
Енді атомдарының саны есептелмеген элемент (оттек) бойынша тексеру
жүргізіледі:
сол жақта О 14 атомы → оң жақта О 14 атомы Коэффициенттер дұрыс
тандалған. Тотығу - тотықсыздану реакцияларына коэффициенттер таңдау
кейінірек көрсетіледі.
§2. Химиядағы сандық есептеулер
Химияда сандық есептеулер заттардың формулалары және реакциялар
тендеулері бойынша жүргізіледі. Бірінші жағдайда күрделі заттың сандық
құрамын, олардағы элементтердің массалық үлестерін есептейді. Екінші
жағдайда дұрыс құрылған реакция тендеулері негізінде реагенттер мен
өнімдердің мольдік, массалық, көлемдік қатыстарын анықтайды. Мұндай
есептеулер стехиометрия (сайма-сайлық) деп аталатын химия бөліміне жатады.
Масса сақталу заңы
Заттар массасының сақталу заңының қазіргі кездегі тұжырымдамасы
мынадай:
Реагенттер массасы өнімдер массасына тең.
Бұл занды 1748-1756 жылдарда орыстың ұлы ғалымы М.В. Ломоносов жабық
ыдыстарда қорғасынды және басқа да металдарды күйдіріп, тәжірибелер жүргізу
арқылы ашты. 1785 жылы француздың атақты ғалымы А.-Л. де-Лавуазье
Ломоносовтан тәуелсіз заттар массасының сақталу заңын эксперименттік түрде
2Н2 + О2 = 2Н2О
реакциясын жүргізу арқылы дәлелдеді.
Атом-молекулалық ұғымда массаның сақталу заңы химиялық реакция
нәтижесінде реагенттер атомдарының өнімдер молекулаларына топтасуымен
түсіндіріледі. Әр элементтің атомдар саны мен әр атомның массасы реакцияға
дейін және реакциядан кейін өзгермейді.
Массаның сақталу заңы химияны сандық тұрғыда дамитын ғылым қатарына
қосты.
Құрам тұрақтылық заңы
Заттың құрам тұрақтылық заңының жаңа анықгамасы:
Заттың қандай тәсілмен алынғанына қарамастан, оның химиялық құрамы және
қасиеттері тұрақты болады.
Заңды 1799 жылы француз химигі Ж.-Л. Пруст көптеген химиялық
қосылыстарға талдау (анализ) жасау негізінде ашты. Уақытқа, алынған жеріне
(орнына) және тәсіліне карамастан олардың құрамы мен қасиеттері тұрақты
болып қалды.
Салыстырмалы молекулалық масса
Салыстырмалы молекулалық массаның МГ шамалары салыстырмалы атомдық
масса шамаларынан (3.1-кестені қараңыз) күрделі заттың формулалық
бірлігіндегі әр элементтің атомдар саны ескеріліп есептеледі. Мысалдар:
МГ (Н2) = 2Лг(Н) = 2·1=2
МГ (Н2О) = 2АГ (Н) + 2АГ (О) = 2·1+16=18
МГ (H2SO4) = 2АГ(Н) + AГ(S) + 4Аг(О) = 2·1+32+4·16 =98
МГ (CaCO3) = Аг(Са) + А(С) +3Аг(О) = 40+12+3 · 16 = 100
Зат мөлшері. Авогадро саны
Атомдар мен молекулалар өте кіші бөлшектер болғандықтан, химиялық
реакцияларға алынатын заттар бөлшектердің көп санына сәйкес келетін
физикалық шамалармен сипатталады.
12 г көміртекте (графит не алмаз түрінде) 6,02 · 1023 С атомы (АГ =
12), 28 г N2-де тура сондай N2 молекула саны (МГ = 28), 18 г Н2О-да сондай
Н2О молекула саны (МГ =18) т.б. болады.
Құрамында 6,02·1023белшек бар және nв деп белгіленетін В затының
(көміртек С, азот N2, cy Н2О) мөлшері 1 моль болады:
n(С) = n(N2) = п(Н2О) = nв = 1 моль
Мысалы, 36 г суда екі еселенген молекула саны, яғни 2-(6,02 · 1023), 45
г-да-2,5-(6,02·1023), массасы 1,8 гсуда 0,1(6,02 · 1023) молекулалар саны
болады. Басқаша айтқанда, бұл алынған бөліктердегі судың зат мөлшері 2
моль, 2,5 моль және 0,1 моль.
Сонымен, зат мөлшері - берілген затты құрайтын және оның алынған
бөлігінде болатын бөлшектер санына тура пропорционал физикалық шама.
3.1-кесте. Кейбір элементтердің салыстырмалы атомдық массалары
(дөңгелектенген шамалар)
Аталуы Таңбасы Ar
Азот N 14
Алюминий А1 27
Сутек Н 1
Темір Ғе 56
Алтын Аи 197
Оттек О 16
Мыс Си 64
Қалайы Sn 119
Сынап Hg 201
Қорғасын Pb 207
Күкірт s 32
Күміс Ag 108
Көміртек C 12
Мырыш Zn 65
Егер зат атомдардан құралса, онда есептеу атомдар (С, Na, Fе) бойынша,
егер зат молекулалық болса, нақты молекулалар (N2, Н2О) бойынша, ал егер
зат иондық болса, онда шартты молекулалар (KBr, Na2SO4, Mg3N2 формулалық
бірліктер) бойынша жүргізіледі.
Зат мөлшерінің бірлігі - моль - сол заттың 6,02 • 1023 бөлшегі бар зат
мөлшеріне сәйкес. 6,02 ·1023бөлшектер санын Авогадро санына атайды. Егер
Авогадро санына моль-1 бірлігін қосып жазса, онда Авогадро тұрақтысы деп
аталатын (n) физикалық тұрақты алынады:
NA= 6,02·1023моль-1
Авогадро санын есте сақтау қажет.
Заттың берілген бөлігіндегі В затының мөлшерін анықтау үшін ондағы
бөлшектер санының (NB) Авогадро санынан неше есе өзгеше екенін табу керек:
Мысалдар:
Зат мөлшерімен қосылыстардың жекелеген иондарын (К+, Na+, Mg2+, Br-,
SO42-, N3-) сипаттауға болады. Мысалы, 1 моль Mg3N2 3 моль Mg2+ иондарынан
және 2 моль N3- иондарынан тұрады.
Молярлық масса
Заттың берілген бөлігінде 6,02-1023бөлшек болатын 1 моль зат мөлшерінде
тек сол затқа ғана тән массасы болады. Мәселен, 1 моль көміртек массасы 12
г, 1 моль Н2О - 18 г. Заттың бұл сипаттамасын, яғни берілген заттың 1 молі
массасын молярлық масса деп, оны М әрпімен белгілейді. Егер зат бөлігі 2
моль деп берілсе, оның массасы заттың М шамасынан 2 есе көп болады.
В затының молярлық массасы деп заттың берілген бөлігі массасының тв осы
бөліктегі зат мөлшеріне пв қатысын айтады.
Молярлық массаның бірлігі: гмоль. Мысалдар:
М(С)=12гмоль
М(Н2О)=18гмоль
М(РС13) =137,5 гмоль
Берілген заттың молярлық массасы М сан жағынан әрқашан сол заттың
салыстырмалы молекулалық массасына МГ (атомдық затқа салыстырмалы атомдық
масса А) тең. Басқаша айтқанда, М-ды есептеу үшін Периодтық жүйе бойынша
сол заттың МГ шамасын есептеп, оған гмоль бірлігін қосып жазу керек:
Н: А=1 М = 1 гмоль
Н2: М = 2 М = 2 гмоль
HF: А = 20 М = 20 гмоль
H2SO4: Мг=98 М = 98 гмоль
Са: Аг=40 М = 40 гмоль
Са2+: М = 40 М = 40 гмоль
СО23-: М = 60 М = 60 гмоль
Са СО3: М= 100 М=100гмоль
Осы көрсетілген заттардың массалық бөліктерінде сол заттардың 1
молінемесе 6,02 • 1023 формулалық бірлігі бар.
Авогадро заңы.
Газдың молярлық көлемі.
Газдың салыстырмалы тығыздығы
Химиялық есептеулерде газ тәріздес реагенттер мен өнімдердің массасын
олардың көлемдерімен жиі ауыстырады. Негізгі газдық заң - Авогадро заңы.
Бірдей температура мен қысымда әр түрлі газдардың бірдей көлемдеріндегі
молекулалар саныда бірдей.
Заңды 1811 жылы итальян физикохимигі А. Авогадро гипотеза ретінде
ұсынды, 1858 жылы итальян химигі С. Канниццаро атом-молекулалық ұғым
тұрғысынан түсіндіріп берді.
Авогадро заңының бірінші салдары.
Бірдей жағдайда кез келген газдың бірдей мөлшері бірдей көлем алады.
Демек, қалыпты жағдайда (қ. ж.) - Т = 273,15 К (О°С) температурада және
Р = 1,01325 · 105Па (1 атм, 760 мм сын. бағ.) қысымда кез келген газдың 1
молі (қасиеттері бойынша идеал газға жақын) 22,4 л көлемді алады. Бұл
физикалық тұрақты қалыпты жағдайдағы газдың молярлық көлемі деп аталады.
Молярлык көлем Vм дегеніміз - В (VB) газы көлемінің зат мөлшеріне (пв )
қатысы:
Газдың молярлық көлемінің бірлігі: лмоль.
Қалыпты жағдайда VM = 22,4 лмоль.
Бұл тұрақтыны есте сақтаған дұрыс.
VM анықтамасынан:
Осы өзгерістер арқьілы газдардың массаларын көлемдеріне айналдыруға
болады.
Авогадро заңының екінші салдары:
Газ күйдегі В затының молярлық массасы оның сутек бойынша тығыздығын
екі еселегенге тең, яғни
Осыған ұқсас, ауаның орташа молярлық массасын есепке алғанда, М =29
гмоль:
Сутек бойынша D(H2), ауа бойынша Daya және кез келген газ бойынша да
салыстырмалы тығыздықты эксперименттік түрде анықтап, газдың молекулалық
массасын есептейді.
Күрделі заттағы элементтің массалық үлесі
Күрделі заттың белгілі химиялық формуласы арқылы осы зат кұрамындағы
элементтердің массалың үлестерін анықтайды.
Күрделі заттың жалпы массасындағы элементтің массалың үлесі (ωэ) - осы
элемент массасының (бөліктің массасы) заттың тұтас массасына (бүтіннің
массасы) қатысы:
Элементтің массалық үлесі бірліктегі немесе 100%-тегі үлесі арқылы
көрсетіледі.
Күрделі заттағы элементтің массалық үлесі әрқашанда бірден кем болады
(ωэ)1 немесе 100%). Мысалы, су Н2О үшін:
Күрделі заттың құрамындағы барлың элементтердің массалық үлестері
қосындысы 1-ге тең (немесе 100%).
Мысалы, су үшін:
Көбінесе (ωэ) -ні есептеу үшін заттың тиісті бөліктерін оның молярлық
массасына тең қылып алады, бұл бөлікте берілген элементтің массасы
молекуладағы осы элемент атомдарының санына көбейтілген оның молярлық
массасына тең.
Екі элементті AаВb заты үшін:
Мұндағы ωв-ны төмендегідей де анықтауға болады:
Осы тәріздес формулалар көп элементті заттарға да қолданылады. Мысалы,
NaHCO3 үшін есептеу нәтижелері мынадай:
Реакциялар тендеулері бойынша стехиометриялық
(сайма-сайлылық) есептеулер
Химиялық реакцияның теңдеуі, мысалы
тек сапалық аспектіні (яғни реагенттер мен өнімдердің химиялық табиғатын)
ғана көрсетіп қоймайды, сонымен қатар қалдықсыз реакцияға түскен бастапқы
заттар мен солардан түзілген соңғы заттар арасындағы сандық қатынасты да
көрсетеді, нақтырақ айтқанда:
а) 1 моль алюминий гидроксиді А1(ОН)3 3 моль хлорсутекпен HC1 толық
әрекеттеседі;
ә) 1 моль А1(ОН)3 және 3 моль НСІ-дан 1 моль алюминий хлориді А1С13
және 3 моль су Н2О түзіледі.
Осыған қарағанда, егер реакцияға А1(ОН)3 басқа мөлшері, мәселен, 0,5
молі қатысса, онымен 1,5 моль HC1 әрекеттеседі, нәтижесінде 0,5 моль А1С13
және 1,5 моль Н2О түзіледі деп айтуға болады.
Сондықтан дүрыс құрылған реакциялар теңдеулері негізінде сандық есептеу
жүргізуге болады, реакцияға қатысушы бір заттың берілген мөлшері (не
массасы) бойынша реагенттер мен өнімдердің мөлшері мен массаларын анықтауға
болады.
Белгілі бір реакция үшін
төмендегідей қатыс орындалады:
мұндағы пА, пв, пс nD - реакцияға түскен реагенттер мен одан түзілген
өнімдердің мөлшерлері.
Егер бір заттың мөлшері (мысалы, пс) белгілі болса, онда реакцияға
қатысушы басқа заттардың да мөлшерлерін (пА, пв, пс, nD, ...) есептеуге
болады.
Реагенттер мен өнімдердің мөлшерлерінен олардың массаларына көшуге
болады:
Егер бір заттың массасы (мысалы, тс) белгілі болса, онда берілген
реакциядағы барлық қалған заттардың массаларын есептеуге болады.
Реакцияға газ тәріздес заттар қатысса, онда көбінесе олардың массасын
емес, көлемдерін анықтайды. Мәселен, төмендегі реакция үшін
В және D газ тәріздес заттарының көлемі мына тең-деумен есептеледі:
Берілген шамалардың (тА, VB, mc, VD) біреуі белгілі болса, қалғандарын
да есептеуге болады.
Реагенттердің артықтығы және жетіспеушілігі
Әрекеттесуші заттардың зат мөлшерлері мен массаларының әрқашанда
пропорционал бола беруі мүмкін емес. Көбінесе реагенттің біреуі
артықтығымен, екіншісі жетіспеушілікпен алынады.
Егер
2Н2+О2=2Н2О
реакциясында 2 моль су алу үшін 2 моль Н2 мен 1 моль О2 алмай, басқаша 2
моль Н2 және 2 моль О2 алынса, онда 1 моль О2 реакцияға түспей, артық болып
қалады. Артық алынған реагент (мысалы, В) мына теңсіздік арқылы анықталады:
мұндағы ижалпы в - заттың жалпы мөлшері (артық алынған), пв -
стехиометриялық (реакцияға қажет) зат мөлшері және партык в - В затының
артық (реакцияға түспейтін) мөлшері және онымен бірге:
пжалпы В = пВ +партык В
В реагентінің артық мөлшері реакцияға араласпайды, сондықтан алынған
өнім мөлшерін тек жетіспейтін (аздау алынған) реагент мөлшерімен есептейді.
Өнімнің іс жүзіндегі шығымы
Реакция тендеуіне сәйкес есептелген реакция өнімінің мөлшері теориялык
мөлшер nтеор деп аталады. Бірақ нақты жағдайларда кейде өнім реакция
тендеуіне сәйкес есептелгеннен аз алынуы мүмкін, оны іс жүзіндегі мөлшер п
іс жүзінде деп атайды.
В өнімінің іс жүзіндегі мөлшерінің (нақты алынған) теория жүзіндегі
мөлшеріне (реакция тендеуі бойынша есептелген) қатысы өнімнің іс жүзіндегі
шығымы деп аталып, ηв арқылы белгіленеді:
Тура осындай теңдеулерді кез келген өнім массасы мен газ тәріздес
өнімнің көлеміне құрута болады.
Өнімнің, іс жүзіндегі шығымы деп бірден немесе 100%-тен үлесін айтады.
Іс жүзінде п іс жүзінде п теор болғандықтан, көбінесе ηв 1
(100%).
Егер идеал жағдайда п іс жүзінде = птеор болса, онда шығым толық
болады, яғни ηв 1 (100%), мұны теориялық шығым деп атайды.
Қоспадағы заттың массалық үлесі. Заттың тазалық дәрежесі
Реакциялар жүргізу үшін көбінесе жеке таза заттар емес, олардың
қоспаларын - табиғи минералдар мен кендерді алады. Қоспадағы әр заттың
мөлшері оның массалық үлесімен беріледі.
Қоспадағы В затының массалық үлесі ωв - сол заттың массасының (mв)
қоспа массасына (тв қоспа ) қатысы:
Қоспадағы заттың массалық үлесі оның бірліктен немесе 100%-тен үлесі
ретінде беріледі.
Қоспадағы барлық заттардың массалың үлестерінің қосындысы 1-ге(100%-ке)
тең.
Қоспадағы бір зат (В) көбірек болса, оны негізгі зат деп, қалғандарын
қоспалар (қосымшалар) деп, ал ωв-ны негізгі заттың тазалық дәрежесі деп
атайды.
Мысалы, әктаста (табиғи кальций карбонаты) 82% СаСО, болады. Басқаша
айтқанда, әктастың СаСО3 бойынша тазалық дәрежесі 82%-ке тең. 18% қалдық
кұрамында әр түрлі қоспалар (құм, силикаттар т.б.) бар. Қоспалар әрдайым
табиғи қосылыстарда (пайдалы қазбалар, кендер, минералдар, тау жыныстары)
және өнеркәсіп өнімдерінде болады.
Химиялық реагенттердің тазалық дәрежесі әр түрлі: сапасы бойынша
қоспалар проценттік құрамының азаюына қарай реактивтер техникалық,
таза, талдау үшін таза, химиялық таза және өте таза болып бөлінеді.
Мәселен, химиялықтаза күкірт қышқылында 99,999% негізгі зат (H2SO4) пен
0,001% қоспа болады.
§3. Периодтық заң және атом құрылысы
Периодтық заң
Химияның негізгі заңын - Периодтық заңды 1869 жылы Д.И. Менделеев ашты.
Aтом бөлінбейді деп саналған сол кезде оның ішкі құрылысы туралы ештеңе
белгісіз еді. Д.И. Менделеев Периодтық жүйе негізіне элементтердің атомдық
массаларын (бұрынғы атомдық салмақ) және химиялық қасиеттерін алды. Сол
уақытқа белгілі 63 элементті олардың атомдық массалары өсу ретіне (3.1-
кесте) қарай орналастырып, химиялық қасиеттері периодты түрде қайталанатын
химиялық элементтердің кәдімгі (табиғи) қатарын құрастырады. Мысалы, таза
литий (Li) металының қасиеттері натрий (Na) және калий (К) элементтерінде,
ал нағыз фтор (F) бейметалының қасиеттері хлор (С1), бром (Вr), йод (I)
т.б. элементтерінде қайталанады.
Д.И. Менделеев кейбір элементтерге (мысалы, алюминий[Al] мен
кремнийге[Si]) химиялық ұқсастығы бар заттарды таба алмады, бұндайлар ол
кезде әлі белгісіз еді. Олар үшін кәдімгі қатардан орын қалдырып (3.2-
кестені қараңыз), периодты қайталану негізінде химиялық қасиеттерін
болжады.
Кейіннен сәйкес элементтер (мысалы, алюминий (А1) ұқсастығы - галлий
(Ga), кремний (Si) ұқсастығы -германий (Ge)) ашылғанда, Д.И. Менделеевтің
болжамы толығымен дәлелденді (3.3-кестені қараңыз).
Д.И. Менделеев тұжырымдауындағы Периодтық заң:
Қарапайым денелердің қасиеттері, сондай-ақ элементтер қосылыстарының
түрлері мен қасиеттері элементтердің атомдық салмақтарының шамасына
периодты тәуелділікте болады.
Периодтық заңның жаңа анықтамасы (элементтер атомдарының құрылысына
негізделген) осы параграфтың соңында келтіріледі.
3.2-кесте. Д.И. Менделеевтің Периодтық заңды ашу қарсаңындағы 1869
жылғы белгілі химиялық элементтер
Периодтық жүйе
Периодтық заң негізінде Д.И. Менделеев химиялық элементтердің
Периодтыңжүйесін жасады. Ол 7 периодтан және 8 топтан тұрады.
Периодтар - кестенің көлденең қатарлары, олар кіші және үлкен болып
бөлінеді. Кіші периодтарда 2 элемент (1-период) немесе 8 элемент (2, 3-
периодтар), үлкен периодтарда 18 элемент (4, 5-периодтар) немесе 32 эле-
мент (6-период) бар, 7-период әлі аяқталған жоқ. Әр период нағыз металдан
басталып, нағыз бейметалмен және асыл газбен аяқталады.
Тік қатарлар элементтердің топтары деп аталады. Әр топ екі топшаға
бөлінеді (негізі және қосымша). Топшалар-химиялық ұқсас болып табылатын
элементтер жиынтығы; көбінесе топшадағы элементтер өздерінің топтары
нөмірлеріне сәйкес жоғары тотығу дәрежесін көрсетеді.
Мысалы, бериллий мен мырыш топшалары элементтеріне (II топтың негізгі
және қосымша топшалары) (+11) жоғары тотығу дәрежесі, ал азот пен ванадий
топшалары элементтеріне (V топ) (+V) жоғары тотығу дәрежесі сәйкес келеді.
Негізгі топшаларда элементтердің, химиялық қасиеттері бейметалдың
қасиеттерден металдың қасиеттерге кең аралықта өзгереді (мысалы, V топтың
негізгі топша-сындағы азот - бейметалл, ал висмут - металл). Қосымша
топшалардағы элементтер қасиеттері соншалықты күрт өзгермейді (мысалы, IV
топтың қосымша топшасы элементтері [титан, цирконий, гафний] қасиеттері
бойынша өте ұқсас, әсіресе кейінгі екі элемент).
Периодтық жүйеде нағыз металдар I топта (Li-Fr), II (Mg-Ra) және III
топта (Іп ,ТІ) орналасқан. Бейметалдар VII (F-At), VI (О-Те), V (N-As), IV
(C-Si) және III (B) топтарда орналасқан.
Негізгі топшалардағы кейбір элементтер (бериллий Be, алюминий А1,
германий Ge, сүрме Sb, полоний Ро және т.б.), сонымен қатар қосымша топтағы
кептеген элементтер әрі металдық, әрі бейметалдық қасиеттер керсетеді
(екідайлық құбылысы).
Кейбір негізгі топшаларға топтық атаулар берілді: I (Li-Fr) - сілтілік
металдар, II (Ca-Ra) - сілтілікжер металдар, VI (О-Ро) - халькогендер, VII
(F-At) - галогендер, VIII (He-Rn) - асыл газдар.
Периодтық жүйенің Д.И. Менделеев ұсынған түрі қысқа периодты немесе
классикалық (3.2-кестені қараңыз) деп аталады. Қазіргі кезде ұзын периодты
деп аталатын түрі кеңінен қолданылуда: ондағы барлық кіші және үлкен
периодтар сілтілік металдан басталып, асыл газбен аяқталатын ұзын
қатарларға созылып орналасады (3.4-кестені қараңыз).
Элементтердің әрбір тік тізбегі топ деп аталады, олар І-ден VII-ге
дейінгі рим сандарымен ж;әне бас А не бас Б орыс әріптерімен нөмірленеді.
Мысалы, ІА-тобы - сілтілік металдар (яғни қысқа периодты нұсқадағы I топтың
негізгі топшасы), ал ІБ-тобы - мыс, күміс және алтын элементтері (яғни I
топтың қосымша топшасы), осыған ұқсас VIA-тобы - халькогендер, ал ViБ-тобы
- хром, молибден және вольфрам элементтері. Сонымен, негізгі топшалар -ұзын
периодты нұсқадағы А-топтары, ал қосымша топшалар - В-топтары, Периодтық
жүйенің екі түрінде де топ нөмірлері бірдей.
Д.И. Менделеевтің Периодтық заңы және элементтердің Периодтық жүйесі
қазіргі химияның негізі болып табылады.
Aтом құрылысы
XIX ғасырдың соңы мен XX ғасырдың басында физиктер атомның күрделі
бөлшек екенін және оның жай (элементар) бөлшектерден тұратынын дәлелдеді.
Анықталғандар:
а) катодтың сәулелер (ағылшын физигі Дж. -Дж. Томсон, 1897 жыл),
олардың бөлшектері е- электрондар деп аталды (бірыңғай теріс зарядты);
ә) элементтердің табиғи радиоактивтігі (француз ғалымдары -
радиохимиктер А. Беккерель мен М. Склодовская-Кюри, физик П. Кюри, 1896
жыл) және α-бөлшектердің (гелий ядролары 42Не2+) болуы;
б) ядро деп аталатын оң зарядталған бөлшек (ағылшын физигі және
радиохимигі Э. Резерфорд, 1911 жыл);
в) бір элементтің екінші элементке жасанды жолмен айналуы, мысалы
азоттың оттекке (Э. Резерфорд, 1919 жыл). Бір элемент атомы ядросынан
(Резерфорд тәжірибесінде - азот) α –бөлшекпен соқтығысып, басқа элемент
атомының ядросы (оттек) және протон (р+,
+ ядросы) деп аталған бірыңғай оң зарядты жаңа бөлшек пайда болды;
3.3-кесте. Эка-алюминий мен галлийдің, эка-силиций мен германийдің
қасиеттерін салыстыру
Эка-алюминийГаллий Ga Эка-силиций Гсрманий Ge
R R
Элемент Элемент
Периодтық Периодта 4-период Периодтық Периодта 4-период
жүйедегі орнымырыштан ІІІА-тобы жүйедегі эка-алюминийlVA-тобы
соң, топта орны ден кейін
алюминий (галийден),
астында топта
кремний
астында
Реттік нөмірі31 31 Реттік 32 32
нөмірі
Атомдық 69 69,72 Атомдық 72 72,61
массасы массасы
(а.м.б.) (а.м.б.)
Тотығу +ІІІ +ІІІ Тотығу +II,+IV +II,+IV
дәрежесі дәрежесі
Металл Металл
Тығыздығы 5,9 5,904 Тығыздығы 5,5 5,35
(гсм1) (гсм3)
Балқу Оңай балқиды29,780С Алу әдісі ҚосылыстарынGeO2 немece
температурасы ан K2 [GeF6 ]
тотықсыздандсутегімен
ыру тотықсызданды
ру
Алу әдісі ҚосылыстарынОксидін Қышқылға Сутегін НСІ-мен және
ан сутегімен қатынасы ығыстырмайтыH2SO4
тотықсыздандтотықсызданд н болады (сұйылтылған)
ыру ыру немесе
хлорид
ерітіндісін
электролизде
у
Суға қатынасыҚыздырғанда Қайнаған Оксидтер RO, RO2 GeO, GO2
әрекеттеседісумен және
қатты
қыздырылған
бумен
әрекеттеседі
Қышқылдарға Оңай НСІ-мен оңайЖоғарғы 4,7 4,703
қатынасы әрекеттесетіәрекеттеседіоксидіні ң
н болады (Н2бөлінеді)тығыздығы
(гсм3)
Сілтілерге ӘрекеттесетіӘрекеттеседіГидрокси д Ge(OH)4 GеO2· n H2O
қатынасы н болады (Н2
бөлінеді)
Оксид R2O3 Ga2O3 Химиялық Әлсіз Амфотерлі
касиеттері негізді
3.3-кесте. Эка-алюминий мен галлийдің, эка-силиций мен германийдің
қасиеттерін салыстыру (жалғасы)
Тығыздығы 5,5 5,88 Хлоридтер RC12 RCI4 GeCl GeCl4
(гсм )
Гидроксид R(OH)3 Ga(OH), Жоғарғы
хлорид
Химиялық Әлсіз Амфотерлі 20°С-тағы Сұйық Сұйық
қасиеттері негіздік агрегаттық
күйі
Сілтілер мен Еритін Ериді, Ұшқыштығы Жоғары Жоғары
аммиак болады [Ga(OH)4]
гидратына түзеді
қатынасы
Сульфат R2(SO4)3 Ga2(SO4)3 Қайнау 900 С 83,10С
температур
асы
Қайнаған суғаНегізгі Ga(SO4)OH 200 С-тағы1,9 1,880
қатынасы тұзының тұзының тығыздығы
тұнбасын тұнбасын
береді береді
Карбонаттар Тұнба Оа(ОН)3тұнбаСуға Оңай GeO2 мен
ерітіндісіне беретін сын береді катынасы айырылатынНСІ-ға
қатынасы болады (СО2 болады оңай
бөлінеді) гидролизде
неді
Ашудастар Түзеді Түзеді Сульфид RS2 GеS2,
Формуласы KR(SO4)2 KGa(SO4)2 NH4HS Еритін Ериді,
ерітіндісіболады [GеS,]2
не түзеді
қатынасы
Хлорид RCl GaCl3
Ұшқыштығы Жоғары Жоғары
Қайнау Төмен 201,30С
температурасы
Сульфид R2S3 Ga2S3
Ерітіндіден Болмайды Тұнбайды
тұндыру
г) атом ядросында электрбейтарапты бөлшектер -нейтрондардың п° болуы
(ағылшын физигі Дж. Чедвик, 1932 жыл).
Әр элементтің атомында (-тан басқасында) протондар, нейтрондар
және электрондар болатындығы анықталды, протондар мен нейтрондар атом
ядросында жинақталса, электрондар оның шетінде (электрондың қауызда)
орналасады. Ядродағы протондар саны атом қауызындағы электрондар санына тең
және ол Периодтық жүйедегі осы элементтің реттік нөміріне сәйкес келеді.
Кез келген атомның электронды қауызы - күрделі жүйе. Ол энергиясы әр
түрлі қабатшаларға (энергетикалың деңгейлерге бөлінеді, деңгейлер өз
кезегінде деңгейшелерге бөлінеді, ал деңгейшелер пішіні мен мөлшерлері
бойынша өзгешеленетін атомдың орбитальдармен геометриялық тұрғыда
кескінделеді. Атомдық орбитальдар пішіндеріне қарай s, р, d және т.б.
әріптермен белгіленеді. s-орбиталі мен үш р-орбиталінің пішіндері 3.1-
суретте көрсетілген, d-орбиталінің пiшіні күрделірек болғандықтан, бұл
суретте келтірілмеді.
3.1 -сурет. Атомдың s- және р-орбитальдар пішіндері
Бірінші энергетикалық деңгейдің атомдық s-орбиталі 1s, екіншісінікі -
2s т.б. болып белгіленеді және ондай орбиталь әр деңгейде біреу ғана
болады. Екінші энергетикалық деңгейден бастап р-орбитальдар пайда болады,
әр деңгейде үшеу және олар р-деңгейшелер деп аталады. Үшінші энергетикалық
деңгейден d-деңгейше басталады (бес р-орбиталь).
Әр атомдың орбитальда ең көп дегенде екі электрон ғана орналасады
(Паули принципі бойынша). Атомдың орбитальдарды электрондар энергиясы ең аз
деңгейшеден бастап толтырады (энергия минимумы принципі).
Денгейшелер энергиясы өсуінің реті:
Есептеулерге сүйеніп, электрондардың белгілі бір траекториямен ғана
қозғалмайтындығын, керісінше, ядро маңындағы кеңістіктің кез келген
бөлігінде бола алатындығын, яғни ядродан белгілі қашықтықта болу мүмкіндігі
туралы ғана сөз етуге болатындығын білеміз.
3.2-суретте электрондарментолтырылған 1s-, 2s-, 3s- және 2р-
орбитальдары көрсетілген. Мұнда электрондардың болу мүмкіндігі өте жоғары,
басқаша айтқанда, үлкен электрондық тығыздық бар. Орбиталь көлемінен тыс
кеңістікте электрон тығыздығы өте аз.
Энергиялары бірдей орбитальдар (мысалы, бір деңгейшенің үш р- орбиталі)
болғанда, әр орбиталь алдымен жартылай толады (сол себепті р-деңгейшеде
жұптаспаған электроңдар үшеуден артық болмайды), одан кейін ғана электрон
жұптарын түзу арқылы түгел толады (Хунд ережес).
3.2-сурет. Атомдық s-және р-орбитальдар үшін электрондық тығыздық
Атомда электрондар энергетикалық ең тиімді (энергиясы аз) атомдық
орбитальдарды қамтиды. Атомның электрондың конфигурациясын көрсету үшін,
оның электрондарын деңгейшелерге ұсынылған үш толтыру ережесіне сәйкес
орналастыру қажет (3.3-сурет).
Атомдардың электрондық конфигурацияларын толық және қысқартылған
электрондың формулалар арқылы жазады:
Электрондар үшін жеке мысалдар сутектен бастап криптонға дейін
көрсетілді, алғашқы төрт период элементтері қалғандарының электрондық
формулаларын 3.3-сурет арқылы оңай шығаруға болады. Атомдардың электрондық
конфигурацияларын қарастырудан VIIIA-тобы элементтерінің (He, Ne, Аr және
басқалары) аяқталған s-, р-деңгейшелері бірыңғай (s2p6) екені байқалады,
мұндай конфигурациялар жоғары тұрақтылықты және асыл газдардың химиялық
бәсеңдеуін көрсетеді. Басқа элементтер атомдарында сыртқы s- және р-
деңгейшелері аяқталмайды, олар қысқартылған электрондық формулалармен
көрсетілген. Мысалы 17С1 = [10Ne]3s23p5 (асыл газдың таңбасы толтырылған
алдыңғы деңгейшелер қосындысын береді, яғни 10Ne = 1s22s22p6). Аяқталмаған
деңгейшелер мен олардағы электрондарды валенттік деп те атайды, себебі
атомдар арасындағы химиялық байланыстардың түзілуіне тек солар ғана
қатысады.
Элементтер ... 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
Реферат
Курстық жұмыс
Диплом
Материал
Диссертация
Практика
Презентация
Сабақ жоспары
Мақал-мәтелдер
1‑10 бет
11‑20 бет
21‑30 бет
31‑60 бет
61+ бет
Негізгі
Бет саны
Қосымша
Іздеу
Ештеңе табылмады :(
Соңғы қаралған жұмыстар
Қаралған жұмыстар табылмады
Тапсырыс
Антиплагиат
Қаралған жұмыстар
kz