Реалды ерітінділер

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 19 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

I. Кіріспе

II. Негізгі бөлім
1. Ерітінділердің анықтамасы
2. Реалды ерітінділер
3. Ерітіндідегі компоненттердің активтілігі

III. Қорытынды

1. Кіріспе
Ерітінділер тәжірибенің көптеген салаларында кең қолданыс табады.
Ерітінділерге судың табиғи ерітіндісі, сонымен қатар шикі мұнай және әр
түрлі мұнай өнімдері – бензин, керосин, вазелин, парафин, майлайтын
материалдар, металлдардың сұйық балқымалары, силикаттардың балқыған
қоспалары, органикалық еріткіштердің қоспалары, әр түрлі сулы-спиртті
қоспалар сияқты материалдар кіреді. Өткен ғасырдың екінші жартысында еріту
процесі туралы екі бір-біріне қарсы тұжырымдар болды. Бірінші тұжырым үшін
еріту процесін химиялық құбылыс, екінші үшін физикалық құбылыс ретінде
қарастырылған. Химиялық теорияларда еріген зат пен еріткіш химиялық тұрғыда
бір-бірімен әрекеттеседі деп болжалды. Физикалық тұрғыда еріген затты газ
тәрізді күйде болатын зат ретінде қарастыруға және оған газдардың
кинетикалық теория заңдарын қолдануға болады. Осы теориялардың әрқайсысы
жетілдірілген және ерітінділердің осы заманғы теориялардың пайда болуына өз
үлесін қосты. Бұл теорияларда оның физикалық және химиялық факторларына
назар аударылады.
Д. И. Менделеев өз еңбектерін ерітінділер іліміне арнаған. Ол
ерітінділерді құрамы тұрақты жарым-жартылай диссоциация күйде болатын
тұрақты емес химиялық қосылыстар ретінде қарастырған. Оның теориялары
физикалық теорияларға қарсы болды.
Қазіргі кезде ерітінділердің Менделеев негізін салған химиялық
теориясы ойдағыдай дамуда. Спектральдық, термохимиялық, электрохимиялық
және т.б. әдістер ерітінділерді зерттеуді жоғарғы сатыға көтерді.
Ерітінділер теориясын дамытуға Қазақстан ғалымы академик М. И.
Усанович көп үлес қосты. Ол ерітінділердің идеал ерітінді болуы
концентрацияға тәуелді емес және де өте сұйылтылған ерітінділер де
идеалдықтан ауытқуы мүмкін деп тапты.
Таза күйдегі компоненттердің белгілі қасиеттері және ерітіндінің
белгілі қасиеттері арқылы ерітіндінің қасиеттерін анықтауға мүмкіндік
беретін теориялар осы күнге дейін жоқ.
Өткен ғасырдың 80-жылдарына қарай ерітінділердің концентрациясын
анықтау әдістері пайда болды. Мен осы тақырыпты таңдаған себебім, реалды
ерітінділерді зерттеу жолында ерітінді концентрациясының орнына
термодинамикалық активтіліктің қолдануын оқып білу үшін алдым.

2.1. Ерітінділердің анықтамасы
Ерітінді деп екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын біртекті
гомогенді жұйені айтады. Термодинамикалық тұрғыдан қарағанда ерітінділер
тұрақты жүйе болып табылады. Ерітінділер әр түрлі агрегаттық күйде (газ,
сұйық немесе қатты) болады. Газ күйіндегі ерітінділерді мысал ретінде
газдардың қоспаларын келтіруге болады. Мысалы, ауа - әр түрлі газдың
қоспасы. Газ күйіндегі ерітінділерді сұйық немесе қатты заттарды газда
еріту арқылы да алуға болады. Сұйық ерітінділер газдарды, сұйық немесе
қатты заттарды сұйықта еріту арқылы алынады. Қатты ерітінділер көбінесе
сұйық ерітінділерді суытып қатыру арқылы алынады. Қатты ерітінділерге
құймалар жатады.
Ерітінділер табиғатта, күнделікті өмірде, техникада, өнеркәсіпте өте
маңызды орын алады. Жер шарын қоршаған атмосфера әр түрлі газдардың
біртекті қоспасы. Сол сияқты жер бетінің 23 бөлігін алып тұратын мұхиттар
мен теңіздердің сулары әр түрлі тұздардың ерітінділері. Өзендер мен
көлдердің тұщы суларында еріген тұздардың концентрациялары бұдан аздау. Жер
қыртысы астындағы ыстық магма да көптеген заттардың біртекті қоспасы. Тірі
организмнің қаны мен шырындары да ерітінділер болып табылады, олардың
организмдегі қозғалысы ерітінділер заңдылықтарына бағынады. Мұнай да табиғи
ерітінділердің бірі. Металлургия өнеркәсібінде әр түрлі металдардың
біртекті қоспалары (құймалары) алынады. Көптеген химиялық реакциялар
ерітіндіде өтеді.
Кезінде алхимиктер заттар бір-бірімен тек ерітіндіде әрекеттеседі
деп тұжырымдаған: Carpora non aguntnisi Saluta. Әрине, кейбір реакциялар әр
түрлі фазалар арасында да өтеді, бірақ дегенмен де ерітінділерді зерттеу
өте маңызды мәселе екендігін жоғарыда айтылғандардан көреміз.
Осы уақытқа дейін ерітінділер туралы жалпы теория жоқ. Оның себебі
ерітінділердің түзілуі өте күрделі процеске жатады, олар әр түрлі физикалық
және химиялық құбылыстардың нәтижесінде түзіледі. Ерітінді түзілген кезде
жылу бөлініп не жылу сіңірілуі химиялық құбылысқа жатады. Химиялық құбылыс
кезінде ерітінді түзетін заттардың қасиеттері кенет өзгереді. Мысалы,
химиялық реакция нәтижесінде заттардың түсі кенет секірмелі түрде өзгереді,
ал физикалық процесте түстің өзгеруі бірте-бірте өтеді. Химиялық процесс
өткенде заттардың тығыздығы, сыну көрсеткіштері, жылу сыйымдылықтары,
оптикалық, теориялық, т.б. қасиеттері кенет өзгереді.
Ерітінді түзілгенде міндетті түрде жылу алмасуы байқалады. Бұдан
ерітіндінің түзілуі химиялық процеске жақын екендігін көреміз. Бірақ
химиялық реакцияда заттар бір-бірімен белгілі бір қатынаста
(стехиометриялық коэффициенттер) әрекеттесетін болса, ерітінді түзгенде
олар кез-келген мөлшерде араласады. Бұл жағдай әдетте физикалық процеске
тән. Сонымен қатар ерітіндінің қасиеттері көбінесе аддитивті өзгереді. Бұл
жағдай ерітініді қасиеттерінің ерітіндідегі бөлшектердің санына тәуелді
екендігінің белгісі. Сөйтіп ерітінділердің түзілуін физикалық тұрғыдан да
қарастыруға болады.
Көп жағдайларда ерітінділер түзілгенде жылу бөлініп не жылу
сіңірілуі, олардың қасиеттерінің аддитивтіліктен ауытқуы ерітіндіге
химиялық тұрғыдан қарауды қажет етеді.

2.2. Реалды ерітінділер
Реалды ерітінділер идеал ерітінділердің заңдарына бағынбайды.
Мысалы, реалды ерітінділер үшін Рауль заңынан оң және теріс ауытқулар
байқалады. Егер реалды ерітіндінің бу қысымы бірдей концентрациядағы идеал
ерітіндінің бу қысымынан жоғары болса, Рауль заңынан оң ауытқу болады. Ал
егер төмен болса, теріс ауытқу болады. Оң ауытқу кезінде реалды ерітіндінің
жалпы қысымы ерітінді компоненттері қысымдарының аддитивті қосындысынан
үлкен болады, демек аддитивтік заңы реалды ерітінділерде орындалмайды. Оң
ауытқу болатын ерітінділер түзілгенде жылу сіңіріліп, көлем артады, ал
теріс ауытқу болғанда жылу бөлініп, көлем азаяды. Ауытқулардың болу себебі
– ерітіндіде бөлшектердің өзара әрекеттесуі (комплексті қосылыстар түзілу,
сольваттану, ассоциациялану, диссоциациялану, химиялық қосылыстар беру,
т.б.).
Өте сұйылтылған ерітнділердің қасиеттерін зерттеу ерітінді
теориясының дамуына көп әсер етті. Идеал ерітінділердің заңдарының өзі
осындай сұйылтылған ерітінділерді зерттеу нәтижесінде қорытылып шығарылған.
Кейбір реалды ерітінділердің қасиеттерінің көпшілігі идеалдықтан
ауытқығанымен кейбір қасиеттері идеал ерітінділердің заңдарына бағынады.
Реалды ерітінділерді зерттеу жолында Льюис ерітіндінің
концентрациясының орнына оның активтілігін қолдануды ұсынды. Идеал ерітінді
заңдарының теңдеулеріндегі концентрацияның орнына активтілікті қойып
есептелген шамалардың мәні олардың тәжірибелік мәндерімен бірдей болуға
тиіс. Активтілік дегеніміз идеал ерітіндінің термодинамикалық қасиеті
реалды ерітіндінің қасиетіндей болғандығы оның концентрациясы. Активтілік
формальді түрде молекулалардың арасындағы әрекеттесулерді (гидраттану,
сольваттану, диссоциациялану, ассоциациялану, т.б.) реалды ерітіндінің
идеалды ерітіндіден ауытқуын ескереді.

2.3. Ерітіндідегі компоненттердің активтілігі
Реалды ерітінді компоненттерінің химиялық потенциалы үшін (1): μi =
μi° (T) + RT ln pipi° (бу-идеалды газ) және (1а): μi = μi° (T) + RT ln
fifi° (бу-реалды газ) теңдеулерін идеалды ерітіндідегі компоненттердің
химиялық потенциалы үшін (4): μi = μi° (T) + RT ln xi теңдеуімен салыстыру
кезінде pipi° (немесе fifi°) қатынасы реалды ерітінділер үшін теңдеулерде
идеалды ерітінділер үшін теңдеулеріндегі компоненттің мольдік үлесінің xi
рөлін атқарады. Бұл қатынас ерітіндідегі компоненттің термодинамикалық
активтілігі (немесе қысқартылған түрінде – компоненттің активтілігі) деп
аталады және ai арқылы белгіленеді. Сондықтан, бу-идеалды газ болған
жағдайда:

ai ≡ pipi°
(5)

бу-реалды газ болған жағдайда:

ai ≡ fifi°
(5а)

(1) және (1а) теңдеулеріне активтіліктің өлшемін енгізгенде оларды
келесі түрде жазуға болады:

μi = μi° (T) + RT ln ai
(6)

Бұл теңдеу кез-келген идеалды ерітіндінің химиялық потенциалының
өрнегі болып табылады. (6) теңдеуді қолданып, кез-келген реалды ерітінді
үшін нақты термодинамикалық теңдеулерді алуға болады. Ол теңдеулер идеалды
ерітінді үшін сәйкес теңдеулер түрінде болады. Сонымен бірге компоненттің
мольдік үлесінің xi орнын оның активтілігі ai болады.
Компоненттің химиялық потенциалының әр түрлі мәндері болғанда
изотермиялық жүйенің әр түрлі бөліктерінде компонент химиялық потенциалының
үлкен мәні бар жүйенің бөлігінен бұл мөлшердің маңызы шамалы болатын
бөлігіне (диффузия жолымен немесе басқа тәсілдермен) ауысады. Сірә, идеалды
ерітінділерде (газды немесе сұйық және кей жағдайда қатты) (4) теңдеуіне
сәйкес компонент өздігінен үлкен концетрациялы бұл компоненттің
концентрациясы артық мөлшерде болатын ерітіндінің бөлігінен аз мөлшердегі
бөлігіне ауысады. Реалды жүйелерде (6) теңдеуіне сәйкес компонент ai-ның аз
мөлшердегі бағытына ауысады. Тепе-теңдік жағдайда бұл мөлшерлер бір
еріткіште ерітіндінің барлық бөліктерінде тең. Бұл бөліктер арасында
компонент еркін ауыса алуы мүмкін (компонент үшін өткізбейтін қалқаның
жоқтығы).
(1) және (1а) теңдеулеріне сәйкес ерітінді компонентінің
термодинамикалық сипаттамасы оның ерітінді үстіндегі қаныққан буда
парциалдық қысымы pi немесе ұшпалылығы fi бола алады. Дегенмен бұл
мөлшерлер аз ұшпалы компоненттер үшін анықтау қиындыққа соғады. Ал
активтілікті ai тек (5) немесе (5а) теңдеулерінен ғана емес, сонымен қатар
бу қысымын өлшеуді керек етпейтін басқа да әдістер арқылы анықтауға болады
(мысалы, қату температуралары, электроқозғаушы күштер). Бұл әдістер туралы
ары жазылған.
Активтілік әдісі термодинамикада формальды тәсіл болып табылады және
химиялық потенциал мен концентрация арасында аралық күйдің жаңа функциясын
енгізуінен тұрады. Ол берілген ерітіндінің идеалды ерітінділер заңынан
ауытқуына әкелетін себептерді түсіндірмейді. Дегенмен бұл әдіс маңызды оң
қасиеттеріне ие – ерітінділер термодинамикасының формальды математикалық
өңдеуін жеңілдетеді.
(5) және (5а) теңдеулерінен көрініп тұрғандай, берілген ерітіндідегі
компоненттің активтілігі салыстырмалы ұшпалылығы (немесе будың салыстырмалы
қысымы), яғни берілген жағдайдағы ұшпалылықтың белгілі стандартты
жағдайдағы ұшпалылыққа қатынасы болып табылады. Стандартты күй үшін
ұшпалылық fi°-ге (бу қысымы pi°) тең және сәйкесінше активтілік бірге тең
болады. (5) және (5а) теңдеулерінде стандартты күй – сол температурадағы
таза сұйық компонент. Дегенмен көбінесе басқа стандартты күйлерді таңдауға
тура келеді, себебі температуралардың кең интервалындағы заттардың үлкен
саны қатты күйдеболады және онымен қоса, айтылып кеткендей, тәжірибеге қол
жетімді жағдайларда компоненттің қаныққан бу қысымы көбінесе аздау болады.
1-суретте кейбір ерітінділер үшін ai - xi изотермалары көрсетілген.
Олар бұл ерітінділер компоненттерінің будың парциалды қысымдар мәндерін
есептеу жолы арқылы алынған. 1-суретінен көрінгендей, Рауль-Генри заңына
сәйкес идеалды ерітінділерде ai = xi (сурет 1,a), оң ауытқуларда ai xi
(сурет 1,ә), теріс ауытқуларда ai xi (сурет 1,б) болады.
Кең қолданылатын сол концентрациядағы идеалды ерітінділер
қасиеттерінен ерітінділер қасиеттерінің ауытқу өлшемі γі компонентінің
активтілік коэффициенті деп аталатын aixi қатынасы болып табылады.

γі ≡
(7)

Идеалды ерітінділер үшін γі = 1; оң ауытқу болғанда γі 1 (pi
pi°xi); теріс ауытқу жағдайында γі 1 (pi pi°xi). Рауль заңы қолданыс
табатын шекті сұйылтылған ерітінділерде еріткіштің активтілік коэффициенті
бірге тең:

p1* = p1°x1*; γ1* ≡
(8)

* индексі шекті сұйылтылған ерітіндіні білдіреді.
Шекті сұйылтылған ерітіндідегі еріген заттың γ2 активтілік
коэффициенті – тұрақты шама (концентрацияға тәуелді емес),

1-сурет. Бинарлы ерітінділер компоненттерінің активтілігі
a – C3H6Br-C2H4Br2 (идеалды ерітінді); ә - C6H6-(CH3)2CO (оң
ауытқулар); ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.