Ерітінділердің физикалық теориясы

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 21 бет
Таңдаулыға:

Жоспар
I.Кіріспе бөлім
II.Негізгі бөлім
2.1. Ерітінділер туралы түсінік
2.2. Ерітінділердің түрлері
III.Қорытынды бөлім
IV.Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

I.Кіріспе бөлім
Ерітінділер -- кем дегенде екі құрамдас бөліктерден тұратын құрамы өзгермелі гомогенді(біртекті) жүйелер.

1-сурет. Колбалардағы ерітінділердің түрлері

Ерітінділер газ тәрізді, сұйық және қатты болуы мүмкін. Олардың ішінде жан-жақты зерттелгені және жиі қолданылатыны сұйық, әсіресе, сулы ерітінділер. Сондықтан тұрмыста ерітінділер деп, көбінесе, сұйық күйде-гі молекула-дисперстік жүйелерді айтады. Ерітінділердің құрамы құрамдас бөліктердің конценрацияларымен сипатталады. Ерітінділер қаныққан, қа-нықпаған және аса қаныққан деп бөлінеді. Берілген температурада жақсы еритін заттардың ерігіштігінің де шегі бар.
Еріген заттың концентрациясы белгілі бір мөлшерден асқанда, оның артығы ерімей, ерітіндінің түбіне шөгеді. Бұл кезде ерітінді мен еріген зат те-пе-теңдік жағдайда болады. Мұндай ерітінділерді қаныққан ерітінділер, ал концентрациялары қаныққан ерітіндінің концентрациясына дейінгі барлық ерітінділерді қанықпаған ерітінділер деп атайды. Кейбір еріткіштің белгілі бір мөлшерінде еритін заттың ерігіштігіне сәйкес мөлшерінен де артық мөл-шерін ерітуге болады. Мұндай ерітінділер аса қаныққан ерітінділер деп ата-лады. Аса қаныққан ерітінділердің тұрақтылығы нашар болады. Кез келген сыртқы әсерден еріген заттың артық мөлшері ерітіндіден бөлініп,тұнбаға тү-седі. Сөйтіп аса қаныққан ерітінді жай қаныққан ерітіндіге айналады. Кей заттар ерігенде олардың молекулалары иондарға ыдырайды, яғни диссоциа-цияланады. Электр тогын өткізетін болғандықтан, ондай заттардың ерітінді-лерін электролит ерітінділері деп атайды. Оған көптеген қышқылдар мен негіздердің, әсіресе, тұздардың ерітінділері жатады. Керісінше, ерігенде мо-лекулалары иондарға ыдырамайтын, сондықтан электр тогын өткізбейтін зат-тардың ерітінділері бейэлектролиттердің ерітінділері деп аталады. Полимер-лердің ерітінділері ерітінділердің үлкен тобын құрайды. Ерітінділердің бе-тіндегі бу қысымы және оның қату температурасы таза еріткіштікке қараған-да төмендеу, ал қайнау температурасы жоғарылау болады.Сонымен қатар ерітінділерде осмос қысымыбайқалады. Ерітінділердің бұл қасиеттерінің барлығы тек еріген заттың молекулалар санына ғана тәуелді. Олардың өз-герістері Вант-Гофф және Рауль заңдарымен сипатталады. Мысалы, аце-тонның, кез келген эфирдің немесе спирттің судағы концентрациялары бір-дей ерітінділерінің осмос және бу қысымдарының салыстырмалы төмендеу-лері, қату температураларының төмендеуі, ал қайнау температураларының жоғарылауы бірдей болады. Бұдан кейбір ғалымдар ерітінді түзілгенде еріт-кіш пен еріген зат арасында ешқандай әрекеттесулер болмайды, олар тек араласады деген қорытындыға келген. Сондықтан бұл қасиеттер ерітінділер-дің физикалық теориясына тәжірибелік негіз болған. Идеал газдар сияқты молекулаларының арасында ешқандай әсерлесулер болмайтын, дәлірек ай-тқанда, мейлінше аз болатын ерітінділер идеал ерітінділер, ал қалғандарын реал ерітінділер деп атайды. Күшті электролиттердің ерітінділерінің кейбір қасиеттері сұйылтылған ерітінділердің қасиеттерін сипаттайтын заңдылық-тарға бағынбайды. Олардың біраз қасиеттері Дебай мен Гюккельдің "күшті электролиттер теориясымен" сипатталады. Сонымен қатар ерітінділер түзіл-генде жылу бөлінуі, жүйе түсінің құрамдас ебөліктер түсінен өзгешелігі және ерітінділер көлемінің құрамдас бөліктер көлемінің қосындысына қарағанда кемуі еріген зат пен еріткіш арасында химиялық әрекеттесулер болатынын көрсетеді. Кейде олардың арасындағы байланыстың беріктігі соншалық, ері-тінділерді суытқанда еріткіштің біраз мөлшері еріген затпен бірге кристал-данады. Оларды жалпы сольваттар, ал еріткіш су болғанда кристаллогидрат-тар деп атайды. Бұл қасиеттер ерітінділердің химиялық теориясына тәжірибелік негіз болды.

2-сурет. FeCl3 ерітіндісі.

II.Негізгі бөлім
2.1.Ерітінділер туралы ұғым
Екі немесе одан да көп заттардың біркелкі араласу нәтижесінде түзілген өн бойында қасиеті бірдей жүйелер ерітінділер деп аталады.Заттардың агре-гаттық күйлеріне байланысты ерітінділер былай бөлінеді:
Газ күйіндегі ерітінділер қатарына газдар қоспасы - ауа, тұман, мұнай бетіндегі газ күйіндегі көмірсутектер қоспасын жатқызуға болады.
Сұйық ерітінділер - сұйық бойында еріген қатты, сұйық, газ заттары, теңіз, мұхит сулары, бензин, керосин, бояулар және т.б. дүниеліктер.
Қатты ерітінділер түрі - құймалар (болат, шойын) түрлі минералдар.
Табиғатта таза зат өте сирек кездеседі, көбісі қоспа, ерітінді түрінде ұшырасады.
Жан - жануарлар, өсімдік дүниеліктерінде орын алатын биохимиялық, физикалық және химиялық құбылыстар сұйық ерітінді түрінде өтеді.Сұйық ерітінділер - еріткіш бір немесе бірнеше затты еріту арқылы алынатын бол-ғандықтан, бұлардың түзілу табиғатын талдау барысында екі түрлі көзқарас бар - физикалық және химиялық.

Ерітінділердің физикалық теориясы
ХХ ғасырдың соңында ерітінді физикалық түзіліс, онда еріткіш пен еріген зат арасында ешбір әрекеттесу жоқ деп есептелді.Ерітіндінің түзілуін еріткіштің енжар ортасында еріген зат бөлшектерінің таралуымен түсіндірілген. Кейінен келе бұл теория тек идеалды ерітіндінің тәртібін ғана сипаттайтыны белгілі болады (мысалы, көптеген газ ерітінділері), онда еріген зат бөлшектерімен еріткіш бөлшектері өзара ешбір әрекеттеспейді. Бұл теорияны Я.Вант - Гофф, С.Аррениус, Оствальд т.б. ғалымдар жақтады. Д.И.Менделеев ерітінділерді зерттеуге 40жылдай ғылыми жұмысын арнаған оның ерітінділердің химия-лық теориясы 1887ж жасалды және экспериментпен бекітілді

Ерітінділердің химиялық теориясы.
Бұл теорияның негізгі шарты:
1. Еру - ол, физика - химиялық күрделі процесс, оған энергияны жұмсауды талап ететін (∆H0), бөлінуімен (∆H20) байланысқан, еріген заттың молеку-ласы мен еріткіш молекуласының әрекеттесуі енеді.
2. Еру процесі экзотермиялық (мысалы, суда NaOH H2SO4 ерігенде), эндо-термиялық (мысалы, суда NH4NO3 ерігенде) болуы мүмкін. Зат ерігенде бө-лінетін жылуды еру жылуы деп атайды.
3. Еріткіш пен еріген заттың химиялық әрекеттесуі нәтижесінде сольваттар немесе гидраттар (егер су еріткіш болса) түзіледі. Құрамында су молекуласы болатын кристалды заттарды криссталлогидраттар деп атайды.Ал, кристал-логидрат құрамына енетін суды кристалдық су дейді. Табиғи минералдардың көпшілігі кристаллогидратқа жатады:
Na2SO4 ∙10H2O - глаубер тұзы
KAl (SO4)2 ∙10H2O - алюминий ашутасы.
Сольваттар (гидраттар) донорлы - акцепторлық, ион - дипольдік әсерлесулер есебі мен сутектік байланыстар есебінен,және де дисперстік әсерлесулерден пайда болады.
Ерітінді деп екі немесе бірнеше компоненттен тұратын гомо-генді сис-темаларды айтады. Әдетте ерітінділердің тығыздығы, қайнау және қату тем-пературасы, тұткырлығы сияқты касиеттері өзгеріп отырады. Ерітінділерді жай механикалық қоспа деп те, хи-миялық косылыс деп те қарастыруға бола-ды.Ерітіндінің механи-калық қоспадан басты айырмашылығы ондағы әрбір микроско-пиялық (өте кіші, ұсақ) бөлшектерді химиялық кұрамы мен физи-калық қасиеттерінің көлемде бірдей болуында. Ал химиялық қосылыстардан негізгі өзгешелігі оның құрамыньвд еритін зат көп еріткіштід мөлшеріне тәу-елділігінде және еселік катынас заңына бағынбауында. Мысалы, ас тұзы суда тек белгілі мөлшерде ғана ериді. Айталық, 20°С (293Қ)-та алынған 100 мл су-да ас тұзыньщ 36,8 грамы ғана ериді де, одан әрі оның мөлшерін қанша кө-бейтсек те ол ерімейді. Бұл қалыпты жағдайда кездесетін құбылыс. Ерітінді-нің химиялық қосылыстан тағы бір өзгешелігі -- химиялық байланыс табиға-тында. Егер химиялық қосылыстар негізінен ион-ды, ковалентті байланыс-тармен сипатталса, ерітіндідегі байла-ныс, газдарда кездесетін аса әлсіз ван-дер-ваальстік, ал кейбір жағдайларда косымша сутектік байланыстармен тү-сіндіріледі.Жай қоспалардағы заттар өзара ешбір байланыссыз-ақ ара-ласса, ерітіндідегі еріткіш пен еритін заттар арасында әлсіз болса да химиялық бай-ланыс болады. Мысалы, бірдей өлшемдегі кұм мен ағаш немесе темір үгін-дісін араластырса, қоспа пайда болады және оларды бір-бірінен бөлуге бола-ды. Ал, ас тұзын немесе қант-ты су да ерітсе, олар оңайлықпен әуелгі жеке заттарға бөлінбейді.Көбінесе, екі зат, бір-бірінде ерігенде, олардьщ арасында өзі-нін, агрегаттык күйін өзгертпейтін немесе ерітінді кұрамындағы мөлшері басым болатын бөлікті еріткіш дейді. Демек, "еріткіш", "еритін зат" ұғым-дары салыстырмалы екенін ескеру керек. Мыса-лы, спирт пен судың тең бө-лігін бір-бірінде ерітсе, олардың қайсысының еритін зат, қайсысының еріт-кіш екенін ажыратуқиын, өйткені екеуі де сұйық және бір-бірінде ерігіштік-тері бірдей. Мұн-дайда ерітінді кұрамындағы компоненттер туралы айткаі д\рыс. Сондықтан компоненттердің агрегаттык ю,иш сскеріп, ертпділср-ді үш топқа белуге болады. газдың газдардағы ерітіндісі (газ кос-пасы); сұйық ері-тінділер; қатты ерітшділор. Газ ерітінділеріне ауа, ал қатты ерітінділерге түр-лі металдардың қорытпалары мы-сал болады. Ал, сүйық ерітінділер газдар-дың сұйықтағы ерітінді-лері; сұйықтың сұйықтағы ерітінділері, қатты зат-тардың сүйықта-ғы ерітшділері болып бөлінеді.Еріткіші су болатын ерітін-ділер табиғатта кең тараған. Жер қыртысындағы, өсімдіктер мен тірі орга-низмдердегі процестер жүрмейді. Осыдан ерітінді дегеніміз жай ғана құбы-лыс емес, ол өте күрделі физикалық және химиялық касиеттері бар күрделі құбылыс екенін көреміз.
Еру процестері кейде жылу бөліну арқылы жүрсе, енді бірде жылу сіңіру арқылы да жүреді, яғни зат қыздырганда ғана ериді. Сондай-ак, кей заттарды еріткенде ерітіндінің көлемі кемуі немесе артуы мүмкін. Мысалы, күкірт қышкылын не натрий гидрокси-дін суда еріткенде едәуір жылу бөлінеді. Бұл еріген зат пен еріт-кіш арасында химиялық реак-цияның жүргендігін көрсетеді. Бұл процестІ сольватация, ал пайда болған қосылысты сольват дейді. Зат суда еритін болса, процесс, гидратация, қосы-лыс гидрат делінеді.
Ерітінді жайлы ілім өз алдына жеке бөлім болып, жалпы табиғаттану ғылымынан бөліне бастағаннан оның табиғатына қата-рынан екі көзқарас қалыптаса бастайды. Олардың бірін -- ерітін-ділердін, физикалық, ал екін-шісін -- химиялық теориясы дейді. Ерітінділердің физикалық теория-сы XIX ғасырдың екінші жарты-сында қалыптасты. Ол теорияның негізін салушылар С. Аррениус пен Я- Вант-Гофф болды. Бұл теория еру процесі жай физикалық қоспа ретінде, еритін заттардың ұсақ бөлшектері еріткіш көлемін-де біркелкі таралған, олардың араларында ешбір әрекет бол-майтын орта сияқты ұғымда қарастырылады. Олай болса, бұл теория еритін зат пен еріткіш араларында ешбір химиялық әрекет жүрмейді деген пікірді теріске шығармайды. Жалпы физика-лық теория ерітінділердін, қайнау температу-раларының жоғары-лауы, қату температураларының төмендеуі, будың қысы-мы, ос-мостық қысым сияқты касиеттеріне сүйенді. Бұл шамалар ерітінді-лердің концентрациясына тәуелді де, еріген заттың табиғатына тәуелсіз. Сондықтан да бұл теория бойынша ерітінділер еріген заттардың күйі газ күйіндегі ерітінділер секілді болып келетін молекулалардың бірыңғай қос-пасы іспеттес.
Ерітінділердің химиялық теориясының негізін калаушы Д. И. Менделеев болды. Бертін келе, бүл теорияға И. А. Каблу-ков, Н. С. Курнаков сияқты әйгілі совет ғалымдары елеулі үлес қосып, оны жаңа деңгейге көтер-ді. Бұл теорияны бірінші тұжы-рымдаған Д. И. Менделеев күкірт кышқылы-ньщ, этил спиртінің және басқа да қосылыстардың судағы ерітінділерін нақ-ты, жан-жақты зерттеді. Мұның нәтижесінде ол, ерітіндідегі компоненттер арасында, яғни еріген зат пен еріткіш арасында химиялық әрекет-тер жүреді деген қорытынды шығарды. Мысалы, Менделеев күкірт қышқылының ерітін-ділерінде бірнеше гидраттардың түзілетінін анықтады. Ол сондай-ақ, еріткіш пен еритін зат молекулалары-ның арасындағы байланыс негізінен сутектік байланыс арқылы немесе ондағы қосылыстар құрамына енетін полюсті моле-кулалар араларындағы өзара электростатистикалық әрекеттесу салдары-нан болатынын анықтады.
Идеал ерітінді.
Рауль заңы. Кез келген затты еріткенде еріт-кіш буыньщ қысымы тө-мендейтінін көптеген тәжірибе көрсетті. Осы негізде ерітінді құрамы мен бу қысымының төмендеуі ара-ларындағы байланысты Ф. Рауль ашқан. Оған де-йінгі оқымысты-лар тек кышқылдар мен негіздердін, судағы ерітінділерін ға-на зерттеп, онда кездесетін диссоциация сияқты, әлі табиғаты толық айқын емес кұбылыстарға келгенде, оны түсіндіре алмады. 1882 жылы Рауль отыз-дан астам органикалық қосылыстың судағы әр түрлі концентрациялы ерітін-ділерін зерттеп, олардьщ қату температураларын аныктайды. Қандай қосы-лыс болмасын, олар-дың бір молін 1 литр еріткішке (суда) еріткенде, осы ері-тінділер-дің бәрінің қатаю температуралары бір шамаға, дәлірек айтқанда 1,85°С-қа төмендейтінін байқайды. Бұл заңдылық еріген заттың табиғатына тәуелсіз болды. Ол судың орнына бензолды алып, он-да бір мольден бірнеше органикалық қосылыстарды ерітеді. Мұн-да да құрылысы мен табиғатына тә-уелсіз бірдей көлемдегі бензол-да бірдей мольдегі органикалық қосылыстар-ды еріткенде ерітінділердің қату температуралары бір шамаға ғана төменде-ген. Мысалы, Рауль тәжірибесіндегі ерітінділердің бәрі де 5,2°С-та қатқан, ал таза бензол 5,5°С-та кристалданады. Сосын, Рауль 1886 жылы қату темпера-турасынан кейін сусыз ерітінділердің бу қысымын анықтауға ауысады. Бұл, 1887 жылғы ғылыми баспада жарияланған тәжірибе нәтижесінде табылған задға әкеледі.Ал, егер Р°А -- берілген температурадағы будын таза еріткіш үстіндегі (бетіндегі) қысымы десек, ал РА -- осы температурадағы еріткіш буының ерітінді бетіндегі кысымы. Онда Рд -- РА айырма-сы бу қысымы-ның төмендеуіне тең.(Р°А -- РА)РОА -- катынасы берілген ерітінді үшін бу қысымы-ның салыстырмалы төмендеуі. ^Рауль заңының тұжырымдалуына орай, ерітінді бетіндегі еріткіш қысымының салыстырмалы төмендеуі, сұ-йықта еріген заттың мольдік үлесіне тең:
Бу қысымыныд салыстырмалы төмендеуі берілген ерітіндідегі еріген және оны еріткен заттардың табиғаты мен температурасына тәуелсіз. Еріген кез-дегі жылуы нөлге тең, яғни жылу бөлінбейтін және көлемі еріген және еріте-тін компоненттер көлемдерінің қо-сындысына тең болатын ерітінділер үшін Рауль заңының дұрыс-тығы байқалады.Кез келген температура мен концен-трацияларда Рауль заңына бағынатын ерітінділерді идеал ерітінділер дейді. Идеал ерітінді-ден басқалардың бәрі де Рауль заңынан шамалы болса да ау-ытқиды Алайда, бұл ауытқу ерітінді концентрациясы төмендеген са-йын аза-яды және ерітіндіні шексіз сүйылтқан кезде (84) теңдеу-дің екі жағынан да 1-ді азайткандағы қатынас түрақты температурада әркез орындалады:
Ерітінді бетіндегі еріткіш буының қысымы ерітіндідегі еріткіштің мольдік ү-лесіне тура пропорционалды және ондағы пропорционал-дық коэффициенті берілген температурадағы қаныққан будың таза еріткіш бетіндегі қысымы болады.Ерітінді теориясы үшін идеал ерітінділердің мәні өзгеше. Өйт-кені оны идеал газдармен салыстырғанда идеал ерітінділерде мо-лекулааралық әрекет болады.

3-сурет Ерітінділердің түрлері (HCL NaOH Ba(OH)2
Сұйық заттардың бәрінде де молекулааралық әрекет бар. Системадағы бір түрдегі молекулалардьщ араларындағы әрекет, осы система құрамына е-нетін басқа түрдегі молекулалардын. арала-рындағы әрекет бірдей болса, он-дай ерітінділерді идеал ерітінділер дейді. Бұл пікірді математика тілімен өр-нек-тесек ЕАА =Еaв == Евв Мұндағы Е -- әртүрлі зат молекулаларының әре-кет-тесу энергиясы, 4 және В -- молекула түрлері. Химиялык, және физика-лық қасиеттері ұқсас заттарды араластырғанда олар бір-бірінде еритін болса, и-деал ерітінді пайда болады.
Идеал ерітінділер үшін T = сonst жағдайында келесі шарттар орындалуы керек:
1. U= -- идеал ерітінділердін, ішкі энергиясы, ол қүра-мына енетін компо-ненттердін, ішкі энергияларыньщ қосындысына тең.
2. -- идеал ерітіндінің көлемі, сол ерітінді күрамына енетін жекеленген компоненттер көлемдерінің қосындысына тең.
3. -- идеал ерітінді энтропиясы оның құрамы-на енетін компоненттердің энтропия қосындысы мен араластыру (еріту) энтропиясының қосындысына тең. Мұнда да араластыру (еріту) энтропиясы идеал газдардағыдай (Атіх 5) таңбаланады. Рауль заңын пайдаланып, идеал ерітінді бетіндегі қысымының ерітінді құрамына тәуелділігін көрсетуге болады. Егер ерітінді құ-рамына енетін екі компонент үшін Рауль заңы орындалса
. NA+NB=1 NA=1-NB (85B) онда будың жалпы қысымы Р = РА +Рв =Р°А (1 -- NB)+PB0NB=P0A+(P0A-PB0)NB
яғни жалпы қысым ерітінді құра мынан түзу сызықты тәуелділікте болады.
1 2
4-сурет.Ерітінділермен жұмыс істеу ережесі.1-жалпақтүпті колба,2-жуанмойынды конустәрізді колба
Бұл тәуелділік 4-суретте көрсетілген. Онда бензол мен толуолдың бір-бірін-дегі ерітінділері белгілі температура аралығын-да алынды. Бензол мен тол-уолдың физикалық, химиялық қа-сиеттері және кеңістіктегі құры-лымы ұқ-сас. Сондықтан олар белгілі бір температура аралы-ғында шарты орындал-ғанда Рауль заңына бағынады (N -- компонент құрамы, ол моль-дік, көлемдік үлеспен, процент-пен беріледі).Бұл теңдеудің сол жағындагы өрнектің алы-мын да, бөлімін де жалпы қысымға (Р = РА +Рв ) бөлсек: мұндағы "б" -- бу -- "с" -- сұйық күйдегі фазаларды көрсетеді. Мұнан идеал системалардағы бу ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.