Файл қосу
Тұнбаға түсіріп титрлеу
|ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ |
|СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ |
| 3 деңгейлі СМЖ құжаты |ПОӘК | |
| | |ПОӘК |
| | |042-18-10.1.03/03-2014 |
|ПОӘК | | |
|«Аналитикалық және |№2 - басылым | |
|физколлоидтық химия» |.09.__ 2014ж. | |
|пәндерінің оқу-әдістемелік| | |
|материалдары | | |
ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
«Аналитикалық және физколлоидтық химия»
5B072800 - Өңдеу өндірістерінің технологиясы (салалар бойынша) және
5В072700 - Азық-түлік өнімдерінің технологиясы мамандықтары үшін
ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛЫ
Семей
2014
МАЗМҰНЫ
1. Глоссарий
2. Дәрістер
3. Зертханалық сабақтар
4. Білім алушының өздік жұмысы
Глоссарий
1. Абсорбционды спектральды анализ молекула (атом ) сырттан энергия
алғанда оның белгілі спектр аймағын жұтады
2. Аналитикалық химия – заттардың химиялық құрамын оқитын ғылым
3. Адсорбция – қатты заттардың сыртқы бетіменен газ, бу және еріген
заттарды сіңіре алу қабілеті
4. Буфер ерітінділер – тұрақты Н+ концентрациясы бар ерітінділер , оның
концентрациясы заттың аз мөлшерін құйғаннан, не сұйытылғаннан, не
концентрленгеннен өзгермейді
5. Вольтамперометрия (полярография) - сырттан берген кернеуге байланысты
электролиттік ұяшық арқылы өткен тоқты тіркеуге және оны зерттеуге
арналған әдіс
6. Гравиметриялық анализ әдісі анықталатын заттың массасын дәл анықтауға
негізделген
7. Гравиметриялық (өлшенетін) форма – тұнбаны қақтағаннан соң қалатын масса
8. Гальваностатикалық (амперостатикалық) кулонометрия - кулонометриялық
титрлеу тұрақты тоқ күшінде жүргізіледі
9. Жартылай толқын потенциалы - толқынның ортасына сәйкес келетін
потенциалды (Е1/2)
10. Изоморфизм – кристалдық формалардың бір типті болуы
11. Индикатордың көрсеткіші (рТ) ол индикатор түсі өзгеретін интервал
ортасына сәйкес келеді рТ = pH ±1
12. Индикаторлы электрод - aнықталатын ионның концентрациясына потенциалы
тәуелді электрод
13. Кулонометриялық анализ заттың электролиз процесіне жұмсалған электр
мөлшерін өлшеуге негізделген
14. Окклюзия кезінде тұнбаны кірлететін зат тұнбаның бетінде емес, оның іш
жағына кіреді, яғни тұнбаның кристалдары өскен кезде кристалл торының
ішінде болады
15. Оптикалық тығыздық ( А не D деп белгіленеді) - объектке түскен алғашқы
сәуле интенсивтігінің өткен сәуле интенсивтілігіне қатынасының логарифмы
lg Io / Il
16. Полярограмма - индикатор электродында (тамшылайтын сынап электроды)
кернеу мен тоқ байланысы арасында график
17. Потенциостатикалық кулонометрия - тұрақты потенциалда жүргізіледі
электролиз
18. Редоксиметрия - тотығу-тотықсыздану реакциясын пайдаланып титрлеу әдісі
19. Сәуленің электромагнитті спектрі - толқын ұзындықтарының (не
жиіліктерінің) жиынтығы
20. Сутектік көрсеткіш - сутек иондары концентрациясының теріс таңбамен
алынған ондық логарифмі рН = -lg[H+]
21. Спектроскопиялық (оптикалық)анализ – заттың электромагниттік
энергиясымен әрекеттесуіне негізделген анализ
22. Титр – ерітіндінің концентрациясын көрсетеді, яғни титр – 1 мл
ерітіндідегі еріген заттың грамын көрсетеді – Т
23. Титриметрлік анализ әдісі анықталатын затпен реакцияға түсуге кеткен
реактивтің мөлшерін өлшеуге негізделген
24. Титрант не титрленген (стандартты ерітінді) - ерітіндінің титрі дәл
анықталған ерітінді
25. Титрлеу - титрленген ерітіндіні анықталатын заттың ерітіндісінің
эквивалент мөлшеріне дейін қосса
26. Эквивалент нүктесі (э.н.) - титрант қосқанда оның мөлшері титрленетін
заттың мөлшеріне дәл келсе
27. Эмиссионды спектральды анализ молекула (атом ) сырттан энергия алғанда
өзінен спектрдің белгілі аймағын шығарады
28. Электрохимиялық анализ (ЭХА) – электродтар бетінде немесе электродтар
арасында ерітінде байқалатын құбылыстарға негізделген анализ
29. Хроматографиялық анализ – сорбент бойымен жылжығанда қоспа
компоненттерінің әр түрлі сорбциялануына немесе еруіне негізделген бөлу
және анализдеу әдістері
30. Хроматографиялық процесс - қозғалмайтын фаза арқылы бөлінетін
компоненттері бар қозғалатын фазадағы қоспаның жылжуы
Дәріс № 1. Гомогенді жүйедегі тепе-теңдік
1.1 Кіріспе
1.2 Тамақ өнеркәсібіндегі аналитикалық химияның маңызы
1.1 Кіріспе
Аналитикалық химия – заттардың химиялық құрамын оқитын ғылым.
Аналитикалық химия сапалық және сандық анализден тұрады. Сапалық анализ
жасау арқылы заттың құрамын және қандай заттардан тұратынын анықтайды, ал
сандық анализ арқылы заттың компоненттерінің мөлшерін анықтайды.
Аналитикалық химияда химиялық, физика-химиялық және физикалық әдістер
қолданылады.
Анализдің химиялық әдістері заттың химиялық реакцияға түсуіне
негізделген. Химиялық әдістерге титриметриялық және гравиметриялық әдістер
жатады.
Физикалық әдістер заттың қандай да бір параметрін өлшеуге
негізделген.
Физика-химиялық әдістер заттың физикалық қасиеттерінің химиялық реакция
нәтижесінде өзгеруіне негізделген (кондуктометрия, потенциометрия,
амперометрия, хроматография, фотометрия).
1.2 Тамақ өнеркәсібіндегі аналитикалық химияның маңызы
Бұл өндірісте аналитикалық химияның әдістері арқылы мына мәселелер
шешіледі:1) шикі заттың (сырье) сапасын анықтау; 2) өндіріс процесін
қадағалау; 3) шыққан өнімнің сапасын қадағалау; 4) қоршаған ортаны қорғау;
5) шикі зат пен алынған өнімнің құрамындағы адам организіміне улы заттарды
(ауыр металдарды –қорғасын, сынап, кадмий т.б. канцерогенді қосылыстарды)
анықтау. Улы заттар мөлшері белгіленген концентрациядан (ПДК) аспауы керек.
Сандық анализ макро-, микро- және ультрамикроанализ болып бөлінеді.
Макроанализ 0,5-1 г затты анализдейді. Микроанализ заттың миллиграмм
мөлшерін анықтайды.
Затқа анализ жасау үшін мынадай операциялар жүргізеді: 1)өндіріске
түскен шикізаттың барлық құрамына сәйкес болатындай анализге қажет масса
алу (средняя проба-орташа сынама); 2) алынған массаны өлшеу; 3) анализ
жасау үшін ерітінді дайындау; 4) анализге кедергі келтіретін қоспаларды
бөліп алу; 5) анализге керек әдісті тандап алу.
Өндірісте шикізаттың, дайын өнімнің көп мөлшері, яғни тоннамен
өлшенетін (ұн, дән, ет, сүт т.б. ) мөлшері болады. Мұндай мөлшердегі затты
анализдеуге мүмкіндік жоқ, сондықтан тек анализ жасауға қажетті ғана
мөлшерді ала білу керек. Ол үшін ГОСТ (МЕСТ-тер), инструкциялар болады.
Анализ әдісіне қойылатын талаптар: 1) анализ тез жасалуы керек;
2) тек көрсетілген затты ғана анықтай алатын болуы керек; 3) көрсетілген
заттың өте аз мөлшерін анықтай алатын болуы керек; 4) анализдің нәтижесі
бір-біріне жақын болуы керек.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу керек:
1. химияның негізгі стехиометриялық заңдарын қолдана білу;
2. сонымен бірге заттың мөлшері «моль» деген ұғымды түсініп,
3. газдардың заңдарын қолданып, олардың молярлық массаларын анықтауды білу
қажет.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Аналитикалық химияда қолданылатын әдістер, қысқаша сипаттамалары.
2. Анализ жазау үшін жүргізілетін операциялар.
3. Анализ әдістеріне қойылатын талаптар.
4. Орташа сынаманы қалай алады?
5. МЕСТ деген қандай құжат?
Дәріс №2. Гомогенді жүйедегі тепе-теңдік
2.1 Диссоцициялану реакциялары , рН, рОН
2.2. Әлсіз электролиттердің диссоциациясына біртектес иондардың әсері
2.1. Гомогенді жүйедегі тепе-теңдік. Диссоцициялану реакциялары
Сапалық және сандық анализде кең мөлшерде қайтымды реакциялар
қолданылады:
аА +вВ ( сС+ d D
Реакция кезінде А және В заттары әрекеттесіп, олардың
концентрациялары азайып, С және D заттарының концентрациясы көбейеді. Соның
нәтижесінде тура реакция жылдамдығы азаяды, кері реакция жылдамдығы артады.
Тура және кері реакциялар жылдамдығы теңескен кезде, жүйеде тепе-теңдік
орнайды. Тура реакция жылдамдығы:
V1=K1[A]a[B]в , кері реакция жылдамдығы V2=K2[С]с[D]d Химиялық тепе-теңдік
кезінде V1= V2 , яғни K1[A]a[B]в =K2[С]с[D]d
K1 және K2 - реакция жылдамдығының константасы.
(1)K1 / K2 =[С]с[D]d /[A]a[B]в = K; К – тепе-теңдік константасы.
(1) теңдеу - әрекеттесуші массалар заңының теңдеуі, математикалық өрнегі.
Оны былай оқуға болады: тепе-теңдік орнаған кезде реакция нәтижесінде
алынған өнімдердің концентрацияларының көбейтіндісінің алынған заттар
концентрацияларының көбейтіндісіне қатынасы белгілі бір температурада
тұрақты сан, оны тепе-теңдік константасы деп атайды. Тепе-теңдік
константасының мәні арқылы тура реакция мен кері реакциялар жылдамдықтары
туралы қорытынды жасауға болады. Егер К өте үлкен шама болса, онда тура
реакция аяғына дейін жүреді, егер К(1, онда кері реакция үлкен жылдамдықпен
жүреді, К=1, жүйеде тепе-теңдік орнаған.
Аналитикалық реакциялардың көпшілігі төмендегідей реакциялар типінің
біреуіне жатады:
1. АВ(А+В – диссоциациалану реакциясы HCN(H++CN- және тұнба еру
процесі AgCl(Ag++Cl- .
2. А+В(С – комплекстік ион түзілу реакциясы: NH3+H+( [ NH4]+
3. А+В(С+D – гидролиздену және тотығу-тотықсыздану реакциялары:
Na2CO3 + H2O ( NaHCO3 + NaOH; FeCl2+SnCl4
(SnCl2 + FeCl3
Ерітіндіде электролиттер әр түрлі мөлшерде ионданады. Ерітіндіде
еріген электролиттің жалпы санының қанша мөлшері ыдырағанын көрсететін сан
диссоциациялану дәрежесі деген ұғым ((): (=Ng/NE немесе (= Ng/NE *100%
Ng – иондарға ыдыраған молекулалар саны; NE – жалпы еріген молекулалар
саны.
Мысалы, 0,01М ерітіндіде сірке қышқылының диссоциациалану дәрежесі (
= 0,0419 болса, ол 100 молекуланың тек 4,19 % ыдырағаны, 95,81% молекула
күйінде жүр .
Диссоциация дәрежесіне байланысты электролиттерді күшті және әлсіз
электролиттерге бөледі.
Сірке қышқылының диссоциациалану теңдігін былай жазуға болады:
CH3COOH(H+ + CH3COO-
Әлсіз электролиттердің диссоциациясы қайтымды процесс болғандықтан
әрекеттесуші массалар заңына бағынады: (2) К=[H+][CH3COO-]/ [CH3COOH]; К-
диссоциациялану константасы
Электролиттік диссоциация константасының мәні неғұрлым көп болса,
электролит молекулалары соғұрлым иондарға көбірек ыдырайды. К-нің мәні
тұрақты температурада тұрақты болады, оған концентрацияның өзгеруі әсер
етпейді. К=[H+][CH3COO-]/ [CH3COOH]= 1,8(10-5
К=[H+][CN-]/ [HCN]= 7,2 (10-10 , бұл мәндерге қарап, циан қышқылы сірке
қышқылымен салыстырғанда әлде қайда әлсіз екені көрінеді.
Көп қышқылды негіздер мен көп негізді қышқылдар біртіндеп (сатылап)
иондарға ыдырайды және сатының әрқайсысына тиісті мәні бар диссоциациялану
константасы сәйкес келеді.
H2CO3 ( H+ + HCO-3 К1 =4,5(10-7
HCO-3 ( H+ + CO32- К2=4,7(10-11
Электролиттің диссоциациялану константасы мен дәрежесінің арасында
тығыз байланыс бар. Екі ионға ыдырайтын электролиттер үшін әрекеттесуші
массалар заңын қолданып:
КА( К+ + А- К=[К+][А-]/[КА], КА электролит бір катионға, бір анионға
ыдырайтындықтан, бұл иондардың концентрациясы өзара тең болады:
[К+]= [А-]. См-ерітіндінің жалпы концентрациясы; СК = СА
К = СА( Ск/ См; [К+] = [А-] = См (( : иондарға ыдырамаған молекулалардың
концентрациясын КА былай көрсетеді:
[КА] = См - См ( = См (1-(); К= См (( (См ((/См(1-() = См ((2 /1-(, әлсіз
электролиттердің диссоциациалану дәрежесі өте аз болатындықтан 1-(=1,
сондықтан К= См ((2 немесе (=(К/ См (1)
Бұл теңдеу(1) электролит ерітіндісінің концентрациясының азаюына,
яғни сұйылуына байланысты оның диссоциациялану дәрежесінің артатынын
көрсетеді. (Освальдтың сұйылту заңы).
1) теңдеудегі тепе-теңдік константасы концентрация арқылы көрсетілген,
ол ерітіндінің шындық жағдайын толық көрсетпейді, ол үшін активті
концентрация деген ұғым керек. Бірақ практикада концентрацияларды
қолданып, константаны табуға болады.
2.2. Әлсіз электролиттердің диссоциациясына біртектес иондардың әсері.
Әлсіз электролиттер диссоциациясы әрекеттесуші массалар заңына
бағынатындықтан, химиялық тепе-теңдікті әрекеттесуші заттардың біреуінің
концентрациясын өзгерту арқылы ығыстыруға болады. Мысалы, сірке қышқылының
СН3СООН (СН3СОО- +Н+ерітіндісіне оның тұзын қосса, тепе-теңдік бұзылады,
себебі СН3СООNa (СН3СОО- +Na +
Көп мөлшерде СН3СОО- иондары пайда болады. Сонда СН3СОО- иондары мен Н+
иондары иондалмаған СН3СООН молекуласын түзіп, қайта тепе-теңдік орнына
келеді. Демек, әлсіз электролиттің ерітіндісіне біртектес ионы бар күшті
электролит ерітіндісін құйса, әлсіз электролиттің диссоциациялану дәрежесі
төмендейді, яғни әлсіз электролит одан әрі әлсізденеді. Бұл жағдай анализ
жасағанда кең көлемде қолданылады.
Күшті электролиттер ерітіндіде толық диссоциациаланатындықтан, олар
әрекеттесуші массалар заңына бағынбайды, сондықтан олардың диссоциациялану
константасы жоқ.
Судың диссоциациясы. Сутектік және гидроксидтік көрсеткіштер.
Анализге қолданылатын көптеген реакциялар суда жүреді. Су әлсіз
электролит, аздап диссоциацияға түседі: Н2О( H+ +ОН- 25 0С 1 л суда 10-7
моль/л [H+]=[ОH-]=10-7 моль/л болады.
К=[H+][ОH-]/[H2О]=1,8(10-16 не К[H2О]= [H+][ОH-]
К[H2О]= Кw - судың иондық көбейтіндісі
Ксу =10-14 ; [H+][ОH-] =10-14 ; 10-7 (10-7 =10-14
1л суда 1000/18=55,56 моль су бар [H+][ОH-] =1,8(10-18 (55,56=10-14 , бұл
мән температураға байланысты өзгереді.
[H+][ОH-] көбейтіндісі тұрақты шама болғандықтан, кез келген ерітіндіде
сутегі мен гидроксид иондарының әрқайсысының концентрациясы нөлге тең
болмайды.
[H+]= [ОH-]=(10-14 =10-7, бұл теңдеуден ( 22 0С –да) 1 л суда 10-7 моль
сутегі иондары, 10-7 моль гидроксид иондары болатындығын көру қиын емес.
Осындай дәреже көрсеткіші теріс болып келетін сандарды қолданып есептер
шығару қолайсыз болғандықтан, сутегі иондарының концентрациясын сутектік
көрсеткіш (рН) арқылы белгілеу қабылданған.
Сутектік көрсеткіш деп сутек иондары концентрациясының теріс таңбамен
алынған ондық логарифмін айтады рН = -lg[H+].
Мысалы, ерітіндідегі сутегі иондарының концентрациясы [H+]=10-6 моль/л
болса, сутектік көрсеткіш 6-ға тең болады: рН = -lg10-6= 6. Сонымен ,
нейтрал ортада рН=7, қышқылдық ортада рН(7, сілтілік ортада рН(7
Сутектік көрсеткішпен қатар гидроксидтік көрсеткіш те рОН
қолданылады. рОН = -lg[ОH-]. рН+рОН=14; рН=14-рОН; рОН=14-рН .
рН(0 не рН(14 те бола алатын ерітінділер болады, бірақ бұл жағдайда
ерітінді ортасын 1 л ерітіндідегі қышқыл не негіздің концентрациясын моль
арқылы көрсетеді.
Әлсіз қышқыл мен әлсіз негіздің ерітінділерінің рН есептеу.
Әлсіз қышқылдардың диссоциациясын мына теңдеу арқылы көрсетуге болады:
НАn (Н++Аn- К НАn =[ Н+][ Аn-]/[ НАn] (4)
((5% [ Н+]= [ Аn-] Әлсіз қышқыл аз мөлшерде ғана диссоциацияға
ұшырайтындықтан [НАn] ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына тең
болады.
[НАn] =С қышқыл = С НАn ; К НАn[НАn] =[ Н+][ Аn-] олай болса,
[Н+]=( К НАn ( С НАn (5) Бұл теңдеуді логарифмдеп және белгілерді кері
өзгертіп, мына теңдеуді аламыз
-lg[ Н+]=-1/2 lg К НАn -1/2 lg С НАn ,
рН=1/2р К НАn -1/2 lg С НАn (6)
рОН=14-рН =14-1/2р К НАn +1/2 lg С НАn (7)
Әлсіз негіз ерітіндісінің рН-ы да осылай есептелінеді
КtОН (Кt + + OH- ККtОН = [Кt +][ OH- ]/[ КtОН]
[Кt +]=[ OH- ] = ККtОН[ КtОН]. Әлсіз негіз ерітіндіcі де аз
диссоциацияланатындықтан [КtОН] = С КtОН . Олай болса,
[OH- ]=( К КtОН ( С КtОН (7а) -lg[ОН]= -1/2 lg К КtОН -1/2 lg
С КtОН
рОН=1/2р К КtОН -1/2 lg С КtОН (8)
рН=14-рОН =14-1/2р К КtОН +1/2 lg С КtОН (9)
Өзін өзі тексеру сұрақтары:
1. Тепе-теңдік константасы деген не және оның физикалық мәні.
2.Диссоциация константасы және дәрежесі нені көрсетеді және олардың
мәндері туралы не айтуға болады?
3.Сутектік және гидроксидтік көрсеткіш деген не және олардың
физикалық мәні.
Дәріс № 3. Буфер ерітінділер, тұздар гидролизі
1. Буфер ерітінділер
2. Тұздар гидролизі
3.1 Буфер ерітінділер
Көптеген реакцияларды керек бағытта жүргізу үшін белгілі орта керек,
яғни ерітіндінің рН-ы өзгерсе, реакция бағыты да өзгеріп, басқа өнімдер
пайда болуы мүмкін. Сондықтан реакцияны тек керек бағытта жүргізу үшін
белгілі рН жасау керек. Белгілі рН ұстау үшін ерітіндіге буфер
ерітінділерін қосу керек. Буфер ерітінділер дегеніміз – тұрақты Н+
концентрациясы бар ерітінділер , оның концентрациясы заттың аз мөлшерін
құйғаннан, не сұйытылғаннан, не концентрленгеннен өзгермейді. Буфер
ерітінділер әлсіз қышқыл мен оның тұзынан (СН3СООН+СН3СООNa) , әлсіз негіз
және оның тұзынан (NH4OH + NH4Cl) тұратын ерітінділер.
Әлсіз қышқыл мен тұзынан тұратын буфер ерітіндісінің рН –ын есептеуді
қарайық: СН3СООН(СН3СОО- + Н+ ; К=[СН3СОО- ][ Н+]/[СН3СООН]
[Н+]=КСН3СООH∙[СН3СООН]/[СН3СОО-], сірке қышқылы ерітіндіде аз ғана
диссоциацияланатындықтан [СН3СООН] = С қышқыл –жалпы концентрациясына тең.
Ал тұз СН3СООNa( СН3СОО- +Na+ толық диссоциацияланады, сондықтан
ерітіндідегі СН3СОО- тұздан пайда болады. Тұздың әр молекуласынан СН3СОО-
ионының біреуі пайда болатындықтан: [СН3СОО- ] =Стұз .
Олай болса, [Н+]= К СН3СООH С қышқыл/ Стұз (10а) оны логарифмдеп,
белгілерді өзгертсек –lg[Н+]= - lg К СН3СООH – lg С
қышқыл/ Стұз, не
рН=рКқышқыл – lg С қышқыл/ Стұз ( 10) яғни буфер ерітінді үшін рН.
Буфер ерітінділерге күшті қышқыл не күшті негіздің аз мөлшерін
қосқаннан оның рН аз шамаға өзгереді Мысалы, ацетет буфер ерітіндісіне
күшті қышқыл қосса, онда әлсіз қышқыл (СН3СООН) концентрациясы көбейеді, ал
тұз концентрациялары азаяды, себебі ерітіндіде мына реакция жүреді
Н++СН3СОО- ( СН3СООН; күшті қышқыл
HCI ( H+ + CI- . СН3СООNa( СН3СОО- + Na+, яғни қосылған Н+ -ионы СН3СООН
айналып отырады, сонда рН тек 4,74-тен 4,67 дейін өзгереді.
Егер ацетат буфер ерітіндісіне енді ОН- күшті негіз қосса, СН3СООН
концентрациясы азаяды, ал тұз концентрациясы көбейеді: СН3СООН+ ОН- (
СН3СОО- +Н2О; яғни қосылған күшті негіздің ОН- ионы Н2О-ға айналады, бұл
жағдайда ерітінді рН-ы 4,74-тен 4,84-ке ғана көтеріледі.
Ал егер буфер ерітіндіні сұйылтса, СН3СООН диссоциациясы ғана
көбейеді, бірақ бұл жағдай да ерітіндінің рН-ына аз әсер етеді.
Буфер ерітіндіні сипаттау үшін буферлік сыйымдылық деген ұғым
қолданылады.
Әлсіз негізбен оның тұзынан тұратын буфер ерітінді үшін (NH4OH+NH4Cl)
[OН-]= КNH4OH [NH4OH]/[NH4 +]= Кнегіз
Снегіз/ Стұз (11)
рОН= рКнегіз – lg С негіз/ Стұз, ( 11а) рН=14- рОН=14- рКнегіз +lg С
негіз/ Стұз (12)
Практикалық жұмыста ерітіндінің белгілі рН-ын алу үшін керек буфер
ерітінділерді кестеден (таблицадан) алады. Мысалы формиат буфер ерітіндісі
НСООН +НСООNa – рН=3,8; ацетат буфер ерітіндісі СН3СООН+ СН3СООNa – рН=4,7;
аммиакті-аммонийлы буфер ерітіндісі NH4OH+NH4Cl- рН=9,3. Буфер ерітіндінің
сыйымдылығы –буферлік сыйымдылық ( = 2,3С(Кd ([H+]/(Кd+[H+])2 .
Буфер ерітіндіні сипаттау үшін буфер ерітіндінің сыйымдылығы деген ұғым
болады, яғни буфер ерітінді қаншалық қосылған қышқыл не негізге байланысты
ерітіндінің рН-ын ұстап тұра алатындығын көрсетеді. Оны (буфер сыйымдылығы)
ерітінді рН-ын 1-ге өзгерту үшін 1 л буфер ерітіндіге қосылатын күшті
қышқыл не күшті негіз көлемімен есептейді.
1. Диссоциациялану дәрежесі мен диссоциация константасы арасындағы
байланыс (=(К/См ; См - молярлы концентрация.
2. Әлсіз қышқыл ерітіндісінің Н+ концентрациясын табу
[H+]=(К қыщқыл (Сқышқыл ; рН=1/2 рКқышқыл -1/2 lg С қышқыл;
рОН=14-1/2 рКқышқыл +1/2 lg С қышқыл
3. Әлсіз негіз ерітіндісінің ОН- концентрациясы: [ОH-]=(Кнегіз(Снегіз;
рОН=1/2рКнегіз -1/2 lg С негіз ; рН=14-
рОН=14-1/2рКнегіз +1/2 lg С негіз
4. Буфер ерітінділеріндегі [H+], [ОH-] концентрацияларын табу:
[H+]=К қыщқыл (Сқышқыл /Стұз; рН=рКқышқыл – lg С қышқыл/Стұз;
[ОH-]= К негіз (Снегіз /Стұз ; рОН =рКнегіз – lg С негіз /Стұз; рН=14-
рОН
Кгидр =Кw /Кқышқыл(Кнегіз - әлсіз қышқыл мен әлсіз негіз тұздары
5. Гидролизге ұшырайтын тұздардың рН: [ОH-]=( Кw (Скtaп /КНАп ( әлсіз
қышқыл;
6. Кгидр = Кw/Кқышқыл -әлсіз қышқыл мен күшті негіз тұзы.
Кгидр = Кw/Кнегіз -әлсіз негіз мен күшті қышқыл тұзы.
3.2. Тұздар гидролизі. Гомогенді ерітіндідегі иондық тендіктің бір
түрі гидролиз. Гидролизге:1) әлсіз қышқыл мен күшті негізден түзілген тұз;
2) әлсіз негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұз; 3) әлсіз негіз бен әлсіз
қышқылдан түзілген тұздар ұшырайды. Анализге гидролиз үлкен кедергі
келтіруі мүмкін, кейде гидролизді анализге қолдану мүмкіндігі де бар, рН-ты
есептеу үшін күшті негіз бен әлсіз қышқылдан түзілген тұздың гидролизін
қарайық: КtАп (Кt+ + Ап- ; H2O(H+ + OH-
Ал көптеген аналитикалық реакциялар жүруі үшін ерітіндінің рН -ының әсері
үлкен боғандықтан, гидролизге тұз ұшыраса, рН қалай өзгеретінін білу керек.
Кt+ +Ап- + H2O ( Кt+ +НАп +ОН-; Ап- + H2O ( НАп +ОН- (12а)
К=[ НАп][ ОН-]/[Ап-][ H2O] ; H2O -өте аз диссоциацияланатындықтан (13)
К[ H2O]= [ НАп][ ОН-]/[Ап-]= Кгидр –гидролиз константасы
H2O (H+ + OH- К=[ Н+][ ОН-]/[ H2O];
К[ H2O]= [ Н+][ ОН-]= Кw ; [ ОН-]= Кw/[ Н+] енді оны (13) теңдеуге қойып
Кгидр=[ НАп] Кw/[ Н+][Ап-] (14) НАп ( Н+ +Ап-; К=[ Н+][Ап-] / [ НАп],
олай болса, (14) теңдеуді былай жазамыз Кгидр= Кw/ К НАп
(15)
(13) бен (15) теңдеулерден [ НАп] [ ОН-]/[Ап-]= Кw/ К НАп (16)
Тұздың гидролизіндегі (12а) теңдеуден [НАп]=[ОН-], ал НАп өте аз
диссоциацияланатындықтан [Ап-] тұздың жалпы концентрациясына тең
С КtАп = [Ап-], олай болса (16) теңдеуді былай жазуға болады
[ ОН-]2/С КtАп = Кw/ К НАп, бұдан [ОН-]=( Кw(С КtАп/К НАп (17), оны
логарифдеп, - lg[ ОН-]=7+1/2 lg К НАп
-1/2 lg С КtАп яғни
рОН=7-1/2р К НАп -1/2 lg С КtАп (18)
рН=14-рОН=14-7+1/2р К НАп +1/2 lg С КtАп (19)
гидролиз дәрежесі: h=( Кw /Кd(Стұз
Өзін өзі тексеру сұрақтары:
1. Буфер ерітінділер деген не және олардың анализдегі ролі.
2. Әлсіз электролиттердің рН және рОН есептеу.
3. Тұздар гидролизі және анализдегі оның ролі. Мысалдар.
Дәріс №4. Гравиметриялық анализ
4.1 Тұнбаға түсетін және өлшенетін формалар
4.2. Аморфты және кристалды тұнбалар
4.1 Тұнбаға түсетін және өлшенетін формалар
Гравиметриялық анализ анықталатын заттың массасын дәл анықтауға
негізделген. Анықталатын зат бос күйінде болуы не құрамы тұрақты қосылыс
күйінде болуы мүмкін.
Гравиметриялық әдіс анықталатын затты ұшатын қосылысқа айналдырып
ұшыру әдісімен не анықталатын затты тұнбаға түсіріп, тұнбаға түсіру
әдісімен анықтайды. Мысалы, SiO2 анықтау үшін оны жақсы ұшатын қосылыс
SiF4 -ке айналдырады:
SiO2 + 4НF ( SiF4 (+2Н2О
СаСО3 ( СО2( +СаО
t 0
m анықталатын зат = m алынған зат – m қалған зат
Гравиметриялық анализде көбінесе тұнбаға түсіру арқылы затты
анықтайды.
Гравиметриялық әдісте ерітіндідегі анықталатын заттың тұнбаға түсетін
формасы және гравиметриялық (өлшенетін) формасы болады.
Мысалы,барий және темірді анықтау үшін ВaSO4 және Fe(OH)3 тұнбаларын
алу керек, бірақ бұл заттардың тұнбаларын қатты қыздырған кезде ВaSO4
құрамын өзгертпейді, ал
2Fe(OH)3 ( Fe2 O3 + 3 Н2О айналады.
t 0
Сондықтан, тұнбаға түсетін формалары ВaSO4 және Fe(OH)3, ал гравиметриялық
формалары ВaSO4 және Fe2O3 .
Анализ дұрыс болу үшін тұнбаға түсетін формасы мен гравиметриялық
формаға белгілі талаптар қойылады.
Тұнбаға түсетін форма: 1. Аз еритін зат болу керек, яғни ерітіндідегі
анықталатын зат толық тұнбаға түсуі керек; 2. Алынған тұнба таза болуы
керек және тез фильтрленуі керек; 3. Тұнбаға түскен формасы өлшенетін
формаға тез айналуы керек.
Өлшенетін форма:
1. Алынған зат оның химиялық формуласына тура сәйкес келуі керек.
2. Алынған зат тұрақты болуы керек. Мысалы, СаО ауада қалдырып қойса, ол
бойына СО2 және Н2О тартады, сондықтан массасы өзгереді.
3. Өлшенетін форманың құрамында анықталатын зат мөлшері аз болған жақсы.
Мысалы, хромды анықтау үшін Сr2O3 не BaCrO4 қосылыстарын алуға
болады.
152 мг Сr2O3 –де 104 мг Сr бар.
253,3 мг BaCrO4 –де 52 мг Сr бар. Егер осы қосылыстардың 1мг
жоғалтып алсақ, онда
152 мг ----- 104 мг
1 мг ----- х х=0,7мг Сr
253,3 мг ----- 52 мг
1 мг ----- х х=0,2мг Сr жоғалады, сондықтан хромды
BaCrO4 түрінде тұнбаға түсірген дұрыс.
Тұнбаға қойылған бұл талаптардың орындалуы анықталатын затты тұнбаға
түсіретін ерітіндіге байланысты. Бұл ерітіндіге мынадай талаптар қойылады:
1. Тез ұшатын зат болғаны жақсы. Мысалы Fe3+ тұнбаға түсіруге NH4OH
қолданылады, себебі NH3 тез ұшып кетеді. NaOH не KOH арқылы тұнбаға
түсіруге болмайды. Ag+ тұнбаға HCl-дың көмегімен түсіру керек, NaCl
не KCl ерітінділерін қолданбайды. Бірақ бұл талап әр уақытта орындала
бермейді, себебі Cu2+-ионын NH4OH ерітіндісі арқылы тұнбаға түсіруге
болмайды. Cu2+ + NH4OH( Cu(ОН)2( + NH4OH([Cu(NH3)4]2+ сондықтан Cu2+
KOH не NaOH ерітінділерімен тұнбаға түсіреді.
2. Концентрациясына (мөлшеріне) байланысты -
ерітіндідегі анықталатын зат толық тұнбаға түсуі үшін тұнба аз еритін зат
болу керек екенін айттық. Тұнбалардың ерігіштігін ерігіштік көбейтіндісі
(ЕК) деген шамамен сипаттайды.
Мысалы, нашар еритін СаSO4 –тің қанық ерітіндісін алсақ, оның аз
мөлшері Са2+ және SO4 2- күйінде жүреді.
СаSO4 ( Са2+ + SO42- (әлсіз электролиттер сияқты). Бұл тепе-тендікке
әрекеттесуші массалар заңын қолданса, онда бұл тепе-теңдіктің константасын
былай жазамыз:
К=[ Са2+] [SO4 2-]/[СаSO4], [СаSO4] – тұрақты шама деп алсақ, яғни ол нашар
еритін зат, сондықтан [ Са2+] [SO4 2-]= К[СаSO4] оны ЕК деп
белгілесе, онда ЕК=[ Са2+] [SO4 2-]- ерігіштік көбейтіндісі. Әр нашар
еритін зат үшін ЕК кестеде (таблицада) болады, оның мәні заттың ерігіштігін
көрсетеді. Мысалы, ЕК СаSO4=2,25(10-4 ; ЕКPbSO4 =1.6(10-8 . Бұл сандардан
қай тұздың ерігіштігінің жоғары екенін көруге болады, яғни СаSO4.
Электролиттің молекуласында бір ионның бірнешеуі болса, мысалы ,
Са3(PO4)2 (3Са2+ + 2PO43- онда стехиометриялық коэффициенттер иондар
концентрациясының дәрежесі ретінде көрсетіледі :
ЕК Са3 (PO4)2 =[ Са2+]3 [ PO4 3- ]2
Сонымен тұнбаға анықталатын зат толық түсу үшін, оның
1) ЕК(10-8 болуы керек және [An+] a[Bn-]b( ЕКAaBb
2) Тұнбаға түсіретін ерітінді артық мөлшерде алынуы керек.
Суда мүлде ерімейтін зат болмайды. Егер ерітіндіде анықталатын заттың
0,0002 г ғана қалса, практика жүзінде анықталған зат тұнбаға толық түсті
деуге болады.
3) ЕК мәні температураға байланысты. Кей тұнбалардың жоғарғы
температурада ерігіштігі артады, бірақ көп нашар еритін затттар үшін
ЕК температураға байланысты емес.
4) Тұнбаға түсіретін ерітіндінің мөлшері тым көп болса, тұнба комплекс
қосылыс түзіп, ерігіштігін арттырады, сондықтан практикада тұнбаға
түсіретін ерітіндінің мөлшері реакция теңдеуі бойынша есептелген
көлемнен 1,5 есе көп болу керек.
Hg(NO3)2 + 2KJ ( HgJ2 ( + 2KNO3 KJ ерітіндісінің артық мөлшері тұнбаны
K2[HgJ4] комплекс қосылысына айналдырады да, тұнба ериді. Сонымен
гравиметриялық әдістің кестесі былай болады: анализге түсетін заттың
белгілі мөлшерін алу (оны еріту(анықталатын затты тұнбаға түсіру (тұнбаны
фильтрлеу( тұнбаны жуу( тұнбаны кептіру(тұнбаны аналитикалық таразыда
өлшеу(анықталатын заттың мөлшерін табу. Осы кестедегі операциялардың ең
маңыздысы анықталатын затты дұрыс тұнбаға түсіру. Тұнбаның формасы,
структурасы, оның тазалығы тұнбаға түсіретін ерітіндіні дұрыс таңдалғанына
және тұнбаның тұнбаға түсу жағдайына байланысты.
Тұнба тез жуылуы және тез фильтрленуі, яғни ерітіндіден тұнба тез
бөлініп алынуы керек.
4.2. Аморфты және кристалды тұнбалар
Тұнбаға түсіру жағдайына байланысты кристалды және аморфті тұнбалар
болады.
Тұнба пайда болуының бірінші сатысында алғашқы кристалдар пайда
болады. Ерітінділерді арластырғанда алғашқы кристалдардың, яғни көзге
көрінетін тұнбаның пайда болуы секундтың үлесінен, мысалы AgCl-дың пайда
болуы, минуттарға созылуы мүмкін, мысалы ВаSO4 үшін.
Егер тұнбаға түсіретін ерітіндінің келесі порциясын құйғанда тағы да
ұсақ кристалдар түзілсе, онда аморфты тұнба пайда болады, ал егер алғашқы
кристалдар ерітіндіде иондармен кездесіп, өсіп, кесек кристалдар пайда
болса, онда кристалды тұнбалар пайда болады.
Тұнбалардың формасы, яғни аморфты не кристалды болуы заттардың
қасиетіне және тұнбаның түсу жағдайына байланысты.
Тұнба кесек кристалды болуы керек, мұндай тұнбалар ыдыстың түбіне тез
шөгеді, ерітіндідегі басқа заттарды өзімен бірге ала кетпейді, фильтр
қағаздың тесігін жауып қалмайды, яғни тез фильтрленеді.
Кесек кристалды тұнба алу үшін:
1. Анықталатын зат бар ерітіндіні сұйылту керек.
2. Тұнбаға түсіретін ерітіндіні тамшылатып құйып, ерітіндіні араластырып
отыру керек (ол кезде ұсақ кристалдар түзіліп кетпейді).
3. Тұнбаны ыстық ерітіндіде түсіру керек, себебі алғашқы кристалдар тез
ериді.
4. Ерітінді толық суыған соң ғана тұнбаны бөліп алу керек.
5. Затты тұнбаға түсірген кезде, тұнбаның ерігіштігін арттыратын зат құю
керек, мысалы, ВаSO4 –ді тұнбаға түсіргенде оның ерігіштігін арттыратын
HCl құяды, бұл кезде Н SO4 - -пайда болып, ВаSO4-тің ерігіштігі артады,
яғни ұсақ алғашқы кристалдар көп түсіп кетпес үшін, бірақ тұнба түсіру
операциясының аяғында ВаSO4-тің ерігіштігін қайта төмендету үшін, тұнбаға
түсіретін ерітіндінің артық мөлшерін құяды.
6. Бұл талаптарды орындаса да, ерітіндіде аздаған ұсақ кристалдар болуы
мүмкін, олар фильтр қағазының тесігінен өтіп кетіп, анықталатын заттың
мөлшерін азайтады, сондықтан тұнбаға түсіретін ерітіндіні толық құйып
болған соң, тұнбаны бір-екі сағатқа қалдырады.
Тұнбаға түсірудің барлық жағдайы қадағаланса да, тұнба кейде таза болмауы
мүмкін. Тұнбаның таза болмауы көбінесе адсорбция, окклюзия және изоморфизм
деген процестерге байланысты болады.
Адсорбция – қатты заттардың сыртқы бетіменен газ, бу және еріген заттарды
сіңіре алу қабілеті.
Адсорбция кезінде тұнбаны кірлететін зат қатты тұнбаның бетіне сіңіріледі.
Мысалы, егер ерітіндіде BaCl2 және FeCl3 тұздары болса, ерітіндіге H2SO4
құйғанда BaSO4( тұзы тұнбаға түседі, ал Fe2(SO4)3 тұнбаға түспеу керек,
себебі ол суда жақсы еритін тұз. Бірақ BаSO4 тұнбасының бетіне Fe2(SO4)3
адсорбцияланады, яғни сіңіріледі. Сондықтан тұнба таза болмайды.
Окклюзия кезінде тұнбаны кірлететін зат тұнбаның бетінде емес, оның іш
жағына кіреді, яғни тұнбаның кристалдары өскен кезде кристалл торының
ішінде болады.
Изоморфизм – кристалдық формалардың бір типті болуы. Ерітіндідегі
элементтердің радиустары жақын болса, онда аралас кристалдар түзіледі,
мысалы, егер ерітіндіде Ra2+ және Ba2+ иондары болса, олардың радиустары
жақын болғандықтан Ra2+ иондары өте аз болса да, яғни
[Ra2+][ SO42-](ЕК RaSO4 олар аралас кристалл түзіп, бірге тұнбаға түседі.
Ra2+ иондары
СаSO4 –пен бірге тұнбаға түспейді. Аr(Ba)=137, Аr(Ra)=226.
Тұнбаны мұндай кірлететін иондардан тазалау үшін, оны қайта ерітіп,
қайта тұнбаға түсіреді, не жоғарыда айтылған талаптарды сақтайды.
Өзін өзі тексеру сұрақтары:
1. Тұнбаға түсетін форма деген не және өлшенетін форма деген не? Оларға
қойылатын талаптар.
2. Тұнбаға түсіретін ерітінділерді қалай таңдайды?
3. Адсорбция, окклюзия, изоморфизм процестері нені көрсетеді және
анализге олардың әсері.
4. Тұнбаны фильтрлеу қалай жүргізіледі?
Дәріс №5. Гравиметриялық анализ әдісінің орындалу техникасы
5.1 Тұнбаға түсіру
5.2 Гравиметрия әдісіндегі есептеулер
5.1 Тұнбаға түсіру
Тұнбаны жуатын ерітінді, фильтр қағаз, стақан, воронка,
таяқшалар, тигель. Тұнбаға түсіру. Анализге түсетін заттың мөлшері
өте көп болмауы керек, себебі тұнба мөлшері көп болады да, оны жөндеп жуу
қиындап кетеді, ал егер анализге түсетін затты аз алса, тұнба да өте аз
болады, сондықтан өлшеген кезде қате кетсе, не тұнбаның аз мөлшерін
жоғалтып алсақ, онда ақырғы нәтижеде өте көп қате болады. Сондықтан
кристалды тұнба 0,5 г, ал аморфты тұнба 0,1-0,3 г болатындай етіп анализге
түсетін затты есептеп алу керек. Анализге түсетін заттың мөлшерін бірінші
техникалық таразыда өлшеп, сосын аналитикалық таразыда өлшейді.
Анализге түсетін затты не суда, не қышқылда, не сілтілерде ерітеді.
Егер бұл еріткіштерде ерімесе, онда балқымаға айналдырып, ерітеді. Анализге
түсетін заттың қайда еритіндігін алдын ала сапалық реакция көмегімен
анықтап алады. Еріткішті таңдау анализденетін заттардың қасиеттеріне де
байланысты. Мысалы, егер қорғасынды анықтау керек болса, анализге түсетін
затты азот қышқылында ғана еріту керек, себебі PbCl2 және PbSO4 суда
ерімейтін заттар, сондықтан тұз қышқылында не күкірт қышқылында ерітуге
болмайды.
Анализге түсетін затты еріткен кезде газдар бөлінуі мүмкін, ол газдар
ұшқанда анықталатын заттар да бірге ұшуы мүмкін, сондықтан әр уақытта
ыдыстың бетін жауып қою керек.
Анализге түсетін затты ерітіндіге айналдырған соң, оны сұйылтып,
қайта қыздырып ((80-900С-қа дейін) тұнбаға түсіретін ерітіндіні ақырындап,
стақанның қыры арқылы тамшылатып, пипеткамен құяды. Тамшы стақанның
ортасына тамбауы керек, себебі стақанның ішіндегі ерітінді шашырап кетуі
мүмкін. Тұнбаны түсірген кезде ерітіндіні әр уақытта араластырып отыру
керек, бірақ таяқшаның ұшы стақанның түбіне не оның қабырғасына тиіп
кетпеуі керек, онда стақанды сындырып алуы мүмкін. Тұнбаға түсіретін
ерітіндінің есептелген көлемі құйылған соң, тағы да бір-екі тамшы құйып,
анықталатын заттың тұнбаға толық түскендігін тексеру керек. Тұнба кристалды
болса, оны бір-екі сағатқа қалдырады, сосын фильтрлейді, ал аморфты болса,
бірден фильтрлеу керек.
Фильтрлеуге күлсіз фильтрлер қолданылады, олардың тығыздықтары әр
түрлі болады. Олардың тығыздығын сыртындағы жолақ қағаз арқылы анықтайды.
Орта тығыздықты – ақ лента, қатты тығыздықты – көк лента. Фильтр воронканың
қырынан 5-15 мм төмен тұруы керек. Фильтрлеген кезде, алғашында тұнбаның
үстіндегі сұйығын өткізеді, сосын ғана тұнбаны фильтрлейді, себебі фильтр
тесігі бірден бітеліп қалса, фильтрлеу ұзаққа созылып кетеді. Фильтрге
құйылған сұйық оның шетінен 5 мм – дей төмен болуы керек. Фильтрлеген кезде
шыны таяқшаны пайдалану керек.
Тұнбаны жақсылап жуу керек, себебі тұнба басқа заттармен кірленуі
мүмкін.
Жууға көбінесе суға тұнбаға түсірген ерітінді құйып жасаған
ерітіндіні пайдаланады, себебі суда тұнбаның ерігіштігі артуы мүмкін.
Мысалы:1) 0,1г СаС2О4-тің тұнбасын жууға 200 мл су қолданса, қанша тұнба
жоғалатынын есептейік.
[Са 2+][ С2О4 2-] = ЕК= 2,3(10-9 ; [Са 2+] = [ С2О4 2-] = х
Х2 =2,3(10-9 ; Х =(2,3(10-9 =4,8(10-5 М, яғни біз ерігіштікті таптық, ал
200 мл =0,2л суда 4,8(10-5 (128(0,2=0,0012 г ;
128г ол СаС2О4 молекулалық массасы
0,1 г ----- 100%
0,0012 г --- х ; х=1,2%
2) ал егер тұнбаны 0,01М (NH4)2C2O4 ерітіндісімен жуса,
[Са 2+]=х; [ С2О4 2-] = х+0,01 х(0,01, олай болса, 0,01х =2,3(10-9;
х =2,3(10-7 М, не граммға айналдырсақ,
2,3(10-7(0,2(128 =0,0000058 г=5,8(10-6 г
0,1 ---- 100%
5,8(10-6 ---- х х = 5,8(10-3%
Тұнбаны фильтрлеу және жууды бірге жасау керек, себебі тұнбаны
фильтрлеген соң қалдырып қойса, ол қатып қалады да, жууға келмейді.
Тұнбаны фильтрлеп болған соң, воронканың бетіне қағаз жауып, тұнбаны
кептіруге қалдыру керек, не кептіретін шкафқа 20-30 минутқа 90-1000 С–қа
қою керек. Тұнба әбден кепкен соң оны платина не фарфор тигельге салып
муфель пешінде қақтайды. Тигельдің салмағы тұрақты болу керек. Яғни оны
алдын ала муфель пешінде тұрақты салмаққа келтіріп алады. Тигельдегі тұнба
салмағы тұрақты болған соң, оны эксикаторға қойып, суытады. Суыған тигельді
аналитикалық таразыда өлшейді.
5.2 Гравиметрия әдісіндегі есептеулер
Гравиметриялық анализ кезінде аналитикалық таразыда анықталатын
элементті не қосылысты өлшемейді, оған эквивалент-гравиметриялық форманы
өлшейді. Мысалы, барийді не күкіртті табу үшін BaSO4-тің салмағын өлшейді.
Барий мен күкіртті табу үшін пропорция құрады Mr BaSO4 –яғни М өлшенетін
зат; Аr S, не Аr Ba – яғни А анықталатын зат
Mr BaSO4 ---- Аr S не (Аr Ba)
а ---------- х
а – гравиметриялық форманың салмағы
х=а(Аr анықталатын зат/Мr өлшенетін зат ;
х=а(Мr анықталатын зат/Мr өлшенетін зат ;
Мr анықталатын зат/Мr өлшенетін зат = F-аналитикалық өлшегіш, аналитикалық
фактор.
F – кестеден ( таблицалардан) алады не есептеуге болады.
Өзін өзі тексеру сұрақтары:
1.Аморфты тұнба және кристалды тұнбалардың өлшенетін массасы қанша болу
керек? Неге?
2.Тұнбаға түсіретін ерітінділерді қалай таңдайды?
3.Күлсіз фильтрлер деген не?
4.Тұнбаны жуатын ерітінділер қалай дайындалады?
5.Тұнбаны фильтрлеу қалай жүргізіледі?
Дәріс № 6. Титриметриялық анализ
6.1. Стандартты заттар, олардың ерітінділерін дайындау
6.2. Титриметрияда қолданылатын ыдыстар
6.1. Стандартты заттар, олардың ерітінділерін дайындау
Гравиметриялық әдіс бойынша затты өте жоғарғы дәлдікпен анықтауға
болады, бірақ бұл әдіс көп уақытты керек етеді.
Титриметрлік әдіс тез орындалады, яғни анализдің нәтижесін тез алады.
Титриметрлік анализ әдісі анықталатын затпен реакцияға түсуге кеткен
реактивтің мөлшерін өлшеуге негізделген. Титр – ерітіндінің концентрациясын
көрсетеді, яғни титр – 1 мл ерітіндідегі еріген заттың грамын көрсетеді –
Т.
Егер ерітіндінің титрі дәл анықталған болса, ондай ерітінді
титрленген (не стандартты ерітінді) деп аталады, оны титрант дейді.
Титрленген ерітіндіні анықталатын заттың ерітіндісінің эквивалент
мөлшеріне дейін қосса, оны титрлеу дейді.
Титрант қосқанда оның мөлшері титрленетін заттың мөлшеріне дәл келсе,
ол эквивалент нүктесі (э.н.) деп аталады.
Кез келген химиялық реакция титриметрлік әдіске қолданылмайды.
Титриметрлік әдісте қолданылатын реакциялар мынандай талаптарды
қанағаттандырулары керек:
1. Реакция аяғына дейін жүруі керек, яғни реакцияның тепе-теңдік
константасы өте үлкен болуы керек;
2. Реакция өте үлкен жылдамдықпен жүруі керек;
3. Керек реакция жүрген кезде қосымша реакциялар жүрмеуі керек;
4. Реакция аяқталғанын анықтайтын әдіс болуы керек.
Бұл талаптардың біреуіне ғана жауап бере алмасада, ол реакция титриметрлік
әдіске қолданылмайды.
Титрант ретінде қолданылатын ерітінділерді стандарттау
Титранттардың өте дәл концентрацияларын дайындайды не анықтайды.
1. Титрантарды дайындағанда өте жоғарғы дәлдікпен титрантқа керек
затты аналитикалық таразыда өте жоғары дәлдікпен өлшеп (g,г), судың
белгілі көлемінде (V, мл) ерітеді, яғни сонда титрі белгі болады Т=
g/V;
2. Бірақ көп заттардан былай титрант дайындау қиын, себебі мына
айтылған талаптар сақталмайды, ол үшін титрант дайындалатын заттар
мынандай талаптарға жауап берулері керек:
а) заттар химиялық таза (х.т., техн.т., т.а.ү., ас.т.) болулары керек;
б) заттың құрамы оның формуласына сәйкес келуі керек;
в) заттарды ерітінді күйінде не қатты күйінде сақтағанда құрамы өзгермеуі
керек;
3. Жоғарыда көрсетілген талаптар орындалмаса, титранттың
концентрациясын жуықтап дайындап, басқа концентрациясы дәл
анықталған затпен стандарттайды, яғни анықтайды. Ол үшін көбіне
фиксаналдар қолданылады.
4. Фиксаналдар заттардың тура өлшенген көлемі не қатты күйіндегі
мөлшері шыны ампулада сақталады, сосын ол мөлшерді 1л көлемде
ерітіп, стандартты ерітінді дайындайды.
Титриметрлік әдісте эквивалент нүктені табу үшін индикаторлар қолданылады.
Индикаторларға лакмус, фенолфталеин, метилоранж т.б. органикалық заттар
жатады.
Титриметрлік әдістің жіктелуі.
Титриметрлік әдістерді қолданылатын химиялық реакцияларға байланысты және
титрлеу әдісіне байланысты жіктейді:
Реакция түріне байланысты:
1. Қышқыл-негіздік титрлеу;
2. Комплексонометрлік титрлеу;
3. Тұнбаға түсіріп титрлеу;
4. Тотығу-тотықсыздану әдісі бойынша титрлеу (редоксиметрия)
Титрлеу әдісіне байланысты:
1. Тура титрлеу әдісі;
2. Кері титрлеу әдісі (не қалдық бойынша титрлеу әдісі)
3. Орын басу арқылы титрлеу.
Титриметрлік әдісте негізгі бірлік л (дм3), оның мындық үлесі мл (см3)
6.2. Титриметрияда қолданылатын ыдыстар
Титриметрлік әдісте мынандай өлшегіш ыдыстар қолданылады: бюретка, өлшегіш
колбалар, өлшегіш цилиндрлер, пипеткалар.
Бюреткаға титрленген (стандартты) ерітінділерді құяды да, одан
біртіндеп анықталатын заты бар ерітіндіге эквивалент нүктеге дейін
тамшылатады. Бюретканы жақсылап жуады, оны кептіру керек емес, бюреткаға
оған құятын титрленген ерітіндіні воронка арқылы құйып, артынан воронканы
алып тастау керек. Төменгі түтікте (трубкада) ауа болмауы керек.
Бюреткадағы сұйықтың беті шұңғылданып тұрады, оны мениск деп атайды. Сол
мениск нольге не белгілі бір цифрға дәл келуі керек. Бюретканың дәлдігі
0,02-0,03 мл, сондықтан бюреткадан құйылған көлемді былай жазу керек;
мысалы, 22,25 не 22,23 деп, яғни ондық белгімен, егер былай жазылса, 22,2
не 22 деп, ол қате болады.
Титрлеу кезінде стандартты ерітіндіден 20-30 мл кететіндей болуы
керек, сонда бұл әдістің қатесі аз болады.
Анықталатын зат бар ерітіндінің дәл көлемін өлшеп алу үшін пипеткалар
қолданылады. Олардың көлемі 100,50,25,20,10,5 және 1мл-лік болады.
Пипеткаларды жақсылап жуып, егер олар құрғақ болмаса, анықталатын заты бар
ерітіндімен бір-екі рет шайқау керек. Пипеткадағы ерітінді толық ағып
болған соң, пипетканың ұшын ыдыстың қабырғасына тигізіп 15 секундтай ұстау
керек. Пипетканың ұшында қалған ерітіндіні үрлеуге болмайды, себебі:
пипеткадан барлық ерітіндіні үрлеп түсіре алмайды, сондықтан ерітінді
көлемі әртүрлі болып кетеді.
Жұмыс аяқталған соң, пипеткаларды жуып, штативтерге кептіруге қояды.
Өлшегіш колбаларды анықталатын зат бар ерітіндіні белгілі көлемге
дейін сұйылтуға және титрленген ерітінділер (титрант) жасауға қолданады.
Өлшегіш колбаларды жақсылап жуады, бірақ оларды пипеткалар мен бюреткалар
сияқты анықталатын зат бар ерітіндімен шайқауға болмайды. Өлшегіш колбаға
алдымен ерітіндіні воронка арқылы құйып, соңынан пипетка арқылы тамшылатып
құйып, белгіге дейін жеткізу керек. Ерітінді көлемі өлшегіш колбаның
белгісіне жеткен соң, ерітіндіні жақсылап шайқау керек, ол үшін колбаны
жауып, 4-5 рет төнкеріп, шайқайды.
Өлшегіш цилиндлер титриметрлік әдісте дәл көлем алу үшін
қолданылмайды. Олардың көмегімен тек қосымша керек ерітінділердің көлемін
өлшейді.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Титр, титрлеу, эквивалент нүкте, титрант деген не?
2. Титриметрия әдісінде қолданылатын ыдыстар және оларға қойылатын
талаптар.
3.Титритетриялық әдістің жіктелуі.
Дәріс № 7. Титрлеу әдісінің түрлері
1. Титрлеу әдісінің түрлері
2. Қышқыл-негізді титрлеу, әдістің мәні, қолданылуы
7.1 Титрлеу әдісінің түрлері
Тура титрлеу. Мысалы, сілтіні қышқылмен (не керісінше) титрлеу. Бұл
жағдайда анықталатын зат бірден титрантпен титрленеді, яғни бір ғана
стандарт ерітінді керек. Егер қышқыл-негізді титрлеуде (нейтралдау әдісі)
қышқылдың мөлшерін анықтаса, онда ол әдіс алкалиметрия ( титрант – негіз)
деп, негіз мөлшерін анықтаса –ацидиметрия ( титрант – қышқыл) деп аталады.
1. Кері титрлеу, не қалдық бойынша титрлеу. Бұл жағдайда екі титрленген
ерітінді керек: бірі негізгі, екіншісі қосымша. Мысалы, қышқыл ортадан
хлорид-ионын кері титрлеу. Анализге түсетін хлорид-ионы бар ерітіндіге
алдын ала титрленген күміс нитратының ерітіндісінің белгілі мөлшерін
құяды (Vж) (негізгі ерітінді): Бұл кезде мына реакция жүреді:
Ag+ + Cl- = AgCl( Реакцияға түспей қалған күміс нитратының артық мөлшерін
(Vа) аммоний тиоцианат ерітіндісімен (қосымша ерітінді) титрлейді: Ag +
+SCN- = AgSCN Хлоридтің мөлшерін ерітіндіге құйылған күміс нитратының
жалпы көлемінен реакцияға түспей қалған күміс нитраты ерітіндісінің көлемін
алып тастау арқылы анықтайды, яғни хлорид-ионымен реакцияға түскен күміс
нитратының көлемін V деп белгілесек
V= Vж -Vа а)Кері тирлеу әдісін көбінесе анықталатын затты титрлеуге қажет
индикатор болмаса, не негізгі реакция баяу жүретін болса , қолданады.
2. Орын басу реакциясын қолданып титрлеуді көбінесе анықталатын зат
стандартты затпен әрекеттеспесе, не стехиометриялық қатынаста
әрекеттеспесе ғана қолданады. Бұл жағдайда анықталатын ионды
стандартты ерітіндімен әрекеттесетін химиялық қосылысқа айналдырады.
Мысалы, калий дихроматымен анықтағанда калий дихроматы мен натрий
тиосульфатының арасында реакция стехиометриялық қатынаста жүрмейді.
Сондықтан калий дихроматының ерітіндісіне калий иодиді ерітіндісін
құяды, сонда дихроматқа эквивалент йод бөлінеді:
Cr2O72- + 14 H+ + 6I- = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O
Бөлінген йодты натрий тиосульфатымен титрлеп, тиосульфат мөлшері арқылы
дихроматтың мөлшерін есептейді: 3I2+6S2O32- =3S4O62- +6I-
Титрлеу әдісінде қолданылатын есептеулер
Барлық есептеулерге қолданылатындай етіп мынандай белгілеулер
кіргізейік: анықталатын зат – х; жұмысшы, яғни стандартты ерітінді Ес ;
анализге түсетін заттың өлшеніп алынған мөлшері – m1,г ; пипетканың көлемі
Vх, мл; анықталатын зат дайындалған өлшегіш колба көлемі- Vк мл, анализге
түсетін заттың құрамындағы анықталатын компоненттің массасы – mх,г ;
анықталатын затқа кеткен стандартты ерітіндінің көлемі – VЕс, мл.
Егер анықталатын заттың белгісіз мөлшері mх,г ; көлемі Vк, мл, өлшегіш
колбада ерітілген болса, одан Vх мл көлем пипеткамен алынып (аликвот),
оған VЕс, мл стандартты ерітінді мөлшері жұмсалса, анықталатын заттың
эквивалентінің молярлық концентрациясын (яғни нормальды концентрациясын)
мына формула бойынша анықтайды:
С(Эх)= С(ЭЕс) ( VЕс / Vх , моль/л (1)
Одан Т(х) = С(Эх)(М(Эх)/1000 М(Эх) – анықталатын заттың эквивалентінің
молярлық массасы, г/моль.
mх= Т(х) Vк не mх= С(Эх)М(Эх) Vк /1000 ( 2 )
С(Эс) – стандартты ерітіндінің эквивалентінің молярлы концентрациясы,
моль/л
N х( Vх = N(V ( 3 ) ; Nх = N(V/Vх ; T=Nх(M(Эх)/1000 (4)
mх- үлгі массасы,г
Анықталатын заттың концентрациясын анықталатын зат бойынша есептелген
стандарт ерітіндінің титрі Т (Е/х) арқылы анықтау.
mх= T(Е/х)( VЕ( Vк/ Vх
Кері титрлеу әдісі арқылы заттың мөлшерін есептеу
Т В/А =NB(m Э,А /1000 (5)
Анықталатын заттың mх мөлшері бар Vк мл ерітіндінің жалпы көлемінен
титрлеуге кеткен Vх мл алынды. Бұл көлемге VЕ 1 мл бірінші стандартты
ерітіндінің артық мөлшері құйылды. Бұл ерітіндінің белгілі мөлшері
анықталатын затпен әрекеттессе, қалған бөлігіне VЕ2 мл екінші стандартты
ерітіндінің көлемі кетеді. Сонда анықталатын затты мына формуламен
есептейді.
mх,г=[c(ЭЕ1)] VЕ1 -с(ЭЕ2) VЕ2]М(Эх)/1000( Vк/ Vх (6)
7.2 Қышқыл-негізді титрлеу, әдістің мәні, қолданылуы
Қышқыл-негіздік титрлеу - қышқыл мен негіздің әсерлесуіне
негізделген:
НА + МОН =МА+Н2О не Н+ + ОН- = Н2О
Титрант ретінде күшті қышқыл не күшті негіз қолданылады. Егер
қышқылмен титрлесе, онда ацидиметрия деп, ал негізбен титрленсе –
алкалиметрия деп аталады. Тура титрлеу әдісі арқылы қышқыл мен негіздің, не
олардың құрамына кіретін элементтердің мөлшерін анықтайды.
Кері титрлеу әдісі арқылы кей тұздардың (М, кальций не аммоний
тұздарының) мөлшерін анықтайды. Қышқыл-негіздік титрлеу арқылы заттың 0,10%
массасын анықтайды, бұл әдіс 0,5% салыстырмалы қате жібереді.
Бұл әдісте қышқыл-негізді индикаторлар қолданылады:
1.Күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу;
2. Әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеу;
3. Күшті негізді күшті қышқылмен титрлеу;
4. Әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеу;
5. Әлсіз қышқылды әлсіз негізбен(не керісінше)титрлеу.
Бұл әдісті қолданып, тамақтық қышқылдардың (сірке қышқылының, лимон
қышқылының, сүт қышқылы және алма қышқылдарының) мөлшерін анықтауға болады.
Заттың мөлшерін анықтау үшін бюреткадағы титранттан (қышқылдың, не
негіздің стандартты ерітіндісі) анықталатын затқа индикатор түрі өзгергенше
тамшылатылады. Күшті қышқыл мен күшті негіз әрекеттескенде эквивалент
нүктеде рН(7, әлсіз қышқылды күшті негізмен титрлегенде эквивалент нүкте
рН>7(неге?), әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлегенде э.н. рН<7 болады
(неге?).
CH3COOH+NaOH( CH3COONa +H2O
әлсіз қышқыл
CH3COO- + H2O↔ CH3COOH+ОН- рН>7
NH4OH + HCl( NH4Cl + H2O
әлсіз негіз
NH4+ + H2O↔NH4OH + H+ рН<7
HCl+NaOH(NaCl + H2O рН(7
Қышқыл-негізді титрлеу кезінде индикаторды дұрыс таңдап алу қажет, себебі
олар түстерін әртүрлі рН-да өзгертеді. Ол үшін титрлеу қисығын құру керек.
Титрлеу қисығын құру үшін оны 4 бөлікке бөледі: а) титрлеуге дейінгі; б)
титрлеу секірісінің басталуына дейінгі; в) титрлеудің секірісі және
эквивалент нүктесін қосып; г) титрлеудің секірісінен кейінгі.
а) титрлеуге дейінгі бөлік үшін рН-ты титрленуге тиісті заттың (қышқылдың,
негіздің) концентрациясы арқылы ( күшті электролиттер үшін) не диссоциация
константасы (әлсіз электролиттер үшін) арқылы табады.
рН ( -lg[H+] = -lgС НА күшті қышқыл үшін
рОН ( -lg[ОH-] = -lgС МОН күшті негіз үшін, рН(14- рОН [H+]=Ксу/ СМОН
әлсіз қышқыл [H+] = √КНА/ СНА (7)
әлсіз негіз [H+] = Ксу/√К МОН (С МОН (8)
Титрлеудің осы 4 түріндегі рН-ты есептеуді қарастырайық:
I,II - күшті қышқылды күшті негізбен титрлеу және күшті негізді күшті
қышқылмен титрлеу (титрлеу қисықтары бір-біріне қарама-қарсы болады).
а) титрлеуге дейінгі рН-ты: рН ( -lg[H+] = -lgС НА ; рОН ( -lg[ОH-] =
-lgСМОН
рН (14- рОН
2. Эквивалент нүктесіне дейін рН мына формулалармен есептеледі:
[H+] = (VНА-VМОН)/VНА+ VМОН (9); [ОH-] = (VМОН- VНА)( СМОН / VМОН + VНА
(10)
3. Эквивалент нүктеде рН(7
4. Эквивалент нүктеден кейін рН мына формулалармен есептеледі:
[H+] = Ксу (V НА + V МОН)/ V МОН (артық мөлшері)( СМОН(11)
[ОH-]= Ксу (V МОН + V НА)/ V НА (артық мөлшері)( С НА(12)
III, IY - әлсіз қышқылды күшті негізбен ( не керісінше) титрлегендегі
титрлеу қисығын құру үшін рН есептеу: рН-ты есептегенде Н+- концентрациясын
ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына теңестіруге болмайды, себебі
оның негізгі массасы иондалмаған молекула күйінде болады да тек аз бөлігі
ғана Н+ ионы күйінде жүреді. Титрлеу қисығын құру үшін 3 формула
қолданылады: а) титрлеуге дейінгі рН –ты есептеу, яғни әлсіз қышқыл
ерітіндісіндегі; б) титрлеу процесі кезіндегі рН есептеу, яғни ерітіндіде
әлсіз қышқыл мен оның тұзы болғанда; в) эквивалент нүктедегі рН-ты есептеу,
яғни ерітіндіде тек әлсіз қышқыл мен күшті негіздің тұзы болғанда. Сонымен:
а)қышқыл да ерітіндіде аздап диссоциацияға түсетіндіктен, оның диссоциация
константасы – Кd. Н+ және An- концентрациялары өзара тең, ал HAn
концентрациясы ерітіндідігі қышқылдың жалпы концентрациясына тең, яғни
CHАn. (7) формуладан H+ - концентрациясын есептеп, рН табады: pH = 1/2
pKHAn – 1/2 lg CHAn (13), мұндағы pKHАn = - lgKHAn. б) тұз толық
диссоциацияға түсетіндіктен,
CAn- = CMeAn, олай болса, pH = pKHAn – lg CHAn/CAn- (14). Осы формула
арқылы титрлеу қисығының ортадағы нүктелерін есептейді. в) MeAn әлсіз
қышқыл мен күшті негіз тұзы гидролизге ұшырайтындықтан, эквивалент
нүктедегі рН-ты, гидролиз реакциясының константасын жазып, Ксу
арқылы
pOH = 7 – 1/2 pKHAn + 1/2lgCAn- (15) есептеп, рН = 14- рОН табады,
Кгидр. = КН2О/КНan . Эквивалент нүктедегі рН мәнін былай да есептеуге
болады: рН = 7 + 1/2 pKHAn +
1/2 lgCAn- (16)
Эквивалент нүктеге дейін титрлеу кезіндегі ерітінді буферлі қоспа болады,
яғни қышқыл + қышқылдың тұзы, сондықтан титрлеу процесінде рН ақырын және
біртіндеп өзгереді. Титрлеу қисығының секіріс облысының ерекше практикалық
маңызы бар. Ол облыс 0,1мл титрленбеген әлсіз қышқыл қалған және 0,1 мл
сілті ерітіндісінің артық мөлшері құйылған аралықтағы рН мәндерін қамтиды.
Сонда секіріс басталатын нүктеде
рН = 4.76 – lg 0.1/99.9 = 4.76 – (-3) = 7.76; pKHAc =4.76
Егер 0,1 н. сірке қышқылын (НАс) 0,1н. натрий гидроксидімен титрлесе,
эквивалент нүктедегі рН = 7+4,76/2+1/2lg0,1=8,88 болады. Енді NaOH-тың
артық мөлшері құйылғанда рН мәні ОН- концентрациясы арқылы анықталады,
яғни секіріс аяғында 0,1н. сілтінің 0,1мл –де 10-4 моль/л ОН- болады, онда
рН = 10. Келесі нүктелер де сілтінің артық мөлшерімен анықталады. Сонымен
секіріс нүктесі рН 7,76-10 аралығында, сондықтан индикатор ретінде тек
фенолфталеин алынады, оның рТ=9. Сонымен, қышқыл әлсізірек болған сайын
титрлеу қисығындағы рН-тың секіріс мәні де аз болады. Сол сияқты әлсіз
негізді күшті қышқылмен титрлегенде де титрлеу қисығындағы секіріс мәні аз
болады, бұл жағдайлар индикатор таңдауының мүмкіндігін азайтады.
V - әлсіз қышқылды әлсіз негізбен(не керісінше) титрлеу кезінде тирлеу
қисығын құрғанда қышқылдық бөлігі әлсіз қышқылды күшті негізбен титрлеуге,
сілтілік бөлігі титрлеу қисығының әлсіз негізді күшті қышқылмен титрлеген
бөлігіне сәйкес келеді. Ал эквивалент нүктедегі рН мәні тұз гидролизінің
константасы арқылы анықталады:
Кгидр.= Ксу/Кнег.Кқышқ. ;
Кгидр.= Снег.( С қышқ. /Стұз . Осы 2 формуланы пайдаланып,
рН = 7 + 1/2 pKқышқ.- 1/2 рКнег. Егер титрлеу қисығын сызса, рН секіріс
мәні жоқ деуге болады, яғни индикатор таңдау өте қиын, сондықтан қышқыл-
негіз титрлеу әдісінде ең болмаса бір электролит күшті болуы керек.
Титрлеу әдісінде ерітінділердің нормальды концентрациясы қолданылады.
Сонымен, титрлеу қисығына қарап мынандай қорытындылар жасауға болады:
1. Түсін тек рН=7 де өзгертетін индикаторды ғана таңдамауға болады.
(HCl+NaOH – үшін э.н. рН=7 де болады).
2. Тым концентрациясы жоғары, не тым концентрациясы төмен ерітінділерді
титрант ретінде алуға болмайды. Концентрациясы көп болса, титрлеу
әдісінің қатесі көбейеді, концентрациясы аз болса, титрлеудің секірісі
аз болады, сондықтан ерітінді концентрациясы 0,1н оптимальды деп
есептеледі.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Титрлеуге қажет индикаторлар қалай таңдалады?
2. Титрлеу қисығын не үшін құрады?
3. Әлсіз қышқылды (НСN) күшті негізбен (KOH) титрлеу қисығын
сызыңдар.
4. Әлсіз негізді (NH4OH) күшті қышқылмен титрлеу қисығын құрыңдар.
5. Көп негізді қышқылдарды титрлеу қисығын құрыңдар.
6. Кері титрлеу әдісі қай уақытта қолданылады ?
7.Орын басу реакциясын қолданып титрлеуді қай жағдайда жүргізеді?
8 Титрлеу әдісінде қолданылатын есептеулерді көрсету керек
Дәріс № 8 . Қышқыл-негіздік индикаторлар
8.1. Қышқыл-негіздік индикаторлар
8.2 Тамақ өндірісінде қышқыл-негізді титрлеуді қолдану
8 .1 Қышқыл-негіздік индикаторлар
Қышқыл-негіздік индикаторлар- әлсіз органикалық қышқылдар не
негіздер. Олардың иондары мен молекулалары әр түрлі түсті болады(боялады).
Егер қышқыл индикаторды HInd деп, негіз индикаторды IndOH деп
белгілесек:
HInd↔ H+ + Ind- - лакмус
NaOH қосса → қызыл түс көкке; HCl қосса,көк түс қызылға ауысады, сондықтан
лакмустің судағы ерітіндісі күлгін түсті (қызыл+көк).
Егер индикатордың ионы да, молекуласы да боялатын болса, ондай
индикаторларды екі түсті деп атайды, егер не молекуласы, не ионы ғана
боялатын болса, ондай индикаторлар бір түсті деп аталады.
Сонымен, индикаторлардың молекуласы мен иондарының әр түсті
болғандығы, олардың түсінің ерітіндінің рН-на байланысты өзгеретіндігін
түсіндіреді
Сонымен, қышқылдық индикатор үшін HInd↔ H+ + Ind-, негіздік индикатор
үшін IndOH( Ind+ + OH- тепе-тендіктерін жазуға
болады. Бұл тепе-теңдіктер үшін әрекеттесуші массалар заңын қолданса,
Кдисс =[ H+][ Ind-]/[ HInd], Кдисс =[ Ind+][ OH- ]/ [ IndOH- ]
Қышқылдық индикаторлардың молекулалары қышқыл ортада, ал сілтілік
ортада ион күйінде Ind- жүретіндіктен [ Ind-] – сілтілік түрі (Сс.т) [
HInd] – қышқылдық түрі (Сқ.т) деп белгілесе:
Кдисс =[ H+] Сс.т / Сқ.т, одан
[ H+]= Сқ.т/ Сс.т рН = рК - lg Сқ.т/ Сс.т (1) рК = - lgК – индикатор
көрсеткіші.
Әр индикатор үшін рК – тұрақты шама, тек температураға байланысты
ғана өзгереді. Олай болса, ерітіндінің рН-ның өзгерісі Сқ.т/ Сс.т қатынасы
өзгеруіне әкеледі, яғни индикатор түсі өзгереді, себебі оның молекуласы мен
ионының түсі әр түрлі. Адамның көзі индикатордың түсінің өзгергенін Сқ.т
мен Сс.т екеуінің концентрациялары бір-бірінен тек он есеге айырмашылығы
болса ғана, ажырата алады.
рН1 = рК- lg10/1 = рК-1; рН2 = рК- lg1/10 = рК+1
Сонымен, индикатор түсі кез-келген ерітіндінің рН-ның өзгерісіне
байланысты өзгермейді, тек индикатордың өзгеру интервалында ғана түсін
өзгертеді, яғни мынандай формула қолданылады рН = рК(1 .
Мысалы, фенолфталеиннің Кдисс =10-9 , яғни рК=9. Олай болса, оның
түсі рН = 9+1 не рН = 9 – 1, яғни 8-10-да арасында, яғни рН = 8-10-да
өзгереді. Практикада индикатордың көрсеткіші деген түсінік қолданылады. Ол
индикатор түсі өзгеретін интервал ортасына сәйкес келеді, мысалы ол
фенолфталеин үшін рТ = 9. Неге индикаторлардың молекуласы және ионы әр
түрлі түске боялады? Оған индикаторлардың хромофорлық теориясы жауап
береді. Бұл теория бойынша органикалық қосылыстар, яғни индикаторлардың
түсінің өзгеруі – олардың молекуласының құрылысына байланысты, яғни олардың
молекулаларында хромофорлар деген ерекше атомдық топтар болады, солардың
молекула ішінде құрылыстарының өзгертуіне байланысты индикатор түсі де
өзгереді. Мысалы, метилоранж (м.о.) формуласы: (СН3)2 N - N=N- SO3- (Ind-
) +H2O pH>7 сары
(СН3)2 N+ = N-NH-SO3- (HInd ) +OH- pH<7 қызыл
Титриметриялық әдістің нәтижесінің дұрыс болуы индикаторды дұрыс
таңдағанда көп байланысты. Ол үшін: 1) индикатордың рТ-сы эквивалент нүкте
болатын рН-тың мәніне жақын болуы керек; 2) индикатордың түсі өзгеретін
интервал шамасы титрлеу шегіне өте жақын болуы керек не соның мәніне кіруі
керек; 3) индикаторлардың өздеріде қышқыл не негіз болғандықтан қышқыл-
негіздік титрлеу кезінде оның көп мөлшерін алуға болмайды, себебі
титранттың артық мөлшері жұмсалуы мүмкін, сондықтан 1-2 тамшы ғана тамызу
керек және параллель жүргізілген тәжірибелерде әрқашан индикатордың бірдей
мөлшерін алу керек;
4)индикатор концентрациясы да оның түсіне әсер етеді.
Егер осы талаптар орындалмаса, анализ нәтижесінде қате кетуі мүмкін, ондай
қателерді индикаторлық қате деп атайды. Оны анықтау үшін мынандай
формулалар қолданылады:
∆Н+ =10-рТ V2 /Cн V1 (100% - титрлеудің сутектік қатесі, егер күшті қышқыл
аяғына дейін титрленбесе, не әлсіз не күшті негіздерді күшті қышқылмен
артық титрлесе.
∆ОН- =10-(14- рТ) V2 / Cн V1(100% - титрлеудің гидроксильдік қатесе, егер
күшті негіз аяғына дейін титрленбесе не күшті не әлсіз қышқыл күшті
негізбен артық титрленсе.
∆НА =10рК – рТ /1+10рК – рТ (100% -қышқылдық қате, егер әлсіз қышқыл НА
молекуласы аяғына дейін титрленбесе.
∆МОН = 10рК + рТ-14/ 1+10 рК + рТ-14100% -сілтілік қате, егер әлсіз негіз
МОН молекуласы аяғына дейін титрленбесе.
V1 – титрлеуге алынған анализге түсетін заттың көлемі ,мл;
V2 –титрлеудің аяғындағы ерітінді көлемі,мл;
Сн – анализге түсетін заттың нормальды концентрациясы;
рК – әлсіз электролиттің диссоциация константасы;
рТ – индикатор көрсеткіші. Мысалы:
1) 0,1н құмырсқа қышқылын 0,1н NaOH титрлегенде м.о. индикаторын
қолданған. Оның рТ=4 болса, рН = 8,22 эквивалент нүктеде (э.н.), олай
болса, титрлеу рН=4-те бітеді, сондықтан титрленбеген НСООН ерітіндіде
қалады. Сонда қышқылдық қате ∆НА =103,75-4 /1+103,75-4 (100=64%, рК =
3,75.
2) Ал егер индикатор ретінде фенолфталеин қолданылса, рТ=9, онда э.н.
үшін рН=8,22 болғандықтан әлсіз қышқыл аяғына дейін титрленбеді, олай
болса, гидроксильдік қате кетеді, ол 0,022% болады.
8.2. Тамақ өнеркәсібінде техника-химиялық тексеруге қышқыл-негіздік
титрлеуді қолдану
Көптеген тамақ өнімдерінің технологиясы биохимиялық және
микробиологиялық процестерге негізделген. Ал бұл процестер ортаның
қышқылдығына өте байланысты. (Ферменттер мен бактериялардың жағдайлары
ортаның қышқылдығына өте байланысты).
Шикізат пен дайын тағамның сапасының басты сипаттамасы – қышқылдықтың
мәні. Қышқылдықтың көрсеткіші (мәні) технологиялық процестің дұрыс жүріп
жатқанын көрсетеді.
Активті және жалпы (титрленетін) қышқылдық болады. Активті
қышқылдықты ортаның рН-ын анықтау арқылы табады. Жалпы қышқылдық қышқыл
мен қышқыл тұздардың шамасына байланысты. Шикізаттағы, дайын тамақ
өнімдеріндегі (ұнда, ашытқыда, крахмалда, макарон және кондитер
тағамдарында, қанда, сусындарда, сүтте, етте т.б.) жалпы қышқылдықты қышқыл-
негіздік титрлеу әдіс арқылы анықтайды.
Қышқыл-негіздік титрлеуде стандарт ерітінді ретінде тұз қышқылын
және натрий не калий гидроксидтерінің ерітінділері қолданады. Бірақ тұз
қышқылының стандартты ерітіндісін жасау әдістемесі жоқ болғандықтан, оның
титрін стандарт заттар арқылы анықтайды. Стандарт зат ретінде бураны
(натрий тетрабораты) Na2B4O7(10H2O, сусыз натрий карбонатын Na2CO3 , калий
иодатын KIO3 алуға болады.
Көбінесе натрий тетраборатын (бура) алады. Ол суда ерігенде,
гидролизге ұшырайды:
Na2B4O7 + 7H2O↔4 H3ВО3 + 2 NaОН
B4O7 2- + 7H2O↔4 H3ВО3 + 2ОН-
Негіздік орта пайда болды, сондықтан қышқылмен титрлеуге болады.
Тетраборатты тұз қышқылымен титрлеуді мынандай теңдеу арқылы көрсетуге
болады:
Na2B4O7 +2 HCl+5H2O=2NaCl+4H3ВО3 (1)
Яғни тетрабораттың гидролизінен пайда болған 2 NaОН молекуласына
2 молекула HCl керек. Реакция нәтижесінде әлсіз бор қышқылы түзіледі,
сондықтан эквивалент нүктедегі рН-ты былай табуға болады:
рН= 1/2рК қышқ. -1/2 lgСқышқ. = 9,24/2- 1/2lg10-1
рК бор қышқ =9,24 ; рН=9,24/2 + 0,5 = 5,12
Тетраборат концентрациясы 0,1н етіп дайындайды.
Олай болса, титрлеуге метилқызыл не метилоранж индикаторларын алу керек,
олардың түстерін өзгертетін интервалдары осы мәнге жақын.
Тетрабораттың эквивалент массасы 1/2(М Na2B4O7), себебі (1) теңдеу
бойынша оның молекуласы 2 моль HCl-мен әрекеттеседі. Жұмысты орындау
техникасы зертханалық жұмысты орындау нұсқауында беріледі.
Ерітінділерде қышқылдар мөлшерін анықтау үшін натрий не калий
гидроксидтері қолданылады, бірақ олар ауадан көмір (IV) қышқыл газын
жұтады, сондықтан олардың ерітінділерінде Na2СО3 қоспасы болатындықтан,
олардың концентрациялары есептеп табылған концентрацияға сәйкес болмайды.
Сондықтан натрий гидроксидінің концентрациясын стандартты заттар (қымыз
қышқылы, бензол қышқылы, калий бифталаты т.б.)арқылы анықтауға болады:
2NaОН +Н2С2О4 = Na2С2О4 +2H2O
Эквивалент массасы 1/2М(Н2С2О4(2H2O). Қымыз қышқылының ерітіндісін СО2-сі
жоқ дистилденген суда дайындау керек, себебі фенолфталеин индикаторымен
титрлегенде (ол өте СО2-ге сезімтал, яғни ерітіндіде тағы Н2СО3 қышқылы
пайда болады, сондықтан NaОН-тың артық мөлшері кетеді), дұрыс мән
алынбайды.
Дәріс №8 Өзін өзі тексеру сұрақтары:
1. Қышқыл-негіздік индикаторлар деген не, мысал келтіріңдер.
2. Индикатор түсі өзгеретін интервал деген не, индикаторлық көрсеткіш
деген не?
3. Неге индикаторлық қателер пайда болады?
4. Тамақ өнеркәсібінде қышқыл-негіздік титрлеудің қолданылуы.
Дәріс № 9. Редоксиметрия
9.1. Тотығу-тотықсыздану реакциясын пайдаланып титрлеу әдісі
9.2. Перманганатометрия, бихроматометрия, иодометрия
9.1. Тотығу-тотықсыздану реакциясын пайдаланып титрлеу әдісі
Редоксиметрияда тотығу-тотықсыздану реакциясы қолданылады, яғни
жүйеде тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш болады. Мысалы,
Fe3+ + e → Fe2+,
2CI- - 2e → CI2, сондықтан тотықтырғыш-тотықсыздандырғыш жұбы
( Ox/Red) болады, яғни Fe3+/Fe2+, CI2/2CI- т.б.
Тотығу-тотықсыздану реакциясының бағытын анықтау үшін
редоксиметрияда сандық сипаттама ретінде тотығу-тотықсыздану потенциалы
(Е0Ox/Red) алынады.
Егер металл пластинкасын (табақшасын) оның катионы бар
ерітіндіге батырса, металдың кристалдық торынан катиондар ерітіндінің жақын
тұрған қабатына көшеді (тотығу процесі) не, керісінше, ерітіндіден
катиондардың біраз бөлігі металл пластинкасы бетіне бөлініп, зарядсызданады
(тотықсыздану процесі). Осы 2 процестің қайсысы басымырақ болса, металл
пластинкасында оң не теріс зарядтардың артық мөлшері пайда болады, ал
металл бетіне жақын жердегі ерітінді қарама-қарсы зарядталады. Сондықтан
металл-ерітінді шекарасында потенциалдар айырымы пайда болады, бірақ оның
мәнін тікелей өлшеуге болмайды. Ол үшін гальваникалық элемент құру керек.
Гальваникалық элемент (тотықтырғыш-тотықсыздандырғыш жұбынан тұратын) 2
жартылай элементтен құрылады. Тотықтырғыш-тотықсыздандырғыш жұбы
потенциалының мәні тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш күшіне ғана байланысты
емес, сонымен бірге олардың концентрациясына да байланысты. Егер
концентрациялары бірдей және 1 моль/л болса, t( = 25(С, р = 1атм болса,
Е(Ox/Red деп белгілейді. Стандартты сутектік электродтың E(2H+/H2 = 0 деп
алса, кез-келген тотықтырғыш-тотықсыздандырғыш жұбын сутектік электродпен
салыстырып E(Ox/Red анықтайды. Ол мәндер «Анықтамада» болады. Стандартты
сутектік электрод былай жасалады: шыны түтікке концентрациясы 1моль/л
болатын күкірт қышқылын құйып,
« борпылдаған» платинамен жабылған платина электродын батырады да, газ
тәріздес сутегін үрлейді, ол платина бетінде адсорбциаланады. Сонда ол
сутектен жасалған электрод сияқты болады. Мысалы, Fe3+ +e → Fe 2+
реакциясы үшін E(Fe3+/Fe2+ анықтауға оны стандартты сутектік электродпен
гальваникалық элеменке біріктіреді. Бұл гальваникалық элемент жұмыс
істегенде мына реакция жүреді:
2Fe3+ + H2 ↔ 2Fe2+ + 2H+, электродтық потенциал 0,77в сонда
э.қ.к. = E(Fe3+/Fe2+ - E(2H+/H2 = 0,77в, ал E(2H+/H2 = 0 болғандықтан,
E(Fe3+/Fe2+ = 0,77в болады. Сонымен, тотықтырғыш-тотықсыздандырғыш жұбының
стандартты потенциалы көп болған сайын, оның тотықтырғыш түрі күштірек
тотықтырғыш болады, ал тотықсыздандырғыш түрі әлсіз болады, яғни стандартты
потенциалдың оң мәні көп болған сайын, жұптың тотықтырғыш түрі күшті
тотықтырғыш, ал теріс мәні көп болған сайын, тотықсыздандырғыш түрі күшті
тотықсыздандырғыш болады. Күшті тотықтырғыштарға қышқыл ортада MnO-4,
E( = 1.51в; Cr2O7 2-, E( = 1.33в жатады. Мысалы, мына реакция бағытын
анықтағанда
CI2 + 2Fe2+ → 2CI- + 2Fe3+ стандартты потенциалдарын салыстырады: E(CI2/
2CI- = 1.33в, E(Fe3+ / Fe2+ = 0,77в, сондықтан
СI2 тотықтырғыш болады, реакция оңға қарай жүреді. Тотықтырғыш-
тотықсыздандырғыш жұбының потенциалы олардың концентрацияларына,
температураға да байланысты, бұл байланысты Нерст теңдеуі арқылы көрсетеді:
EOx/Red = E(Ox/Red + RT/nF lnCOx /CRed
R = 8.313Дж/моль(К; Т = 273К; Ғ = 96500Кл – Фарадей саны; n –
электрон саны; 20(С кезінде EOx/Red = E(Ox/Red + 0.058/n lg
COx/Red, мысалы Fe3+/Fe2+ жұбы үшін:
EFe3+ /Fe2+ = 0.77 + 0.058/1 lg CFe3+ /CFe2+, мына жұп
үшін Br2 /2Br-: EBr2/2Br- = 1.08 + 0.058/2lgCBr2 /C2Br-. Zn2+/Zn жұбы
үшін, Zn – суда ерімейді, оның концентрациясы тұрақты, сондықтан Е( мәніне
кіреді. Олай болса,
EZn2+/Zn = - 0.76 + 0.058/2 lg CZn2+ . Егер реакциялар былай жүрсе:
MnO4- + 8H+ + 5e ( Mn2+ + 4H2O.
Cr2O72- + 14H+ + 6e ( 2Cr3+ + 7 H2O.
EMnO-4/Mn2+ = 1.51 +0.058/5 lg CMnO4- (C8 H+ /CMn2+ .
ECr2O72-/2Cr3+ = 1.33 + 0.058/6 lg CCr2O72- (СН+ /С2Сr3+ Бұл
теңдеулерден ерітінділердегі Н+ концентрациясы EOx/Red мәніне әсер
ететіндігі көрінеді. Егер реакция былай жүрсе,
2Cu2+ + 4I- = 2CuI( + I2
E(Cu2+/Cu+ = 0.15в деп қарамай E(Cu2+/CuI = 0.86в деп қарау керек, сонда
E = E( + 0.058 lg CCu2+ (CI- . E(I2/2I- = 0.54в, сондықтан тотықтырғыш
ретінде Сu2+ алынады.
Тотығу-тотықсыздану реакциясы қайтымсыз болу үшін, реакцияның тепе-
теңдік константасы үлкен шама болуы керек.
Fe3+ + Sn2+ ↔ Fe2+ + Sn4+ , бұл реакцияда Fe3+, Sn4+ - тотықтырғыш бола
алады; Sn2+, Fe2+ - тотықсыздандырғыш.
E(Fe3+/Fe2+ = 0.77в; E(Sn4+/Sn2+ = 0.15в, бұл мәндерден Fe3+ күшті
тотықтырғыш екені көрінеді. lg K = ( E1Ox/Red -
E2Ox/Red )( n / 0.058; lgK ( 0 және К( 1 болса, тура реакция ; lg К(0
және К ( 0 болса, кері реакция жүреді.
Қышқыл-негіздік титрлеу әдісі сияқты, редоксиметрияда да индикатор
таңдау үшін титрлеу қисығын құрады. Титрлеу процесінде қосылған
тотықтырғыштың не тотықсыздандырғыштың көлеміне байланысты ЕOx/Red
өзгереді. Редоксиметрияда индикатор қолданбай да анализ жүргізуге болады.
Мысалы, MnO4- - қызыл; Mn2+ - түссіз; I2 – бурыл; I- - түссіз. Бірақ
редоксиметрия көбінесе индикатор қатысында жүреді. Индикаторларды 2 топқа
бөледі:
1. Тотықтырғышпен не тотықсыздандырғышпен арнайы (ерекше) реакцияға
түсетін индикаторлар. Мысалы,
Fe3+ + 3 NH4 SCN → Fe(SCN)3 – қызыл +3NH4+; I2 + крахмал → көк
түсті комплекс қосылыс.
2. Редокс-индикаторлар: дифениламин; N-фенилантранил қышқылы;
ферроин.
9.2. Перманганатометрия. Бихроматометрия. Иодометрия.
KMnO4 → K+ + MnO4- , MnO4- - күшті тотықтырғыш , ол реакция ортасына
байланысты тотықсызданады: қышқыл ортада
MnO4- + 5e + 8H+→ Mn2+ + 4H2O E( = 1.51в, mэ = M(KMnO4)/5 = 31.5г/моль.
Негіздік, бейтарап ортада MnO4- + 3e + 3H2O→MnO(OH)2 +4OH-
mэкв. = M( KMnO4)/3 = 52.68г/моль, E( = 0.59в.
Бұл реакциялардан KMnO4 – тің қышқыл ортадағы тотықтырғыш
қабілетінің жоғарылылығын көруге болады. Сонымен бірге түссіз Mn2+ - ионы
түзіледі,сондықтан эквивалент нүктені анықтау қиындық туғызбайды.
Перманганатометрия әдісі индикаторсыз жүреді. Перманганатта әр уақытта MnO2
қоспасы болады және күн сәулесінен, тотықсыздандырғыштар әсерінен тез
айрылады,сондықтан оның концентрациясы алғашқы уақытта тез азаяды.
Перманганат концентрациясын 7-10 күн өткен соң ғана анықтайды. Перманганат
ерітіндісін қоңыр түсті шыны ыдыста, қараңгы жерде сақтау қажет.
Перманганаттың 0,02-0,05н. ерітіндісін титрлеуге қолданады.
KMnO4 ерітіндісінің титрін H2C2O4( 2H2O, Na2C2O4 ерітінділері арқылы
анықтайды.
2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ → 2Mn2+ +8H2O + 10CO2(
C2O42- - 2e → 2CO2
MnO4- - 5e +8H+ → Mn2+ + 4H2O
mэкв.Na2C2O4 = 134/2; mэкв.H2C2O4( 2H2O = 126.06/2.
Бихроматометрия әдісінің негізінде мына реакция жатыр:
Cr2O72- + 14H+ +6e → 2Cr3+ + 7H2O. E( = 1.33в.
Қышқыл орта ретінде HCI, H2SO4 ерітінділерін алады.
E(CI2/2CI- = 1.36в. Потенциалдар мәні жақын болғандықтан, хлорид-ионы
тотығуы мүмкін, сондықтан қышқыл орта жасау үшін 2н. күкірт қышқылы
қолданылады. (Перманганатометрияда тұз қышқылы ерітіндісін қышқыл орта
жасауға алуға болмайды).
Калий бихроматының калий перманганатына қарағанда артықшылығы:
1. Қайда кристалдау әдісін қолданып, химиялық таза, формуласына
сәйкес K2Cr2O7 алуға болады, сондықтан өлшенген сынамадан
оның титрленген(стандартты) ерітіндісін дайындауға болады.
2. Калий бихроматы тұрақты қосылыс, қайнатқаннан, ерітіндіге
қышқыл құйғаннан, көп уақытқа сақтағаннан оның титрі
өзгермейді. Бихромат түсі тоқ сары, бірақ тотықсызданғанда
жасыл түсті Cr3+ - ион түзіледі, сондықтан эквивалент
нүктені анықтағанда қиындық туады.
Иодометрия әдісінде I2 + 2e ↔ 2I- тотығу-тотықсыздану процесі
қолданылады. Стандартты потенциалы 0,54в, сондықтан бұл жұпты тотықтырғыш
және тотықсыздандырғыш ретінде де қолдануға болады, себебі потенциалдар
кестесінің орта шенінде орналасқан. Иодометриялық анықтауды жүргізу
жағдайлары:
1. I2/2I- жұбының потенциалы үлкен емес болғандықтан көптеген
иодометриялық реакциялар қайтымды.
2. Йод – ұшқыш зат болғандықтан, титрлеуді суық жағдайда
жүргізеді, сонымен бірге температура жоғарылағанда крахмалдың
сезімталдығы кемиді.
3. Иодометриялық титрлеуді сілтілік ортада жүргізуге болмайды,
себебі йод сілтімен әрекеттеседі: I2 +2OH-→IO- + I- + H2O.
Бөлінген гипоиодид иодометрияда қолданылатын натрий
тиосульфатымен әрекеттеседі:
S2O32- +4IO- + 2OH- → 4I- + 2SO42- + H2O, сондықтан анализ нәтижесі
дәл болмайды.
4. Анықталатын тотықтырғыш пен I- -ионы арасындағы реакция баяу
жүреді, сондықтан реакция аяқталу үшін 5 минуттай қараңғы
жерде ұстау керек, сонымен бірге қараңғы жерде ұстағанда
жарық әсерінен жүретін мына реакция 4I- +4H+ +O2 ↔2I2
+2H2O болмайды.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Тотығу-тотықсыздану потенциалдары деген не, олар қалай
анықталады және нені сипаттайды?
2. Тотығу-тотықсыздану индикаторлары деген не, олардың түсінің
өзгеруіне қандай химиялық процесс әсер етеді?
3. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының жылдамдығына қандай
факторлар әсер етеді?
4.Не себепті перманганат концентрациясын 7-10 күн өткен соң ғана анықтайды?
5. Бихроматометрия әдісінің перманганатометрия әдісінен артықшылығы.
6.Неге иодометрияда йод-иодид-иондары жұбы тотықтырғыш та,
тотықсыздандырғыш та бола алады?
7.Не себепті иодометрияда титрлеуді тек 5 минуттай уақыт өткен соң ғана
жүргізеді?
8.Тотығу-тотықсыздану потенциалдары деген не, олар қалай анықталады және
нені сипаттайды?
9.Тотығу-тотықсыздану индикаторлары деген не, олардың түсінің өзгеруіне
қандай химиялық процесс әсер етеді?
10.Тотығу-тотықсыздану реакцияларының жылдамдығына қандай факторлар әсер
етеді?
Дәріс №10. Комплексті қосылыстар
10.1 Комплексті қосылыстардың құрылысы. Комплексті қосылыстардың жіктелуі
және номенклатурасы
10.2 Комплексті қосылыстардың диссоциациясы , тұрақсыздық константасы
10.3 Комплексонометриялық титрлеу
10.1 Комплексті қосылыстардың құрлысы. Комплексті қосылыстардың жіктелуі
және номенклатурасы
Коваленттік не иондық байланыс арқылы атомдардан молекулалық қосылыс
түзілсе, олар бірінші ретті деп аталады. Бірінші ретті қосылыстардың
электронейтрал молекулаларының өзара әрекеттесуінен түзілген көптеген
қосылыстар болады. Оларды жоғары ретті молекулалар немесе комплексті
қосылыстар деп атайды:
NH3 + HCl → NH3•HCl → NH4Cl
Комплекс қосылыстағы химиялық байланыстың түзілу механизмін қарастырып,
комплекс қосылысқа анықтама беруге болады. Мысалы: NH4Cl молекуласы қалай
түзіледі
Барлық комплекс қосылыстарда донорлы-акцепторлы (д.-а.) байланыс болады.
Комплексті қосылыстар дегеніміз донорлы-акцепторлы байланыс арқылы
түзілетін жоғарғы ретті қосылыстар.
Комплексті қосылыстарда:
1. Комплекс түзуші, олар көбінесе оң зарядталған металл иондары болады,
көбінесе d-элементтері жатады.
2. Комплекс түзушінің маңайында лигандтар орналасады, олар теріс
зарядталған аниондар немесе электронейтрал молекулалар.
3. Лигандтар саны координациялық сан деп аталады.
4. Комплекс түзуші мен лигандтар комплексті қосылыстарының ішкі сферасын
түзеді, ол квадрат жақшаға алынады.
5. Ішкі сфераға кірмеген иондар сыртқы сфераны құрайды.
2. Катионды комплексті қосылысты атағанда, алдымен катионның, одан соң
анионның атын атайды. Ішкі сферада лигандалар түрінде электронейтрал
молекулалар болса, олардың аттарын өзгеріссіз атайды. Мысалы: С6Н6- бензол,
С2Н4- этилен, N2Н4- гидразин, Н2О- аква, NН3-аммин. Саны бірнешеу болса,
олардың санын грек тілінде көрсетеді: 2-ди, 3-три, 4-тетра, 5-пента, 6-
гекса, 7-гепта, 8-окта. Ішкі сфераға кіретін анион- лигандтарының аттарын
атау үшін олардың әрқайсысының аттарына «О» жұрнағы қосылып айтылады.
Мысалы, бромо-Br-, О2—оксо, N3—нитридо, ОН—гидроксо, СN—циано,
СО32—карбонато, РО43—фосфато, S2O32--тиосульфато, С2О42—оксалато т.б.
Осыдан кейін комплекс түзушінің атын ілік септігінде атап, оның атынан
кейін рим сандарымен жақша ішінде комплекс түзушінің зарядын көрсетеді. Ең
соңында сыртқы сферадағы анионның атына «ы», «і» деген жалғаулары қосып
айтылады.
[Ag(NH3)2]Cl- диаммин күміс (І) хлориді;
[Cu(H2O)4]SO4∙H2O- тетрааква мыс (ІІ) сульфат гидраты;
[Pt(H2O)(NH3)2OH]NO3- гидроксодиамминаква платина (ІҮ) нитраты;
[Ru(SO2)(NH3)4Cl]Cl- хлоротетраммин күкірт диоксид рутений (ІІ) хлориді.
Құрамында комплексті анионы болатын қосылысты былай атайды: алдымен сыртқы
сферасының катионының атын ілік септікте айтады. Бұдан соң жоғарғы айтылған
ретімен лигандтардың атын атайды. Комплекс түзушінің латын атына «аты»
деген жұрнақ қосады.
K[Ag(CN)2]- калий дицианоаргентаты (ІІ);
Na3[Co(NO2)6]- натрий гексанитрокобальтаты (ІІ);
K3[Ni(NO)2(S2O3)2]- калий дитиосульфатодинитрозилникеляты (ІІ).
Сыртқы сферасы жоқ нейтрал комплекстерінің аттарын атау үшін алдымен
лигандтардың аты, онан кейін атау септігіндегі комплекс түзушінің қазақша
аты келтіріледі де, оның тотығу дәрежесі көрсетілмейді.
[Co(NH3)3Cl]- трихлоротриаммин кобальт;
[Ru(H2O)(NH3)4SO3]- сульфиттетраамминаква рутений.
10.2 Комплексті қосылыстардың диссоциациясы.Тұрақсыздық константасы
Комплексті қосылыстардың сыртқы және ішкі сфераларының арасындағы
байланыстар иондық болғандықтан, суда еріткенде, олар комплексті ион мен
қарапайым сыртқы сфераның иондарына ыдырайды:
[Ag(NH3)2]Cl→ [Ag(NH3)2]+ + Cl-
K[Ag(CN)2] → K+ + [Ag(CN)2]-
Түзілген комплексті иондар өте аз мөлшерде өздерінің құрамына кіретін
бөлшектерге (иондарға, молекулаларға) ыдырайды.
[Ag(NH3)2]+ ↔ Ag+ + 2NH3
[Ag(CN)2]- ↔ Ag+ + 2CN-
Комплексті иондардың диссоциациясы аз мөлшерде жүретін қайтымды процесс
болғандықтан, оларға массалар әсерлесу заңын қолдануға болады және
процестер сан жағынан диссоциация константасы арқылы анықталады:
Кт.з.= ([Ag+]∙[NH3]2)/[Ag(NH3)2]+ =6,8∙10-8
Кт.з. = ([Ag+]∙[CN-]2)/[Ag(CN)2]- =1,0∙10-21
Келтірілген комплекс иондарының диссоциациялану константаларын тұрақсыздық
константасы Кт.з. деп атайды. Тұрақсыздық константаларының сандық мәндері
комплексті иондардың тұрақтылығын немесе беріктігін көрсетеді. Кт.з.
пайдаланып, комплексті қосылыстың арасындағы реакция қай бағытта жүретінін
анықтауға болады.
10.3 Комплексонометриялық титрлеу
Комплексонометриялық титрлеу тәсілі анықталатын қосылыстың
титрантпен комплекс тұзу реакциясына негізделген, реакция жоғары
жылдамдықпен, стехиометриялық және санды(толық) жүруі тиісті.
1944 ж. Шварценбах комплекс түзуші реагент ретінде аминокарбон
қышқылдарының туындыларын пайдалануды ұсынған. Оларды комплексондар деп
атаған. Комплексондарды титрант ретінде пайдалану анықталатын қосылыстардың
санын көбейтті және іс жүзінде кеңінен қолданылатын болды. Бұл тәсіл
пайдаланылатын титранттарға байланысты комплексонометрия деп
аталады.Комплексонометрия тәсілінде ең жиі пайдаланылатын титрант
комплексон III, немесе трилон Б, немесе ЭДТА-этилендиаминтетра сірке
қышқылының екі натрийлі тұзы. Ол көптеген металл-иондарымен тұрақтылығы
жоғары комплекстер түзеді. Комплекстердің тұрақтылығы ерітіндінің рН -ына
тәуелді, соңдықтан титрлеуде бұл факторды еске алған жөн. Титрлеудің соңғы
нүктесін анықтау үшін металлохромды индикаторлар қолданылады, олар
анықталатын металл-иондарымен комплексонға қарағанда тұрақтылығы төмен
комплекстер түзеді, сонымен қатар комплекстердің түсі индикатордың өз
түсіне қарағанда өзгеше болуы тиісті.
Комплексонометриялық тәсіл өте сезімтал, дәл және тез орындалады,
іріктеу қасиеті де жоғары, сондықтан химиялық анализде кеңінен
пайдаланылады. Оны құймаларды, кендерді, тағам өнімдерін зерттеуге
қолданады. Оның бір ерекше қасиеті - ерітіндінің рН-ын өзгерте отырып, бір
ерітіндіден бірнеше катионды анықтауға мүмкіндік беретіндігі. Осы қасиеті
Са2+ мен Мg2+ иондарын олардың қоспасынан комплексонометриялық тәсілмен
анықтауға мүмкіндік береді.
Комплексонометриялық тәсілмен аниондарды да анықтауға болады, ол үшін
оларды бір катионмен тұнбаға түсіріп алу қажет, сосын катионның артық
мөлшерін комплексон ерітіндісімен титрлейді.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
1. Комплексондардың формулаларын, құрылымын, металл-иондарымен
реакцияларын, комплекстердің құрылымын айту керек.
2. Әрекеттесетін қосылыстардың эквиваленттік факторын және эквиваленттің
молярлы массасын есептеу керек.
3. Металлохромды индикаторлар деген не?
4. Комплексонометриялық титрлеуде рН әсері;
5. Комплексонометриялық тәсілдер: тура, кері, орынбасу т.б.
6. Комплексонометриялық тәсілдің мүмкіншілігі.
7.Комплекс түзуші заттың тотығу дәрежесі мен координациялық санын
көрсетіңдер. Комплекс қосылыстарды атаңдар: K[AuBr4], K2[Cd(CN)4],
[Pt(NH3)2Cl2], K[Cr(SO4)2], Na3[Ag(S2O3)2]. Комплекс қосылыстың
диссоциацияларын жазыңдар.
8.Комплекс қосылыстарды жазып, оларды атаңдар: PtCl4∙6NH3, PtCl4∙5NH3,
PtCl4∙∙4NH3, Co(NO3)3∙6NH3, Co(NO2)3∙KNO2∙2NH3.
9.Қай негіз күштірек: [Cu(NH3)4](OH)2 не Cu(OH)2 ме?
10.Қай комплекс ион тұрақтырақ: [Zn(NH3)4]2+ не [Cd(NH3)4]2+?
[Co(NH3)4]2+ не [Co(NH3)4]3+?
ДӘРІС №11. Тұндыру тәсілімен титрлеу. Аргентометрия. Роданометрия.
11.1 Тұндыру тәсілімен титрлеу
11.2 Аргентометрия. Роданометрия
11.1 Тұндыру тәсілімен титрлеу
Титрант пен анықталатын компонент арасындағы ион-алмасу реакциялары
нәтижесінде нашар еритін қосылыстар түзілу процестеріне негізделген
тәсілдер тұндырудың титриметриялық әдістері деп аталады. Титриметриялық
тәсілде титрант (тұнбаға түсіруші реагент) дәл, яғни эквивалентті мөлшерде
қосылады (ал гравиметриялық тәсілде – тұнбаға түсіруші реагент артық
мөлшерде қосылады). Титрлеудің соңғы нүктесін анықтау үшін индикатор
пайдаланылады. Индикатордың табиғаты және әсер ету механизмі әр түрлі болуы
мүмкін, оларды титрлеу қисықтарына негізделіп таңдайды.
Титриметрияда пайдаланылатын реакциялар жоғары жылдамдықпен және
толық жүруі, титрлеу жағдайында ерімеуі тиіс. Титрлеу нәтижесінде адсорбция
және ілесе тұнбаға түсу процестерінің әсер етпеуі қажет. Тұнбаға толық түсу
процесі қосылыстың ерігіштігіне тәуелді, сондықтан титриметрияда
пайдаланылатын қосылыстардың ерігіштігі 10-4 – 10-5 моль/л шамасынан төмен
болмауы қажет. Бірақ бұл қойылатын шартқа байланысты тұндыру тәсілімен
титрлеуде пайдаланылатын реакциялардың саны азаяды.
Аргентометрияда –хлоридтер, бромидтер, иодидтер анықталады, титрант – AgNO3
ерітіндісі;
Роданометрия (тиоцианометрия) - тура титрлеу тәсілімен күміс тұздары немесе
кері титрлеу тәсілімен галогенидтер анықталады, титрант – NH4CNS
ерітіндісі;
Меркурометрия – галогенидтер анықталады, титрант – Hg2(NO3)2 ерітіндісі;
Сульфатометрия – барий-, сульфат- иондары анықталады, титрант BaCl2 немесе
H2SO4 ерітінділері.
Барлық жағдайда да тирлеу нәтижесінде тұнба түзіледі.
11.2 Аргентометрия. Роданометрия (тиоцианометрия )
Аргентометрия – бұл тұнбаға түсіру тәсілімен титрлеу, титрант
ретінде 0,1 н.; 0,05н.; сирек 0,02н. және 0,01н. AgNO3 ерітіндісінің титрін
NaCl (стандарт ерітінді) арқылы анықтайды. Тәсілдің негізгі химиялық
теңдеуі:
HaI- + AgNO3 ↔ AgHaI ( + NO3 –
Титрлеудің соңғы нүктесін анықтауға байланысты аргентометрияны
топтарға бөледі:
Мор тәсілі – хлоридтерді, бромидтерді (иодидтер мен роданидтер
анықталмайды ) анықтайды, индикатор K2Cr2O4.
Фаянс тәсілі – адсорбциялық индикаторлар (флуоресцеин, эозин т.б.)
пайдаланылады, иодидтерді, хлоридтерді, бромидтерді анықтайды.
Гей-Люссак тәсілі – индикаторсыз тәсіл, галогенидтерді анықтайды,
қазір өте сирек қолданылады , себебі жұмыс өте дәл орындалуы керек .
Роданометрия (тиоцианатометрия), Фольгард тәсілі – титрант ретінде
аммоний тиоцианаты пайдаланады (0,1н. не 0,05н.). Күміс иондарын анықтайды.
Тәсілдің негізгі химиялық теңдеуі :
Ag + + NH4CNS ( Ag CNS( + NH4 +
Индикатор ретінде азот қышқылы қосылған темір-аммоний ашудасы немесе
темір(III)тұздары ерітіндісі пайдаланылады
(гидролиздену процесін болдырмау үшін азот қышқылын қосады ). Сол себебті,
Фольгард тәсілінде зерттелетін ерітіндінің ортасы – қышқыл ( Мор тәсілінде
–нейтрал орта). Сондықтан, роданометрия тәсілінде Ba 2+ , Pb 2+, Bi 3+
т.б. иондары анықтауға кедергі жасамайды.
Сонымен қатар Фольгардтың кері титрлеу тәсілі де бар. Бұл тәсілмен
галогенидтерді және тиоцианаттарды анықтайды. Зерттелетін ерітіндіге титрі
анықталған AgNO3 ерітіндісінің белгілі көлемі қосылады (артық мөлшерде ),
әрекеттеспей қалған AgNO3 артық мөлшерін Fe (III)-иондарының қатысында
және қышқыл ортада NH4CNS ерітіндісімен титрлейді, ерітінді қызғылт түске
боялғанша:
Fe3+ + 3CNS( = Fe(CNS)3
Иодид-иондары анықталған жағдайда жанама процестер жүруі мүмкін, себебі I-
(иодид-ионы) Fe3+ ионымен әрекеттесіп, дербес I2 бөлінеді, ал йодтың түсі
титрлеудің соңғы нүктесін анықтауға кедергі жасайды. Сондықтан бұл жағдайда
индикаторды титрлеудің соңында қосады.
Өзін өзі тексеру сұрақтары:
1. Тұнбаға түсіру тәсілімен тирлеу және оның гравиметриялық анализден
айырмашылығы. Тұнбаға түсу жағдайлары, ЕК, сатылап (фракциялық)
тұнбаға түсіру, ілесе тұнбаға түсіру.
2. Аргентометриялық тәсілдің (Мор тәсілі) мәні. Стандартты ерітіндісі,
индикатор, тирлеу ортасы (жауапты толық беру қажет).
3. Фольгард тәсілінің мәні. Тура және кері титрлеу. Титранттар,
индикатор,ортасы.
4. Тұнбаға түсіру титрлеуінде пайдаланылатын реакцияларға қойылатын
шарттар.
5. Мор және Фольгард тәсілімен хлорид-және иодид-иондарын анықтаудың
артықшылығы және кемшіліктері.
6. AgNO3 ерітіндісін NaCl ерітіндісімен титрлегенде тұнба бөлшектерінің
заряды қалай өзгереді? Изоэлектрлік нүкте дегеніміз не? Мөлдірлену
нүктесіне дейін титрлеу дегеніміз не? Лайлану нүктесіне дейін титрлеу
дегеніміз не?
7. Хлоридтерді Мор тәсілімен анықтаған кезде аммоний иондарының кедергі
жасау процестерін түсіндіру қажет.
8. Абсорбциялық индикаторларды пайдалану тәсілінің мәні (Фаянс тәсілі) .
Кемшіліктері, артықшылықтары.
9. Флуоресцеин мысалында ерітінді рН-ның индикатордың қасиетіне әсерін
түсіндіру қажет .
10. Галогенидтерді меркурометриялық тәсілмен анықтаудың мәні. Стандартты
ерітінді.
11. Меркурометрия тәсілінде пайдаланылатын индикаторлар. Темір роданидін
және дифенилкарбазонды пайдаланған жағдайдағы титрлеу ерекшеліктері.
12. Аргентометрия, тиоцианометрия, меркурометрия тәсілдерінің
артықшылықтары және кемшіліктерін салыстыру қажет.
13. Әдістемелік қателер, оларды кеміту тәсілдері.
Күміс және сынап тұздары ерітінділерімен жұмыс істеу ерекшеліктері.
14. Аргентометрия және меркурометрия тәсілдерінің артықшылығы және
кемшіліктері.
Дәріс № 12 Потенциометрия. Потенциометриялық титрлеу
Кондуктометриялық анализ
1. Потенциометрия. Потенциометриялық титрлеу
2. Кондуктометриялық анализ
12.1 Потенциометрия. Потенциометриялық титрлеу
Потенциометриялық әдіс гальваникалық элементтердің электр қозғаушы
күшін өлшеуге негізделген. Гальваникалық элементте бір ерітіндіге не екі
әртүрлі ерітіндіге батырылған 2 электрод болады. Екі ерітінді өзара сұйық
контакт арқылы қосылады. Анықталатын ионның концентрациясына потенциалы
тәуелді электрод – индикаторлы деп аталады, оның потенциалын өлшеу үшін
ерітіндіге салыстырмалы электрод салады. Салыстырмалы электродтың
потенциалы анықталатын ион концентрациясына тәуелді емес. Потенциометрия
әдісі Нернст теңдеуіне сүйенеді.
Потенциометрияда индикаторлық электродтың 2 класы қолданылады: 1)
электрон алмасатын электродтар – фазалар арасындағы шекарада электрондар
қатысында реакциялар жүреді; 2) ионалмасатын, ионселективті электродтар –
фазалар арасындағы шекарада ионалмасу реакциялары жүреді. Ионселективті
электродтар ішіндегі ең маңыздысы - шыны электродтар: шар тәрізді, өте
жұқа, құрамы 22% Na2O, 6% CaO, 72% SiO2 тұратын шыны ыдысқа 0,1М НСІ
құйып, AgCI –мен жабылған хлор күміс электродын батырады. Сонда оның
кестесі:
Ag,AgCI│HCI (0,1М) ║шыны ║анықталатын ерітінді ║КСІ│AgCI,Ag
Шыны электродты жұмыс алдында 0,1М НСІ ерітіндісінде 8 сағаттай ұстайды.
Шыны электродтың қалыңдығы 0,1мм, сондықтан оны сүртуге болмайды.
Потенциалды өлшеу үшін потенциометрлер қолданылады: шкаласы милливольтты,
рН-ты көрсетеді. Потенциометрия әдісінде тура потенциометрия және
потенциометриялық титрлеу қолданылады. Титрлеу әдісінің дәлдігі жоғары,
себебі эквивалент нүкте (э.н.)тұсында аз ғана концентрацияның өзгеруіне
индикатор электроды потенциалының үлкен өзгерісі сәйкес келеді. Э.н. – ге
жақындағанда титранттан аздап құю керек. Потенциометрия әдісінде де
реакцияның барлық түрін қолдануға болады: бейтараптау, тотығу-тотықсыздану,
комплекс түзу, тұнбаға түсіру. Э.н. анықтау үшін Е = f ( V) не рН = f (V)
графиктерін құрады (интегралды қисық), ал дәлірек э.н. табу үшін ∆Е/∆V = f
(V) не ∆рН/∆V = f (V) (дифференциалды қисық) графиктерін құрады. Бұл
әдістің жетістіктері: тез және қарапайым , лай және түсті ерітінділерде де
анализ жасауға болады. Әдістің қатесі 0,5-1% арасында. Қазіргі кезде
көптеген иондарға арналған ионселективті электродтар бар.
12.2 КОНДУКТОМЕТРИЯЛЫҚ АНАЛИЗ
Электр өрісінде аниондар анодқа, катиондар катодқа тартылады. Ерітіндінің
электр өткізгіштігі деп уақыт бірлігі ішінде ертінді арқылы өткен электр
мөлшерін атайды:
І=L-E
І – тоқ күші;
L – электрөткізгіштік;
Е – кернеу.
Сонымен, электрөткізгіштік кедергінің кері шамасы.
Меншікті кедергі:
R=ρ *L/S ρ-меншікті кедергі.
S- өткізгіштің ауданы
L- өткізгіш ұзындығы
[pic] L =1/R = S/((L
χ- меншікті электрөткізгіштік.
Аудандағы 1см2 өзара 1 см арақашықтықта орналасқан екі электрод
арасында орналаскан электролит электрөткізгіштігін меншікті
электрөткізгіштік χ деп атайды. Өлшем бірлігі , См/ см.
Аналитикалык химияда көбінесе эквиваленттік электр өткізгіштік
λ(қозғалғыштық) пайдаланады. Эквиваленттік электрөткізгіштік -
арақашықтығы 1см екі электрод арасында орналасқан құрамында 1 эквивалент
зат бар электролит ертіндісінің электрөткізгіштігі. Өлшем бірлігі См *
см2/моль-экв Эквиваленттік электрөткізгіштік пен меншікті электрөткізгіштік
арасында мынандай байланыс бар:
λ= χ ( 1000/ Cн
Ерітіндіні сұйылту кезінде λ артады. Шексіз сұйылту кезінде максимальды
шамасына жетеді λ∞. Кольрауш заңы немесе аддитивтілік заңы: Электролиттің
шекті сұйылту кезіндегі эквиваленттік электрµткізгіштігі катион мен
анионның қозғалғыштықтарының қосындысына тең болады.
λ∞=λк + λа
λкcl = λkً + λclˉ
Иондар қозғалғыштығы кестелерде ( таблицаларда) беріледі. Ол ионның
зарядына және радиусына тәуелді. Қозғалғыштыќ ионның абсолюттік
жылдамдығын Фарадей т±раќтысына кµбейткенге тењ. Эквивалент ретінде 1
зарядты бөлшек алынады. Naً+; Clˉ
λBaCl 2 = λBa2++λ 2Clˉ
ең жоғарғы қозғалғыш иондар - сутек, гидроксид 25°С –та λн+ = 350
λонˉ = 199. Қалған иондар
қозғалғыштығы 30-70 аралығында.
Электрөткізгіштікке келесі факторлар әсер етеді:
1. электролит табиғаты
2. электролит концентрациясы
3. температура
4. еріткіш табиғаты
Электролит және концентрацияның әсері. Орташа концентрацияда концентрация
кеміген сайын λ артады. Өте сұйытылған концентрация үшін ≤ 0,001 М
λ = λ∞ - а√ с; а – электролит табиғатына байланысты шама.
λ
[pic] √ с
а) Күшті электролит үшін λ біртіндеп кемиді, себебі екі құбылыс байқалады:
1. Релаксация эффектісі;
2. Электрофорезді эффект;
ә) Әлсіз электролит үшін осы екі эффект те болады, бірақ төмендеу
дәрежеде. Сұйылтқанда әлсіз электролиттің диссоциациялану дәрежесі ά
артады, сол себептен сұйылту нәтижесінде электрөткізгіштік көп есе артады.
б) Температура артқан сайын электрµткізгіштік артады. Температураны
1°С арттырса, электрµткізгіштік 2-2,5 % артады.
Электрөткізгіштік кондуктометр аспабымен өлшенеді. Оның схемасының
негізінде Уитсон көпіршесі жатыр, ол кедергі өлшеу құрылғысы.
Ерітіндінің электрөткізгішін өлшеуге негізделген екі
кондуктометриялық әдіс бар:
а) тура кондуктометрия
в) кондуктометриялық титрлеу
а) Тура кондуктометрия аналитикалық химияда сирек пайдаланылады, себебі
электрөткізгіштік - аддитивті шама. Ол иондардың жалпы концентрациясын ғана
көрсетеді. Тура кондуктометрия келесі мақсаттарда пайдаланады:
1. Әлсіз электролиттердің диссоциациялану дәрежесін ά және диссоциациялану
константасын анықталу үшін ά= λ/ λ∞ . Кдис = С((2
2. Тұнбалар ерігіштігін анықтау үшін. Құрамы 1:1 қатынасындай тұнбалар
ерігіштішін келесі формуламен есптейді:
S = χ( 1000
λ ∞
3. Қозғалғыштығы жуық иондардың ерітіндідегі жалпы концентрациясын табу
үшін.
4. Әр түрлі ішімдіктердің сапасын қадағалау үшін.
б) Кондуктометриялыќ титрлеу әдісі жиі пайдаланылады. Ерітіндіні қолайлы
титрантпен титрлеп, χ өлшеп отырады. Эквиваленттік нүктені осы χ өзгерісі
арқылы анықтайды. Қышқылдық-негіздік, тұндыру, комплекс түзу реакциялары
пайдаланады. Тотығу-тотықсыздану реакциялары сирек пайдаланады, себебі
оларда электрөткізгіштік аз өзгереді.
Артықшылығы:
1. Орындалуы қарапайым.
2. Лайлы, түсті ертінділерді титрлеуге болады.
3. Кейде ерітіндідегі қоспаны бөлмей титрлеуге болады.
4. Дәлдігі біршама жоғары - 2-4 %, ал термостаттау пайдаланса - 0,2%.
5. Төмен концентрацияларды (10ˉ3 моль/л) титрлеуге болады.
6. Судың жалпы кермектігін анықтауға болады.
7. Органикалық және сулы-органикалық ертінділерді титрлеуге болады.
Кемшілігі:
1. Талғамдығы төмен.
2. Тура кондуктометриялық өлшеулер қоспаларға сезімтал болады.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Өткізгіштердің қандай негізгі 2 түрі болады?
2. Сименс (См) өлшем бірлігі нені көрсетеді?
3. Катиондар мен аниондар қозғалғыштығы деген не?
4. Тура кондуктометрияның қолданылуына мысал келтір.
5. Кондуктометриялық титрлеуді қандай жағдайларда пайдаланады?
6. Потенциометриялық әдісте неше электрод қолданылады?
7.Индикаторлық және салыстырмалы электродтар қалай жұмыс істейді?
8.Тура потенциометрия және потенциометриялық титрлеуді қалай жүргізеді?
9.Интегралды және дифференциалды графиктерді қалай құрады?
Дәріс № 13. Вольтамперометрия. Амперометриялық титрлеу. Кулонометриялық
анализ
1. Вольтамперометрия. Амперометриялық титрлеу
13.2 Кулонометриялық анализ
13.1 Вольтамперометрия. Амперометриялық титрлеу
Сырттан берген кернеуге байланысты электролиттік ұяшық арқылы өткен
тоқты тіркеуге және оны зерттеуге арналған әдіс – вольтамперометрия
(полярография). Бұл әдістің негізінде электролиз процесі жатыр.
Полярографияда да 2 электрод қолданылады: бір электродтың бет өлшемі өте
кішкене (микроэлектрод), екіншісінікі – үлкен болады. Анықталатын зат бір
электродтың бетінде не тотығады, не тотықсызданады. Салыстырмалы электрод
ретінде қаныққан каломель (Hg2CI2) электроды не электролизер түбінде
жататын сынап қабаты қолданылады. Индикаторлық электрод ретінде тамшылайтын
сынап электроды, микродискалық платина электроды, айналатын не стационар
графит электроды қолданылады. Осы электродтарға сыртқы тұрақты тоқ беретін
электр көзінен бір қалыпты өзгеретін кернеу беріледі. Беті үлкен электродта
тоқ тығыздығы (I,А/S,см2) өте аз болады, сондықтан оның потенциалы
тұрақты деуге болады, ал микроэлектродта (беті өте кішкене болғандықтан),
тоқ тығыздығы (I/S) бірсыпыра болады. Олай болса, полярография кезінде тек
микроэлектрод поляризацияланады, яғни өзінің тепе-теңдік потенциалын
өзгертеді. Сонымен сырттан кернеу (Е) катод потенциалының (тамшылайтын
электрод), анод потенциалының (салыстырмалы электрод) өзгеруіне және
ерітінді кедергісін жеңуге жұмсалады: Е = ЕК - ЕА + IR .
Анализге түсетін ерітіндінің кедергісін азайту үшін индифферентті
электролит - фон
(қышқыл, сілті, тұз, буфер ерітінділер) қосады, сонымен сыртқы кернеу тек
ЕК өзгерісіне жұмсалады. Егер индикатор электродында (тамшылайтын сынап
электроды) кернеу мен тоқ байланысы арасында график тұрғызса, оны
полярограмма деп атайды. Толқынның ортасына сәйкес келетін потенциалды
(Е1/2)- жартылай толқын потенциалы деп атайды, ол анықталатын зат
табиғатына байланысты, сондықтан сапалық анализде қолданылады, ал толқын
биіктігі оның концентрациясына тәуелді. Сондықтан полярография аналитикалық
химияда сапалық және сандық анализде қолданылады. Полярография әдісінде
сандық анализ жасау үшін Илькович теңдеуі қолданылады.
Imax = Id =605nC0D1/2m2/3τ1/6.
D-диффузиялық коэффициент, m – капиллярдан 1 секундта ағатын сынап
массасы,г;
τ тамшы периоды; С0 – концентрациясы; m2/3 τ1/6 - капилляр сипаттамасы;
m, τ – капилляр диаметріне байланысты: Id = kC0 .
Катодта жүретін процесс: Men+ + ne ( Me (сынапта еру,амальгама).
Анодта:
Hg – 2e = Hg2+ түзілген сынап ионы ерітіндідегі CI--мен Hg2CI2 түзеді. Егер
ерітіндіде бірнеше элемент катиондары болса, полярограммада сонша толқын
болуы мүмкін, егер Е1/2 мәндерінде айырмашылық болса. Сандық анализде
анықталатын затты табу үшін 1. градуирлік график әдісі;
2. стандарттар әдісі; 3. концентрациясы белгілі катион ерітіндісін қосу
әдісі қолданылады: 1. Градуирлік график әдісінде
4-5 концентрациясы белгілі ерітінділер дайындап, полярограммаларын түсіреді
де һ = f (C) графигік құрады, анықталатын зат ерітіндісінің
полярогаммасынан һ тауып, графиктен С, яғни концентрациясын табады.
2.Стандарттар әдісінде градуирлік график құрмай, тек стандартты ерітінді
мен анализденетін ерітінді үшін полярограмманың һ салыстырады: Сх =
Сстһх/һст.
3. Полярограмма түсіріп алған соң, анықталатын ерітіндінің белгілі мөлшерін
қосып тағы да полярограмма түсіреді. Анықталатын зат концентрациясын Сх
деп, оның биіктігін һ1 деп, стандартты ерітіндіден қосылған
концентрацияны Сқос. деп (Сх+Сқос.), оның биіктігін һ2 деп
Сх = Сқос.һ1/ һ2-һ1 анықтайды.
Полярография әдісінің жетістіктері:
1. әдіс сезімтал – 10-5 – 10-6М концентрация анықталады;
2. дәлдігі жоғары ( 3% салыстырмалы қате);
3. егер Е1/2 мәндерінде үлкен айырмашылық болса, онда бір ерітіндіден бір
уақытта бірнеше катион анықталады.
Амперометриялық титрлеуде Id = f (C) графигін құру арқылы
анықталатын заттың концентрациясын табады. Индикатор электродына Id мәніне
сәйкес потенциалды не Е1/2 потенциал мәнін қояды. Электролизердегі
тотығатын не тотықсызданатын (электроактивті) анықталатын затқа онымен
әрекеттесіп, концентрациясын азайтатын титрант қосады да, тоқтың өзгерісін
жазады, сонда амперометриялық титрлеу қисығы пайда болады.
Екі қисықтың қилысқан жері э.н.
сәйкес келеді. Амперометриялық титрлеу әдісінде электроактивті тек
анықталатын зат қана болуы қажет емес, сол сияқты титрант та, реакция
нәтижесінде түзілген зат та электроактивті болулары мүмкін, сондықтан
титрлеу қисықтары әртүрлі болады. Бұл әдісте индикаторлық электрод ретінде
айнымалы платинадан, графиттен жасалған электродтар қолданылады.
Амперометриялық титрлеуде реакцияның барлық түрлері ( комплекс түзу,
тұнбаға түсіру, тотығу-тотықсыздану) қолданылады. Жұмысты бастамас бұрын
реостат арқылы Id мәніне сәйкес потенциалды не Е1/2 мәнін вольтметрге
қояды. Титрлеуде э.н. соң тағы 2-3 нүкте алса жеткілікті. Мысалы,
амперометриялық титрлеу арқылы мысты(II) анықтағанда Е1/2 = 0,53в, сол
кезде Cu2+ + e → Cu+ реакциясы жүреді. Ерітіндіде еріп жүрген
оттегі О2 + 4е → 2О2- процесіне түспес үшін
2н. 25 мл H2 SO4 (фон) құяды. Мына реакция әсерінен мыс(II) мөлшеріне
сәйкес келетін йод бөлінеді: 2Cu2+ + 4KI = Cu2I2 + I2 + 4K+; Cu2+ +e → Cu+
болғандықтан
mэкв. = А(Сu)/1, яғни 63,5г/моль. Бөлінген йодты натрий тиосульфатымен
титрлеу арқылы мыс массасы анықталады.
Әдістің жетістігі: экспресс әдіс; қарапайым әдіс; аппаратуралары –
миллиамперметр, реостат, тұрақты тоқ көзі – 1,5-2 в беретін аккумулятор,
вольтметр.
13.2 КУЛОНОМЕТРИЯЛЫҚ АНАЛИЗ
Кулонометриялық анализ заттың электролиз процесіне жұмсалған электр
мөлшерін өлшеуге негізделген. Электролиз Фарадей заңдарына бағынады.
Кулонометриялық анализдің екі әдісі белгілі:
1)Тура кулонометрия;
2)Кулонометриялық титрлеу.
1)Тура кулонометрия. Бұл әдіс бойынша заттың өзі электролизге ұшырайды.
Электролиз көбінесе тұрақты потенциалда жүргізіледі, содықтан әдіс
потенциостатикалық кулонометрия деп аталады.
Бәсекелес реакциялар болмас үшін потенциалды дұрыс таңдау қажет. Электролиз
процесі кезінде зат концентрациясы С азайған сайын І ток күші де азаяды.
Электролизді ток күші тұрақты шамаға дейін жеткенше Іt жүргізеді. Егер
Іt=0,01(І0 болса, анықтау қателігі 1% болады.
Егер Іt=0,001(І0 болса, анықтау қателігі 0,1% болады.
2)Кулонометриялық титрлеу. Бұл әдіс бойынша зерттелетін зат ұяшықтағы
көмекші заттың электролизі немесе анод материалы еру нәтижесінде пайда
болған титрантпен әрекеттеседі. Мұндай титрантты электрогенерацияланған
титрант деп, ал электродты генераторлы электрод деп атайды.
Егер титрант генерациясы анықталатын заты бар ерітіндіде жүрсе, онда
ішкі генерация деп аталады. Егер генерация жеке ыдыста жүргізілсе, онда
сыртқы генерация деп аталады, бұл түрі аз қолданылады.
Кулонометриялық титрлеу тұрақты тоқ күшінде жүргізіледі, яғни оны
гальваностатикалық (амперостатикалық) кулонометрия деп атайды.
Кулонометриялық әдісте заттың тоқ бойынша шығымы 100% - ке тең болуы
маңызды, яғни электр тоғының әр кулоны зерттелетін заттың электролизіне
жұмсалған болу керек, қосалқы кедергі жасайтын реакциялар болмауы қажет.
Электр тоғының шығымы ВТ = mтәж. /mтеор.( 100% мөлшерімен көрсетіледі,
оны кулонометрде өлшейді. Кулонометр - белгілі заттың электролизі
жүргізілетін электрохимиялық ұяшық. Кулонометрді зерттелетін заты бар
ұяшықпен тізбнетей қосады. Сонда екі ұяшық арқылы электр тоғының бірдей
мөлшері жүріп отырады.Электролиз аяқталғаг соң кулонометрде бөлінген заттың
массасын өлшейді және сол бойынша
Q есептейді. Q – электр тоғы мен уақыт көбейтіндісіне тең шама.
Кулонометриялық титрлеуде химиялық реакцияның барлық 4 типі де
қолданылады.
Эквивалентті нүктені анықтау үшін келесі әдістер қолданылады:
1)Түсті индикаторлар әдісі.
Зерттелетін затпен белгілі бір түс беретін индикаторды қолдану. Зат толық
әрекеттесіп біткен кезде түс жойылып кетеді немесе басқа түске ауысады. Бұл
эквивалентті нүктені көрсетеді.
2)Потенциометриялық әдіс.
Ерітіндіге әрекеттесуші заттардың біреуінің концентрациясының өзгеруіне
сезімтал индикаторлы электрод батырып, оны жеке тізбекке қосады,
эквивалентті нүктеде потенциал секірмесі пайда болады.
3)Амперометриялық әдіс.
Ерітіндіге тамшылы сынап капиллярды немесе қатты электрод батырады да
полярографиялық токты өлшейді. Ток күші заттың ерітіндідегі
концентрациясына пропорционал. Электролиз соңында зат түгелдей
электролизденіп біткен соң ток күші нольге дейін азаяды. Эквивалентті
нүктеге жеткен кезде секундомерді тоқтатады.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Полярография әдісінің негізі, қолданылатын электродтар ерекшеліктері.
2. Жарты толқын потенциалының мәні, оған әсер ететін факторлар.
3. Илькович теңдеуіне кіретін өлшемдер.
4. Полярографияда сандық анализ жүргізу үшін қолданылатын әдістер.
Амперометриялық титрлеу әдісінің негізі, алынатын графиктер түрі
5 Фарадей заңдарының оқылуы.
6. Ток бойынша шағым деген не, оның шамасы қандай болуы керек?
7. Тұрақты ток күшіндегі тура кулонометрияның негізі неде? Бұл әдіс қандай
жағдайларда қолданылады?
8. Неліктен тура кулонометрияны көбінесе жұмысшы электродтың тұрақты
потенциалында жүргізеді?
9. Кулонометриялық титрлеудің артықшылықтары.
Дәріс 14 Абсорбционды спектроскопия. Фотометриялық
(спектрофотометриялық)титрлеу
14 .1 Абсорбционды спектроскопия.
14 .2 Фотометриялық ( спектрофотометриялық)титрлеу
14.1 Абсорбционды спектроскопия. Жарық (микробөлшектер) 2 түрлі табиғат
көрсетеді: толқындық және корпускулдық. Толқындық қасиеті интерференциялық,
дифракциялық, шағылу, шашырау, сыну құбылыстарын береді. Электромагнитті
толқын мынадай параметрлермен сипатталады:
ν – жиілік – электр өрісінің 1 секунтта тербелу саны, с-1 (герц);
λ - толқын ұзындығы, нм;
Корпускулдық (кванттық) қасиет – микробөлшектер (сәуле) фотоннан
тұрады. Фотонның энергиясы, массасы, толқын ұзындығы өзара байланысты.
Е = mc2 = һν не Е = һс/λ , һ – Планк тұрақтысы,
һ = 6,627(10-27 эрг.( с = 6,6(10-34 Дж(с = 4,1(10-15 эВ(с
Электромагнитті сәуле толқын ұзындығына байланысты ультракүлгін (10-
380нм), инфрақызыл (750 – 105 нм), көрінетін жарық (380- 750нм) т.б.
болып бөлінеді.
Заттардың УК, ИҚ, көрінетін сәулелермен әрекеттесуіне (сәулелерді
жұтуына) негізделген әдісті абсорбционды спектроскопия (спектрофотометрия)
деп атайды.
Толқын ұзындықтарының (не жиіліктерінің) жиынтығы – сәуленің
электромагнитті спектрі деп аталады.
Біртекті жүйелердің электромагнитті сәулені жұтуы.
Молекуланың ішкі энергиясы Е = Еэл. + Еқоз.+ Еайн.
Еэл – электрондар қозғалысының энергиясы;
Еқоз. – ядролардың бір-біріне қатысты қозғалу энергиясы;
Еайн. – бүкіл молекуланың айналу энергиясы.
Молекулаға сырттан әсер етілсе, ол жоғарғы энергетикалық деңгейге
көшеді. Осы кезде электрондық жүйеде өзгеріс болады, спектр пайда болады.
Молекула (атом ) сырттан энергия алғанда оның белгілі спектр аймағын жұтса,
абсорбционды , ал өзінен спектрдің белгілі аймағын шығарса, эмиссионды
спектральды анализ деп аталады. Көзге көрінетін сәуле 380 ... 750 нм
аралығында, яғни қызыл, тоқ сары, сары, жасыл, көгілдір, көк, күлгін болып
7 түске бөлінеді – полихроматты шоқ.
Абсорбционды спектральдық анализде монохроматты шоқпен жұмыс істейді.
Затқа (объектке) монохроматты электромагнитті сәуле түскенде оның бір
бөлігі жұтылады, бір бөлігі шағылады, бір бөлігі сол заттан өтеді:
I0 = Il + Ia + Ir , мұндағы I0 – объектке түскен алғашқы сәуле
интенсивтігі;
Il - өткен сәуле интенсивтілігі; Ia - жұтылған сәуле интенсивтілігі; Ir –
кювета қабырғалары мен ерітіндіден (еріткіштен) шағылған сәуле
интенсивтігі. Әр уақытта бірдей кювета алып және салыстырмалы ерітінді
дайындап Ir есепке алмауға болады. Монохроматты сәуле алу үшін
светофильтрлер, монохроматорлар қолданылады.
Il/Io - өткізу, Т деп белгілейді, ол ерітінді түскен сәуленің қанша
бөлігін өткізгенін көрсетеді. Егер ерітінді мөлдір болса, Т ( 100%
болады, абсолютті мөлдір болмаса,
Т= 0. Егер lg Io/Il деп алса, оптикалық тығыздық (А не D деп белгіленеді)
болады. Абсолютті мөлдір ерітінді үшін А = 0, өткізу мен оптикалық
тығыздық арасындағы байланысты былай көрсетеді: А = lg1/T, бұдан А = 2 –
lg T. 1729ж. Бугер, 1760ж. Ламберт жұтатын ерітіндінің қалыңдығы мен
монохроматты электромагнитті сәуленің арасындағы байланысты айтты (жұтудың
1 заңы): Жарықтың жұтылуы түскен сәуле интенсивтігіне байланысты емес.
Сәуле жұтуының II заңын 1852ж. Бер ашты: Электромагнитті сәуленің жұтылуы
жұтатын заттың бөлшектерінің санына тура пропорционал. Осы 2 заңды
біріктіріп, электромагнитті сәуле жұтылуының негізгі заңы деп атайды, не
Бугер-Бер-Ламберт заңы деп аталады. Il = Io(10-( lc не
lgIo/Il = (lc, А = (lc. Егер l = 1см, С = 1моль/л болса, А = (, жұтудың
молярлы коэффициенті деп аталады, оның мәні кювета қалыңдығы (l) мен
концентрацияға (С) тәуелді емес. А = (lC байланысын графикалық түрде
көрсетсе, градуирлік график алынады. ( = A/l∙C, заттың жарықты жұту
қабілеттілігін көрсетеді, оның максимал мәні 105 – ке дейін жетеді. ( мәні
әр түрлі түсті ерітінділер үшін «Анықтамаларда» беріледі, оның мәні жоғары
болған сайын әдістің сезімталдығы жоғары болады. Бугер-Бер- Ламберт заңына
қосымша аддитивтік заң бар: ерітіндіде болатын басқа заттарға (оларда
электромагнитті сәулені жұтса да) әр заттың электромагнитті сәулені жұтуы
тәуелді емес. Өзара әрекеттеспейтін компоненттер қоспасының белгілі бір
толқын ұзындығындағы оптикалық тығыздығы
А = ((ilCi – жеке компоненттердің оптикалық тығыздықтарының қосындысына
тең. Толқын ұзындығына байланысты жұту әр түрлі болатындықтан, ( мәні λ
байланысты өзгереді.
14.2 Фотометриялық (спектрофотометриялық) титрлеу
Бұл әдісте де Бугер-Бер-Ламберт заңы қолданылады, ол үшін не титрант,
не анықталатын зат ерітіндісі, не титрант та, анықталатын заттың
ерітіндісі де жарық жұтыуы керек, яғни түсті ерітінді болуы қажет.
Оптикалық тығыздықтың көлемге тәуелділігі арасындағы байланыс бойынша
график құрылады. Эквивалент нүктені анықтап, кеткен көлемді табады.
Абсорбционды спектроскопияның жетістіктері:
1. Сезімталдылығы;
2. Анализ нәтижесінің қайталанылулығы, яғни қатенің аз болуы, ол үшін
ерітінді концентрациясы оптикалық тығыздық мәні А = 0,2 – 1,2 арасында
болатындай етіп дайындалуы керек.
3. Әдіс тез орындалады және өте көп заттарды анықтауға болады, яғни бір
элементтің өзіне көптеген түсті ерітінді беретін реактивтер белгілі.
Фотометриялық әдістің нәтижесі дұрыс болуы үшін жарық монохроматты
болуы керек, ерітіндіде басқа реакциялар жүрмеуі қажет.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Абсорбционды және эмиссионды спектральды анализ қалай орындалады?
2. Монохроматты жарық қалай алынады?
3. Фотометрияның негізгі заңын айтыңдар.
4. Бугер-Бер-Ламберт заңынан қандай жағдайда ауытқу байқалады?
Аддитивтік заңды қандай жағдайда қолданады?
Дәріс № 15 Хроматография
15.1 Хроматография, негізгі түсініктері
15.2Хроматографиялық анализ
15.1 Хроматография, негізгі түсініктері
Хроматография – араласпайтын екі фазадан – жылжитын және жылжымайтын –
тұрады. Хроматография - заттарды бөлу, айқындау, анықтау әдісі.
Хроматографиялық процесс заттардың табиғатына және концентрациясына
байланысты.
Хроматографиялық процесс - қозғалмайтын фаза арқылы бөлінетін
компоненттері бар қозғалатын фазадағы қоспаның жылжуы.
Қозғалатын фаза анализденетін заттары бар ерітінді не газ болуы
мүмкін. Қозғалмайтын фаза қатты зат не қатты затта
(носитель)адсорбциаланған сұйық зат болуы мүмкін. Қозғалмайтын фаза арқылы
қозғалатын фаза жылжығанда оның құрамындығы заттар қозғалмайтын фазада
сорбциалану қабілетіне байланысты жұтылады. Сондықтан қозғалмайтын фазаны
сорбент деп атайды. Сорбциалану қабілеттеріне байланысты заттар бөлінеді.
Хроматографиялық әдіс бағаналы (колонкалы) және жазықтықты болып
бөлінеді. Бағаналы әдісте бағаналар, жазықты хроматографияда арнайы қағаз
не сорбенттің жұқа қабаты қолданылады.
Заттарды бағаналардағы сорбентте бөлудің бірнеше тәсілдері бар.
Ерітінді не газ күйіндегі сынаманы (қоспаны) сорбенті бар бағана арқылы
өткізгенде сорбциалануына байланысты заттар зона түзіп орналасады, оны
ішкі хроматография деп атайды. Егер заттар түсті зоналар түзсе, қоспадағы
заттарды сапалық анализдеуге болады.
Егер қоспа компоненттері түссіз болса және әр зонадағы компоненттерді
сандық анализдеу керек болса, фронтальды және элюентті хроматографиялар
қолданылыды. Фронтальды хроматографияда алдымен сорбент арқылы бағанадан
еріткішті өткізеді де толассыз заттар қоспасының ерітіндісін өткізеді.
Бағанадан шыққан ерітіндіні элюат деп атайды. Алдымен таза күйінде ең нашар
сорбциаланатын компонент шығады, келесі өлшемде (порция) көбірек
сорбциаланатын компоненттер қоспасы шығады. Сонымен, таза күйінде тек ең
нашар сорбциаланатын бір ғана затты бөліп алуға болады. Сондықтан бұл әдіс
негізінен заттарды бөлуге емес, концентрлеуге қолданылады.Элюентті
хроматографияда бағанадан қоспаны өткізеді де еріткішпен (элюентпен) жуады.
Заттардың сорбциалануына байланысты элюентпен бағана бойымен компоненттер
жылжиды, алдымен бағанадан ең нашар сорбциаланатын зат шығады, солай
кезекпен заттар шығып отырады. C = f (t) графигін, элюентті хроматограмма
алады.
Қозғалатын фазаға байланысты газды және сұйықты хроматограмма
болады. Қозғалмайтын фаза қатты не сұйық болады, сондықтан газ-қатты фазалы
және газ-сұйық фазалы, сұйық-қатты фазалы және сұйық-сұйық фазалы
хроматография болады.
Сорбент және анализденетін заттар қоспалары табиғатына байланысты
заттардың бөлінуі әр түрлі механизммен жүреді. Заттар мен сорбенттің
әрекеттесу механизміне байланысты таралу заңына негізделген сорбционды
әдістер және бөлінетін заттар молекулаларының өлшемдері айырымына
негізделген гель-фильтрационды әдістер болады.
Сорбционды әдістер адсорбционды, таралу, ионалмасу және тұнбаға түсу
хроматографиясы болып бөлінеді.
Хроматография түрлерінен ең маңыздысы – элюенті бағаналы
хроматография. Хроматография әдісінің негізгі сипаттамалары:
Сыйымдылық коэффициенті (К) – А заты қаншалықты сорбентте берік
ұсталатындығын көрсетеді.
К = n жылжитын/ n жылжымайтын , n – А затының моль саны;
Таралу коэффициенті (D) – А затының қозғалатын және қозғалмайтын
фазаларда таралғандағы орнаған тепе-теңдікті көрсетеді.
D = C қозғалмайтын/ С қозғалатын, С – А затының концентрациясы,
моль/л.
Хроматография түріне байланысты таралу коэффициенті әр түрлі аталады.
Ионалмасу және таралу хроматографиясында – таралу коэффициенті деп,
адсорбционды хроматографияда – адсорбционды коэффициент деп, гель-
фильтрационды хроматографияда – бойлау, кіру (проницаемость) коэффициенті
деп аталады.
Бөліну коэффициенті (() – екі бөлінетін (А және В заттары) заттардың
бөліну дәрежесі. ( = КА/КВ не ( = DA/DB
15.2 Хроматографиялық анализ
Хроматография процесі кезінде заттарды бөледі де сапалық және сандық
анализ жүргізеді. Ол үшін 2 тәсіл қолданылады: 1) хроматографиялық
бағанадан шыққан фракцияларды жинап, белгілі бір аналитикалық әдіспен
анықтайды. 2) хроматографиялық бағанадан шығатын фракциалардың аналитикалық
көрсеткіштерін (концентрация, оптикалық тығыздықты, электр өткізгіштікті
т.б.) өлшейді не өздері жазатын құралдармен
(детекторлар) тіркейді. Нәтижесінде хроматограмма алынады.
Хроматограммадағы шыңның күйіне байланысты сапалық анализ жасауға, биіктігі
(һ) мен ауданына (S) байланысты сандық анализ жасалады. Көбінесе заттар
концентрациясын градуирлік график құру арқылы табады: һ = f (C), яғни
биіктік (аудан) пен концентрация байланысы бойынша график құрады. Кең
қолданылатын хроматография түрлеріне: сұйықтық
(ионалмасу, таралу, жоғары тиімді сұйықтық) және газды.
Хроматографияда ионит (катионит, анионит) деп аталатын синтетикалық
полимерлерлі заттар, ионалмасатын шайырлар қолданылады. Олар матрицадан (R)
және активті топтардан (жылжитын иондары бар) тұрады. Катиониттерде
қышқылдық мысалы, сульфо- не карбоксил- топтары
( RSO3H, RCOOH), аниониттерде – негіздік, мысалы, аминотоптары (RNH2, RNH)
болады. Ионалмасу тепе-теңдігі тепе-теңдік константасымен
сипатталады:
RKt + M+ ↔ RM + Kt+
K = CRM( CKt+ / CRKt ( CM+ ; RAn + A- ↔ RA + An-
K = CRA(CAn-/CRAn(CA-; СAn-, CKt+, CA-, CM+ - ерітіндідегі
иондар концентрациясы; CRKt, CRM, CRAn, CRA – иониттегі иондар
концентрациясы.
Әр ионит алмасу сыйымдылығымен сипатталады: 1г ионит алмаса алатын
иондар эквивалентінің мөлшері.
Иондар ионитте таралу коэффициентіне байланысты (D) ұсталады. Көп
зарядты иондар бір зарядты иондарға қарағанда ионитте күштірек ұсталады,
яғни олардың D мәні үлкендеу. Көп жағдайда катиондарды бөлу үшін иониттерді
Н+ - түрге, ионит арқылы НСІ өткізіп, айналдырады. Содан соң иондар қоспасы
бар ерітіндіні ақырындап өткізеді. Әр ион өзінің сорбциалануына (жұтылуына)
байланысты ионитте ұсталады. Хроматографиялық бағана арқылы қышқылдарды
ақырындап жібергенде D мәніне байланысты иониттегі Н+ - ионымен алмасып,
бағанадан белгілі ионы бар ерітінді шыға бастайды.
Ионалмасу хроматографиясы кедергі келтіретін иондарды бөлу үшін, суды
тұзсыздандыру үшін, сұйытылған ерітінділерден аз мөлшердегі заттарды
концентрлеу үшін қолданылады. Мысалы, көптеген металдар иондарын айқындау
(обнаружение) және анықтау үшін фосфат-ионы кедергі келтіреді, себебі
олармен фосфат-ионы тұрақты комплекстер не аз еритін қосылыстар түзеді.
Фосфат-иондарынан арылу үшін ерітіндіні Н+ - түрдегі катиониті бар бағана
арқылы өткізгенде металл-катиондары катионитте қалып, фосфат-ионы өтіп
кетеді. Күшті қышқыл ерітіндісімен бағананы жуып, металл катиондары
ерітіндісін алады.
Суды тазалау үшін Н+ катиониттен, сосын ОН- - аниониттен өткізеді,
сонда суда Н+ және ОН- қалады. Бағаналы хроматография кей жағдайда
ұзақ жүреді, тездету үшін қысым қолданса, оны жоғары эффектілі сұйықтық
хроматография деп атайды.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
1. Хроматография әдісі қалай орындалады?
2. Катиониттерде, аниониттерде қандай процестер жүреді?
3. Хроматографияның түрлері.
4. Хроматографиялық әдістің негізгі сипаттамалары (сыйымдылық, таралу,
бөліну коэффициенттері).
Зертханалық практикум
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 1
КАЛЬЦИЙ КАРБОНАТЫНДАҒЫ КАЛЬЦИЙ МӨЛШЕРІН АНЫҚТАУ
№ 1 зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
Сабақтың мақсаты: Гравиметрия әдісіндегі тұнбаға түсіру жағдайын,
фильтрлеуді, үлгі алуды үйрену
ЖҰМЫСҚА БАЙЛАНЫСТЫ СҰРАҚТАР:
1. Кальций карбонатының тұз қышқылында еру реакциясының теңдеуін
жазындар.
2. Тұнбаны неге 1,5-2 сағатқа қалдырады?
3. Ерігіштік көбейтіңдісі ережесін пайдаланып, кальций оксалатының
/СаС2О4/ тұнба түзілу жағдайын көрсетіндер
4. Тұнбаны неге аммоний қымыздық қышқылы ерітіндісімен жуады?
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. Кальций карбонатын /0,5г/ алдымен техникалық сосын аналитикалық
таразыда өлшендер – М2, көлемі 300-350мл болатын стаканға
салып, 10-15см3 су құйындар. Ақырындап 3-5см3 концентрлі тұз
қышқылын құйындар.
2. Кальций карбонатын толық ерігенге дейін стаканды ақырындап
шайқап отырындар. Егер кальций карбонаты толық ерімей жатса,
аздап қыздырындар.
3. Осы ерітіндіге 100см3 дейін су құйып қайнағанға дейін қыздырып,
оған тез 30-40см3 ыстық қымыздық қышқылы ерітіндісін не аммоний
оксалатын құйындар /1г қышқылды не тұзды 30-40см3 суда ерітіп,
қымыздық қышқылын не аммоний оксалатын дайындап алу керек./
4. Ерітіндіге 2-3 тамшы метилоранж құйындар. Ерітінді қызыл түске
боялуы керек. Ерітіндіні шайқап отырып, ақырындап /тамшылап/
аммоний гидроксидін /1:5/ ерітінді сары түске боялғанға дейін
құйындар. Сонда ерітінді ортасы рН 4-4,5 болады. Бұл тұнба
түсіру процесі 10 минуттан аспауы керек.
5. Ерітіндіні тұнбамен тыныштықта 1,5-2 сағаттай қалдыру керек.
6. 1,5-2 сағаттан соң /ерітінді суыған соң және мөлдір болғанда/
тұнбаны бөліп алу керек, ол үшін тығыз фильтр қағазын(көк
жолақты) қолдану керек. Тұнбаны ерітіндіден толық бөліп алу
үшін §32 [Алексеев] көрсетілген фильтрлеу әдісін жақсылап
оқындар.
7. Фильтрдегі тұнбаны 1% - аммоний оксалаты ерітіндісімен хлор-
ионы толық біткенге дейін жуындар. Хлор-ионының бар-жоғын былай
тексереді: воронкадан аққан ерітіндіні пробиркаға жинап
/~2см3/0,5см3 азот қышқылын құйып, оған азот қышқыл күміс
ерітіндісін тамызындар. Егер тұнба /AgCl/ түзілмесе, онда
кальций оксалатының тұнбасы толық жуылды деген қорытынды
жасалады.
8. Фильтрдегі тұнбадан сұйық ерітінді толық ағып біткен соң оны
воронкадан ақырындап алып, алдын ала тұрақты салмаққа
келтіріліп өлшеп қойған фарфор тигельге салады. Фарфор тигельді
бір- екі рет 9000С температурада қыздырып, тұрақты салмаққа
келтіріп алу керек. /§34 [Алексеев]/. Тигельді плиткаға қойып,
тұнбаны ақырындап фильтр қағазымен бірге кептіреді. Егер
тұнбаны бірден ыстық муфель пешіне қойса, аммоний оксалаты
ыдырап, газ шығады. Бұл газбен бірге тұнбаны жоғалтып алу
мүмкіндігі болады. Тигельді муфель пешінің алдыңғы жағына
қойып, фильтрді жағады. Фильтр толық жанып біткен соң 9000С
муфель пешінде тигельді 20-25 минутқа қалдырындар.
9. Кальций оксидін эксикаторға қойып, суытындар. Эксикаторға
қоймаса кальций оксиді ауадан су мен көмір қышқыл газын өзіне
тартып алып, салмағын өзгертеді. Тигель толық суыған соң
аналитикалық таразыда тез өлшеп, кальций оксидінің салмағын /
М1/ табындар.
10. Кальций мөлшерін былай анықтандар:
СаО ----- Са 40/56 = 0,7143; %Са = 0,7143(М1/М2 ( 100
56-------- 40
11. Оқытушыға жұмыстың нәтижесін өткізіңдер.
Минералды заттардың, әсіресе микроэлементтердің организмде маңызы зор. Олар
ферменттер, гормондар, витаминдер құрамындағы әр түрлі физиологиялық және
биохимиялық процесстерге қатысады. Минералды заттарға Д.И.Менделеевтің
периодтық кестесіндегі жүзден аса элементтер жатады.Кальций дене массасында
1-9% мөлшерінде кездеседі. Ол сүйекте шоғырланған және бүкіл организмде
шамамен біркелкі таралған.Кальцийге ми мен бездердің нерв клеткалары бай
келеді. Қан плазмасындағы кальций ионы қанның ұюына әсер етеді. Кальций
иондары сүт қышқылының түзілуіне, сүттің ұюына, бұлшық еттің нерв
қызметінің жұмысына қатысады. Адам организміне кальций азық құрамымен,
сумен түседі. Кальцийдің организмге жетіспеуі рахит ауруына шалдықтырады.
Адамдар күніне 800мг жуық кальций қабылдау қажет. Кальций көп мөлшерде сүт
және сүт тағамдарында болады.
Сабақтан алған білімді тексеру сұрақтар
1. Заттарды ұшыру әдісімен не тұнбаға түсіру әдісімен
аңықтаудың негізі неде?
2. Тұнбаға түсу формасы мен гравиметриялық форма дегеніміз не?
Оларға қандай талаптар қойылады?
3. Гравиметриялық анализ жасағанда кальцийді неге аммоний
оксалатымен тұнбаға түсіреді? Натрий оксалатын қолдануға
бола ма?
4. Ерігіштік көбейтіндісінің /ЕК/ ережесін аңықтандар. Оның
қандай мәні бар?
5. Кристалды тұнба алу үшін қандай жағдайлар қажет?
6. Тұнбаны неге жуады?Тұнба жууға қажет сұйықтарды қалай
таңдайды?
7. Күлсіз фильтр деген не?
8. Есептеу факторлары /аналитикалық көбейткіш,фактор/ деген не?
Оны қалай анықтайды?
9. Анализге алынатын заттың мөлшері тұнба түріне /аморфты,
кристалды/ байланысты неше грамм болуы керек? Оны табу үшін
қандай формулалар қолданылады?
10. Тұнбаға түсіретін заттың көлемін қандай формула арқылы
анықтауға болады? Неге оның көлемін өте көп артық мөлшерде
алуға болмайды?
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 2
КРИСТАЛЛОГИДРАТ ҚҰРАМЫНДАҒЫ КРИСТАЛИЗАЦИЯЛАНҒАН СУДЫ АНЫҚТАУ
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
Сабақтың мақсаты: Кептіргіш пеште жұмыс орындауды үйрену, бюксті тұрақты
массаға келтіруді білу
Зерттелетін кристаллогидрат құрамындағы кристаллизациаланған су
мөлшері химиялық формулаға сәйкес болуы керек. Кристаллогидраттарды
қыздырғанда кристаллизацияланған су бөлініп шығады. Әр кристаллогидраттың
кептіру температурасы әртүрлі,мысалы,
H2C2O4 ( 2H2O – 110-1120C, CuSO4 ( 5Н2О -140-1500,
BaCI2 (2 H2O -120-1250C т.c.с.
Барий хлориді құрамындағы кристаллизацияланған суды анықтау сынама
массасын кептіргенге дейін және кептіргеннен соң анықтауға негізделген.
Жұмысты орындау. Таза, құрғақ бюксті аналитикалық таразыда өлшейді. Бюкске
1,5г жуық кристаллогидратты салып, қайта өлшейді. Бюкстегі сынаманы
кептіргіш шкафқа 2 сағаттай уақытқа 120-1250С қақпақсыз қалдырады да,
эксикаторда 20 минуттай суытқан соң, аналитикалық таразыда өлшейді. Сосын
қайтадан 1 сағаттай уақыт кептіргіш шкафқа қойып,эксикаторда суытып,
аналитикалық таразыда өлшейді. Егер 2 рет өлшенген мәндер арасында 0,0002г
айырмашылық ғана болса, кристаллизацияланған су толық ұшты деп есептеуге
болады.
Жүргізілетін есептеулер: 1.Сынамадағы кристаллизацияланған су мөлшерін ( г,
%) анықтау керек.
2.Анықтаудың абсолютті және салыстырмалы қатесін көрсету.
Сабақтан алған тексеру сұрақтары мен есептер
1.Ерітіндінің иондық күші деген не? Мына заттардың 1 л ерітіндідегі иондық
күшін анықтандар: а/0,1М КСl, б/0,1 М K2SO4 в/ 0,1 М AlCl3 Жауабы: а/0,1;
б/0,3; в/0,6
2.Мына көрсетілген тұздардың қайсысы кальцийді анықтауға көбірек
тиімді.CaSO4 (ЕК=2,37(10-5); CаCO3 (ЕК=4,8(10-9)
3.Кальций оксалатының суда ерігіштігі 0,01М аммоний оксалаты
ерітіндісіндегі ерігіштігінен қанша есе артық? Жауабы: 200 есе.
4. Егер PbSO4 ерігіштігі 0,045г/л, ал PbI2 ерігіштігі 300г/л болса, бұл
қосылыстардың ерігіштік көбейткіштері /ЕК/ қанша болады? Жауабы: 2,2(10-6
және 1,1(10-9
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 3
Ацидиметриялық титрлеу. Тұз қышқылының нормальды концентрациясы
мен титрін бура /Na2B4O7(10H2O/ арқылы анықтау.
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
Қышқыл –негіздік титрлеу әдісі. Стандартты ерітінді даярлау және жұмыс
ерітінділерінің титрін анықтау.
Тақырыптың маныздылығы: Қышқыл-негіздік титрлеу/нейтралдау/ әдісі көптеген
бейорганикалық, органикалық химиялық қосылыстарды, тамақ өнімдерін (сүт,
нан қышқылдығын) және фармпрепараттарды анализдеуге кеңінен қолданылады.
Бұл тәсілмен су және су емес ерітінділерде қышқылдық немесе негіздік қасиет
көрсететін қосылыстарды анықтайды. Бұл әдіспен күшті қышқылдар мен
негіздерді, әлсіз қышқылдар мен негіздерді, әлсіз негіздің тұздары мен
әлсіз қышқылдардың тұздарын, қышқыл немесе негіздік тұздарды, органикалық
қосылыстарды /карбон қышқылдары мен олардың тұздарын, қышқылдар
ангидридтерін, аминдерді/ титрлейді. Сонымен, бұл әдіспен көптеген
қосылыстарды тез және жоғары дәлдікпен /салыст.қатесі 0,1-0,2 %.
Тақырыптың мақсаты /жалпы/:
Теориялық білімдерге сүйене отырып титриметриялық анализ тәсілдерін,
әдістің негізгі ұғымдарын меңгеру; нейтралдау әдісін қышқылдарды,
негіздерді, тұздарды анықтауда пайдалану, жұмыста пайдаланылатын
ерітінділердің титрін, нормальды концентрациясын анықтау, анықталатын
компоненттің массасын және массалық үлесін есептеу.
ҚЫШҚЫЛ–НЕГІЗДІК ТИТРЛЕУ, ПРОТОЛИТОМЕТРИЯ
Жұмысқа байланысты сұрақтар:
1. Бюретка мен пипетка арқылы жұмыс үшін қолданылатын
ерітінділермен оларды шайқау керек. Неге? Титрлеуге
қолданылатын колбаны алдын ала оған құйылатын (титрленетін)
ерітінділермен шайқауға бола ма (§69 [Алексеев] )?
2. Қышқылдардың концентрациясын анықтау үшін натрий
тетраборатын стандарт ерітінді ретінде қолдану ыңғайлы.
Неге? (10.1. [Васильева]; §69 [Алексеев] ).
3. Тұз қышқылын натрий тетраборатымен титрлегенде жүретін
реакция теңдеуін жазыңдар. Натрий тетраборатының
эквиваленттік массасы неше тең? ( 10.1. [Васильева]).
4. Индикатор ретінде неге метилоранж қолданылады? (10.2.1.
[Васильева];
§69 [Алексеев] ).
5. Титрлеуге неге индикатордың көп мөлшерін алуға болмайды?
(§60 [Алексеев] ).
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. Көлемі 100 (250) мл болатын 0,05н натрий тетраборатының ерітіндісін
дайындау үшін қажет Na2B4O7(10H2O мөлшерін есептеп шығарыңдар.
Техникалық таразыда өлшенген бюкс массасы, г _____
Аналитикалық таразыда өлшенген бюкс массасы, г___
Аналитикалық таразыда өлшенген Na2B4O7(10H2O массасы, г__________
Техникалық таразыда өлшенген Na2B4O7(10H2O массасы, г__________
Үлгі массасы,г _________
2. Өлшеніп алынған натрий тетраборатын құрғақ воронка арқылы көлемі
белгілі колбаға /өлшегіш колба/ толық түрде ауыстырады. Колбаны алдын
ала жақсылап жуып, дистильденген сумен шайып алу керек. Ыстық
дистильденген сумен натрий тетраборатын бюкс пен воронкадан колбаға
ерітіп, өткізу керек. Воронка мен бюксті бірнеше рет ыстық сумен шайып,
колбаға құяды.
3. Колбаның 2/3 бөлігіне дейін тағы ыстық дистильденген су құйып,
воронканы алып, ақырындап шайқап, натрий тетраборатын еріту керек.
4. Ерітінді суыған соң колбаның белгісіне дейін дистильденген су құйып,
колбаның аузын жақсылап жауып, колбаны бір-екі рет төңкеріп, ерітіндіні
араластыру керек. Неге?
5. Бюретканы жақсылап жуып, дистильденген сумен шайқап, концентрациясын
анықтайтын тұз қышқылының ерітіндісімен тағы да шайқау керек. Сосын осы
тұз қышқылымен бюретканы толтырады.
6. Титрлеуге арналған колбаға дайындалған натрий тетрабораты ерітіндісінің
10,00 см3 пипетка көмегімен құяды. Бұл пипетка алдын ала осы
ерітіндімен шайқалған болуы керек. Ерітіндіге 1-2 тамшы индикатор
метилоранж қосады.
7. Осы сияқты тағы бір колбаға салыстыруға арналған ерітінді дайындау
керек. Ол үшін 20,00 см3 дистилденген су алады да, оған 1-2 тамшы
метилоранж құяды. Ерітінді түрі сары болады. Титрлеу кезінде
титрленетін ерітінді түсінің өзгеруін осы ерітіндіге қатысты тез
анықтауға болады.
8. Титрлеуді ерітінді түсі әлсіз қызғылт тартқанға дейін жүргізу керек.
Титрлеуді үш рет жүргізу керек, яғни тұз қышқылы көлемінің үш рет
титрлегенде тек 0,1 см3 ғана айырмасы болуы керек. V1 = ; V2 =
; V3= ; Орта көлем мөлшерін табу керек, ол мән есептеуге
қолданылады.
Vорта = V1+ V2 + V3 /3
9. Оқытушыға жүмыстың нәтижесін өткізу керек.
Натрий тетраборатының массасы, г ---------------
Натрий тетраборатының титрі, г/мл ---------------
Натрий тетраборатының нормальды концентрациясы –
Тұз қышқылының нормальді концентрациясы,-----------
Тұз қышқылының титрі, г/мл ---------------------
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1. Қышқыл-негіздік титрлеудің мәні.
2. Титриметриядағы пайдаланылатын реакцияларға қойылатын
шарттар.
3. Титриметрия әдісінің негізгі ұғымдары: стандартты ерітінді,
титрант /жұмыс ерітіндісі/, титрлеудің түрлері, аликвоттық
бөлшек, индикатор, эквивалентті нүкте және титрлеудің соңғы
нүктесі.
4. Нейтралдау әдісіндегі стандартты ерітінділер даярлайтын
бастапқы қосылыстар/олардың формулалары/; оларға қойылатын
талаптар.
5. Қышқыл-негіздік тәсілдегі титранттар, оларды даярлайтын
тәсілдер.
6. Алкалиметрия, ацидиметрия.
7. Әдісте пайдаланылатын индикаторлар, оларды таңдау, түсінің
өзгеру интервалы.
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 4
НАТРИЙ ГИДРОКСИДІ МЕН КАРБОНАТЫН БІР ЕРІТІНДІДЕН АНЫҚТАУ
Зертханалық сабаққа нұсқаулар
ЖҰМЫСҚА БАЙЛАНЫСТЫ СҰРАҚТАР
1. Натрий гидроксиді мен карбонатын не себептен бір ерітіндіден анықтайтын
жағдай туады?
2. Бірінші және екінші эквиваленттік нүктедегі рН мәнін есептендер.
Титрлеуге қандай индикаторлар қолданыладі?
3. Титрлеу кезінде жүретін реакциялар тендеулерін жазындар.
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. Бюретканы жақсылап жуып, дистильденген сумен шайып, тұз қышқылының
стандартты ерітіндісімен 1-2 рет шайып, осы ерітіндімен толтырындар.
2. Титрлейтін колбаға 10,00 см3 тексерілетін ерітіндіні пипеткамен алындар.
Пипетканы алдын ала ерітіндімен 1-2 рет шайқандар.
3. Басқа осы сияқты титрлейтін колбада салыстыруға арналған ерітіндіні
дайындандар. Ол үшін 20,00 см3 дистилденген суды цилиндрмен өлшеп
алындар, оған 1-2 тамшы метилоранж құйындар. Ерітінді түсі сары болады.
4. Тексерілуге арналған ерітіндіні құйған колбаға 2-3 тамшы фенолфталеин
тамызып, тұз қышқылымен ерітінді қызыл түстен түссізденгенге дейін
титрлейді. Нәтижесін
/ V1/жазындар.
5. Бұл колбаға енді 1-2 тамшы метилоранж тамызыңдар да /ерітінді сары түске
боялады/ тұз қышқылымен титрлеуді ары қарай жүргізіндер. Ерітінді түсі
қызыл тіске боялады. Нәтижесін /
V11/жазындар.
6. Титрлеуді 3 реттен жасап, әр индикатор үшін орташа тұз қышқылының
көлемін табындар: V 1орта= V1 1+ V2 1 + V3 1 / 3;
V 11орта= V1 11+ V2 11 + V3 11 / 3
7. Оқытушыға жұмыстың нәтижесін өткізу керек:
Натрий гидроксидінің нормальды концентрациясы:
N NaOH = NHCl ( V1 HCl орта / V тексеретін ерітінді
Натрий гидроксидінің титрі, г/мл _____________
Натрий карбонатының нормальды концентрациясы:
NNa2CO3 = NHCl ( V11 НСІ / V тексеретін ерітінді
Натрий карбонатының титрі, г/мл _______________
Сабақтан алған білімді тексеру сұрақтары
1. Титрантқа байланысты қышқыл-негіздік титрлеу қалай жіктеледі? Қандай
титранттар бар? Титрлеу қисығы деген не? Ол не үшін керек? Титрлеу
шегі деген не?
2. Тұз қышқылының ерітіндісін натрий гидроксиді және натрий тетрабораты
арқылы стандарттауға болады. Осы екі реактивтің қайсысы жоғары
дәлдікті қамтамасыз етеді? Неге?
3. Қандай фактор (диссоциация константасы, температура, ерітінді
концентрациясы, титрленетін ерітінді көлемі, титрлеу жылдамдығы:
4. а) эквиваленттік нүктеге, б) титрлеу шегіне (секірме) және оның
шамасына әсер етеді?
5. 1) әлсіз қышқылды күшті негізбен; 2) әлсіз негізді күшті қышқылмен;
3) полипротонды қышқылды күшті негізбен титрлегенде алынатын титрлеу
қисықтарын жүргізу үшін қандай формулалар қолданылады
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 5
АЛКАЛИМЕТРИЯЛЫҚ ТИТРЛЕУ
НАТРИЙ ГИДРОКСИДІНІҢ НОРМАЛЬДЫ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫ МЕН ТИТРІН ҚЫМЫЗДЫҚ ҚЫШҚЫЛЫ
АРҚЫЛЫ АНЫҚТАУ
ЖҰМЫСҚА БАЙЛАНЫСТЫ СҰРАҚТАР
1. Сілтінің ертіндісін дайындағанда оны неге карбонаттың(Na2CO3)
қосындысынан тазалау керек?.
2. Натрий гидроксидін қымыз қышқылы арқылы титрлегенде жүретін реакция
тендеуін жазындар. Қымыздық қышқылы /Н2С2О4.2Н2О / мен натрий
гидроксидінің эквиваленттік массалары неше тең ?
3.Титрлеу үшін неге индикатор ретінде фенолфталеин алынады?
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. Көлемі 100мл/250мл/ болатын колбада 0,1н қымыздық қышқылын
дайындау үшін оның қанша мөлшерін алу керек екенін есептеп
шығарындар.
Техникалық таразыда өлшенген бюкс массасы, г ___________
Аналитикалық таразыда өлшенген бюкс массасы, г __________
Техникалық таразыда өлшенген бюкстегі қымыздық қышқылының массасы, г
__________
Аналитикалық таразыда өлшенген бюкстегі қымыздық қышқылының массасы, г
_____________
Үлгі массасы,г _________
2. Қымыздық қышқылын құрғақ воронка арқылы көлемі белгілі
колбаға /100 мл не 250 мл/ толық түрде салындар.
Дистильденген сумен бюксті де, воронканы да бірнеше рет
жуып, колбаға құйындар. Колбаның белгіленген жеріне дейін
дистильденген сумен қымыздық қышқылы ерітіндісінің көлемін
жеткізіндер.
3. Колбаның аузын жақсылап тығындап, колбаны бір-екі рет
төңкеріп, ерітіндіні жақсылап араластырындар.
4. Бюретканы натрий гидроксиді ерітіндісімен шайып, осы
ерітіндімен толтырыңдар.
5. Титрлейтін колбаға 10,00 см3 қымыздық қышқылының ерітіндісін
пипеткамен құйыңдар. Пипетканы осы қышқылмен алдын ала шайып
алу керек. 1-2 тамшы индикатор фенолфталеин құйыңдар.
6. 30 секунд уақытта өзгермейтіндей қызыл түске дейін титрлеуді
3 рет жүргізу керек.
V1 = ; V2 = ; V3= ;
Vорта = V1+ V2 + V3 / 3
7. Оқытушыға жұмыстың нәтижесін өткізу керек:
Қымыздық қышқылының массасы, г__________
Қымыздық қышқылының титрі, г/мл __________
Қымыздық қышқылының нормальды концентрациясы, _______
Натрий гидроксидінің нормальды концентрациясы, ______
Натрий гидроксидінің титрі, г/мл ___________
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1. Қышқыл- негіздік титрлеу кезінде қандай қателер болады? Егер: а) әлсіз
қышқылды рТинд < рНэ.н. ; рТинд > рНэ.н. титрлегенде; б) әлсіз негізді
рТинд < рНэ.н. ; рТинд > рНэ.н. титрлгенеде қандай қателер болады?
2. Кері титрлеу әдісі деген не? Ол қай жағдайларда қолданылады?
3. Мына ерітінділердің а) 2,0*10-4 моль/л Н+; б) 0,008 моль/л ОН- болса,
ерітіндінің рН-ын анықтаңдар.
4. Егер рН мына мәндерге тең болса: а) 2,50; б) 12,00, онда ерітіндідегі
Н+ және ОН- иондарының концентрациялары неге тең?
5. Мына жағдайдағы: а) 0,1н НСІ ерітіндісін 0,1н NaOH ерітіндісімен
метилқызылы (рТ=5,5) индикаторларымен; б) 0,1н NaOH ерітіндісін 0,1н НСІ
ерітіндісімен нитроамин (рТ=12) индикатормен титрлегендегі индикаторлық
қате нешеге тең?
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 6
НАННЫҢ ҚЫШҚЫЛДЫҒЫН АНЫҚТАУ
Нанның қышқылдығы оның ашуының әсерінен болады. Нан ашыған кезде сүт
қышқылы /СН3СНОН-СООН/, аз мөлшерде сірке қышқылы- СН3СООН, пропан қышқылы
– С2Н5СООН, май қышқылы – С3Н7СООН түзіледі.
Жоғары сортты ұннан жасалған нан үшін қышқылдық мөлшері 2-30; 1 сорт
ұны үшін 3-50; 2 сорт үшін 4-50; кебекті нан үшін 7-100 болу керек.
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. Техникалық таразыда 25,00г нанның жұмсақ бөлігін өлшеп алып, 400-500мл-
лік стақанға салу керек.
2. 250 см3 дистильденген суды цилиндрмен өлшеп алып, 80-100 см3 стақанға
құйып, нанды жақсылап езу керек. Сосын судың қалған бөлігін стақанға
құйып, 5 минуттай шыны таяқшамен араластыру керек. 10 минут тыныштыққа
қойып, тағы да 5 минуттай араластырып, 40 минутқа қалдырындар.
3. Цилиндрмен 50,0 см3 нанның ерітіндісін тұнбаны шайқамай құйып алып, 0,1н
натрий гидроксидімен ерітіндіні қызарғанға дейін титрлендер. Индикатор
ретінде фенолфталеин алу керек. /Натрий гидроксидін алдынғы зертханалық
жұмыстан алады/. Титрлеуді үш рет жасандар.
4. Оқытушыға жұмыстың нәтижесін өткізу керек. Нанның қышқылдығын мына
формуламен /градус ретінде / есептейді:
Х= 25(50(4(1(Vорта / 250(10 = 2Vорта ;
1 – 0,1н натрий гидроксидін 1н натрий гидроксидіне ауыстыру үшін керек
коэффициент.
25 – тексеруге алынған нанның мөлшері, г
4 – 100 г нанға ауыстыру үшін керек коэффициент.
250 – нан қышқылын бөлуге керек су көлемі, см3
50 – титрлеу үшін алынған тексеретін ерітінді көлемі, см3
Нанның қышқылдығын 100 г нанның қышқылдығына керек 1н натрий
гидроксидінің көлемімен анықтайды.
CҮТ ҚЫШҚЫЛДЫҒЫН АНЫҚТАУ
Сүт қышқылдығы сүт құрамындағы казеин, фосфор қышқылы мен лимон
қышқылының қышқыл тұздары, көмір қышқылы болуына байланысты. Сүт
қышқылдығын Тернер градусымен /0Т/ өлшейді. Тернер градусы деп 100 см3
сүтті нейтралдау үшін қажет 0,1н натрий гидроксиді көлемін айтады. Сүтте
сүт қышқылы сүт бактериясы әсерінен пайда болады. Жас сүттің қышқылдығы 16-
180Т болады. Егер сүт қышқылдығы 27-300Т жетсе, ол сүт іріп кетеді.
Сүт және сүттен істелген тағамдардың қышқылдығын сүт қышқылының
массалық процентінде көрсетуге болады. /СН3СНОНСООН молекулалық массасы
90/.
1мл 0,1 моль/л натрий гидроксидінің ерітіндісі /яғни 10Т/ 0,009 г сүт
қышқылына сәйкес келеді.
Егер сүт қышқылдығы 200Т болса, 100 г /не 100 мл/ сүт үшін сүт қышқылы
20*0,009 =0,18 г не 0,18 мас. % болады.
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. 100-150см3 көлемді колбаға пипеткамен 10,00см3 сүт құйып алыңдар, оған
20см3 дистильденген су /цилиндрмен өлшенген/ құйыңдар (суды Са(Н2РО4)2
және СаНРО4 тұздары гидролизге ұшырау үшін құяды).
2. 2-3 тамшы 5% фенолфталеин ерітіндісін тамызып, 0,1н натрий
гидроксидімен
3. (алдынғы жұмыста дайындалған) қызыл түс пайда болғанға дейін титрлеу
керек. Титрлеуді үш рет жүргізіңдер.
4. Оқытушыға жұмыстың нәтижесін өткізу керек.
Сүт қышқылдығын мына формуламен анықтаңдар:
К=Vорта ( NNaOH(100/10(0.1= VNaOH, орта(NNaOH (100 (1)
Vорта , NaOH – натрий гидроксидінің 10 мл сүтті титрлеуге кеткен көлемі
10 – сүттің көлем,мл
0,1 – 0,1н натрий гидроксидінің көлеміне көшу үшін қажет коэффициент
(Айранның, балмұздақтың қышқылдықтарын да анықтауға болады. 10,0см3 айранға
20 см3 су құяды, натрий гидроксидімен титрлеп (1) формуламен анықтайды.
Балмұздақ қышқылдығын анықтау үшін 5 г балмұздақ алу керек, оған 30 см3 су
құяды да натрий гидроксидімен титрлейді де, қышқылдығын (1) формуламен
анықтайды.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1.Сүттің, айранның, т.б. сүт тағамдарының қышқылдығы неге байланысты?
2.Егер сүттің қышқылдығы 17,50Т болса, сүт қышқылының массалық үлесі нешеге
тең?
3.10,0мл сүтті титрлеуге концентрациясы 0,1022моль/л тең NaOH ерітіндісінің
12мл кетсе, оның Тернер градусымен өлшенген қышқылдығы нешеге тең?
4.Индикаторлардың ион-хромофорлы, ионды теориялары.
5.Қышқыл – негіздік индикаторлар қандай параметрлермен сипатталады? Титрлеу
үшін индикаторларды қалай таңдайды?
6.Кері титрлеу әдісі деген не? Ол қай жағдайларда қолданылады?
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 7
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС
ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯСЫН ҚОЛДАНЫП ТИТРЛЕУ, РЕДОКСИМЕТРИЯ
Тақырыптың маңыздылығы : Тотығу-тотықсыздану титрлеу тәсілдері тотығу-
тотықсыздану реакцияларына негізделген. Титрант ретінде тотықтырғыш немесе
тотықсыздаңдырғыш болатын қосылыстардың ерітіндісі пайдаланылады,
анықталатын қосылыс не тотықтырғыш, не тотықсыздаңдырғыш қасиет көрсетуі
керек. Титрлеу барысында тотықтырғыш пен тотықсыздаңдырғыш арасындағы
реакция нәтижесінде жүйенің потенциалы өзгереді, эквивалентті нүктеге
жақындағанда секіріс болады. Редокс индикаторларды қолданып титрлеудің
соңғы нүктесін дәл аңықтауға болады. Титрлеуге жұмсалған титранттың
көлемін біле тұрып, анықталған компоненттің /не тотықтырғыш, не
тотықсыздаңдырғыш / мөлшерін есептеуге болады.
Тотығу-тотықсыздану титрлеуі титранттың табиғатына байланысты
топтастырылады:
-перманганатометрия-титрантKMnO4 ерітіндісі;
-иодометрия-титрант I2 және Na2S2O3 ерітінділері;
-бихроматометрия-титрант К2Сr2O7 ;
-нитриметрия-титрант KNO2;
-броматометрия-титрант KВrO3;
-цериметрия-церий /1V/ тұздары ерітінділері т.б.
Индикаторды тирлеу қисықтарына және әрекеттесетін қосылыстардың тотығу-
тотықсыздану потенциалдарына сүйеніп таңдайды.
Сандық анализде келесі шарттарды қанағаттандыратын тотығу-
тотықсыздану реакциялары пайдаланылады:
1/ қайтымсыз және жанама процестер жүрмеуі тиіс;
2/химиялық реакцияның жылдамдығы жоғары, өнімдерінің құрамы тұрақты болуы
қажет;
3/ эквивалентті нүкте анық (дәл) анықталуы қажет.
Анықтауда әртүрлі тәсілдерді қолданады /тура,кері,жанама / титрлеу.
Тотығу-тотықсыздану реакциясының ЭКҚ (0,4 В болғанда тура титрлеу
тәсілін пайдаланады, себебі бұл жағдайда реакция қажетті жылдамдықпен және
аяғына дейін жүреді. Тура титрлеу тәсілімен мысалға йод (титрант Na2S2O3
ерітіндісі), темір/II/ (титрант KMnO4 ерітіндісі) т.б. анықталады.
Кері тирлеу тәсілін баяу жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларында
пайдаланады. Бұл жағдайда тирленетін ерітіндіге I-титрант қосып, біраз
уақытқа қояды (реакция толық ,аяғына дейін жүру үшін). Содан соң
әрекеттеспей артық қалған титрантты (I), II-титрантпен тирлейді. Бұл тәсіл
көбіне тотықтырғыштар немесе тотықсыздандырғыштармен баяу әрекеттесетін
органикалық қосылыстарды анықтау үшін пайдаланылады, мысалы салицил
қышқылын броматометриялық әдіспен анықтау (I-титрант KВrO3, II-титрант-
тиосульфат ерітіндісі).
Орынбасушы реагентпен тирлеу (жанама тәсіл) - анықталатын компонент
орынбасушы реагенттің эквивалентті мөлшерін бөледі, қосымша реагентті
белгілі титрантпен титрлейді. Бұл тәсіл бойынша көбіне өзі тотығу-
тотықсыздану реакциясына қатыспайтын компонентті анықтайды. Мысалы, Са 2+
(өзі тотығу-тотықсыздану реакциясына қатыспайды) оны СаС2О4 күйіңде тұнбаға
түсіріп бөліп алып, ерітіп, ерітіндідегі Н2С2О4-ті KMnO4 ерітіндісімен
титрлейді. Титрлеуге жұмсалған KMnO4 ерітіндісінің көлемі арқылы
кальцийдің мөлшерін аңықтауға болады.
Тотығу-тотықсыздану титрлеу тәсілі әртүрлі факторларға байланысты:
температураға (тотығу-тотықсыздану реакциясының жылдамдығы артады), рН-қа
(оттекті тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштарға қатысты), комплекс және
тұнба түзуші реагенттерге. Осы факторларды өзгерте отырып, тотығу-
тотықсыздану титрлеуімен анықталатын қосылыстардың санын арттыруға болады.
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
Перманганатометрия. Калий перманганатының (КMnO4) нормальды
концентрациясы мен титрін аммоний оксалаты не қымыздық қышқылы арқылы
анықтау.
ЖҰМЫСҚА БАЙЛАНЫСТЫ СҰРАҚТАР:
1. Перманганаттың тотығуы ортаға байланысты қалай жүреді(қышқыл,негіз және
нейтрал ортада) және оны қалай түсіндіруге болады? КМnO4-тің барлық
жағдай үшін эквивалентін табындар
2. Перманганаттың стандарт ерітіндісін дайындау үшін не себепті дәл
массасын өлшеу қажет емес? Неге оның титрін бірнеше күннен кейін
анықтайды?
3. Қымыздық қышқылын (не оксалатын) титрлеген кезде калий перманганатының
алғашқы тамшысы неге өте ақырын түсін өзгертеді, ал кейінгі титрлегенде
КМnO4 түсі өте тез өзгереді? Перманганатты қымыздық қышқылымен (не
оксалатымен) титрлегенде жүретін реакция тендеуін жазындар. Қымыздық
қышқылының эквивалент массасы (Н2С2О4(2Н2О) не аммоний оксалатының
((NH4)2C2O4 ( 2H2O) эквивалент массасы қанша болатының есептендер
4. Қышқыл орта алу үшін неге күкірт қышқылын қолданады?
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. 0,02н ерітінді алу үшін қанша Н2С2О4(2Н2О массасы керек екенін
есептендер. Колба көлемі 100-250мл.
Бюкс массасы техникалық таразыда, г -----------------
Бюкс массасы аналитикалық таразыда, г --------------
Бюкс массасы мен Н2С2О4(2Н2О массасы техникалық таразыда, г ---
Бюкс массасы мен Н2С2О4(2Н2О массасы аналитикалық таразыда, г ---
2.Қымыздық қышқылының массасын жоғалтпастан колбаға көшіріп, дистилденген
суда ерітіңдер. Колбаның белгіленген ернеуіне дейін дистилденген суды
құйып, жақсылап араластырыңдар.
1. Титрлеуге арналған колбаға 2н 10мл күкірт қышқылын (қышқыл көлемін
цилиндрмен өлшеңдер) құйып, 80-900С-қа дейін қыздырындар.
2. 10,00см3 қымыздық қышқылын пипеткамен алып (пипетканы бірнеше рет осы
қышқылмен шайқау керек), қызып тұрған күкірт қышқылы ерітіндісінің үстіне
құйындар.
3. Бюретканы бірнеше рет перманганат ерітіндісімен шайқап, оны осы
ерітіндімен толтырындар.
4. Қымыздық қышқылының ыстық ерітіндісін калий перманганатына тамшылатыпп
құйып, титрлендер. Әрбір келесі тамшыны КМnO4 түсі өзгерген соң құйындар.
5. Өзгермейтін ашық қызыл түс болғанға дейін титрлеуді жүргізіңдер.
Титрлеуді 3 реттен кем жасамаңдар (ол үшеуінің арасындағы айырмашылық 0,1
см3 болу керек).
Vорта = V1+ V2 + V3 /3 ;
Калий перманганатының титрі мен нормальды концентрациясын есептеу үшін
Vорта алу керек.
Анализ үшін берілгендер
Қымыздық қышқылының массасы, г ----------------
Қымыздық қышқылының титрі, г/см3 -------------------
Қымыздық қышқылының нормальды концентрациясы, _________
Калий перманганатының нормальды концентрациясы, __________
Калий перманганатының титрі, г/см3 -----------------
Перманганатометрия әдісі арқылы ТОТЫҚСЫЗДАНДЫРҒЫШТАРДЫ (темірді, қалайыны,
оксалаттарды, нитриттарды т.б. тура титрлеу арқылы, ТОТЫҚТЫРҒЫШТАРДЫ кері
титрлеу арқылы), ОРГАНИКАЛЫҚ ЗАТТАРДЫ (құмырсқа, лимон, салицил т.б.
қышқылдарды) анықтауға болады.
Перманганатометрия әдісі сүт және сүттен жасалған тағамдарды
анализдеуге қолданылады.
Өзін- өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1. Редоксиметрия әдісінің негізінде қандай принцип жатады?
2. Тотығу-тотықсыздану потенциалы деген не? Олар қалай анықталады және
нені көрсетеді? Тотығу-тотықсыздану реакциясы жүру үшін тотықтырғыштың
ба, тотықсыздандырғыштың ба потенциалы жоғары болу керек?
3. Титрлеу анализін жүргізу үшін кез-келген тотығу-тотықсыздану реакциясын
қолдануға бола ма?
4. Тотығу-тотықсыздану индикаторлары деген не? Олардың түрі неге өзгереді?
5. Бихроматты тотықтырғыш ретінде алғанда оның перманганат алдында қандай
айырмашылығы бар?
6. Перманганатометрия және бихроматометрия әдістерінде КМnO4 , K2Cr2O7 тек
тотықтырғыш ретінде қолданылады, ал иодометрия әдісіне I2 тотықтырғыш
ретінде де , тотықсыздандырғыш ретінде де қолданылады. Неге?
7. Автокатализ дегеніміз не? Мысалдар келтіру қажет.
8. Қышқыл ортада КМnO4 эквиваленттік факторы және эквивалент массасы
нешеге тең? Ионды-электрондық схемасын жазу.
9. Сілтілік ортада КМnO4 эквиваленттік факторы және эквивалент массасы
нешеге тең? Ионды-электрондық схемасын жазу.
10. Әлсіз қышқыл ортада( бейтарап) КМnO4 эквиваленттік факторы және
эквивалент массасы нешеге тең? Ионды-электрондық схемасын жазу.
11. Қышқыл ортада K2Cr2O7 эквиваленттік факторы және эквивалент массасы
нешеге тең? Ион-электрондық схемасын жазу.
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 8
ИОДОМЕТРИЯ. НАТРИЙ ТИОСУЛЬФАТЫНЫҢ НОРМАЛЬДЫ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫН
ЖӘНЕ ТИТРІН БИХРОМАТ АРҚЫЛЫ АНЫҚТАУ.
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
ЖҰМЫСҚА БАЙЛАНЫСТЫ СҰРАҚТАР
1. Иодометрия әдісінің негізгі стандарт ерітінділері
2. Иодометрия әдісі бойынша титрлеу жүргізгенде қандай жағдайларды
сақтау керек. Натрий тиосульфаты мен иод әрекеттескенде жүретін
тотығу-тотықсыздану процесінің тендеуін жазындар
3. Калий бихроматының (K2Cr2O7) , натрий тиосульфатының, йодтың
эквивалент массасын анықтандар Иодометрия әдісі арқылы
тотықтырғыштарды анықтағанда неге калий иодының артық мөлшерін
қолданады?
4. Не себепті йодтың аз мөлшері қалғанда ғана, яғни
реакция аяғында ғана крахмалды қосады?
ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ
1. 0,05н ерітіндісін дайындау үшін калий бихроматының массасын есепте.
Колба көлемі 100-250см3.
Техникалық таразыда өлшенген бюкс массасы, г -------------
Аналитикалық таразыда өлшенген бюкс массасы, г ---------------------
Техникалық таразыда өлшенген бюкстегі K2Cr2O7 массасы, г ---------
Аналитикалық таразыда өлшенген бюкстегі K2Cr2O7 массасы, г -----
2.Калий бихроматының өлшеп алған массасын воронка арқылы түгелдей
жоғалтпай, колбаға салындар да оны дистилденген суда ерітіңдер. Колбаның
белгіленген ернеуіне дейін дистилденген су құйып, ерітіндіні жақсылап
араластырыңдар.
3.Бюретканы натрий тиосульфаты
ерітіндімен шайқап, осы ерітіндімен бюретканы толтырыңдар.
4. Титрлеуге арналған колбаға 5-7см3 калий иодиді ерітіндісін, 5-7см3 2н
күкірт қышқылын және 50 см3 дистилденген су құйыңдар. Ерітінді түссіз болу
керек. Бұл ерітінділерді цилиндрмен алу керек.
5.Осы ерітіндіге пипеткамен 10,00 см3 калий бихроматы ерітіндісін
құйыңдар. Алдын ала пипетканы бихромат ерітіндісімен шайқаңдар.
6.Ерітінділер қоспасын реакция аяғына дейін жүру үшін 5-6 минутқа қараңғы
жерге қоя тұру керек.
7.Бөлінген иодты натрий тиосульфатымен ерітінді түрі сарғайғанға дейін
титрлеу керек. Сосын 2-3 тамшы крахмал құйып, титрлеуді ары жалғастырыңдар.
Крахмал құйған кезде ерітінді көкке боялады. Титрлеуді ерітінді ашық жасыл
болғанға дейін жүргізіңдер.
8.Титрлеуді үш реттен кем жасамау керек.
Vорта = V1+ V2 + V3 / 3 ;
Анализ үшін берілген сандар:
Калий бихроматының массасы, г --------------------
Калий бихроматының титрі, г/см3 ------------------
Калий бихроматының нормальды концентрациясы,-----------
Натрий тиосульфатының нормальды концентрациясы,--------
Натрий тиосульфатының титрі, г/см3 --------------------
Иодометрия әдісін ет өнеркәсібінде майдың, консервілердің сапасын
анықтауға, сүт өнеркәсібінде сүт және сүт тағамдарының сапасын анықтауға
қолданылады.
Иодометрия әдісімен тотықсыздандырғыштарды (As3+; Sb3+; Sn2+;
сульфиттер т.б. заттар); тотықтырғыштарды (Cu2+; Fe3+ ), органикалық
заттарды анықтауға қолданылады.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1. Иодометрия тәсілінің мәні, негізгі химиялық теңдеулері, ерітіндінің
рН.
2. Иодометрия тәсілінде қандай жұмысшы ерітінділер (титранттар)
пайдаланылады, концентрациялары қандай ? Стандарт зат ретінде қандай
қосылысты пайдаланады ?
3. Белгілі концентрациялы йод ерітіндісін оның нақты мөлшерін еріту
арқылы даярлауға болады ма? Na2S2O3 ерітіндісін оның нақты мөлшерін
кесімді көлемде еріту арқылы концентрациясы дәл ерітінді даярлауға
болады ма?
4. Иодометрияда қандай индикторлар пайдаланылады. Крахмалды пайдалану
ерекшелігі.
5. Йод, тиосульфат ерітіндісін даярлау және сақтау.
6. Бихромат ерітіндісін даярлау.
7. Иодометрия тәсілінде орын басушы реагентті тирлеудің мәні.
8. Иодометрия тәсілінде пайдаланылатын реакциялардың жылдамдығы.
Температура қалай әсер етеді.
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 9
Комплексонометриялық титрлеу. СУДЫҢ ЖАЛПЫ КЕРМЕКТІГІН АНЫҚТАУ
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
ТАҚЫРЫПҚА БАЙЛАНЫСТЫ СҰРАҚТАР:
1. Комплексонометриялық титрлеу үшін қандай комплексондар
қолданылады? Комплексондар деген не?
2. Буфер ерітінділерді не үшін қосады?
3. Комплексонометриялық титрлеуге қандай
металиндикаторлар қолданылады? Индикаторларды қалай
таңдайды?
4. Судың кермектігі деген не? Кермектіктің қанша түрі
бар? Су кермектігінен қалай құтылуға болады?
СУДЫҢ ЖАЛПЫ КЕРМЕКТІГІН АНЫҚТАУ /ГОСТ(МЕСТ) 4151-72/ бойынша жасалады.
1. Пипеткамен 25,00см3 краннан су ағызып титрлеуге арналған колбаға
құйыңдар.
2. 25,0см3 дистилденген суды цилиндрмен өлшеп құйыңдар да оған 5см3 буфер
ерітінді құйыңдар.
3. 0,03 – 0,04г эриохром черный Т-индикаторын /не кислотный хром темно-
синий-индикаторын/ қосыңдар. Ерітінді түсі қызылға боялады.
4. Ерітіндіні шайқап отырып, комплексон III титрлеу керек. Ерітінді түсі
көкке айналғанда титрлеуді тоқтатыңдар. Титрлеуді үш рет жүргізіңдер.
Судың жалпы кермектігін мына формула арқылы табыңдар (мэкв/дм3 )
Ж = V ЭДТА ( N ЭДТА (1000/ V H2O
Егер судың жалпы кермектігі 0,5 мэкв көп болса, онда судың азырақ көлемін
анықтаңдар.
Егер суда Сu 2+ және Zn 2+ иондары болса, олар анализге кедергі
жасайды. Ол үшін суға 1-2см3 0,01н Na2S ерітіндісін құйыңдар, сонда олар
кедергі жасамайды.
Өзін- өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1.ЭДТУ және ЭДТА формулаларын жазындар, олар қалай диссоциацияланады?
Барлық К дисс. көрсетіндер.
2.Ерітіндінің рН-ына байланысты ЭДТУ және ЭДТА қандай иондалған күйде
болады?
3.ЭДТА металдар иондарымен қандай комплекс қосылыстар береді? Комплекс
қосылыстардың тұрақтылық константалары деген не?
4.Комплекс қосылыстардың тұрақтылығына ортаның рН-ы қалай әсер етеді?
5. Буфер ерітінділерді не үшін қосады?
6. Комплексонометриялық титрлеуге қандай
металиндикаторлар қолданылады? Индикаторларды қалай
таңдайды?
7. Титрлеу процесі индикатор қатысында қалай жүреді?
Индикаторлық қатені қалай есептейді?
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 10
СҮТТІҢ ҚҰРАМЫНДАҒЫ
КАЛЬЦИЙ МЕН МАГНИЙДІҢ МӨЛШЕРІН АНЫҚТАУ
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
РЕАКТИВТЕР:
1.0,05моль/л комплексон III ерітіндісі.
2.Мурексид пен NaCl құрғак қоспасы 0,25г мурексидті 1,25г NaCl (не КCl)
фарфор ыдыста жақсылап араластырады.
3.0,25г эриохром черный Т мен NaCl (КCl) 1,25г қоспасын жақсылап фарфор
ыдыста араластырады.
4.0,05моль/л кальций хлоридінің ерітіндісі.
5.Буфер ерітінді: 10г аммоний хлоридін және 50мл конц. /25%/ аммиакты
дистилденген суда көлемі 500мл колбада ерітіп, аузы жақсы жабылатын ыдыста
ұстау керек.
6.0,05моль/л магний хлоридінің ерітіндісі.
7.2 моль/л натрий гидроксидінің ерітіндісі.
КАЛЬЦИЙ МӨЛШЕРІН АНЫҚТАУ
1Химиялық стақанға пипеткамен 5см3 сүт құйындар, цилиндрмен 90-95см3
дистилденген су өлшеп алып құйыңдар, оған 5см3 натрий гидроксидін құйыңдар.
2.Бюреткадан 3,5см3 комплексон III көлемін құйыңдар, шыны таяқшаның
көмегімен ерітіндіні жақсылап араластырыңдар.
3.2 минуттан соң 0,04г жуық мурексид индикаторын қосыңдар. Ерітінді түсі
сирень түсі сияқты боялады. Кальций ЭДТА-мен рН ≥ 12 магнийге қарағанда
тұрақты комплекс түзеді. Мурексид индикаторымен сілтілік ортада коиплексон
III –пен тек кальций ионы титрленеді, ал магний ионы бұл жағдайда тұнбаға
түседі.
4.Комплексон III артық мөлшерін CaCl2 ерітіндісімен титрлейді. CaCl2
ерітіндісін тамшылап құйып, жақсылап араластыра отырып, қызарғанға дейін
титрлейді. Осы ерітіндіні тағы тамшылап құйып, комплексон III-пен сирень
түске көшкенше қайта титрлейді.
5.I және II титрлеуге кеткен комплексонның жалпы көлемінен кері титрлеуге
кеткен CaCl2 ерітіндісінің көлемін алып тастау керек. Сонда сүт құрамындағы
кальцийге кеткен комплексон III көлемі / V1/ табылады.
6.Кальций мөлшерін (Q масс.%) мына формуламен есептейді:
Q= V1 ( 0,002 (0,97 (100 / V
V1 – кальций ионына кеткен комплексон III,см3
0,002 – 1 мл 0,05 моль/л комплексон III-ке сәйкес келетін Ca2+ мөлшері.
V – анализге алынған сүт көлемі, см3
0,97 – сүт көлемін оның массасына айналдыруға арналған коэффициент.
Титрлеуді үш рет жүргізіндер.
МАГНИЙ МӨЛШЕРІН АНЫҚТАУ
1.Химиялық стаканға 5см3 сүт құйыңдар. 90-95см3 дистилденген су, 5см3 буфер
ерітінді құйыңдар.
2.0,04г-дай құрғак эриохром қара Т индикаторын салыңдар да бюреткадан
5,0см3 комплексон III ерітіндісін құйыңдар. (Ерітінді түсі жасыл-көк
болады).
3.2 минут өткен соң ерітінді түсі өзгергенге дейін магний хлориді
ерітіндісімен титрлеп, қайтадан алғашқы түрі пайда болғанға дейін, яғни
жасыл-көк түске дейін комплексонмен титрлеуді жүргізіңдер.(Ерітінді ортасы
рН 9,25 болғанда комплексон III осы екі металмен берік комплекс қосылыс
береді. рН 9,25 ортаны буфер ерітінді арқылы жасайды. Сондықтан осы екі
металды бірге анықтайды).
Магний мөлшерін (Q масс.%) мына формуламен табады:
Q= (V2 - V1) ( 0,97 ( 100 ( 0.0012 / V;
V1 – кальцийді мурексид индикаторы арқылы титрлегендегі кеткен комплексон
III көлемі, см3.
V2 – кальций мен магнийді эриохром қара Т – индикаторы арқылы титрлегенде
кеткен комплексон III көлемі, см3.
0,0012 – комплексон III 0,05моль/л концентрациялы ерітіндісінің 1см3 сәйкес
келетін Mg2+ мөлшері,г.
V – анализге арналған сүт көлемі, мл
Табылған кальций мен магний мөлшерін ГОСТ-та (МЕСТ-те) көрсетілген
олардың мөлшерімен салыстыру керек. Титрлеуді үш рет жүргізіңдер.
Өзін- өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1. 5см3 сүтте кальций мөлшерін табу үшін 0,05 моль/л комплексон
ерітіндісінің 0,62 см3 көлемі кетсе, сүтте қанша /масс.%/ кальций бар?
2. 5см3 сүтте магний мөлшерін анықтау үшін / V2 - V1 / = 0,88 см3 0,05
моль/л комплексон III көлемі кетсе сүтте қанша /масс.%/ магний бар?
3. Егер 3,1281г мырышты 1литрлік колбада ерітіп, оның 25,00см3 көлеміне
23,80см3 ЭДТА ерітіндісі кетсе, ЭДТА молярлы концентрациясы нешеге
тең? Жауабы: 0,05М.
4. Көлемі 50см3 суды титрлеу үшін 15см3 0,0480н трилон Б ерітіндісі
жұмсалған. Судың жалпы кермектігі нешеге тең? Жауабы: 14,4 мэкв/л.
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 11
ХЛОРЛЫ СУТЕК ҚЫШҚЫЛЫН ПОТЕНЦИОМЕТРИЯЛЫҚ ТИТРЛЕУ
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
Аппаратура және реактивтер.
рН- метр милливольтметр-121.
Шыны индикатор электроды.
Салыстырмалы хлоркүміс электроды.
Титрлеуге қажет стақан, сыйымдылығы 100мл, бюретке 25мл, пипеткалар.
HCl стандарт ерітіндісі 0,1 моль/л, фиксаналдан дайындалады.
Зерттелетін HCl ерітіндісі 0,1моль/л,
NaOH ерітіндісі 0,1моль/л.
рН- метрді тексеретін буфер ерітінділер.
Жұмысты орындау.
Шыны электродты дайындау (алдын ала 8 сағат 0,1н НСІ ерітіндісінде
ұсталған) және рН- метрді буфер ерітінділермен тексеру.
Натрий гидроксидінің дәл концентрациясын анықтау үшін титрлеуге қажет
стақанға 10 мл HCl стандартты ерітіндісін пипеткамен құйып, оған сонша су
қосады, сонда электродтар толық ерітіндіге батып тұрады. Магнит
араластырғышпен ерітінді белгілі бір жылдамдықпен араластырады.
Бюретканы титрантпен толтырады. рН- метр шкаласының «1-4», сосың «4-
9» т.б. диапазондарында титрлеуді жүргізеді. Титранттың әр
порциясын(өлшемін) қосқан сайын ерітінді рН- ын өлшеп, жазып отырады.
Титрлеу қисығының бастапқы бөлігінде титранттан 0,5 мл- ден, секіріс
маңында 0,1-0,2 мл- ден құю керек. Титрлеу нәтижесін кестеге түсіреді.
Кемінде 3 рет титрлеу жүргізеді.
Алынған нәтиже бойынша титрлеу қисығын рН= f (VNaOH) сызады.
VNaOH, орта мәнін тауып, СNаOH формула бойынша табады.
СNаOH,VNаOH – титрлеуге алынған HCl ерітіндісінің концентрациясы және
көлемі. VNаOH– титрлеуге кеткен NаOH ерітіндісінің орта мәні, мл.
Титрлеудің соңғы нүктесін табу үшін титрлеудің дифференциалдық қисығын
сызады. Максимумға сәйкес нүкте эквиваленттік нүкте болады.
Анализденетін HCl ерітіндісін 100мл өлшегіш колбаға құйып,
дистильденген сумен колба белгісіне дейін сұйылтып, жақсылап араластыру
керек. Оның 10 мл аликвотын титрлейтін стақанға құйып, электродтар толық
бататындай етіп дистильденген су қосып, титрлеуді кемінде үш рет жүргізеді.
Әр титрлеу үшін титрлеу қисығын сызып, титранттың орташа көлемін табады.
Зерттелетін ерітіндідегі HCl мөлшерін мына формуламен есептейді:
m HCl = (C NаOH * V NаOH * Vk * 36.5) / (VHCl * 100)
C NаOH – натрий гидроксиді ерітіндісінің концентрациясы, моль/л;
V NаOH – титрлеуге кеткен натрий гидроксиді ерітіндісінің орта көлемі, мл;
VHCl – зерттелетін қышқылды еріткен көлем (өлшегіш колба көлемі),мл;
36,5- HCl- дың эквиваленттік массасы, г/ моль.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар
1 Платинадан жасалған электрод мына жағдайда индикаторлық
электрод болады:
А.нейтралдау реакциясында,
В.тұнбаға түсіру реакциясында,
С.тотығу-тотықсыздану реакциясында,
D.комплекс түзу реакциясында,
Е.дұрыс жауабы жоқ.
2. Құрамында 20мл (305г/л) натрий хлориді бар анализденетін ері-
тіндінің 5мл-ін потенциометриялық титрлеуге эквивалент нүктесінде
0,1н. 10,5 мл HCI жұмсалады. Анализденетін ерітіндіде қанша (г/л) натрий
гидроксиді бар?
А.84,0 В.8,4 С.0,21 D.0,84 Е.840.
3. Нейтралдау әдісі бойынша потенциометрлік титрлеуде қолданылатын
электродтар:
А.платина, В.хлор-күміс, С.шыны,
D.күміс, Е.алтын.
4. Иодид-,бромид-,хлорид-иондары қоспасын күміс нитраты ері-
тіндісімен (күміс электрод) потенциометрлік титрлегенде алы-
натын қисықтың түрі:
А.потенциал азаяды, қисықта иодид-, бромид-, хлорид- иондарына
сәйкес бір секіріс болады,
В.потенциал артады, қисықта иодид-, бромид-, хлорид- иондарына
сәйкес үш секіріс болады,
С.потенциал азаяды, қисықта бір секіріс болады,
D.потенциал артады, қисықта бір секіріс болады,
Е.дұрыс жауабы жоқ.
5. Мына электрод тотықтырғыш-тотықсыздандырғыш болады:
А.Cu/Cu2+ В.Ag/AgBr C.(Pt)Ti3+/Ti2+ D.шыны,
Е.дұрыс жауабы жоқ.
6. II-ші ретті электрод:
А.Co3+,Co2+/Pt B.H+,MnO4-,Mn2+/Pt
C.I2,2I-/Pt D.Hg,HgSO4/H2SO4
E.дұрыс жауабы жоқ.
7. 20,00мл күміс нитратын потенциометрлік титрлеуге 21,64мл
0,05н. натрий хлориді жұмсалса, 1литр ерітіндіде неше грамм
күміс болғанын анықтау қажет:
А.0,116 В.116,2 С.0,0058 D.5,81 Е.0,10
8. Темір мен марганецтің сутектік электродқа қатысты стандартты
потенциалы 0,77В және 1,52В болса, олардың қаныққан каломель
электродқа қатысты тотығу-тотықсыздану потенциалын анықтау
керек (E0Hg/HgCI=0.2415B).
А.0,52В және 1,27В В.1,02В және 1,77В С.0,52В және 1,77В D.1,02В және
1,27В
Е.1,77В және 1,27В.
9. Техникалық натрий гидроксидінің 0,3251 грамын 100мл өлше-
гіш колбада еріткенде, оның 25,00мл ерітіндісін потенциометр-
лік титрлеуге 18,80мл 0,1н. HCI жұмсалған. Үлгідегі натрий
гидроксидінің процентті мөлшерін анықтау қажет:
А.90,05 В.88,59 С.92,52 D.8,59 Е.9,01
ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚТЫҢ ТАҚЫРЫБЫ № 12
БІР НЕГІЗДІ ҚЫШҚЫЛДЫ КОНДУКТОМЕТРИЯЛЫҚ АНЫҚТАУ
ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚҚА ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР
Анықталған қышқыл ерітіндісін өлшегіш колбаға құйып (50 мл), колба
белгісіне дейін дистильденген сумен жеткізіп, жақсылап араластырады. 10 мл
аликвот алып, титрлейтін стаканға құйып, магнит араластырғыш салады.
Электродтарды араластырғышқа кедергі жасамайтындай биіктікте стаканның
ортасына орналастырады.
1-2 минут ерітіндіні араластырған соң ұяшық кедергісін анықтайды.
Бюреткадан 1 мл сілтінің стандартты ерітіндісін құйып, ерітінді кедергісін
өлшеу керек. Эквиваленттік нүктеге дейін ерітінді кедергісі өседі,
эквиваленттік нүктеден соң сілті құйған сайын кедергі азаяды.
Титрлеу қисығында эквиваленттік нүктеден соң тағы 4-5 нүкте болу керек.
Титрлеуді кемінде үш рет жүргізу керек. Эквиваленттік нүкте маңында сілті
ерітіндісінен 0,1 мл-ден құяды. Титрлеу нәтижесін кестеге жазады.
|V мл, NaOH | |
|R, Ом | |
Тәжірибе нәтижесін графикке (V = f (R) ) түсіреді.
Qқышқыл = (NNaOH * VNaOH * mэкв. қышқыл * Vk) / (1000*Va); Va
–аликвот көлемі.
СУДЫҢ ЖАЛПЫ КЕРМЕКТІГІН АНЫҚТАУ
Әдіс комплексон III-пен сәйкес катиондардың әрекеттесуі нәтижесінде
кальций және магний комплексонаттарының түзілуіне негізделген. Титрлеуді
аммонийлі буфер ерітіндісі ортасында (рН=9-10) жүргізеді. Анықтауға
алюминий иондары бөгет болмайды, егер олардың концентрациясы 20 мг/дм3
аспаса және темір (III) иондары, егер концентрациясы 100мг/дм3 аспаса.
Жұмыс мақсаты – комплексонометриялық әдіс бойынша кондуктометриялық
титрлеу дағдысын игеру.
Аппаратура, химиялық ыдыстар, реактивтер:
1. Кондуктометриялық титрлеуге арналған құрылғы.
2. 25 см3 көлемді бюретка.
3. 10 см3 көлемді тамшуыр.
4. Аммонийлі буфер ерітіндісі.
5. Комплексон III ерітіндісі, С = 0.05 моль/дм3.
Жұмыс барысы.
Электрлік ұяшыққа тамшуырмен 2-ден 10 см3-қа дейін су енгізеді (судың
кермектігіне байланысты). 0,5 см3 аммонийлі буфер ерітіндісін және 50 см3-
ге дистилденген су қосады. Буфер ерітіндісін судың біраз мөлшерін құйғаннан
кейін барып қосады, себебі суда магний тұздары көп болса, тұнба түзіледі
(магний гидроксиді). Алынған ерітіндіні электрлік ұяшыққа енгізіп,
комплексона III ерітіндісімен титрлейді.
Титрлеу қисығын χ – Vтитранта координаталарында тұрғызады. Графиктегі сынық
бойынша титрлеуге кеткен комплексон III ерітіндісінің көлемін табады.
Есептеу.
Су кермектігін (Ж, моль/дм3) мына формуламен есептейді:
[pic]
мұнда, V1 – титрлеуге кеткен комплексон III ерітіндісінің көлемі, см3; К
–С = 0,05 моль/дм3 комплексона III ерітіндісі үшін түзету коэффициенті; V2
– зерттеуге алынған су көлемі, см3.
ӘЛСІЗ ЖӘНЕ КҮШТІ ҚЫШҚЫЛ ҚОСПАСЫН
КОНДУКТОМЕТРИЯЛЫҚ ТИТРЛЕУ.
Көлемі 150 мл стаканға 5-10 мл (оқытушуның тапсырмасы бойынша) 0,1 М
HСl және 0.1 M CH3COOH қоспасын алып, дистильденген сумен 50 мл-ге дейін
сұйылтады. Дайындалған ерітіндіге электродтарды батырып, стандартты 0,1 М
сілті ерітіндісімен титрлейді. Титранттың әрбір порциясын қосқаннан кейін
ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшейді. Өлшеулер нәтижесін кестеге
жазады:
|VKOH |эл.өткізгішт|
| |ік |
| | |
Алынған нәтижелер бойынша титрлеу қисығын χ – VКОН координатасына
салып, қисықтағы екі сыну нүктесі бойынша эквиваленттік нүктелерді табады.
Бірінші нүкте күшті қышқылға жұмсалған сілті көлеміне, ал екінші нүкте -
әлсіз қышқылға жұмсалған сілті көлеміне сәйкес. Есептеулер мына формула
бойынша жүргізіледі: СНСІ = CKOH(V1KOH / VHCl; CCH3COOH = CKOH(V2 – V1)/
VCH3COOH
(Студент өз еркі бойынша осы 2 жұмыстың біреуін орындайды).
Сабақтан алған білімді тексеру(тест) сұрақтары
1. Сульфат-ионын анықтау үшін барий хлориді ерітіндісімен ти-
трлеп , тұнба алу керек:SO42-+BaCI2(BaSO4 ( + 2CI-.Зерттелетін
ерітіндіде қанша сульфат-ионы бар екенін анықтау керек, егер
кондуктометриялық титрлеуге 0,2н. 2,8мл барий хлоридінің
ерітіндісі жұмсалған болса:
А.0,0280г/мл; В.0,0795г/мл; Е.0,044г/мл
С.0,0536г/мл; D.0,0397г/мл;
2. Кондуктометриялық өлшеу жүргізу үшін қолданылатын құрал:
А.Уитстон мостигі; В.фотоэлемент;
С.монохроматор; D.призма; Е.детектор.
3. Кондуктометриялық титрлеу әдісінде эквивалент нүктені анықтау үшін:
А.ерітіндінің электр өткізгіштігін өлшейді;
В.ерітіндінің жарық жұтуын өлшейді;
С.тоқ күшінің өзгеруін өлшейді;
D.потенциал мәнінің өзгеруін өлшейді;
Е.полярограмма алады.
4. Кондуктометриялық анализ әдісінің негізі:
А.тоқтың өзгеруін өлшеу;
В.ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшеу;
С.потенциал өзгерісін өлшеу;
D.концентрация өзгеруін өлшеу;
Е.оптикалық тығыздықты өлшеу.
5. Мына ерітіндідегі екі компоненттің де концентрацияларын натрий
гидроксиді ерітіндісімен
кондуктометриялық титрлеу арқылы анықтауға болады:
А.HCI+H2SO4; B.HNO3+HCI; C.HNO3+H2SO4;
D.HCI+CH3COOH; E.H2SO4+Na2SO4.
6. HCI ерітіндісімен кондуктометриялық титрлеу арқылы мына
ерітінділерден екі
компонентті де анықтауға болады:
А.NaOH+NH4OH; B.KOH+NaOH; C.KOH+Ba(OH)2;
D.NaOH+NaCI; E.KCI+KOH
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 13
МЫСТЫ АМПЕРОМЕТРИЯЛЫҚ ТИТРЛЕУ
Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар
Жұмыстың мақсаты:
Мыс (ІІ) анықтау оның иодид- ионымен тотықсыздануына және мыс
мөлшеріне эквивалентті мөлшерде бөлінген I2 тиосульфат ерітіндісімен
титрлеуге негізделген.
2Cu2+ + 4I- = Cu2I2 + I2
I2 + 2S2O32- = 2I-+ S4O62-
Бұл әдіс арқылы мыстың өте аз мөлшерін (10-3 мг) анықтауға болады.
Реостатқа +0,53 В потенциал мәнін қойып, платина және хлоркүміс
электродтарын ерітіндіге салады. Платина электродында йод тотықсызданады.
Жұмысты орындау.
Амперометриялық құралда барлық бөліктері дұрыс қосылып тұрғанын
тексереді.
Титрлейтін стаканға 10 мл мыс (ІІ) ерітіндісін құйып, 25 мл күкірт қышқылын
қосады, электродтарды салып, тізбекті қосады. Сол кезде катодта мыстың
тотығуы жүреді. Гальванометр стрелкасы бір жаққа қарай бұрылады.
0,3-0,5 г калий иодидін салып, магнит араластырғышты қосады. Бұл кезде
диффузиялық тоқ бірден азайып, гальванометр нольді көрсетеді. Бұл жағдай
мыс ионының толық иодидпен Cu2I2 қосылысын бергенін көрсетеді. Бұдан соң
бос йодтың бөлінуі байқалады, тоқ күші өсе бастайды, тоқ күші максимумға
келгенде ерітіндіде йод толық бөлініп бітеді. Тағы да 2-5 минут реакция
аяқталғанын тосып, титрлеуді бастайды.
Тиосульфат ерітіндісінен 1 мл қосып, ерітіндіні араластырып отырып,
тоқ күшін жазып отырады. Титрлеу соңында тоқ күші өзгеріссіз қалады.
|V, мл | |
|I, мА | |
q = V ( N ( mэкв.Cu mэкв.Cu = 63.64 г/ моль
Титрлеуді екі рет жүргізеді.
Сабақтан алған білімді тексеру (тест) сұрақтары
1. Индикатор қатысында амперометриялық титрлеудің артықшлығы:
А.титрлеу дәлірек болады; В.артықшылығы жоқ;
С.оңырақ потенциалда титрленеді;
D.терісірек потенциалда титрленеді;
Е.дұрыс жауабы жоқ.
2. Жарты толқын потенциалы неге тәуелді?
А.тотықсызданатын ион концентрациясына,
В.тотықсызданатын ион табиғатына,
С.индиферентті ерітінді концентрациясына,
D.электрод табиғатына,
Е.дұрыс жауабы жоқ.
3.Тотықсызданатын ионның валенттілігін қалай анықтайды?
А.I=605D1/2*m2/3*t1/6*c теңдеуі бойынша;
B.Е1/2 арқылы анықтауға болады;
C.lgI/Id-E тәуелділігі қисығының тангенсіне кері мән бойынша;
D.lgId/Id-I-E тәуелділігі қисығының тангенсіне кері мән бойынша;
E.дұрыс жауабы жоқ.
4. Полярографияны және амперометриялық титрлеуді неге индиферентті фон-
электролит
қатысында жүргізеді?
А.cутегінің толқынын жоғалту үшін;
В.I-ші ретті максимумді жоғалту үшін;
С.миграциялық толқынды жоғалту үшін;
D.қайталанатын поляризациялық қисық алу үшін;
Е.дұрыс жауабы жоқ.
5. Полярографиялық анализ әдісі неге негізделген?
А.электродтық потенциалдарды өлшеуге;
В.электродтардың поляризациялану құбылысына, яғни берілген кернеу
әсеріне ұяшық
арқылы өткен тоқ күшінің тәуелділігін зерттеуге;
С.ерітінді электрөткізгіштігінің құрамына тәуелділігіне;
D.ерітіндінің кедергісін өлшеуге;
Е.осы көрсетілгендердің барлығына.
6. Илькович теңдеуі:
А.I=605 nD1/2∙m2/3∙ (1/6∙Cm ;
B.Id=605 nD1/2∙m2/3∙ (1/6∙Cm ;
C.Id= nD1/2∙m∙ (∙C;
D.I=605 D1/2∙m2/3∙ (1/6∙C;
Е. Дұрыс жауабы жоқ.
7. Поляризациялық қисықтар деген:
А.тоқ күші-кернеу тәуелділігінің қисығы;
В.тоқ күші-кедергі тәуелділігінің қисығы;
С.кедергі-көлем тәуелділігінің қисығы;
D.lg I/IdI-E тәуелділігінің қисығы;
Е.дұрыс жауабы жоқ.
ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚТЫҢ ТАҚЫРЫБЫ № 14
АУЫЗ СУЫНДАҒЫ ТЕМІРДІ (ІІІ) РОДАНИДТІ КОМПЛЕКС ТҮРІНДЕ ФОТОМЕТРИЯЛЫҚ ӘІСПЕН
АНЫҚТАУ
ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚҚА ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР
Темір (ІІІ) қызыл түсті роданидті комплекс түзуі үшін 0,05-5,0г/л
роданид-ионы және 0,05-0,2М қышқылдық орта керек. Бұд әдістің сезімталдығы
жоғары 2,5мкг/50мл темір анықтауға болады. Комплексті қосылыстың жарық
сіңіру максимумы 480-483нм-де болады, молярлық сіњіру коэффициенті ( =
7(103. Бұл әдісте комплекс түзу сатылап жүреді, сондықтан әр уақытта
темірді анықтау үшін бірдей жағдай саќтау керек. Ерітіндіде анализге
кедергі келтіретін заттар, яғни роданид-иондармен комплекс түзетін
элементтер, темірді тотықсыздандыратын заттар, роданидті комплексті бұзатын
күшті тотықтырғыш заттар болмауы керек.
Түсті роданидті комплекс түссіз хлоридті комплекске ауысады. Роданид-
ионының артық мөлшерін құйса, хлорид- комплексі түзілмеуі мүмкін.
Темірді анықтауға фторид-, фосфат-, арсенат-, тартрат- иондары да кедергі
жасайды, яғни роданидті комплекстің т‰сін єлсіретеді. Азот қышқылының
әсірінен роданид темірсіз де түсті қосылыс береді.
Темір тұзының гидролизін болдырмау үшін сұйытылған азот қышқылымен
ерітіндіні қышқылдау керек.
Темір роданидінің ерітінділерін бірден фотометриялау қажет, себебі
ерітінділер тұрып қалса, түссіздіне бастайды.
Реактивтер.
1. темір (ІІІ) тұзының стандартты ерітіндісі, Т = 0,1мг/мл. Темір – аммоний
ашудасын суда ерітіп, 5мл азот ќышќылын ќосып, өлшегіш 1л колбада
дистильденген сумен сұйылтады.
2. 10% - калий не аммоний роданидінің ерітіндісі.
3. азот қышқылы (1:1)
Жұмысты орындау.
Градуирлік график сызу. Көлемі 50 мл бес өлшегіш колбаға 0.5;
1.0;1.5;2.0;2.5 мл темір тұзының стандартты ерітіндісін құяды да, 1 мл азот
ќышќыл ерітіндісін (1:1), 5 мл 10% аммоний роданидінің ерітіндісін қосып,
колба белгісіне дейін сумен сұйылтып, фотометриялайды. Жарыќ фильтрі мен
кювета алдын ала таңдалады. Салыстармалы ерітінді ретінде дистильденген су
алады. Алынған нәтижелерді мына кестеге жазады.
|Ерітінділер |Темірдің 50мл көлемдегі мөлшері,|Оптикалық тығыздық Д |
| |мг |(А) |
|1 | | |
|2 | | |
|3 | | |
|4 | | |
|5 | | |
|анализденеті| | |
|н су | | |
Анализденетін суѓа жоғарыда көрсетілген ерітінділерді қосып, колба
белгісіне дейін су құйып, градуирлік графиктен «Д»(А) мәніне сәйкес
концентрацияны табады.
КОБАЛЬТ (ІІ) ИОНЫНЫҢ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫН АНЫҚТАУ
Реагенттер:
1. стандартты кобальт (ІІ) тұзының ерітіндісі ТCо2+ = 0.1мг/мл.
2. тұз қышқылы (1:1).
3. азот қышқылы (1:1).
4. нитрозо-R тұзы 0,1н.
5. натрий ацетаты, 40 % - ерітінді.
Көлемі 50мл өлшегіш колбаларға кобальт (ІІ) тұзының стандартты
ерітіндісін 1;2;3;4;5мл мөлшерде құйып, алтыншы колбаға анализденетін
ерітінді алып, әрбір колбаға 0,5мл тұз қышқылын, 2-3 тамшы азот қышқылын,
3мл нитрозо-R тұзын, 3мл натрий ацетатын қосып, қайнағанға дейін қыздырып,
1 минуттай қайнатады, ерітінділерді суытып, тағы да 2 мл азот қышқылын
қосады да, жақсылап араластырып тағы 1 минут қайнатады. Ерітінділер суыған
соң, колбалар белгілеріне дейін дистильденген су құйып, ерітінділерді
жақсылып шайқайды. Қызыл түсті ерітіндінің оптикалық тығыздығын 550нм
спектр облысында өлшейді. Кювета қылындығы 1,0см. Салыстырмалы ерітінді -
су. Кюветаға ерітінділерді концентрациясы ең төменінен бастап құю керек.
Ерітіндіні құймай тұрып, кюветаны дистильденген сумен және ерітіндінің
өзімен шайқап жіберу керек. Градуирлік график сызып, одан анықталатын зат
концентрациясын табады.
МЫСТЫ (ІІ) АММИАКАТ ТҮРІНДЕ АНЫҚТАУ
Мыс қышқыл сулы ерітіндіде көгілдір түсті аквакомплекс [Cu(H2O)6]2+
түзеді. рН ( 7 мыс (ІІ) гидроксидін Cu(ОН)2 тұнбасы түзіледі. Аммиак
ерітіндісімен мыс (ІІ) көк түсті аммиакат түзеді.
Cu2+ + 4NH4OH ↔ [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O
Әдіс сезімталдығы 0,2 мг/50 мл, комплекстің максимум жарық жұтуы 550-570 нм
маңында. Мысты (ІІ) анықтауға Ni2+, Co2+ және аммиакта ерімейтін ауыр
металдар иондары кедергі жасайды. Ерітінді қышқылдығы артық болса, NH3 пен
Н+ қосылып NH4+ түзіледі де мыс (ІІ) аммиакаты бұзылады, ерітінді көгілдір
түске көшеді, яғни [Cu(H2O)6]2+ .
Реагенттер.
1.Концентрлі NH4ОН ерітіндісі, 25%.
2.Мыс (ІІ) тұзының стандартты ерітіндісі, ТCu2+ = 2мг/мл: 7,8540г мыс (ІІ)
сульфатын CuSO4 ( 5H2O дистильденген суда ерітіп, 10мл концентрлі H2SO4
((=1,84 г/мл) қосып, 1 литрге дейін сұйылтады.
Жұмысты орындау.
Градуирлік график құру үшін бес 50мл өлшегіш колбаға стандартты мыс (ІІ)
ерітіндісінен 1; 2,5; 4; 5,5; 7,0 мл құйып, алтыншы колбаға оқытушыдан
зерттелетін ерітінді алып, барлық колбаға 5 мл-ден концентрлі аммиак
қосып, белгісіне дейін дистильденген су құяды. Колбадағы ерітінділерді
жақсылап шайқап, фотометрлейді. Жарық фильтрі мен кюветаны алдын ала таңдап
алу керек. Салыстыратын ерітіндіге дистильденген су алуға болады.
Градуирлік график сызу үшін ординатаға оптикалық тығыздық (Д не А)
мәндерін, абциссаға мыс (ІІ) мөлшерін (мг/мл) көрсетеді. Графиктен
зерттелетін ерітіндідегі мыс концентрациясын табады.
Сабақтан алған білімді тексеру(тест) сұрақтары
1. Фотоэлемент деген:
А.жарық энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрал;
В.эмиссионды спектроскопия;
С.спектральді анализ;
D.фотографиялық анализ;
Е.химико-спектральді анализ.
2.Жарық жұтудың (фотометрияның) негізгі заңы:
А.Бугер заңы; В.Ламберт заңы; С.Бер заңы;
D.Бугер-Ламберт-Бер заңы; Е.оптикалық тығыздық.
3. Фотометрияның негізгі заңы:
А.T=I/I0; B.T=I0/I; C.A(=((l∙c; D.-lgT=A; E.A=l∙C.
4. Монохроматизатор ретінде қолданылады:
А.призмалар; В.фотоколориметрлер;
С.спектрофотометрлер; D.спектроскоптар;
Е.детекторлар.
5.Фотометриялық әдістің дәлдігі жоғары болу үшін оптикалық
тығыздық (A) мына мәнді қабылдауы керек:
А.0,034; В.0,055; С.0,435; D.2,004; Е.1,555.
6. Фотометриялық әдіс анықтайтын заттың минимал концентрациясы мына
формуламен
көрсетіледі:
А.Сmin=A(∙l; B.Cmin=Amin/(l; C.Cmin=((∙A(;
D.Cmin=(l/A; E.Cmin=((/l∙Amin.
7. Фотометриялық титрлеу әдісінде эквивалент нүктені анықтау үшін:
А.ерітіндінің жарық жұтуын өлшейді;
В.титрант көлемін өлшейді;
С.жарықтың молярлық жарық жұту коэффициентін өлшейді;
D.ерітіндінің титрін анықтайды;
Е.инфрақызыл спектрді өлшейді.
8. Ерітіндінің оптикалық тығыздығы жарық жұтудың қалыңдығы артқан сайын:
А.артады; В.кемиді;
С.алдымен артып, кейін кемиді; D. 2 есе артады;
Е. 2 есе кемиді.
9.Бес тексерілетін ерітіндінің оптикалық тығыздықтары 0,10; 0,44; 0,80;
2,00; 1,50
болса, мына жағдайда өлшеудің салыстырмалы қатесі аз болады:
А.0,10; В.0,44; С.2,00; D.0,80; Е.1,50.
10. Мына заттың жұту спектрі көрінетін облыста болады (400- 700нм
арасында):
А.NaCI; B.HCI; C.H2SO4; D.H2O; E.KМnO4.
11. Висмуттің (III) түсті ерітінділерін фотометриялағанда мына жағдайда
Сmin (минимал концентрациясы) анықталады:
А.(=9∙103; В.(=3,5∙103; С.(=4,5∙104; D.(=350; Е.(=540.
12. Оптикалық анализ:
А.полярография; В.амперометрия; С.фотометрия;
D.титриметрия; Е.гравиметрия.
(Студент өз еркі бойынша осы 3 жұмыстың біреуін орындайды).
ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚТЫҢ ТАҚЫРЫБЫ № 15
Тамақ өнімдерінің (сүт, айран, сорпаның) қышқылдығын
потенциометриялық анықтау және оны ион алмасу хроматографиясы арқылы
төмендету
ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚҚА ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ
Жұмыстың мақсаты: жұмысты жасау әдісін және ерітіндінің рН-ын
анықтауды
рН-метрде үйрену, рН-тың жоғарылауы және төмендеуі кезіндегі ион алмасу
процесін, АВ-17 анионитінің регенерациясын түсіндіру және олардың теңдеуін
жазу. Тура потенциометрияны және ион алмасу хроматографиясын қолдануды
үйрену.
Жұмысты орындау:
1. рН-метр 20-30 минут қыздырылады. «Температура» деген шкала
арқылы қажет температура қойылады, бұл кезде рН-метрдің «t»
деген кнопкасын басады.
2. Буфер ерітінділер арқылы рН-метрдің дұрыс көрсетуін қадағалайды.
3. Электродтарды алдын ала жақсылап дистильденген сумен жуып,
фильтр қағазымен құрғатады.
4. Сүттің қышқылдығын рН1 анықтайды.
5. рН1 мәнін жазып алған соң, электродтарды сүттен алып, жақсылап
жуып, дистильденген суы бар стақанға салып, рН-метрдің «t»
кнопкасын басып қою керек.
6. АВ-17-ОН- түріндегі аниониттің бетіндегі суын төгіп тастап,
оған сүтті құйып, екеуін 1 сағаттай араластырады.
7. АВ-17 анионитінен сүтті бөліп, сүттің рН2 мәнін рН-метрде
өлшейді, сонда рН2 ( рН1 (Неге?).
8. рН-метрді өшіріп, электродтарды жуып, стақандағы дистильденген
суға салып қояды.
9. АВ-17 анионитінің регенерациясын жүргізеді: оны 20 мл 1М натрий
гидроксиді ерітіндісімен 15 минуттай шайқайды да сілті
ерітіндісін төгіп тастап бірнеше рет дистилденген сумен жуады.
Сумен жуылып болғанын метилоранжбен тексереді, яғни түсі сары
болғанша. Анионит үстіне су құйып , лаборантқа өткізеді.
10. Алғашқы және АВ-17 анионитімен контактта болған сүттерді жеке-
жеке қайнатып, нәтижесін салыстырыңдар.
ТҰНБАЛЫҚ ХРОМАТОГРАФИЯ ӘДІСІ АРҚЫЛЫ ЭЛЕМЕНТТЕРДІ АНЫҚТАУ
Анықталатын иондармен түсті тұнба түзетін тұндырғыш ерітіндісін
алдын ала сорбентке сіңіріп қоюға болады. Мысалы, Al2O3 сорбентіне сілті
ерітіндісін сіңіреді. Сонда, егер колонкаға Hg2+, Cu2+, Ag+ иондар
қоспасын енгізсе, түрлі-түсті тұнбалар зоналары түзіледі:жоғарыда – сары
зона – Hg(ОН)2 тұнбасы, төменірек – көгілдір зона - Cu(ОН)2 тұнбасы, ең
астында – қоңыр зона - Ag2О тұнбасы. Тұнбалық хроматографияны иондарды бөлу
үшін, сапалық анықтау үшін қолданады. Сандық анықтау үшін бірнеше
стандартты ерітінділерді хроматографиялау керек. Нәтижесі бойынша
градуирлік график салады. График зона биіктігі мен концентрация арасында
салынады. Сосын зерттелетін ерітіндіні хроматографиялап, графиктен
концентрациясын анықтайды.
ТҰНБАЛЫҚ ХРОМАТОГРАФИЯ ӘДІСІМЕН НИКЕЛЬ ИОНДАРЫНЫҢ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫН АНЫҚТАУ
Жұмыс мақсаты: Тұнбалық хроматография әдісі арқылы никель иондарының
концентрациясын анықтауды үйрену. Колонкалар диаметрі бойынша бірдей болуы
керек.
Жұмыс барысы: Он бір хроматографиялық колонкалар дайындайды. Ол үшін
колонканың төменгі бөлігіне шыны таяқшамен мақта тампонын тығыздайды да,
биіктігі 2/3 болатын сорбентпен нығыздайды (алюминий оксиді +
диметилглиоксим).
1М никель нитратының ерітіндісіне дистильденген суды қосу жолымен
никель тұзының ерітінділерін дайындау.
Ерітіндіні сұйылту техникасы:
Он пробирка алып, әрқайсысына 1мл берілген ерітінді концентрациясын
енгізеді. Мысалы, 1М ерітіндіден, сонан соң әрбір пробиркаға таблицада
көрсетілген белгілі бір су мөлшерін енгізеді.
|Пробир |Алынған ерітінді|Қосылған |Сұйылту |Зона |
|ка № |көлемі, мл |ерітінді көлемі,|концентрациясы, М|биіктігі, |
| | |мл | |мм,һ |
|1 |1 |0 | | |
|2 |1 |1 | | |
|3 |1 |2 | | |
|4 |1 |3 | | |
|5 |1 |4 | | |
|6 |1 |5 | | |
|7 |1 |6 | | |
|8 |1 |7 | | |
|9 |1 |8 | | |
|10 |1 |9 | | |
Дайындалған сорбенті бар колонкаларға берілген концентрациялы ерітінді
бар пробиркадан 0,2мл енгізеді. Ерітінді толық сіңіп, 3 минут өткеннен
кейін, никель диметилглиоксиматының алқызыл зонасының биіктігін өлшейді.
Градуирлі графикті ордината осі бойынша зона биіктігі (мм), абцисса осі
бойынша – никель иондарының концентрациясы (М) координатасында құрады.
Никель иондарын анықтау үшін дайындалған хроматографиялық колонкадағы
белгісіз концентрациясы бар ерітіндіден 0,2мл құю керек. 3 минут өткеннен
кейін хроматограммадағы зона биіктігін өлшейді. Құрылған калибровкалық
(градуирлік) график арқылы және зона биіктігін біле отырып, экстраполяция
әдісімен белгісіз ерітіндідегі никель концентрациясын анықтайды.
Хроматографиялық колонкаларды оқытушыға көрсетіп, лаборантқа өткізу керек.
Сабақтан алған білімді тексеру(тест) сұрақтары
1. Заттар жақсы бөліну үшін Rf мәні мына аралықта болу керек:
А.0,01-0,02 В.0,055-0,85 С.0,9-0,12
D.0,12-1,0 Е.1,0-10,0
2.Ионалмасу хроматография әдісі арқылы күкірт қышқылындағы хром(ІІІ)
және фосфат-
иондарын қай сорбентте бөлуге болады?
А.Al2O3 “хроматография үшін”;
B.КУ-2 катионитінде; С.целлюлозада;
D.СаСО3-те, Е.дұрыс жауабы жоқ.
3.Кермектігі 7 мэкв/л 2л суды катиониттен өткізген. Кермектікті 2мэкв/л
дейін төмендету
үшін қанша сорбент алу керек? Құрғақ сорбент сыйымдылығы 4,5мэкв/л,
ылғалдылығы 17%:
А.2,68г. В.3,45г. С.4,54г. D.6,22г.
Е.3,00г.
4.КУ-2 катионитінің сиымдылығы 5мэкв/1г құрғақ сорбентке қатысты. 3г
ылғал ионитті
(W=17%) темір ионы мен толық қанықтыруүшін 0,004н темір(ІІІ)
хлоридінің қандай
көлемін өткізу керек?
А.1,65л; В.3,11л; С.4,42л; D.5,84л;
Е.3,16л.
5. Колонкаға тұнбаға түсіргіш ретінде натрий гидроксиді құйылған. Егер
ЕКCu(OH)2=5,6∙10-20; EKFe(OH)3=32∙10-38 болса,колонкада мыс және
темір гидроксидтері
қалай орналасады?
А.Cu(OH)2 жоғарыда, Fe(OH)3 төмен;
B.Fe(OH)3 жоғарыда, Cu(OH)2 төмен;
C.Fe(OH)3 және Cu(OH)2 бірге;
D.кезекпен– Fe(OH)3 –Cu(OH)2 –Fe(OH)3 –Cu(OH)2; Е. Бөлінбейді
6.Тұнбаға түсіргіш ретінде алынған хлор-ионымен қаныққан анионит арқылы
натрий-
және кальций- иондарын бөлуге бола ма?
А.болады; В.болмайды; С.аздап бөлуге болады;
D.қыздыру қажет; E.натрий ериді.
(Студент өз еркі бойынша осы 3 жұмыстың біреуін орындайды).
ХИМИЯЛЫҚ ЗЕРТХАНАДА ЖҰМЫС ІСТЕУ ЕРЕЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАР
ЕСЕБІН ӨТКІЗУ ТӘРТІБІ
Химиялық зертханада жұмыс істеу ережелерін дұрыс орындау қажет.
Жұмыс орындау алдында студент сол жұмыстың әдістемелік нұсқауларын дұрыс
оқып, қажетті оқулықтармен танысып, осы жұмысқа байланысты барлық
сұрақтарына дұрыс жауап беруі керек.
Тәжірибеге қатысты ыдыстарды, зертханалық құралдарды лаборанттан алып,
жұмыс аяқталған соң қайта лаборантқа өткізу керек.
Жұмыстың есебін әр студент мына көрсетілген нұсқа бойынша өткізеді.
Күні «____» _____________ 20 _ ж. Жұмыс № ______________
Жұмыстың атауы: _______________________________________
_______________________________________________________
Жұмыс мақсаты: ________________________________________
_______________________________________________________
Тапсырма_______________________________________________
Негізгі құралдар (аты, типі, суреті, кестесі, негізгі құралдардың қысқаша
сипаттамасы) ___________________________________
_______________________________________________________
________________________________________________
________________________________________________
Физика-химиялық процесс (әдіс, қандай физика-химиялық процеске негізделген,
химиялық реакциялар теңдеуі т.б.)
Есептеулер (таблицалар, формулалар, графиктер т.б.) _______
________________________________________________
Қорытынды
Оқулық
Студент (фамилиясы, аты, тобы)
Білім алушыға арналған аналитикалық химиядан тапсырмалар:
1-ші, 2-шы, 3-ші апталарда оқу-әдістемелік материалда (7.1.8) көрсетілген
жазбаша тапсырмаларды әр студент өзіне тиісті номер бойынша алады, 3-ші,
5-шы, 6-шы апталарда берілген тапсырмаларды сағат 18.00 дейін
өткізеді(1МБ) және
8-ші, 9-шы, 10-ші апталарда оқу-әдістемелік материалда (7.1.8)
көрсетілген жазбаша тапсырмаларды әр студент өзіне тиісті номер бойынша
алады, 10-ші, 12-шы, 14-шы апталарда берілген тапсырмаларды сағат 18.00
дейін өткізеді(2МБ).
1-апта
№1
1. Электролиттік диссоцияциалану процессі деген не? Теңдеуі қалай
жазылады? Неге бұл процесс - қайтымды процесс? Диссоциациялану дәрежесі
деген не? Электролиттер диссоциация дәрежесіне байланысты қалай бөлінеді?
Мысалдар келтіру керек. Диссоциациялану процессі негізінде қышқылдарға,
негіздерге анықтама беріндер
2. Егер 3,6г сірке қышқылы 1л ерітіндіде болса, оның сутегі ионының
концентрациясы нешеге тең болады? Кд=1,8∙10-5
3. Колбалар не үшін қолданылады? Колбаларды ерітінділермен қалай
толтырады? Колбаларды алдын - ала олардың көмегімен дайындайтын стандартты
ерітінділермен шайқауға бола ма?
4. Титрантқа байланысты қышқыл-негіздік титрлеу қалай жіктеледі?
Қандай титранттар бар? Титрлеу қисығы деген не? Ол не үшін керек? Титрлеу
шегі деген не?
№2
1.Ерітіндіде күшті электролиттер мен әлсіз электролиттер қай күйде
болады? Диссоциациялану дәрежесіне қандай факторлар әсер етеді?
Қандай электролиттер сатыланып диссоциацияға түседі? Әлсіз электролиттерді
диссоциация дәрежесінен басқа тағы қандай шамамен сипаттайды? Диссоциация
дәрежесі мен диссоциация константасы арасындағы байланысты көрсетіндер
2. Көмір қышқылының 1- саты бойынша жүрген диссоциациясы арқылы
диссоциациялану дәрежесін табу керек. Көмір қышқылының концентрациясы
0,01М болса, Кдисс. = 4,5∙10-7. Жауабы: α=0,67
3. Пипеткалар не үшін қолданылады және олардың қандай түрлері бар?
Пипеткаларды қалай ерітінділермен толтырады? Пипеткамен қалай жұмыс
істейді? Пипеткадағы ерітіндіні басқа ыдысқа қалай құяды? Жұмысқа қажет
көлемді пипетка көмегімен неше рет алу керек? Пипетканы алдын ала
ерітіндімен шайқауға бола ма?
4. Тұз қышқылының ерітіндісін натрий гидроксиді және натрий
тетрабораты арқылы стандарттауға болады. Осы екі реактивтің қайсысы жоғары
дәлдікті қамтамасыз етеді? Неге?
№3
1. рН және рОН деген не? Су үшін рН пен рОН нешеге тең? Қышқыл,
нейтрал (бейтарап), негіздік орта деген не? рН- тары нешеге тең болады?
2. 0,1М аммоний гидроксиді ерітіндісінің диссоциациялану дәрежесі мен
гидроксид-ионының концентрациясын анықтау керек. Жауабы: α=1,33;
[ОН-] = 1,33 ∙10-3 моль/л , Кд=1,75∙10-5
3. Бюретка не үшін қолданылады? Қандай түрлері бар? Бюретканы алдын-
ала ерітіндімен шайқауға бола ма? Бюретканы кептіру керек пе?
Бюретканы ерітіндімен қалай толтырады? Бюретканың төменгі жағындағы
трубкадан не үшін ауаны жоғалту керек? Бюреткадан ерітінді құю үшін
қолданылған воронканы неге алып тастау керек?
4. Қандай фактор (диссоциация константасы, температура, ерітінді
концентрациясы, титрленетін ерітінді көлемі, титрлеу жылдамдығы):
а) эквиваленттік нүктеге, б) титрлеу шегіне (секірме) және оның шамасына
әсер етеді?
№4
1. Күшті электролиттер деген не? Ерітінділерде олар қандай күйде
болады? Активті коэффициент деген не? Неге күшті электролиттер үшін Кдисс
болмайды? Ерітінділердің иондық күші деген не? Ерітіндінің иондық күші мен
активті коэффициент арасында қандай байланыс бар?
2. Егер сірке қышқылының 1,5г 50мл ерітіндіде болса, сутегі ионының
концентрациясы мен ерітіндінің рН-ы нешеге тең болады?
Жауабы: [Н+] =3,5∙10-3 моль/л; рН=2,5
3. 1) әлсіз қышқылды күшті негізбен; 2) әлсіз негізді күшті қышқылмен;
3) полипротонды қышқылды күшті негізбен титрлегенде алынатын титрлеу
қисықтарын жүргізу үшін қандай формулалар қолданылады?
4. Қышқыл – негіздік индикаторлар қандай параметрлермен сипатталады?
Титрлеу үшін индикаторларды қалай таңдайды?
№5
1. Егер 0,5М аммоний гидроксидінің 10мл-ін 50мл-ге дейін сұйылтса,
ерітіндідінің рН-ы нешеге тең болады? Жауабы: рН=11,13
2. Қышқыл- негіздік титрлеу кезінде қандай қателер болады? Егер: а)
әлсіз қышқылды рТинд<рНэ.н.; рТинд>рНэ.н. титрлегенде; б) әлсіз негізді
рТинд < рНэ.н.; рТинд > рНэ.н. титрлгенеде қандай
қателер болады?
3. HCl, H3BO3 титрлеу үшін қандай индикатор пайдаланған жөн? H3BO3
титрлеудегі глицериннің ролі? NaOH пен әрекеттесу реакциясында H3BO3 және
HCl эквиваленттік факторы және эквиваленті нешеге тең?
4. Егер 0,1н құмырсқа қышқылының диссоциациялану дәрежесінің мәні 80%
болса, оның рН нешеге тең болады? Жауабы: рН = 1,1
№6
1. Егер 0,1М сірке қышқылының ерітіндісіне 0,05моль натрий ацетатын
қосса, ерітіндінің рН неше есе азаяды?
2. Кері титрлеу әдісі деген не? Ол қайдай жағдайларда қолданылады?
3. Не себепті HCl және NaOH дәл концентрациялы ерітінділерін даярлау
мүмкін емес? HCl, NaOH ерітінділерінің концентрациясын анықтау үшін қандай
стандартты ерітінділер және индикаторлар пайдаланылады?
4. Мына ерітінділердің а) 2,0∙10-4моль/л Н+; б) 0,008моль/л ОН- болса,
ерітіндінің рН-ын анықтаңдар
№7
1. 0,01М күкірт қышқылының α=92% болса, рН нешеге тең?
2. Мына жағдайдағы: а) 0,1н НСІ ерітіндісін 0,1н NaOH ерітіндісімен
метилқызылы (рТ=5,5) индикаторымен; б) 0,1н NaOH ерітіндісін 0,1н НСІ
ерітіндісімен нитроамин (рТ=12) индикаторымен титрлегендегі индикаторлық
қате неше тең?
3. Индикаторлардың ион-хромофорлы, ионды теориялары
4. Сүттің, айранның, т.б. сүт тағамдарының қышқылдығы неге байланысты?
№8
1. 0,02н натрий гидроксидінің 5мл-ін сумен 100мл-ге дейін сұйылтса,
алынған ерітіндінің рН-ы нешеге тең (α=100%). Жауабы: рН=11
2. Титрлеуге жұмсалған титранттың көлемін қандай дәлдікпен өлшейді?
Өлшемдердің айырымы неше мл болуы мүмкін? «Күәгермен» тирлеу дегеніміз не?
Оны қалай даярлайды?
3. 20мл 0,03н FeSO4 ерітіндісін титрлеу үшін 0,02н KMnO4 ерітіндісінің
қанша көлемі (мл) керек?
4. Сүттің, айранның, т.б. сүт тағамдарының қышқылдығы неге байланысты?
Егер сүттің қышқылдығы 17,50Т болса, сүт қышқылының массалық үлесі нешеге
тең?
2-апта
№1
1. Редоксиметрия әдісінің негізінде қандай принцип жатады?
Тотығу-тотықсыздану потенциалы деген не? Олар қалай анықталады және нені
көрсетеді? Тотығу-тотықсыздану реакциясы жүру үшін тотықтырғыштың ба,
тотықсыздандырғыштың ба потенциалы жоғары болу керек? Титрлеу анализін
жүргізу үшін кез-келген тотығу-тотықсыздану реакциясын қолдануға бола ма?
Тотығу-тотықсыздану индикаторлары деген не? Олардың түрі неге өзгереді?
2. 250см3 CaCl2 ерітіндісінде қанша грамм кальций бар екенін анықтау
керек, егер оның 25,00см3 ерітіндісіне 40,00см3 0,1н (NH4)2C2O4
ерітіндісін құйып, алынған СаC2O4 тұнбасын бөліп алған соң, қалған
(NH4)2C2O4 ерітіндісіне 15,00 см3 0,02н КМnO4 ерітіндісі кеткен болса.
Жауабы: 0,7415г.
3. Комплексонометриялық титрлеу үшін қандай комплексондар қолданылады?
Комплексондар деген не?
4. Егер 20,00мл суды титрлеу үшін 2,30мл 0,1н ЭДТА жұмсалған болса,
судың кермектігі(градуспен көрсету керек) қанша болады? Жауабы: 30,690.
№2
1. Бихроматты тотықтырғыш ретінде алғанда оның перманганат алдында
қандай айырмашылығы бар? Переманганатометрия және бихроматометрия
әдістерінде КМnO4 , K2Cr2O7 тек тотықтырғыш ретінде қолданылады, ал
иодометрия әдісіне I2 тотықтырғыш ретінде де , тотықсыздандырғыш ретінде де
қолданылады. Неге?
2. 1л хлорлы судағы хлор мөлшерін анықтау керек. Егер КI ерітіндісінен
бөлінген 25,00 см3 йодты титрлеуге 20,10 см3 0,11н тиосульфат ерітіндісі
жұмсалған болса. Жауабы : 3,135г.
3. ЭДТУ және ЭДТА формулаларын жазындар, олар қалай
диссоциацияланады? Барлық Кд көрсетіндер. Ерітіндінің рН байланысты олар
қандай иондалған күйде болады?
4. 5см3 сүтте кальций мөлшерін табу үшін 0,05моль/л комплексон
ерітіндісінің 0,62см3 көлемі кетсе, сүтте қанша (масс.%) кальций бар?
№3
1. Қандай теңдеу бойынша тотығу-тотықсыздану потенциалын есептейді?
Тотығу-тотықсыздану потенциалына түрлі факторлардың әсері.
Тотығу-тотықсыздану потенциалына сутек иондарының әсері.
Cr2O72--ті Cr3+-ке дейін I- -пен қышқыл ортада тотықсыздандыруға болады
ма?
2. Тотығу-тотықсыздану титрлеуіне керек темірдің 0,05н 100 см3
ерітіндісін дайындау үшін керек FeSO4(7H2O массасын есептендер. Жауабы:
1,390 г.
3. ЭДТА металдар иондарымен қандай комплекс қосылыстар береді?
Комплекс қосылыстардың тұрақтылық константалары деген не?
Комплекс қосылыстардың тұрақтылығына ортаның рН-ы қалай әсер етеді?
Буфер ерітінділерді не үшін қосады?
4. Егер 25,00мл суды титрлеу үшін 2,20мл 0,05н ЭДТА жұмсалған болса,
судың кермектігі (градуспен көрсету керек) қанша болады?
Жауабы:11,8. Кермектіктің мэкв/л өлшем бірлігімен алынған мәнін
2,8-ге көбейту арқылы кермектікті градуспен көрсетеді.
№4
1. Оксидиметрия тәсілінде индикатордың потенциалын қандай теңдеу
бойынша есептейді?Тотығу-тотықсыздану реакцияларында эквиваленттік факторды
және эквиваленттік массаны қалай анықтайды ?
Потенциалдың тотыққан және тотықсызданған формаларына тәуелділігі.
Нормальды (стандартты) тотығу-тотықсыздану потенциалы дегеніміз не?
2. 500мл 0,05н K2Cr2O7 ерітіндісін даярлау үшін K2Cr2O7 неше грамм
алу қажет?
3. Комплексонометриялық титрлеуге қандай металиндикаторлар
қолданылады? Индикаторларды қалай таңдайды?
4. 5см3 сүтте магний мөлшерін анықтау үшін (V2 - V1) = 0,88 см3 0,05
моль/л комплексон III көлемі кетсе, сүтте қанша (масс.%) магний бар?
№5
1. КМnO4 ерітіндісін даярлау, оның Т және Сн анықтау.Қандай теңдеу
бойынша индикатордың түсінің ауысу интервалын есептейді?
2. 500 мл 0,05н Н2C2O4(2H2O ерітіндісін даярлау үшін неше грамм
Н2C2O4(2H2O алу қажет?
3. Комплексонометриялық титрлеу процесі индикатор қатысында қалай
жүреді? Индикаторлық қатені қалай есептейді?
4. Егер 3,1281г мырышты 1 литрлік колбада ерітіп, оның 25,00см3
көлеміне 23,80см3 ЭДТА ерітіндісі кетсе, ЭДТА молярлы концентрациясы нешеге
тең? Жауабы: 0,05М.
№6
1. Fe(IIІ)-ті перманганатометрия тәсілімен анықтау. Fe(III) тұзын
SnCl2 ерітіндісімен тотықсыздандыру, SnCl2 артық мөлшерін жою. Тотығу-
тотықсыздану реакцияларын жазу керек.
2. Mn2+/Mn0 жұбының потенциалы нешеге тең, егер иондар
концентрациялары: а. Mn2+ =2моль/л; б. Mn2+ =0,005моль/л
болса
3. Судың кермектігі деген не? Кермектіктің қанша түрі бар? Су
кермектігін қалай жоюға болады? Комплексонометриялық титрлеу арқылы судың
кермектігін анықтау
4. Титрлейтін зат 0,1н қымыздық қышқылы, титрант – 0,1н КМnO4,
реакция ортасы үшін 1н H2SO4 ерітіндісін қолданылса, алынатын титрлеу
қисығын сызындар
№7
1. Не себепті иодометриялық тәсілде тотықтырғыштарды анықтағанда KI
артық мөлшерде қосылады? Анықтауды қалай аяқтайды? Тиосульфат ерітіндісінің
титрін анықтағанда оны йодпен титрлеуге бола ма?
2. Sn4+/Sn2+ жұбының электродтық потенциалын анықтау қажет, егер
иондар концентрациялары Sn4+ = 0,1 моль/л, Sn2+ = 0,0001 моль/л тең болса?
3. Көлемі 50см3 суды титрлеу үшін 15см3 0,0480н трилон Б ерітіндісі
жұмсалған. Судың жалпы кермектігі нешеге тең? Жауабы: 14,4мэкв/л.
4. Қышқыл ортада КМnO4 эквиваленттік факторы және эквивалент массасы
нешеге тең? Ионды-электрондық кестесін жазу керек.
КМnO4 ерітіндісінің көлемі және нормальды концентрациясы арқылы Н2С2О4(2Н2О
массасын анықтау қажет
№8
1. Иодометрия тәсілінің мәні, негізгі химиялық теңдеулері, ерітіндінің
рН-ы.Иодометрия тәсілінде қандай жұмысшы ерітінділер (титранттар)
пайдаланылады, концентрациялары қандай ? Стандарт зат ретінде қандай
қосылысты пайдаланады ?
2. MnO4-/Mn2+ жұбының потенциалы нешеге тең болады, егер иондар
концентрациялары : MnO4-, Mn2+ тең және сутек иондарының концентрациясы:
а.1моль/л; б.10 -3 моль/л болса
3. Не себепті йодты КI ерітіндісінде ерітеді? Химиялық теңдеуін жазу
керек. Иодометрия тәсілінде орын басушы реагентті тирлеудің мәні.
Иодометрия тәсілінде пайдаланылатын реакциялардың жылдамдығына температура
қалай әсер етеді?
4. Химиялық таза массасы 0,1200 г Na2C2O4 қышқыл ортада титрлеу
үшін 25,00 мл KMnO4 ерітіндісінің темір бойынша титрі нешеге тең
болады?
3-апта
№ 1
1. Аналитикалық таразыда өлшеудің принциптері және қателіктер.
2. Гравиметриялық әдістің түрлері және мәні.
3. Сандық анализдің мәні, ғылымда, техникада, тамақ өндірісіндегі
ролі.
4. Массасы 0,4г СаСl2-ден СаО күйінде кальцийді анықтау үшін 0,05 н
(NH4)2C2O4 ерітіндісінің қандай көлемі қажет?
5. Қыздырғаннан кейінгі массасы 0,1500 г темір (III) оксидін алу үшін
анализге Мор тұзының (NH4)2Fe(SO4)2 ( 6H2O қандай нақты мөлшері
қажет?
№ 2
1. Тұнбаға түсіруші реагентті таңдау. Тұндырылған формаға қойылатын
шарттар.
2. Аморфты және кристалдық тұнбалардың түзілу жағдайы.
3. Аналитикалық таразының құрылысы. Таразыны пайдалану ережесі.
4. Егер гравиметриялық формасының (СаО) массасы 0,3500 г тең болса,
кальцийді СаО күйінде анықтау үшін СаСl2--нің қандай нақты
мөлшері қажет?
5. Массасы 0,4500г AgCl алу үшін NaCl-дың қандай нақты мөлшері қажет?
№ 3
1. Тұнбаға түсіру реакцияларына негізделген гравиметриялық әдістердің
мәні. Қандай операцияларға бұл әдіс негізделген?
2. Таразының «ноль нүктесі» деген не? Оны не үшін анықтайды. Таразының
сезімталдығы және бөлік бағасы.
3. Аморфты және кристалды тұнбаларды сүзуге пайдаланатын фильтрлер.
4. Массасы 0,2334г болатын, қыздырылған СаО алу үшін анализге қажетті
кальций фосфатының нақты мөлшері қанша болуы тиіс.
5. Массасы 0,2334г BaSO4 алу үшін Na2SO4 бар сынамадан анализге неше
грамм алу қажет?
№ 4
1. Бірге (ілесе) тұнбаға түсудің түрлері.
2. Органикалық тұнбаға түсіруші реагенттердің артықшылықтары,
гравиметрияда қолданылуы.
3. Гравиметриялық қателер және оны азайту жолдары.
4. Темірдің массасы 0,9500 г Мор тұзынан темір (III) оксиді күйінде
анықтау үшін массалық үлесі 2,5% (p = 0,908г/мл) NH4OH
ерітіндісінің қандай көлемі қажет?
5. Массасы 0,0585 г натрий хлоридінен хлорид-иондарын толық тұнбаға
түсіру үшін қажет 0,05н AgNO3 ерітіндісінің көлемі.
№ 5
1. Гравиметриядағы тұндыру және айдау тәсілдері.
2. Зерттеуге алынатын заттың нақты мөлшерін қалай таңдайды?
3. 8-оксихинолиннің гравиметрияда қолданылуы.
4. Құрамында 1,1200 г BaCl2 (2H2O бар ерітіндіден барийді барий
сульфаты күйінде тұнбаға түсіру үшін ρ = 1,025 г/мл, 14% күкірт
қышқылының қандай көлемі қажет?
5. Құрамында 92% СаСО3 бар массасы 9,8000г ізбесті еріту үшін
тығыздығы 1,05г/см3 (10,52 %) тұз қышқылының қандай көлемі қажет?
№ 6
1. Тұнбаға түсіруші реагенттерге, тұнбаны жуатын сұйыққа, тұндырылған
және гравиметриялық формаларға қойылатын талаптар.
2. Тұндырылған және гравиметриялық форма деген не? Оларға қойылатын
талаптар.
3. Тұнбаны жуудың мақсаты. Тұнбаны декантациямен жуу, оның тұнбаны
фильтрде жуудан ерекшелегі.
4. Массасы 1,2160г құйманың құрамындағы магнийдің массалық үлесі (%)
нешеге тең болғаны, егер анықталған гравиметриялық формасының
Mg2P2O7 массасы 0,2226 г тең болса? (М(Mg2P2O7)= 222,58; А(Mg) =
24,32г/моль )
5. Ерітіндіден массасы 0,2052г Mg2P2O7 алынған, оның құрамында неше
грамм P2O5 болғаны. МP2O5 =141,95г/моль.
№ 7
1. Тұнбаға түсіруші реагентті таңдау, оның мөлшерін есептеп табу.
Тұнбаға түсіруші реагентті неге артық алады?
2. Аттас иондардың ерігіштікке әсері. Әр түрлі зарядталған иондардың
ерігіштікке әсері.
3. Гравиметриялық фактор деген не? Ол нені сипаттайды? Қалай
колданылады?
4. Кальцийді ерітіндіден анықтау кезінде массасы 0,5600г СаО алынған.
Анализдеуге массалық үлесі 2,5% СаСl2 ерітіндісінің қандай көлемі
алынған (ρ = 1,0 г/см3 тең деп алу қажет)?
5. Анализдеуге массасы 4,5000 г сынама алынған, тұндырып, қыздырған
соң, массасы 0,3030 г PbSO4 алынған. Сынаманың құрамында
Pb(CH3COO)2 массалық үлесі (%) нешеге тең болғаны?
№ 8
1. Күйдіру, қыздыру, тұнбаны тұрақты массаға келтіру деген не?
2. Гравиметриялық әдісте өлшеуді қандай дәлдікпен орындау қажет?
Қосылыстардың молекулалық массаларын қандай дәлдікпен алу қажет?
3. Аналитикалық таразының құрылысы. Таразыны пайдалану ережесі.
4. Көмірдің құрамында 2,98 % күкірт анықталған, ал оның нақты массалық
үлесі 3,05 % тең. Салыстырмалы қателік нешеге тең болғаны?
5. Массасы 0,9000 г AgCl алу үшін NaCl қандай нақты мөлшері қажет?
Физикалық және коллоидты химия
ДӘРІС
Химиялық термодинамика негіздері.
Химиялық термодинамика – химиялық процестер мен химиялық құбылыстардың өту
заңдылықтарын зерттейді.
Мақсаты – химиялық процестердің заңдылықтарын ашу, осы процестердің
бағытын, жылдамдықтарын зерттеу, химиялық процестердің тепе-теңдік қалыпын
зерртеу, заттардың реакцияға түсу қабілеттілігін зерттеу болып табылады.
Термодинакимиканың зерттейтін құбылыстары
1. Энергияның бір денеден екінші денеге және бір түрден екінші түрге
ауысуы.
2. Әр түрлі жағдайларда өтетін физикалық немесе химиялық проестердің
энергиялық эффекті.
3. Процестің өту немесе өтпеуі, олардың бағыты және шегі.
Термодинамика зерттейтін объектілірін жүйе деп атайды.
Термодинамика жүйенің макроқасиеттерін№ микропроцестерді зарттейді№ бірақ
процесс өтуінің себептерін ашпайды, олардың микробөлшектер қасиеттерінің
өзгерісіне байланысты екннін мүлде қарастырмйды.
Термодинамика – энергияның сақталу заңыны сүйенеді.
2 ДӘРІС
Термодинамиканың бірінші заңы. Термохимия
b Q - b A = d U
d U= b Q - b A
Жүйе параметрлері шексіз аз шамаға өзгергендегі ішкі энергияның
өзгерісі толық дифференциал болып табылады.
U1 - U2 =b Q - b A
b Q - b A=0; d U=0; U=const
Оқшауланған жүйенің ішкі энергиясы тұрақты.
Термодинамиканың 1 заңының негізгі мағынасы тек энергия сақталуын ғана
емес, сонымен қатар энергияның бір түрден екінші түрге айналу мүмкіндігін
көрсетуі.
Энергия дененің, иә жүйенің күй функциясы.
U= f (P,T,V) – жүйе күйін сипаттайтын параметрлер.
Жүйеге берілген жылу ішкі энергияның өзгеруіне және жұмыс жасауға
жұмсалады
b Q = d U + b A
U= f (T,V); P=const десек, ішкі энергияның өзгерісі толық
дифференциалы арқылы көрсетуге болады.
U= f (T,P); V =const десек, ішкі энергияның өзгерісі толық
дифференциалы арқылы көрсетуге болады.
3 ДӘРІС
Тұрақты қысымда және тұрақты көлемде жүретін процестердің жылуы. Жылу
эффектілердің температураға тәуелділігі.
Табиғатта өзімен-өзі өтетін процестерді өздігінен жүретін процесс деп
атайды. Процестің жүруіне энергия қажет ететін процесті өздігінен жүрмейтін
процесс деп атайды. Оқшау жүйеде сыртқы әсер болмайтындықтан онда тек қана
өздігінен жүретін процестер өтеді. Өздігінен жүретін процестердің жүруі
тепе-теңдік күймен аяқталады.
Термодинамикалық жүйе қоршаған ортамен жылу алмасып өзінің көлемін
өзгертуі мүмкін, яғни жұмыс жасайды. Сондықтан оны кейбір жылу машинасының
бір бөлігі ретінде қарастыруға болады. Жылу машинасын қыздырғыш пен
суытқыштан тұратын жұмыскер дене жұмыс жасау үшін қыздырғыштан Qқ жылу алу
керек. Осы кезде жұмыскер дене бір күйден екінші күйге а жолымен өтіп жұмыс
жасайды.
Aа= Qқ – (U2- U1)
Қыздырғыштың ішкі энергиясының кемуі есебінен өндірілген жұмыс, жылудан
жұмысты жұмыскер денені суыту арқылы ғана алуға болмайды. Клаузиус
постулаты бойынша жылу өздігінен, яғни ешқандай теңесусіз суық денеден
ыстық денеге ауыспайды. Теңесу деген жұмыскер дененің немесе жүйе
бөліктерінің термодинамикалық өзгеріске ұшырауы. Жылу суық денеден ыстық
денеге ауыспайды, ал ауысатын болса, міндетті түрде жүйеде қосымша
өзгерістер болады. Жылудың жұмысқа айналуымен қоса басқа да процестер
өтеді. Оларды Клаузиус компенсациялау деп аталады. Егер мұндай
компенсациялау болмаса табиғатта кездесетін жылу көздерін, суытып алынған
жылудың есебінен жұмыс істейтін машиналарды жасау мүмкін еді.
4 ДӘРІС
Термодинамикалық қайтымды және қайтымсыз процестер. Максималды жұмыс.
Энтропия және термодинамикалық ықтималдылық. Қайтымды және қайтымсыз
процестер үшін термодинамиканың екінші заңының
аналитикалық формуласы.
Қайтымды айналмалы процесті қарастырайық, өйткені тепе-теңдік күйде
өтеді. Уақыттың кез-келген кезеңінде жүйенің температурасы қоршаған орта
температурасына тең.
b Q = 0 Клаузиус теңдігі
Т
Қайтымды процесс кезінде оның жолына тәуелсіз. Сондықтан мұндай
процестер үшін элементарлы келтірілген жылу күй функциясының толық
дифференциалы.
b S = b Q
Т
Бұл функцияны Клаузиус жүйенің энтропиясы деп атады. Термодинамиканың
екінші заңымен энтропияның абсолютті шамасы емес, тек оның өзгерісі
анықталады.
Адиабатты оқшауланған жүйе үшін b Q = 0 b S » 0, теңдеуге
сәйкес жүйе күйінің жаңа функциясы адиабатты болады. Адиабатты оқшауланған
жүйеде қайтымды процесс үшін энтропия өзгеріссіз қалады да, қайтымсыз
процесс үшін энтропия өзгерісі артады да тепе-теңдік күйге жетеді.
Сондықтан адиабатты оқшауланған жүйеде өздігінен жүретін процесс
энтропиясының арту жағына қарай жүреді.
Энтропия термодинамиканың екінші заңының негізгі функциясы.
Энтропия өзгерісі процестің өту жолына тәуелсіз, тек алғашқы және соңғы
күйіне байланысты. b Q = Т b S
Егер қайтымды процесс оқшауланбаған жүйеде өтетін болса оның
энтропиясы өзгереді, бірақ мұндай да айналадағы ортаның энтропиясы да
өзгеруге тиісті. Қайтымсыз процестегі жұмыспен салыстырғанда қайтымды
процестің жұмысы артық болғандықта оны максимальды жұмыс деп атайды.
b Q қайтымды = b Амах
А қайтымды = Амах
Статистикалық механика заттардың қасиетін осы заттарды құрайтын
атомдар, иондар, бос радикалдар, комплексті қосылыстардың қасиеттердің
негізін түзеді.
Макромолекулалар микробөлшектерден құралады. Микрокүйді құрайтын
микрокүйдің саны термодинамикалық ыктималдылық деп аталады.
Термодинамикалық ықтималдылықтың мәні бірден артық және шексіз үлкен
сандарға тең болады.
Энтропия мен ықтималдылық арасындағы байланыс Больцман теңдеуімен
өрнектеледі
S= k lnW
W- термодинамикалық ыктималдылық
k- Больцман тұрақтысы
5 ДӘРІС
Энтропияның өзгерісі оңашаланған жүйелердегі жүретін процестердің
бағытын анықтайтын критериі. Планк постулаты. Энтропияны есептеп шығару.
Изобар-изотермиялық және изохор-изотермиялық потенциалдар (Гибсс және
Гельмгольц энергиялары).
1. Термодинамиканың ІІ заңының анықтамалары.
2. Карно циклі.
3. Термодинамиканың ІІ заңының математикалық формулалары.
4. Энтропия
5. Әртүрлі энтропиялардың өзгерісін есептеу.
6. Термодинамикалық потенциалдар.
7. Гибсс және Гельмгольц энергиялары.
6 ДӘРІС
Термодинамикалық потенциалдардың қолданылуы.
1. Химиялық потенциал
2. Идеал және реал газдардың химиялық потенциалы
3. Ұшқыштық-фугитивтілік, оның коэффициенті.
4. Стандарттың қалыпты жағдайда реакцияның бағытын анықтау.
5. Изобаралық потенциал өзгерісінің температураға тәуелділігі
(Гибсс-Гельмгольц теңдеулері).
6. Химиялық реацияларда характеристикалық функциялардың өзгерісі химиялық
потенциал және процестің бағыттылығы.
7. ДӘРІС
Химиялық ынтықтылық.
1. Химиялық реакциялардың кейбір қасиеттері
2. Химиялық реакция изотермасының теңдеуі.
3. Гиббс – Гельмгольц көзқарастары
4. Химиялық ынтықтылық.
5. Де-Донде – Пригожин теориясы
6. Химиялық константасының (изохорасының) теңдеуі, оны интегралдау
8. ДӘРІС
Фазалар тепе-теңдігі
1. Жалпы түсініктер. Фазалар тепе-теңдігі шарттары
2. Фазалар ережесі
3. Гиббстың фаза-аралық тепе теңдік заңы
4. Фаза-аралық өту жылуы, температура және қысым арасындағы байланыс
5. Клаузиус Клайперон теңдеуін қорыту және оны интегралдау.
9 ДӘРІС
Гиббстың фазалар ережесі
1. Гиббстың фазалар ережесін бір компонентті жүйе күйінің диаграммасына
қолдану.
2. Су күйінің диаграммасы.
10 ДӘРІС
Ерітінділер.
1. Ерітінділер
2. Екі, үш компо-нентті жүйелер
3. Экстракция. Идеал, реал ертінділер
4. Екі, үш компонентті жүйелер диаграммалары
1. Химиялық кинетиканың реттілігі
2. І,ІІ,ІІІ ретті кайтымсыз реакциялар
11 ДӘРІС
Химиялық кинетика
3. Химиялық кинетиканың негізгі түсініктері
4. Химиялық кинетиканың негізгі постулаттары
5. Химиялық кинетиканың реттілігі
6. І,ІІ,ІІІ ретті кайтымсыз реакциялар
12 ДӘРІС
Тақырыбы: Күрделі реакциялардың кинетикасы
Мақсаты: Күрделі реакциялардың кинетикасы, түрлері туралы мәліметтерді
толық, жан-жақты жеткізу.
Міндеттері:
- күрделі реакциялардың түрлері: І және ІІ ретті қайтымды,
тізбектелген, параллель, түйіндес реакцияларды келтіру;
- осы реакциялардың кинетикалық теңдеулерін келтіру;
- реакция реттілігі бойынша жылдамдық константасын анықтау.
Жоспар:
1. Күрделі реакцияға жалпы сипаттама;
2. Бірінші ретті қайтымды реакциялар;
3. Екінші ретті қайтымды реакциялар;
4. Параллель реакциялар;
5. Тізбектелген реакциялар;
6. Түйіндес реакциялар.
1. Жүйедегі әрекеттесетін заттар бір емес бірнеше (кемінде екі)
реакцияға қатысатын болса, реакцияны күрделі деп атайды.
Күрделі реакцияларға қайтымды, параллель, тізбектелген, түйіндес
реакцияларға жатады. Күрделі реакциялардың кинетикасын зерттегенде
тәуелсіздік принципін (қатар өмір сүру принципі) пайдаланылады. Бұл принцип
бойынша, егер жүйеде қатар бірнеше реакция жүретін болса, әрбір реакция
өзге реакцияларға тәуелсіз жүреді, және реакция жылдамдығы әрекеттесетін
заттардың концентрацияларына тура пропорционал болады. Әр заттың
концентрациясының қорытынды өзгерісі күллі тәуелсіз өзгерістердің нәтижесі
болады. Бұл принцип – химиялық кинетика постулаттарының бірі. Осы аталған
принцип қайтымды, параллель және тізбектелген реакциялар үшін дәлелденген.
Дегенмен бұл принципті жалпылама қолдануға болмайды, өйткені реакциялардың
өзара бір-біріне әсерін ескеру қажет, айталық түйіндес реакцияларда.
Тәуелсіздік принципімен қатар күрделі реакциялар үшін лимиттеуші сатысы
принципі пайдаланылады.
Бұл принцип бойынша, бірнеше тізбектелген сатылардан құрасқан күрделі
реакциялардың жалпы жылдамдығы ең баяу өтетін сатының жылдамдығымен
анықталады.
2. Бірінші ретті қайтымды реакциялар
Бірінші ретті қайтымды реакцияның стехиометриялық теңдеуін жалпы түрде
жазайық: А↔В
Қарама-қарсы жүретін екі реакцияның әрқайсысының реттілігі бірінші.
А және В заттарының бастапқы концентрацияларын а және b арқылы
белгілейік. Реакция басталғаннан τ уақыт өткеннен кейінгі А затының
концентрациясының кемуін бұрынғыша х арқылы белгілейік. Тура бағыттағы
реакцияның жылдамдық константасын k1, кері бағыттағы реакцияның жылдамдық
константасын k2 арқылы белгілейік. Тәуелсіздік принципі бойынша реакцияның
қорытынды жылдамдығы тәуелсіз жүретін тура және кері бағыттағы реакциялар
жылдамдықтарының айырымына тең болады:
dx/dt = k1(a –x) – k2(b +x)
(1)
Қайтымды реакциялардың қайтымсыздардан негізгі айырмашылығы
әрекеттесуші заттар реакция өнімдеріне толық айналмай (τ→∞ болғанда),
белгілі бір тепе-теңдік күйіне дейін өтетіндігінде. Бұл күйде реакцияның
жалпы жылдамдығы нольге тең болады:
dx/dt = k1(a –x∞) – k2(b +x∞)=0
(2)
Мұндағы x∞ - А заты концентрациясының жүйеде тепе-теңдік күйі орнағанға
дейінгі кемуі. (2) – теңдеуді мынадай түрде жазуға болады:
(b +x∞)/(a –x∞) = k1/ k2
(3)
Бұл (3) – теңдіктің сол жағы тепе-теңдік күйдегі зат
концентрацияларының қатынасы болғандықтан, оң жағы тепе-теңдік константасы
(КС) екені анық. Сөйтіп, тепе-теңдік константасы тура және кері бағыттағы
реакциялардың жылдамдық константаларының қатынасына тең. Қайтымды
рекциялардың кинетикасын зерттеуде тепе-теңдік қатынастарын қолданған
тиімді.
Жоғарыдағы (1) – теңдеуді мына түрге келтіруге болады:
dx/dt = k1a – k1x – k2b – k2x =
= k1+ k2 [(k1a– k2b)/( k1+ k2) –x]
(4)
Жүйеде тепе-теңдік күй орнағанда, яғни dx/dt нольге тең болғанда
(k1a– k2b)/ ( k1+ k2) = x∞
Осыдан бірінші реттілікпен жүретін қайтымды реакциялардың
дифференциалдық кинетикалық теңдеуін былай жазуға болады:
dx/dt =( k1+ k2)( x∞–x)
(5)
Теңдеудің айнымалы шамаларын айырып жазып, 0-ден t-ға дейін және 0-ден
x-ке дейін интегралдасақ
ln[x∞/( x∞–x)] = ( k1+ k2) t
немесе
k1+ k2 =1/ t ln[x∞/( x∞–x)]
(6)
Бірінші ретті қайтымды реакциялар ерітінділерде өтетін реакцияларда жиі
кездеседі.
3. Екінші ретті қайтымды реакциялар
Бір-біріне қарама-қарсы жүретін екі реакцияның кемінде біреуі екінші
реттілікпен өтетін болса, жалпы реакция да екінші ретті қайтымды реакцияға
жатады. Екінші ретті реакциялардың жылдамдығы екі заттың
концентрацияларының көбейтіндісіне, не біреуінің концентрациясының
квадратына пропорционал болады.
Екінші ретті қайтымды реакциялардың кинетикалық тұрғыдан алып қарағанда
барлық мүмкін болатын түрлері мынадай: 1) тура бағытта өтетін реакция
бірінші реттілікпен, кері бағыттағы реакция екінші реттілікпен жүреді; 2)
тура бағыттағы реакция екінші реттілікпен, кері бағыттағы реакция бірінші
реттілікпен жүреді; 3) тура және кері реакциялардың екеуі де екінші
ретті реакциялар болады. Біз тура реакцияның және кері реакцияның да
жылдамдығы әрекеттесуші екі заттың концентрацияларының көбейтіндісіне тура
пропорционал жағдайын қарастырайық:
А+В↔С +D
Бұл реакцияның дифференциалдық кинетикалық теңдеуі мынадай:
dx/dt = k1(a –x)(b –x) – k2(c +x)(d +x)
(7)
Тепе-теңдік константасы
КС = [(c + x∞)(d + x∞)]/[(a – x∞)(b – x∞)]
(8)
Мұнда, x∞ - жүйеде тепе-теңдік орнағанға дейінгі концентрацияның
өзгеруі.
4. Параллель реакциялар
Параллель жүретін реакцияларда бір немесе бірнеше бастапқы заттар бір
мерзімде бірнеше реакцияға қатысып, бірнеше түрлі өнім береді.
Параллель реакциялардың төменде көрсетілгендей үш түрлі жиі кездеседі.
1. Бастапқы зат (А заты) бір мезгілде екі бағытпен реакцияға түсіп, екі
түрлі затқа (В және С заттары) айналады:
В
А
С
2. Тұрақты А заты бір мезгілде В затымен реакцияласып С затын, D
затымен реакцияласып Р затын түзеді:
А + В →С
А + D →Р
3. Тұрақсыз А заты бір мезгілде айырылу реакциясына ұшырайды және
басқа бір немесе бірнеше бастапқы заттармен әрекеттеседі:
А → В
А + С → D
Параллель реакциялардың жоғарыда аталған ең қарапайым түрі – бірінші
түрін қарастырайық. Бұл екі реакцияның екеуі де бірінші реттілікпен жүреді
дейік.
Рекция басталмай тұрғанда (t =0) жүйеде тек А заты болып, оның
концентрациясы а-ға тең, ал реакция басталғаннан t уақыт өткеннен кейін
оның концетрациясы а – x болады.
Бірінші реакцияның жылдамдығы: dx1/dt = k1(a –x)
(9)
Екінші реакцияның жылдамдығы: dx2/dt = k2(a –x)
(10)
Күрделі реакцияның тәуелсіздік принципі бойынша А затының екі бағытта
әрекеттесуінің жалпы жылдамдығы әр бағытта өтетін реакция жылдамдықтарының
қосындысына тең:
dx/dt = k1(a –x) – k2(a –x) =( k1+ k2)
(a –x) (11)
Бұл теңдеуді интегралдасақ:
k1+ k2=(1/t) ln[a /( a –x)]
немесе
a –x= aе( k1+ k2) t
(12)
5. Тізбектелген реакциялар
Реакция өнімінің түзілуі бір немесе бірнеше аралық заттардың пайда
болуы арқылы өтетін болса, мұндай реакцияларды тізбектелген реакциялар деп
атайды.
Демек, тізбектелген реакциялар бірнеше аралық сатылардан тұрады.
Химиялық реакциялардың көбі аралық сатылар арқылы жүреді.
Тізбектелген реакциялардың кинетикасы өте күрделі, оны жалпы түрде
зерттеу қиын. Сондықтан олардың ең қарапайым түрі – бірінші ретті екі
тізбектелген қайтымсыз реакцияны қарастырайық: А→В→С
Реакция басталмай тұрғанда (t =0) А затының концентрациясы a- ға тең,
ал В және С заттары бастапқы қоспада жоқ болсын. Реакция басталғаннан t
уақыт өткенннен кейін А затының концентрациясы ( a –x), В затының
концентрациясы (x –у), ал С затының концентрациясы у дейік.
Кинетиканың негізгі заңы мен күрделі реакцияларға тәуелсіздік принципін
ескере отырып төмендегі дифференциалдық теңдеулер жүйесін құрамыз:
dx1/dt = k1(a –x)
(13)
dу/dt = k2 (x –у)
(14)
Бірінші өрнек бірінші ретті қайтымсыз реакцияның теңдеуі. Оның шешімі
мынадай:
х= a(1 - е- k1t)
(15)
x-тың бұл мәнін (14)-өрнекке қойсақ, у-тың өзгеру жылдамдығын беретін
дифференциалдық теңдеу аламыз:
dу/dt =- k2у + k2a(1 - е- k1t)
(16)
Бұл теңдеу Лейбниц теңдеулері тобына жатады. Ол оң жағындағы екінші мүшені
уақытша нольге теңеу әдісімен шығарылады: сонда dу/dt =- k2у + lnz
(17)
Мұнда lnz – интегралдау константасы.
Алынған теңдеуді төмендегі түрге келтіруге болады: у=z е- k2t
(18)
6. Түйіндес реакциялар
Өздігінен жүретін реакция екінші бір (бірінші реакциясыз) жүрмейтін
реакцияның жүруіне себепші болатын құбылыс химиялық индукция деп аталады.
Сөйтіп қатар жүретін 2 реакцияны (бір реакция 2-ші реакцияның жүруіне
себеп болады) түйіндес реакциялар деп атайды.
Түйіндіс механизммен өтетін көптеген тотығу реакцияларындағы химиялық
индукция құбылысын зерттеген орыс ғалымы Шиловтың көзқарасы бойынша
химиялық индукцияның болуы түйіңдес 2 реакцияның екеуіне де ортақ активті
аралық заттардың әсері деп түсіндіріледі.
Түйіндес реакциялардың қарапайым сызбасы мына түрде жазылады:
А + I → P
P + mI → (m+1)B
P + nA1→B + B1
Бұл жерде А – актор, I – индуктор, А1 – акцептор, Р – аралық активті
бөлшек, В – индуктордан шыққан өнім, В1 – акцетормен шыққан өнім, m –
аралық бөлшектермен әрекеттесуге жұмсалатын индуктор молекуласының қосымша
саны, n – активті аралық бөлшектердің бірімен әрекеттесетін акцептор
молекуласының саны.
Реакцияласатын 2 заттың бірімен әрекеттесу арқылы 2-ші заттың
реакцияласуына себеп болатын компонентті индуктор деп атайды.
Индуктормен әрекеттесетін бастапқы затты актор деп атайды.
Химиялық индукция нәтижесінде ғана актормен әрекеттесе алатын затты
акцептор деп атайды.
Жоғарыдағы қарапайым сызба бойынша түйіндес реакциялар 2 жолды
процестерде жатыр. 1-ші жол (индукциялаушы) – акцептордың қатысуынсыз
жүретін актор n индуктор арасындағы реакция, 2-ші жол (индукцияланатын) –
акцептордың әрекеттесуі.
Бұл жолдардың қорытынды теңдеулері мынадай:
А + (m+1)I→ (m+1)B
А + I + nA1 →B + B1
2 жолмен жүретін реакциялар жылдамдығының қосындысы 1-ші сатының
жылдамдығына тең. Сондықтан оны акцептордың реакцияға түсу жылдамдығы
бойынша табуға болады. 2-ші жолмен жүретін реакция жылдамдығы акцептордың
реакцияласу жылдамдығын n-ге бөлгенге тең, яғни:
υ1+ υ2 →-υ(А); υ2 = - υ(А1)
Әрбір реакция жылдамдығының нақты теңдеулері реакцияласушы заттар
концентрациясының функция ретінде жеке сатылардың механизміне тәлеуді
болады. n бұл теңдеулерді жалпыға ортақ әдістерді қолдана отырып анықтайды.
Бұл кезде активті аралық бөлшектер концентрациясын квазистационарлық
концентрация деп есептейді.
Түйіндес реакцияларға күрделі реакциялардың тәуелсіздік принципі
қолданылмайды.
13 ДӘРІС
Тақырыбы: Фотохимиялық реакциялар. Тізбекті реакциялар кинетикасының
ерекшеліктері.
Мақсаты: Фотохимиялық реакциялар туралы мәліметтермен таныстыру, түсіндіру.
Тізбекті реакциялар кинетикасының ерекшеліктерін ашып көрсету.
Міндеттері:
- фотохимиялық процестерге жататын өзгерістерді көрсету;
- фотохимиялық заңдарды, соның ішінде Эйнштейннің эквиваленттік
заңын ашып түсіндіру;
- квантық шығым ұғымымен таныстыру;
- тізбекті реакциялар ерекшеліктерін жүйелеп, түсіндіру.
Жоспар:
1. Фотохимиялық реакциялар;
2. Эйнштейннің эквиваленттік заңы;
3. Кванттық шығым;
4. Тізбекті реакциялар кинетикасының ерекшеліктері
1. Фотохимиялық реакциялар жарықтың немесе толқын ұзындығы көрінетін
жарыққа жуық сәулеленудің әсерінен жүретін реакцияларды айтады.
Фотохимиялық процестер жарықты индуктор ретінде, ал жалпы фотохимиялық
реакцияны химиялық процесс пен жарық энергиясының жылуға, я болмаса
химиялық энергияға айналу процесінен тұратын түйіндес реакция ретінде
қарастыруға болады. Фотохимиялық реакция әр түрлі механизмдермен жүреді.
Алайда жалпы алғанда фотохимялық реакцияны жарық әсерінен жүретін бірінші
және жарықтың әсерінсіз жүретін екінші процестерден тұрады деп қарастырады.
Бірінші процестерге төмендегі өзгерістер жатады:
1. Молекуланың не атомның қозуы. Жарық әсерінен әрекеттесуге қабілеті
күшті, тұрақсыз бөлшектер түзіледі: А + hν → А*
2. Молекуланың атомдарға немесе бос радикалдарға диссоциациялануы
(фотолиз): АВ + hν →А∙ + В∙
3. Молекуланың не атомның электрон бөліп шығаруы арқылы иондар
түзілуі(фотоэффекті):
А+ hν → А+ + ē
Бірінші процесте түзілетін активті бөлшектер бастапқы заттармен
химиялық әрекеттесуі немесе олардың активтігі жойылып реакцияға түспеуі
мүмкін. Активтігі жойылудың бірнеше себептері бар:
а) активті бөлшектің басқа бір молекуламен немесе ыдыс қабырғасымен
соқтығысуы: А* + М→ А+ М
б) сәуле түрінде квант энергиясын бөліп шығару арқылы активтігінен
айырылады: А* → А + hν
Бірінші фотохимиялық реакцияға екінші (қараңғы) процесс жалғасуы
мүмкін. Мысалы, төмендегі фотохимиялық реакцияның әсерінен.
Егер жүйеде сутегі молекуласы болса Н2 мыңдаған НСІ молекуласы
түзілетін қараңғы тізбекті процесс жүреді.
2. Фотохимиялық реакциялар төмендегі фотохимиялық заңдармен
сипатталады.
Россияда Гротгус (1817 ж.), АҚШ- та Дрейпер (1839 ж.) бір- бірінен
тәуелсіз түрде ашқан фотохимияның бірінші заңы деп аталатын заң бойынша:
жүйеге жұтылатын жарық қана химиялық активті жарық болады.
Фотохимияның ең маңызды заңы 1912 ж. Эйнштейн ашқан фотохимиялық
эквивалент заңы: әрбір жұтылған жарық кванты тек бір молекуланың ғана
активтендіре алады.
Бұл заңды фотохимияның екінші заңы деп атайды. Аталған эквиваленттік
тек І реакция үшін орындалады. Ал жалпы фотохимиялық процеске қатысқан
молекулалардың саны жұтылған квант санынан басқаша болуы мүмкін. Сондықтан
фотохимиялық реакцияларды сипаттау үшін кванттық шығым дейтін түсінік
қолданылады.
3. Кванттық шығым деп әрекеттескен молекулалар санының жұтылған квант
санына қатынасын айтады: γ = nр/nф[pic]
Мұнда, γ – кванттық шығым; nр - әрекеттескен молекулалар саны; nр –
жұтылған фотондар саны.
1904 жылы Вант-Гофф фотохимиялық реакцияның жылдамдығы мен жұтылған
энергия мөлшері арасындағы сандық тәуелдікті анықтады. Бұл тәуелділік
бойынша: химиялық өзгеріске ұшыраған заттың мөлшері жүйеге жұтылған квант
жарық энергия мөлшеріне тура пропорционал.
Жүйеден өтетін жарық энергиясының мөлшері Ламберт-Бер заңы бойынша
табылады: жұтылған жарықтың үлесі заттың қалыңдығына және жарық ағыны
жолындағы молекулалар санына тәуелді: I = I0*e-εcl немесе lgI0/ I = εcl
Мұнда, I0 – түскен жарықтың; I – заттан өткен жарықтың интенсивтілігі;
l – заттың қалыңдығы; с- концентрация; ε – жұтылу коэффициенті немесе
экстинкция деп аталатын коэффициент.
Фотохимиялық эквивалент заңы бойынша І процеске кванттық шығым бірге
тең. Ал жалпы процесте қараңғы реакциялар да жүретіндіктен кванттық
шығымының мәні 1-ден көп ауытқу мүмкін. Сондықтан фотохимиялық
реакциялардың γ – ның мәндеріне баланысты төмендегі топтарға бөліп
қарастырады.
1) Кванттық шығымы 1-ге тең (γ =1) реакциялар. Бұл топқа жататын
аздаған реакциялар ретінде сутегі асқын оксидінің,
бромциклогексанның, нитрозометанның түзілуін, күкіртсутектің бензол
ерітіндісіндегі ыдырау реакциясын атауға болады.
2) Квант шығымы 1-ден кіші (γ <1) реакциялар. Әдетте γ-ның бірден кем
болуы төмен қысымдарда газ күйінде жүретін реакцияларда кездеседі.
Бұл топқа ерітіндіде өтетін көптеген реакциялар жатады. Бұл
жағдайдағы кванттық шығымды төмендететін себептердің бірі активті
бөлшектердің ерітінді көлеміндегі рекомбинациясы болады.
NH3 + hν → · NH2 +· H
· NH2 +· H → · NH + H2
· NH + · NH → N2 + H2
Рекомбинация жүруі мүмкін: · NH2 +· H → NH3
3) Кванттық шығымы бірден артық (γ >1) реакициялар. Бұл топқа жататын
реакцияға мысал ретінде иодты және бромсутектің газдық фазада
жүретін, механизмі толық зерттелген фотолиздену реакцияларын
келтіруге болады.
HI + hν →· H +· I;
· H + HI → H2 +· I ; · I + H2 →HI +· H; · I + HI → I2 +· H;
· H +· H→ H2; · I +· I → I2; · I +· H →HI
4) Квантық шығымы 1-ден өте жоғары (γ >>1) реакциялар. Квантық шығымы
өте жоғары реакцияларға фотохимиялық тізбекті реакциялар жатады.
Мысалы, хлор мен сутегінің жарық әсерінен қосылу реакциясы үшін γ
=105.
4. Тізбекті реакциялар кинетикасының ерекшеліктері
1) Тармақталған тізбекті реакциялар жылдамдығын бос радикалдарды
беретін заттың азғана мөлшерін қосу арқылы айтарлықтай өсіруге
болады, өйткені бұл кезде тізбектің басталу жылдамдығы артады.
2) Тармақталған тізбекті реакциялар жылдамдығын әртүрлі физикалық
күштердің (жарық, ион тудырушы сәулелер) әсетімен де едәуір
арттыруға болады. Бұл күштердің әсерінен жүйеде бос радикалдар
түзіледі.
3) Төмен қысымдарда газдық ортада өтетін тізбекті реакциялар жылдамдығы
реакция ыдыстың формасына, мөлшеріне және ыдыстың материалына, оның
өңдеу әдістеріне тәуелді. Бұл жағдайда бос радикалдардың жойылуы
(тізбектің үзілуі) олардың ыдыс бетімен соқтығысып қармалуымен
байланысты.
4) Тармақталған тізбекті реакциялар жылдамдығын реакцияға басытқыны
аздап қосу арқылы едәуір төмендетуге болады. Басытқыны қосқанда
тізбек үзілу ықтималдығы артуымен қатар тізбектің ұзындығы кемиді,
сөйтіп тізбекті реакцияның жылдамдығы төмендейді. Катализаторсыз
жүретін реакцияны басытқының аз ғана мөлшерімен баяулату реакцияның
тізбекті механизмінің ерекше қасиеті болып табылады.
14 ДӘРІС
Тақырыбы: Реакция жыладығына температураның әсері
Мақсаты: Реакция жылдамдығына температура қалай әсер ететінін түсіндіру.
Міндеттері:
- Реакция жылдамдығына температура әсері Вант-Гофф ережесі арқылы
көрсетілуін;
- Реакция жылдамдығына температура әсері Аррениус теңдеуі арқылы
көрсетілуін;
- Аррениус жорамалдарының тұжырымдамаларын түсіндіру;
- Активтену энергиясы ұғымымен таныстыру.
Жоспары:
1. Вант-Гофф ережесі;
2. Аррениус теңдеуі;
3. Аррениус жорамалдары;
4. Активтену энергиясы.
1. Әдетте температура өскен сайын химиялық реакциялардың жылдамдығы
артады. Температура өскенде реакция жылдамдығының кемуі өте сирек
кездеседі, және ол реакция механизмінің күрделі болуымен байланысты
байқалады. Осындай сирек кездесетін реакциялардың бірі - азот оксидінің
оттегімен тотығуы: 2NO + O2↔2NO2.
Бұл реакцияның тура бағыты – үшінші ретті, ал кері бағыты екінші ретті
реакцияға жатады.
Реакцияның жылдамдығы кинетиканың негізгі заңы бойынша мына формуламен
анықталады:
[pic]
Осыдан температураның жылдамдыққа әсері концентрацияның немесе оның
дәреже көрсетіштерінің немесе жылдамдық константасының өзгеруімен
байланысты деуге болады. Сондықтан температураның реакция жылдамдығына
әсерін қарастырғанда, оның жылдамдық константасына әсері болатынын есте
ұстау керек. Реакцияның Т+10 градус температурадағы жылдамдық
константасының Т градус температурадағы жылдамдық константасына қатынасы
жылдамдықтың температуралық коэффициенті γ деп аталады: γ = КТ+10/КТ
Температуралық коэффициенттің практика жүзінде анықталған мәні екі мен
төрттің арасында жатады, яғни температураны әрбір 10 градусқа көтергенде
химиялық реакцияның жылдамдығы екі-төрт есе өседі. Бұл Вант – Гофф ережесі
деп аталады. Температураның мәні әрдайым тек 10 градусқа өзгеріп
қоймайтындықтан реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін қолданып
кез-келген екі температурадағы константалардың қатынасын жазған жөн:
(КТ+n*10)/KT=γn
(1)
Бұл ереже бойынша процестің температурасы 100 градусқа өзгерсе және
температуралық коэффициенттің мәні 3-ке тең болса, (γ=3) реакцияның
жылдамдығы 310 есе, яғни 59049 есе өзгереді. Температура өскен сайын γ
тұрақты болып қалмайды, ол кеміп, мәні 1-ге жақындайды.
2. Реакция жылдамдығына температураның әсерін Вант-Гофф ережесіне
қарағанда дәлірек көрсететін Аррениус теңдеуі:
ln K = - B/T + C
(2)
Мұндағы; В және С – зерттелетін реакцияға тән, температураға тәуелсіз
тұрақты шамалар. Бұл теңдеуді Аррениус алғаш тәжірибе нәтижесінде
тұжырымдаған, кейін ол оны химиялық реакцияның изобара немесе изохора
теңдеуін қолданып теориялық тұрғыдан дәлелдеген. Вант – Гоффтың изобара
және изохора теңдеулері тепе-теңдік константасының температураға
тәуелділігін көрсететіні белглі:
dln KC/dT=∆U/RT2
(3)
3. Аррениус жорамалы бойынша жүйеде барлық молекулалар емес тек
активті молекулалар әкеттеседі. Бұл активті, реакцияға қабілеті бар
молекулалар кәдімгі молекулалардан Еа энергиясының нәтижесінде пайда
болады.
Мысалы, жылдамдығы мына теңдеумен анықталатын
dCB/dt = KCA; (4)
(4)
А→В реакциясын қарастырайық.
Мұнда, К – температураға тәуелді өсетін жылдамдық константасы.
Аррениустың жорамалы бойынша бұл реакция тізбегі екі процестен тұрады:
А+Еа ↔Аакт→В (5)
Аррениустың екінші жорамалы: активті молекулалардың түзілуі қайтымды
реакцияларға жатады; активті молекулалардың концентрациясы термодинамикалық
тепе-теңдік күйге сәйкес, сондықтан оны тепе – теңдік константасы арқылы
анықтауға болады.
Аррениутың үшінші жорамалы: активті молекулалардың концентрациясы
әрқашанда аз, сондықтан оның түзілуі бастапқы молекулалардың
концентрациясына әсер етпейді. Осы айтылғандарға байланысты (5)-реакцияның
қайтымды І сатысының тепе-теңдік константасын жазайық:
Кс = САакт./ СА, бұдан САакт. =КсСА
(6)
Бұл тепе-теңдік константасы үшін (3)-изохора теңдеуінжазайық:
dlnKc/dt = Ea/RT2
(7)
Аррениустың төртінші жорамалы: активті молекулалар температураға
тәуелсіз жылдамдықпен реакция өнімдеріне айналады.
Демек, Аррениус жорамалдары бойынша температура әсерінің мәні жай
молекулалар мен активті молекулалар арасында орнаған тепе-теңдікті
жылжытуда болады. Аррениус жорамалдарын ескере отырып, реакция өнімдерінің
түзілу жылдамдығын былай жазамыз:
dCв/dt = constCАакт =constKcCA
ал (4)-формула бойынша бұл жылдамдық КсСА-ға тең.
Демек, Аррениус жорамалдары бойынша жылдамдық константаларының
тәжірибелік мәні К тепе-теңдік константасы Кс мен тағы бір температураға
тәуелсіз константаның көбейтіндісіне тең, яғни
К=constKc
(8)
Бұл теңдеуді логарифмдеп, содан соң температура бойынша
дифференциалдасақ:
dlnK/dt = dlnKc/dt
(9)
Теңдеудің оң жағындағы туындының орнына (7)-формуладан Еа/RT2 шамасын
әкеліп қойсақ:
dlnK/dt = Еа/RT2
(10)
Алынған (10)-теңдеу Аррениустың дифференциалдық теңдеуі.
4. (10)-шы теңдіктегі Еа шамасы жүйенің активтену жылуы немесе
активтену энергиясы деп аталады. Бұл шама (5)-реакция бойынша активті
молекулалардың бір молі түзілуіне қажетті энергияны көрсетеді. Оның өлшем
бірлігі Дж/моль (кал/моль). Энергияның бұл шамасы активтену энергиясының
тәжірибелік мәні болып саналады.
Еа шамасын тұрақты деп есептеп, интегралдасақ
lnK = -Ea/RT + C
(11)
Мұндағы, С – температураға тәуелсіз интегралдау константасы.
Активтену энергиясы көп жағдайларда реакцияның жылдамдығына, жылдамдық
константасына әсер етеді де, әрекеттесуші заттардың табиғаты мен бастапқы
күйлеріне белгілі бір қатыста болады.
Кейбір жағдайларда жылдамдық константасының температураға тәуелділігі
күрделі болады. Ол реакция механизмінің күрделі болатынын немесе реакция
температуралық тәуелділігі әртүрлі болатын екі не одан көп сатылар арқылы
жүретінін көрсетеді. Температура төмен болғанда активтену энергиясы аздау
реакция, ал жоғары болғанда активтену энергиясы көбірек реакция басым
жүреді. Активтену энергиясының мәні әрекеттесуші заттар молекулаларының
табиғаты мен реакцияның түріне байланысты. Жеке атомдар және бос радикалдар
қатысуында жүретін реакциялардың активтену энергиясы төмен болады.
Катализатор қатысуымен жүретін реакциялардың жылдамдықтарының артуы да
олардың активтену энергиясының төмендеуімен байланысты. Бірдей
температурада екі реакцияның қайсысының активтену энергиясы аздау болса,
сонысы тез жүреді. Осы себептен көптеген реакциялар жеке атомдар мен
радикалдар қатысында элементар сатылар арқылы өтеді. Бұндай реакциялар үшін
активті энергияның шамасы Поляни-Семеновтың эмперикалық формуласымен
дәлірек анықталады:
Е = 11,5 – 0,25Q
Мұндағы, Q – реакцияның жылу эффектісі.
Тақырыбы: Электрохимиялық процестердегі заңдар мен заңдылықтар.
Мақсаты: Электрохимиялық процестердегі заңдар мен заңдылықтар, олардың
маңыздылығы туралы мәліметтерді толық, жан-жақты жеткізу.
Міндеттері:
- электрохимия бөлімінде зерттелетін жүйелерді қарастыру;
- электролит ерітінділер, олардың түрлерін түсіндіру;
- Освальдтың сұйылту заңының теңдігін келтіру;
- электр өткізгіштік, олардың түрлерін талқылау.
Жоспар:
1. Электрохимия;
2. Эленктролит ерітінділер:
а) әлсіз электролиттер;
б) күшті электролиттер;
3. Электр өткізгіштік:
а) меншік электр өткізгіштік;
б) эквивалентті электр өткізгіштік.
1. Физикалық химияның негізгі бөлімдерінің бірі – электрохимия.
Электрохимияда химиялық энергия мен электр энергиясының бір-біріне
айналуы зерттеледі. Атап айтқанда, электролит ерітінділерінен (немесе
балқымасынан) электр тоғы өтуі нәтижесінде химиялық реакцияның жүруін және
керісінше, электрод пен электролит ерітіндісі арасында өтетін химиялық
реакцияның нәтижесінде электр тоғының пайда болуын зерттейтін ғылым.
Электрохимия электрод пен электролит ерітіндісі арасында жүретін химиялық
реакцияны электродтық процесс немесе электрохимиялық реакция деп атайды.
Элетрохимиялық реакциялар өтетін жүйені электрохимиялық жүйе дейді. Сөйтіп,
электрохимиялық жүйелер электр энергиясы мен химиялық энергияның бір-біріне
айналу бағытына қарап екі топқа бөледі: І топқа жататын жүйелерде химиялық
реакция нәтижесінде электр энергиясы алынады (гальваникалық элементтер,
аккумулятор). ІІ топқа электролиз құбылысы, яғни электр тоғы әсерінен
химиялық реакциялар өтетін жүйелер. Осыған орай электрохимиялық жүйелерде
өтетін процестер тепе-теңдік немесе тепе-теңдіксіз процестер болып
бөлінеді. Тепе-теңдікті процестерді электрохимияның термодинамикасы, ал
тепе-теңдіксіз процестерді электрохимияның кинетикасы зерттейді.
Сонымен бірге элетрохимия бөлімінде кейде электролиттер теорияларыда
қарастырылады. Электролиттер теориясы элетролит ерітіндісінің түрлі
қасиеттерін (электр өткізгіштігін, тұтқырлығын, сольваттану және гидраттану
қасиеттерін, электролит ерітінділеріндегі тепе-теңдіктерді т.б.) зерттейді.
Электрохимия пәнінің маңызы өте зор. Практикада электролиз және
электросинтез процестің іске асуы электрохимия заңдылықтарына негізделеді.
Электролиз жолымен түрлі химиялық заттар (хлор, сітілер, түсті және сирек
металдар т.б.) алынады. Электролиз құбылысы гальванотехникада (металдарды
электрлік жолмен қаптау) қолданылады. Электросинтез әдісімен көптеген
органикалық заттар синтезделеді. Электрохимиялық процестердің практикада
қолданылуының тағы бір түрі – химиялық тоқ.
Электрохимияның пайда болуы Л.Гальвани және А.Вольта сияқты ғалымдардың
есімдерімен тығыз байланысты. 1799 жылы ғылым тарихында бірінші болып
Вольта гальваникалық элементтердің батареясын жасады.
1834 жылы М. Фарадей электролиздің негізгі екі заңын ашып, тұжырымдады.
Бұл электрохимия саласындағы аса үлкен заңдылық болды. Фарадей электролиз
заңына сүйеніп, электрлік құбылыс пен материя арасындағы тығыз байланысты
тура көрестті және Стоней ең кішкене элементар электрлік зарядтың өлшемі
ретінде 1891 жылы «электрон» деген терминді енгізді.
Электрохимия С.Аррениус, Ф.Кольрауш, В.Оствальд және басқа да көптеген
ғалымдардың түбегейлі еңбектерінің негізінде, тек ХХ ғасырдың соңында ғана
физикалық химияның бір саласына айналды.
2. Электролит ерітінділері
Еріген кезде еріткішпен әрекеттесіп, иондарға диссоциацияланып,
ерітіндіге тоқ өткізгіштік қабілет беретін заттарды электролиттер дейді.
Кейде электролиттер ионогенді және ионоферлі болып екіге бөлінеді.
Ионогенді электролиттер таза күйінде диссоциацияланбаған молекулалардан
тұрады. Мысалы, сірке қышқылы, тұз қышқылы т.б. Ал, ионоферлі
электролиттерге ешбір еріткіште ерімесе де, таза қалпында-ақ өз құрамын
диссциаланған иондары бар қосылыстар жатады. Бұл топқа көптеген тұздар
мысал болады.
Еріген кезде электролиттердің молекулалары барлығы иондарға толығымен
ыдырамайды. Иондарға ыдыраған молекулалар үлесі электролиттік диссоциация
дәрежесімен немесе диссоциация дәрежесімен сипатталады. Диссоциация
дәрежесін α деп белгілейді. Диссоциация дәрежесі иондарға ыдыраған
молекулалардың электролиттегі барлық молекулаларға қатынасымен анықталады.
Электролиттер диссоциациялану қабілетіне орай шартты екі топқа
бөлінеді: әлсіз және күшті электролиттер.
а) Әлсіз электролиттер. Көптеген қосылыстарды еріткенде олардың
молекулалары түгелдей диссоциацияланбайды, яғни иондарға ыдырамайды. Оларға
органикалық қышқылдардың басым көпшілігін, фнеолды, аммиакты және
аминдерді, көмір қышықылын, сынап тұзын т.б. жатқызуға болады. Берілген
электролиттің диссоциациялану дәрежесі α<0,3 болса, ол әлсіз, α>0,3 болса
күшті электролит делінеді. Диссоциациялану дәрежесі концентрация сияқты
көптеген өлшемдерге тәуелді болады. Демек, оны диссоциация константасы
арқылы өрнектеген ыңғайлы.
Әлсіз электролиттің диссоциация теңдігін қарастырайық. Ол үшін бинарлы,
яғни диссоциация кезінде бір катион және бір анион беретін шартты таңбамен
өрнектелген электролитті мысал ретінде алайық:
КА = К++А-
Егер берілген қышқылдың бір молі V литр еріткіште ерітілсе, оны V = 1:С
ерітіндіні сұйылту дейді және CK+ = CA- = α/V , ал CAK = (1-α):V.
Онда, диссоциация константасы:
[pic]
Бұл өрнек Оствальдтың сұйылту заңы (1888ж) дейді.
Бұдан берілген концентрациядағы диссоциациялану дәрежесі жоғарылаған
сайын, диссоциация константасының артатыны анық көрінеді. Демек,
электролиттің күшін диссоциация константасы арқылы оңтайлы өлшей береді.
Кез келген теңдік константасы сияқты диссоциация константасы да
температураға сәйкес өзгереді.
б)Күшті электролиттер. Көптеген заттар ерігенде молекуласының басым
көпшілігі иондарға ыдырайды, яғни диссоциацияланады. Олардың қатарына күшті
қышқылдар мен күшті негіздер жатады. Күшті электролиттердің ерітінділерінде
Оствальдтың сұйылту заңынан едәуір ауытқушылық байқалады. Аса жоғары емес,
шамамен орташа не одан да төменгі концентрациядағы электролит ерітінділерде
тек ион түрінде болдаы. Демек, күшті электролит ерітіндідегі иондар
концентрациясы осындай әлсіз электролитпен салыстырғанда біраз жоғары
болады және дәл осының салдарынан иондардың арақашықтығы жақындай түседі де
иондардың өзара әрекеттесуі, әсерлесуі күшейеді.
3. Электр өткізгіштік.
Жалпы тоқ өткізгіштері І текті және ІІ текті болып бөлінеді. І текті
өткізгіштерден тоқ өткенде иондар ауысуы байқалмайды. Бұған металдар мен
жартылай өткізгіштер мысал болады. Ал, екінші тектегі тоқ өткізгіштерге
электролит ерітінділері мысал. Олардағы тоқтың өткізлуі иондар ауысуымен
және химиялық құбылыспен тікелей байланысты.
Электролиттердің элекрт тоғын өткізгіштік қабілеті иондардың
қозғалғыштығына да байланысты.
Ерітіндіде тасымалданатын электр саны иондардың саны және оның
жылдамдығы мен заряды сияқты шамаларға күрделі функционалды тәуелділікте
болады. Ал, жылдамдық ион табиғатына, ерітндінің тұтқырлығына, температура
мен потенциал градиентіне байланысты.
Сонымен электролит ерітіндінің элекрт өткізгіштік қабілеті электр
өткізтікпен немесе оған кері шама – кедергімен сипатталады.
Электр өткізгіштік деп электр өрісінде заттың электр тоғын өткізу
қабілетін айтады. Электр өткізгіштің шамасы ионның электр өрісіндегі
жылдамдығымен байланысты, неғұрлым ионның жылдамдығы жоғары болса, соғұрлым
электр өткізгіштігі де жоғары болады.
Электр өткізгіштікті (L) мына формула бойынша есептейді:
L = 1/R = χ S/l
а) Меншікті электр өткізгіштік кері электр кедергісіне тең.
L = 1/R; R = ρl/S
Олай болса, меншікті электр өткізгіштік K меншікті кедергінің кері
шамасына тең: K = 1/ρ
Меншікті электр өткізгіштің өлшем бірлігі – Ом-1м-1
Меншікті электр өткізгіштік деп арақашықтығы 1м, ауданы 1м2 екі
электрод арасындағы (көлемі 1м3) ерітіндінің өткізетін электр тоғын
айтамыз.
К = l/SR
Меншікті электр өткізгіштік еріген зат табиғаты мен температураға
тәуелді. Температура өсуімен иондардың жылдамдығы да өсіп, меншікті электр
өткізгіштігі артады.
б)Эквивалентті электр өткізгіштік деп 1 моль эквивалент электролиттің
диссоциациялануынан түзілетін иондардың электр өткізгіштігін айтады.
Эквивалентті электр өткізгіштік мәні арақашықтығы 1 моль*экв.
электролит еріген (көлемі м3) ерітіндінің электр өткізгіштігіне тең.
λ = KV = K/C
Эквивалентті электр өткізгіштік өлшем бірлігі – Ом-1м-1моль-1
Эквивалентті электр өткізгіштік тікелей өлшенбейді, ол электролиттің
меншікті электр өткізгіштігі мен концентрация арқылы анықталады.
15. ДӘРІС
КОЛЛИДТЫ ХИМИЯ№ ДИСПЕРСТІ ЖҮЙЕЛЕР
Коллоидты химия химия-беттік құбылыстар және дисперстік жүйелер туралы
ғылым “беттік құбылыстар” және “дисперсті жүйелер” ұғымдарының анықтамасы.
Коллоидты химия – реалды денелердің физико-химиясы. Коллоидты химияның
зерттелетін объектілерінің екі белгісі – гетерогендік, дисперстік, олардың
тұтастығы. Беттік құбылыстардың жіктелуі. Негізгі беттік құбылыстар –
адсорбция, адгезия, сулану, капилярлық, электрлік құбылыстар, жаңа
фазалардың пайда болуы, дисперстік жүйелердің пайда болуы, дисперстік
жүйелердің тұрақтылығы және коагуляция / ұюы/ , құрылым түзілуі. Дисперстік
фаза мен дисперсиондық ортаның агрегаттық күйі бойынша дисперсті жүйелерді
жіктеу. Еркін дисперсті және байланған дисперсті жүйелер.
Беттік құбылыстардың және дисперстік жүйелердің табиғаттағы және халық
шаруашылығындағы ролі.
Коллоидты химия және қоршаған ортаны қорғау.
1. Дисперсті жүйелердің жалпы қасиеттері.
Дисперсті фаза және дисперсиондық орта. Дисперстік жүйелердің
ерекшелік белгілері: гетерогендік және дисперстік. Меншікті беттің түйіршік
мөлшерінен тәуелділігі. Коллоидты химия - дисперсті жүйелер мен бет
құрылыстары туралы ғылым. Дисперсті жүйелерді орта мен фазаның агрегат күйі
бойынша, түйіршіктің мөлшері бойынша, фаза мен сұйық дисперсиондық орта
арасындағы әрекеттесу бойынша, түйіршіктер арасындағы әрекеттесу бойынша
классификациялау. Дисперсті жүйелердің өндірістегі және ауыл
шаруашылығындағы маңызы
ІІ.Бет құбылыстардың термодинамикасы
1. Бет энергиясы.
Фазаларды бөлетін бет. Фазаларды бөлетін шекарада молекулярлық өзара
әрекеттесу күштерінің теңеспегендігі /компенсацияланбаған/. Бет керулік -
беттің меншіктігі Гиббс энергиясы. Фазаларды бөлетін шекарадағы Гиббс
энергиясын азайту жолдары. Бет құбылыстары. Олардың классификациясы.
2. Қатты дене - газ шекарадағы адсорбция.
Физикалық адсорбция және хемосорбция. Адсорбциялық әрекеттесудің табиғаты.
Адсорбцияның сандық көрсеткіші. Газ адсорбцияның температурадан және
қысымнан тәуелдігі. Мономолекулярлық адсорбция теориясының негіздері.
Лэнгмюр теңдеуі және оны талдау. БЭТ теориясы бойынша полимолекулярлық
адсорбцияның изотермасының теңдеуі. Фрейндлихтың адсорбция изотермасының
эмприялық теңдеуі. Керекті адсорбенттердің бұларды адсорбциялауы.
Капиллярлық конденциясы. Адсорбенттердің түрлері және олардың сипаттамасы.
Газдар мен булар адсорбциясын практикада қолдану.
Фазаларды бөлетін шекарада электр қос қабатының пайда болуы және оның
құрылысы. Беттің потенциялы. Электр қос қабат потенциялының бөлінуі.
Электро-потенциялдық потенциал. Электролиттердің потенциялдың өзгерісі,
бетті қайта зарядтау. Мицелланың құрылысы. Электрокинетикалық құбылыстар:
электрофорез және электроосмос, оларды практикада қолдану.
3. Дисперсті жүйелердің агрегаттық тұрақтылығы және коагуляциясы.
Песков бойынша дисперсті жүйелер тұрақтылығының түрлері.
Диспрсті жүйелер тұрақтылығының термодинамикалық негіздері, лиофильді және
лиофобты дисперсті жүйелердің коагуляциясы. Коагуляция кинетикасы. Жылдам
және баяу коагуляция. Смолуховский теориясы. ДЛФО теориясының негіздері.
Түйіршіктер арасындағы тартылу және тебу күштерінің арасындағы қатынас.
Түйіршіктердің өзара әрекеттесуінің потенциялдық қисығы. Потенциялдық
тосқауыл. Электролиттермен коагуляциялау, оның негізгі заңдылықтары.
Электролиттер қоспасы мен коагуляциялау. Гетерокоагуляциялау және
гетероадагуляция. Коагуляция құбылыстарының практикалық маңызы.
4. Дисперсті жүйелерде құрылым түзілу.
Бос және байлан қатынас. Түйіршіктердің өзара әрекеттесуінің потенциялдық
қисығы. Потенциялдық тосқауыл. Электролиттермен коагуляциялау, оның негізгі
заңдылықтары. Электролиттер қоспасымен коагуляциялау. Гетерокоагуляция және
гетероадагуляция. Коагуляция құбылыстарының практикалық маңызы.
5. Дисперсті жүйелерде құрылым түзілу.
Бос және байланған дисперсті жүйелер. Еркін дисперсті жүйелердің тұтқылығы,
құрылдың коагуляция Гельдер. Тиксотропия және синерезис. Құрылымдалған
жүйелердің тұтқырлығы. Шведов-Бингат теңдеуі. Аққыштықтың шегі.
Құрылымдалған сұйықтардың реологиялық қисықтары. Кристаллизациялық-
конденсациялық құрылымдар.
Дисперсті жүйелердің кейбір өкілдері
1. Дисперсиондық ортасы сұйық жүйелер.
Суспензиялар, оларды тұрақтату. Полидисперстік. Жоғары концентрациялы
суспензиялар (пасталар),олардың реологиялық қасиеттері. Суспензиялардың
седиментациялық анализдеу.
Эмульсиялар, олардың классификациясы және алынуы. Эмульсияларды
порошоктармен (ұнтақтармен) және молекулярлық тұрақтатқыштар арқылы
тұрақтату
2. Бет активті және инактивті заттар. Гиббс теңдеуі және оны талдау. Бет
активтік Траубе ережесі. Шишковский формуласы. Гиббс, Лэнгмюр және
Шишковский теңдеулерінің арасындағы байланыс. Адсорбциялық қабаттың
құрылысы және қасиеттері. Дифильді молекулалардың бағытталынуы. Сұйық -
сұйық шекарадағы адсорбция.
3. Сұйық (ерітінді) - қатты дене шекарадағы адсорбция.
Ерітінділерен молекулярлық адсорбция, оған адсорбенттің еріткіштің
және еріген зат табиғатының ықпалы. Қатты беттегі адсорбция үшін Траубе
ережесі. БАЗ молекулалардың бет қабатта бағытталынуы. Ребиндердің полярлық
теңесу ерітінділерінен адсорбция Фаянс-Пасков ережесі. Ион алмасу
адсорбциясы, оның ерекшеліктері және тәжірибеде қолдануы. Табиғи жасанды
иониттер. Хроматографияның принципі.
4. Адгезия және жұғу.
Адгезия және когезия. Адгезияның түрлері. Адгезияның термодинамикалық
негіздері. Адгезия жұмысы. Қатты дене- сұйық шекарадағы адгизия. Жұғу.
Жұғудың қыр бұрышы. Жұғуға БАЗ-дың ықпалы. Бетті гидрофильдеу және
гидробтау. Адгезия мен жұғудың практикалық маңызы.
Дисперсті жүйелерді алу және олардың қасиеттері
1. Дисперсті жүйелердің қасиеттері және алу жолдары.
Дисперсті жүйелерді алудың негізгі шарттары - дисперсті фазаның
дисперсиондық ортада ерімеушілігі және стабилизатордың болуы. Агрегативті
тұрақтылық. Дисперсті жүйелерді химиялық және физикалық конденсация
тәсілдерімен алу. Дисперсті жүйелерді ұнтақталу тәсілімен алу. Лиофильді
коллоид жүйелерін өзінен-өзі ұнтақталу арқылы алу. Коллоидтың диірмендер,
ультрадыбысымен ұнтақтау. Пептизация. Диализ, электродиализ,
ультрафильтрациж.
2. Дисперсті жүйелердің молекуляр-кинетикалық және оптикалық қасиеттері.
Броун қозғалысы, оның жылулық табиғаты. Орташа жылжу. Эйнштейн теңдеуі.
Броун қозғалысы, теориясының философиялық маңызы. Коллоид жүйелеріндегі
дифузия. Зольдардың осмостық қысымы, оның ерекшеліктері. Седиментациялық
тепе-теңдік. Лаплас-Перрен теңдеуі. Кинетикалық тұрақтылық.
Дисперсті жүйелердің оптикалық қасиеттері. Опалесценция. Рэлей теңдеуі оны
талдау. Нефелометрия. Ультрамиктроскопия.
3. Дисперсті жүйелердің электрлік қасиеттері.
1. Көбіктер, оларды алу, тұрақтату және бұзу. Көбіктер тұрақтылығының
факторлары. Көбіктердің еселіктері. Эмульсиялар мен көбіктердің практикалық
маңызы.
2. Дисперсиондық ортасы газ жүйелер.
Аэрозольдер, олардың классификациясы. Аэрозольді алу және оның қасиеттері.
Электрлік қасиеттері, шаңның жарылысы және олармен күрес. Аэрозольдерді
дүзу тәсілдері. Аэрозольдер табиғатта және техникада.
Ұнтақтар (порошоктар), олардың аққыштығы, гранулау. Сұйық тәріздес күйі.
Ұнтақ қасиеттерінің практикалық маңызы.
3.Дисперсиондық ортасы қатты жүйелер.
Дисперсионды ортасы қатты жүйелердің қисына бар классификациясы. Қатты
көбіктер. Қатты көбіктерді алу. Қатты көбіктерді экструзия тәсілімен алу.
Көбікпластар және кеуекпластар. Табиғи молекулалар кеуекті материалдар.
Көбіктерді дымқылдау - г/қ жүйеден өту. Дисперстік фазасы және
дисперсиондық ортасы қатты дисперстті жүйелер
Коллоидты бетактивті заттар
1.БАЗ-дың коллоидты ерітінділерінің қасиеттері
коллоидты БАЗ молекулаларының мөлшері, құрылысы. Негізгі топтар.
Ерітіндінің күйі. Мицелляр формасынан молекулярлық формаға немесе кері
формаға өтуіне ықпал ететін факторлар. Мицелла түзілүдің аумалы
концентрациясы. Ерітіндідегі мицеллалардың түрі. Солюбилизация. Жуу
механизмі.
ЗАТТАРДЫҢ МОЛЯРЛЫҚ РЕФРАКЦИЯСЫН ЖӘНЕ ОНЫҢ ЫҚТИМАЛДЫ СТРУКТУРАСЫН АНЫҚТАУ
І. Жұмыcтың мақсаты: Берілген заттың молярлық рефракциясы арқылы
ықтимал структурасын анықтау.
ІІ. Жұмысқа берілетін тапсырма: Заттың сыну көрсеткішін рефроктометр
арқылы анықтап, мүмкін болатын структурасын беру.
ІІІ. Теориялық бөлім:
Молекула, атом, ион нитральді немесе оң және зарядталған бөлшектерден
тұрады. Молекулада оң және теріс зарядтардын таралуына байланысты олар екі
түрге бөлінеді:
1. Полюссіз – зарядтар симметриялы таралған (Н2, СН4, С6Н6)
2. Полюсті – зарядтар симметриясыз таралған (НCl, С6Н5Cl)
Полюсті молекула диполь болып табылады. Бірақ та, егер де полюссіз
молекуланы электр өрісіне қойса, онда жеңіл қозғалатын электрондар ығысады
да, молекула поляризацияланып индунирленген диполь моменті түзіледі.
Поляризация дегеніміз – электр өрісінде электрон, атомның ығысуы,
малекуланың орентациялануы. Малекуланың поляризациясы электрондық Пэл,
атомдық Пат және орентациялық Пор поляризациялардан тұрады.
Пжалпы=Пэл+ Пат + Пор (1)
Электрондық Пор молярлық рефракция деп аталады да, Лоренц- Лорентца
теңдеуімен есептеледі.
Rм=Пэл=[pic][pic] (2)
Мұндағы: Rм –Молярлық рефракция, м3/Кмоль
n- көрінетін жарық сәулесінің сыну көрсеткіші
М- заттың молярлық массасы
[pic]заттың тығыздығы, кг/м3
Басқа жағынан молекуланың рефракциясы заттың құрамына кіретін жеке
атомдардың, иондардың, байланыстардың рефракциясының қосындысынан тұрады.
Рефракцияның бұл қасиетін аддитивтілігі деп аталады да, молекладағы
электронның ығысуы, оның құрамына тәуелді емес. Содан молярлық рефракциянын
шамасын жеке атомның, ионның, байланыстың рефракцияларының қосындысына тең
деп бағалайды.
[pic]+[pic] (3)
мұндағы, Rат – атомдар рефракциясы: (С, Н, Cl және т.б.)
Rбайл – еселік байланыс рефракциясы (С=С, С[pic], С=0)
Rцикл – цикл рефракциясы ( , және т.б.)
(3) теңдеумен заттың теориялық молярлық рефракциясын есептеп, оны
экспериментальды жолмен (2) тендеу арқылы есептелген шамамен салыстырып,
ықтимал структурасын анықтау керек.
ІV. Практикалық бөлім
Молярлық рефракцияны анықтау үшін зерттелетін заттың тығыздығын және
сыну көрсеткішщін табу керек. сұйықтың тығыздығын пикнометрлік әдіспен
анықтайды. Ол үшін құрғақ пикнометрді (немесе көлемі белгілі өлшеуіш
колбаны) таразыда өлшеп, массасын (m0) табады. Содан кейін пикнометрге
зерттелетін сұйықты құйып, таразыда өлшеп, массасын (mх) табады. Сұйықтың
тығыздығын формуламен есептейді.
[pic]
Өлшеуді үш реттен жүргізіп, орташа мәнді алады. Рефрактометр аспабының
көлемімен зерттелетін сұйықтың сыну көрсеткішін анықтайды.
1. Тығыздықты анықтауды таблицағы жазады.
|№ |Зат |m0, кг |mх, кг |mх – m0, кг|V, см3 |[pic], кг/|
| | | | | | |см3 |
| | | | | | | |
2. Алынған нәтижелерді таблицаға жазады.
|Зат формуласы |М |[pic], |n |[pic] |Rэксп.|R |Қателігі |
| |моль |кг/см3 | | | |теор. |[pic] |
| |масса | | | | | | |
| | | | | | | | |
Анықтамалық таблица. Атомдар және байланыстар рефракциясы
|Атом және байланыс |Rа, |Атом және байланыс |Rа, |
| |м3/кмоль[p| |м3/кмоль[pi|
| |ic] | |c] |
|Азот: | |Йод: |13,900 |
|аммиакта |2,48[pic] |Гидроксидті оттек |1,525 |
|имидте |3,776 |Қарбышылды оттек |2,221 |
|нитрилде |3,118 |Эфирлі оттек |1,643 |
|бірінші ретті ароматты аминдер |3,218 |Хлор |5,967 |
|бірінші ретті аминдер |2,322 |Көміртек |2,418 |
|сутек |1,100 |Қос байланыс |1,733 |
| | |Үштік байланыс |2,398 |
| | |Цикл |0,1 |
Есептеулер жолы:
Зерттелетін зат –С6[pic] Т=283 К, [pic]
Ықтимал болатын структурасы:
R=[pic] [pic]=[pic] [pic] Cl Cl
(І) (ІІ)
Таблица нәтижелерін қолданып (І) және (ІІ) структураның молярлық
рефракцияларын (3) формуламен есептейді.
[pic]
[pic]
Эксперименттен алыфнған нәтижелер негізінде молярлық рефракцияны (2)
формуламен есептейді. әрбір студент берілген заттар тура осылай есептеп,
ыфқтимал структурасын сызады. Соңынан экспериментальды нәтижесімен ықтимал
структуралардың молярлық рефракцияларының мәнін салыстырады:
Лабараториялық жұмыс2
БӨЛІНУ ЗАҢЫ (экстракция)
І. ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ: Бір – бірінде араласпайтын екі сұйықтарды үшінші
компоненттің бөліну заңдылығын зерттеу.
ІІ. ЖҰМЫСҚА БЕРІЛГЕН ТАПСЫРМА: Бензолда және суда еріген иодтың
концентрациясын анықтау. Су мен бензолдағы иодтың бөліну коэффициентін
есептеу.
ІІІ. ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ. Екі араласпайтын сұйықтан тұратын системаға,
екуеіндеде еритін үшін затты қосса, онда еритін зат екі сұйықта да
таралады, әрбіреуінің ерігіштігіне пропорционалды түрде бөлінеді. Екі
араласпайтын еріткішке заттың бөлінуі қолданбалы және теориялық химияда
кеңінен қолданылады, өткені экстракция жүргізуге қолайлы, сондай-ақ еріген
заттың ассоциациясын (диссассоциациясын) көрсетуге мүмкіншілік болады. Екі
еріткіштеде еріген зат мономерлі молекула түрінде, бірдей жағдайда болады.
Екі қосарланған фазада болатын заттардың химиялық потенциалы бірдей болу
керек. Егер олай болмаса, система тепе-теңдік жағдайда болмайды. [pic]
осыдан [pic].
Мұндағы: [pic] - І және ІІ фазадағы !-затының химиялық потенциалдары.
R – универсальды газ тұрақтысы, Дж/моль,
Т – Кельвин шкаласы бойынша температура, К
[pic]- І және ІІ фазадағы !-затының активтіліктері.
Сонда, [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]
[pic] (1)
К – бөліну коэффиценті деп аталады. Бөліну коэффициенті температураға
тәуелді, еріген заттың жалпы мөлшеріне тәуелсіз. Сұйықталған ерітінділер
үшін активтіліктің орнына концентрацияны қолданады:
[pic] (2)
Егерде екі фазаға бөлінетін зат диссоциацияланса, онда (2) теңдеудің
орнына:
[pic] (3)
мұндағы α1 α2 - әрбір еріткіштегі заттың диссоциациалану дәрежелері.
Егерде зат ассоцияланған түрде болса келесі теңдеумен өрнектеледі:
[pic] (4)
мұндағы [pic] (М1 және М2 - әрбір еріткіштегі еріген заттың орташа молярляқ
массалары).
Мысал ретінде су мен хлороформда иодтың бөлінуін қарастырайық.
Екі еріткіштегі иодтың бөліну коэффициенті 130 тен. Бұл деген, егерде
құрамында еріген иод бар суға, онымен араласпайтынхлороформды қосып,
системаны шайқап, біраз қойса, онда тепе-теңдік орнағанда хлороформдағы
иодтың коцентрациясы, иодтың жалпы еріген мөлшеріне тәуелсіз, суға
қарағанда 130 есе жоғары болады. Сондықтан судың құрамында еріген иодтың
негізгі бөлігін хлороформ көмегімен экстракциялап бөліп алуға болады.
IV. ПРАКТИКАЛЫҚ БӨЛІМ. Сыйымдылығы 200 мл болатын колбаларға 0,01 N I2
судағы ерітіндісінен, таза органикалық еріткіштен және судан үш қоспа
дайындайды.
| |Мөлшері, мм |
|Қоспаның реті | |
| |0,01 н |Органикалық |Н2О |
| | |еріткіш | |
|1 |20 |15 |30 |
|2 |30 |15 |20 |
|3 |40 |15 |10 |
Колбаларды тығынмен жауып үздіксіз 10 мин арасында тығынды ашып ауаны
шығару арқылы шайқайды. Содан кейін қоспаны бөлінетін шөлмекке (де
лит.воронк) құйып, сұйықтар бөліну үшін 5 мин қояды. Органикалық қабатты
100 мл колбаға жеке, сулы қабатты жеке 100 мл колбаға бөліп алады.
Органикалық қабаттағы иодтың концентрациясын анықтау үшін 5 мл пипеткамен
үлгі алып, оны 25 мл дистильденген сумен сұйылтып, крахмал қатысында 0,005н
Na2S2O3 ерітіндісімен титрлейді. Титрлеу барысында колбаны үнемі шайқап
отыру керек. Сулы қабаттың көк түсті түссізделгенше титрлейді.
Сулы қабаттағы иодтын концентрациясын анықтау үшін сулы қабаттан 25 мл
пипеткамен үлгі алып, крахмал қатысында 0,001н Na2S2O3 ерітіндісімен көк
түс жылытылғанша титрлейді. Әрбір титрлеуді үш реттен жүргізеді.
Нәтижелерді таблицаға жазады:
Тәжірибенің температурасы _________
Органикалық еріткіш ___________
| |Сулы қабат |Сусыз қабат | |
|Қоспа | | | |
|реті | | | |
| |Алынған үлгі көлемі мл |0,001 н Na2S2O3 көлемі мл |
| |фенол |су |мөлдірлеу |гетерогендену |орта мән |
| | | |гомогендену | | |
|1 |10 |90 | | | |
|2 |20 |80 | | | |
|3 |30 |70 | | | |
|4 |40 |60 | | | |
|5 |50 |50 | | | |
|6 |60 |40 | | | |
|7 |70 |30 | | | |
Алынган мэліметтер бойынша есептеулер: Боліну температурасы-курам
диаграммасын сызу. Ерудін критикалык температурасын аныктау. 3. Гиббсін
фазалар ережесін негізгее алып, алынган диаграмманы анализдеу.
V. Бакылау сурақтары мен есептер.
1. Суйықтақтарды озара ерігіштігіне қарай қалай топтайды? Нақтылы
мысалдар келтіріндер.
2. Суйықтықтардың озара ерігіштігіне температураның әсері қандай?
3. Шекті араласатын суйықтықтар деп қандай заттарды айтады? Ерудін
критикалық температурасы дегеніміз не? Оларды қалай аныктауға
болады?
4. Қос компонентті системаның құрам-еру температурасы диаграммасың
анаоизденіздер.
5. Құрам-еру температурасы диаграммасың пайдаланып, системаның құрамың
және фазалар молшерінің қатынасың қалай анықтайға болады?
Лабараториялық жұмыс4
ҚАМЫС ҚАНТЫНЫҢ ИНВЕРСИЯЛАНУ РЕАКЦИЯСЫ ЖЫЛДАМДЫҒЫНЫҢ КОНСТАНТАСЫН АНЫҚТАУ
ІІ.Жұмыстың мақсаты: Оптикалық әдістің біреуімен танысып, кинетикалық
параметрлерді зерттеу.
ІІІ.Жұмыстың орындалу барысы: Поляриметр аспабының жұмыс істеу әдісін
меңгеру және оқытушының нұсқауымен әртүрлі гомогенді катализаторлар
қатысында сахароза ерітіндісінің айналу бұрышын өлшеу. Реакция
жылдамдығының орташа константасын графикалық және аналитикалық жолмен
анықтау.
ІV.Теориялық бөлім: Қант инверсиясы сахарозаның гидролитикалық айырылу
С12Н22О11+Н2О болып табылады. Айырлу нәтижесінде глюкоза мен фруктозаның
түзілуі жазықтың поляризациясында айналу бұрышы бағытының өзгеруімен
жүреді:
С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С6Н12О6
глюкоза фруктоза
Бұл реакция қайтымсыз және механизмі бойынша бимолекулярлық реакция. Осыдан
оның жылдамдығы келесі теңдеумен есептеледі:
-dC/dt = kC (С12Н22О11 +
Н2О) (1)
Инверсия сулы ерітіндіде жүретіндіктен, судың молярлық концентрациясы
сахарозаның молярлық концентрациясынан көп, яғни реакция әсерінен судың
системадағы жалпы судың мөлшерімен салыстырғанда аз және оның мөлшері
концентрлі ерітіндіде тұрақты деп есептеуге болады. Сондықтан (1)-теңдеуді
былай жазылады:
-dC/dt = k/C (С12Н22О11)
Осыдан инверсия жылдамдығы тек қана қанттың концентрациясына тәуелді,
өйткені реакция бірінші ретті реакция түрінде жүреді және қанттың инверсия
жылдамдығының константасы келесі теңдеумен есептеледі:
k = (l/t) ln (Co/Co – C x)
Мұндағы, Со – бастапқы ерітіндідегі қанттың концентрациясы;
Сх – белгілі уақыт аралығында реакцияға түскен қанттың
концентрациясы;
Со – Сх – берілген уақыттағы қанттың концентрациясы.
Қанттың инверсиясының жылдамдығы нейтралды ортада өте аз. Сутек ионының
қатысуы катализатор болып, реакцияны жылдамдатып бақылауға мүмкіншілік
жасайды. Инверсия жылдамдығы ерітіндідегі сутек ионының концентарциясына
пропорциионал.
Сахароза және оның гидролиз өнімі оптикалық активті заттар. Өйткені олардың
әрбіреуінің молекуласында ассиметриялық көміртек атомы бар. Поляризленген
жарықты ерітінді арқылы өткізгенде оптикалық активті заттар поляризация
жазықтығында бұрылады. Поляризация жазықтығында айналу бұрышы /қысқаша –
айналу бұрышы/ концентрациясымен /С/ және ерітінді қабатының қалыңдығымен
/l/ байланысты: d = +[a]cl.
[a] шамасы с = 1 және l = 1 дм болғанда меншікті айналу деп аталады. «+»
және «-» белгілері оңға және солға айналуды көрсетеді. Қамыс қантының
айналу бұрышы [a] =+66,550, глюкозанікі [a] =+52,560, фруктозанікі [a] =-
91,990.
Оптикалық активті заттардың қоспаларының айналу бұрышы жеке заттардың
айналу бұрыш торының алгебралық қосындысына тең /қоспаның айналу бұрышының
аддитивті қасиеті/.
Ерітіндінің айналу бұрышын поляриметр көмегімен анықталуының негізгі
бөліктері поляризатор /3,4/ және анолизатор /6/ болып табылады. Поляризатор
және анолизатор ролін Николь призмасы атқарады. Жазықтыққа, басты қиылысу
призмасының перпендикуляр жазықтығына поляризацияланған жарықты жақсы
өткізеді, ал басты қиылысу жазықтығына поляризацияланған жарықты
өткізбейді.
Поляриметрдің схемасы:
1 – жарық көзі, 2 – светофильтр, 3,4 – поляризаторлар, 5 – ерітінді
құйылған трубка, 6 – анализатор, 7– шкала, 8 – окуляр.
Егерде поляризатормен анолизатордың призмасында асты қиылысу параллель
орнықтырылса /Николи параллельді/, онда поляризатор мен поляризацияланған
жарық анолизатор арқылы өтеді. Егерде басты қиылысу перпендикулярлы болса
/Николи шағылыстырған/, онда жарық анолизатормен өшіріледі. Басты қиылысу
басқадай өзара орналасса жарықтың интенсивтілігі нольден максимумға дейін
өзгереді.
Негізінен поляризатор екі Николь призмасынан құралады. Оның біреуі окуляр
арқылы байқалған барлық көру тақтасын жабады, ал екіншісі оны жартылай
жабады. Призманың басты қиылысу үлкен призманың басты қиылысуына қарағанда
аз бұрышпен /38/ орнықтырылады. Анолизатор призмасы аспаптың оптикалық
осінің маңайында айналуы мүмкін. Оның айналуы нәтижесінде көру тақтасының
жарықтылығы өзгереді.
Егерде анолизатордың басты қиылысу призмасын поляризатордың басты қиылысу
үлкен призмасына перпендикуляр орнатса, онда тақтаның жартысы /призмалардың
шағылуына жауап береді/ қара болады. Екінші жартысы шағылуға кедергі
жасайтын кіші призманың болуынан жарық болады. Егерде анолизаторды тақтаның
қарама-қарсы жағы қараңғы болғанға дейін айналдырса, онда бірінші жартысы
жарық болады. Сол кезде нольдік жағдай орнайды: анолизаторды аздап оңға
және солға айналдырса көру тақтасында жартылай көлеңке түзіледі /осыдан бұл
поляриметрдің типі жартылай көлеңкелі деп аталады/. Көздің көру
сезімталдығының күшімен нольдік жағдайды нақты анықтауға болады.
Егерде анолизатормен поляризатор арасындағы нольдік жағдайға оптикалық
қасиеті бар заттың ерітіндісі құйылған трубканы қойса, онда жартылай
көлеңке пайда болады. Нольдік жағдайға қайта келу үшін, анолизаторды сондай
бұрышқа айналдыру керек. Осы бұрыш анолизаторды айналдырғанда қозғалатын
шкаладан 0,10 дейін дәлдік пен нониус көмегімен есептеледі. Жарық көзі
монохроматты. Ақ жарықта светофильтр қолданылады.
V.Тәжірибелік бөлім:
5.1. Жұмыстың орындалу барысы: Қанттың қажетті концентрациялы ерітіндісін
дайындайды. Ерітіндінің көлемі поляриметриялық трубканың көлемінен 2-3 есе
артық болуы керек. Егерде ерітінді лайланған болса оны фильтрлейді.
Анолизатордың нольдік жағдайын табады. Ол үшін анолизатор көмегімен екі
тақтаның жақсы көрінетін жарықтылығының айырмасын орнықтырады. Содан кейін
анолизаторды айналдырып, жарықтылықтың теңесуіне жетіседі. Қажетті анық
көрінетін жарықтылыққа окулярды қозғалту арқылы жетісіп, жарықтың көзін
поляризатордан белгілі бір қашықтыққа және соған сәйкес биіктікке
орнықтырады. Есепті нониус көмегімен шкалада жүргізеді. Анолизаторды
айландыру арқылы тақтаның бөлігін жарықтылықтың жақсы көрінетін жағына
әкеледі. Содан кейін қарама-қарсы айналдырып жарықтылықтың бірдей болатын
бөлігіне әкеліп жазады. Осыны /3-5рет/ қайталап жақсы көрінетін /+0,10
дейін дәлдікпен/ есепке жетісіп, алынған мәндердің орташа есебін нольдік
жағдай деп алады.
Таза поляриметр трубкасын шайып зерттелетін ерітіндімен толтырады. Ол үшін
трубканы вертикаль бағытта ұстап толтырады. Содан кейін қақпағымен трубка
ішінде ауа көпіршіктері қалмайтындай етіп жабады. Ауа көпіршіктері
бақылауға кедергі жасайды. Ерітіндінің айналу бұрышын анықтайды. Содан
кейін екі колбаға белгілі көлемді қант ерітіндісін Уқ, концентрациялы
белгілі Уқ күшті қышқыл құяды. Екі колбаны 10-15 минут тәжірибе
температурасы бойынша /су термостатында/ ұстайды, содан кейін бір-біріне
құйып араластырады. Бір-біріне құйған уақытты белгілейді, бұл реакцияның
басталу кезеңі. Оған бастапқы бұрыш α0 = (α0/ - αn)V жауап береді, мұндағы
У-қант ерітіндісінің көлемдік үлесі: У = Vқ(Vқ+Vқышқ.).
Қант ерітіндісінен поляриметриялық трубканы 2-3 рет 3-5 мл алынған қоспамен
шайып, алынған қоспамен трубканы толтырып термостатқа қояды. Өлшеуді
реакцияның басында 5-10 мин. аралықта, ал реакция соңында 15-30 мин.
аралықта жүргізеді. Қанттың инверсиясы катализатордың концентрациясына
байланысты бөлме температурасында 1-5 тәулікте аяқталады. Бірақта оны 60-
700С температурада аяғына дейін жүргізуге болады. Сондықтан реакциялық
қоспаның жеке бөліктерін алдын-ала 60-700С температурада термостатқа 30-40
мин. қояды. Осындай жолмен алынған соңғы айналу бұрышы теріс мәнді, өйткені
ерітіндіде солға айналатын глюкоза және фруктоза болады. Айналу бұрышының
кез-келген аралығы ерітіндіде үш заттың болуымен анықталады. Мәселен, t1
уақыт кезеңінде қанттың У1 инверсияланбаған мөлшері қалады. Айналу бұрышы
осы мөлшермен анықталады. Ол α0У1 тең. Екінші жағындағы инверсия өнімінің
мөлшері 1-У1 тең. Реакция соңында өнімнің айналу бұрышы α∞ тең, ал t1 уақыт
кезеңінде ол αt(1-У1) тең болады. Аддитивті айналу бұрышы кезінде уақыт
кезеңінде α1= α0У1+ α∞(1-У1), осыдан У1 = (α1- α∞ )/( α0- α∞). Сондай-ақ
уақытша: У2 = (α2- α∞ )/ ( α0- α∞). t1 және t2 уақытта
инверсияланбаған қанттың концентрациясы СоУ1 және СоУ2 болады.
Осыдан инверсия жылдамдығының константасы мынаған тең:
K = [2,303/ (t2 -t1)] lg(α1- α∞ )/ (α2- α∞ );
Егерде t1=0, α1 =α2, ал t2= t, α2= αt, онда K = [2,303/ t] lg(α1- α∞ )/
(α2- α∞ ).
Осы формуламен К есептеледі.
5.2. Өлшеу қателігінің бағасы: теңдеудің дифференциалдаумен логарифмдеуден
кейін алынатыны:
∆K/K = ∆t1/t + 2∆ α/ ( α0- α∞)2,3lg ( α0- α∞) + 2∆α/(α1- α∞ )2,3lg( α0-
α∞)
Реакцияның басында қателік уақытты белгілеуде /мысалы, 10 мин. кейін +10
құрайды/ кетсе, онда бұрышты өлшеуде кеткен қателік артады. Оның кемуінен
және реакция соңында ерекше болады. Сондықтан әртүрлі уақыт кезеңінде
есептелген константа мәндері бір-біріне сәйкес келмейді. Осының салдарынан
әртүрлі уақыт кезеңінде алынған реакция жылдамдығының константаларынан
орташа константа мәнін табады.
5.3. Есеп беру формасы:
Температура........................................................С0
Қоспаның бастапқы айналу бұрышы..................
Инструментальды түзеткіш.................................
Араластыру кезеңі.................сағат...........минут
Қанттың айналу бұрышы.....................................
1-кесте.
|Үлгі |Астрономиялық |Реакцияның |Табылған |Түзеткішпен |К |С,ері |
|№ |уақыт |бастапқы уақыты,|бұрыш |бірге бұрыш | |тінді |
| | |мин | | | | |
|1 |1115 |0 |11 |83 | | |
|2 |1115-1130 |15 |9 |81 | | |
|3 |1145-1200 |30 |7 |79 | | |
|4 |1200-1215 |45 |5 |77 | | |
|5 |1215-1230 |60 |4 |76 | | |
|6 |1230-1245 |75 |4 |76 | | |
|7 |1245-1300 |90 |4 |76 | | |
|∞ |1300-1330 |120 |4 |76 | | |
Графиктер: (αt+ α∞) = f(t); lg(αt- α∞) = f(t).
VІ.Бақылау сұрақтары:
5.1. Неліктен сахарозаның гидролиздену реакциясында айналу бұрышының
өзгеруі байқалады?
5.2. І ретті мономолекулалық қайтымсыз реакцияның жылдамдық константасының
математикалық теңдеуін жазып, ондағы мүшелерді түсіндір?
5.3. Химиялық жолмен реакцияның кинетикасын оқып-үйреніп оптикалық әдістің
артықшылығы неде?
Лабараториялық жұмыс5
АцетонныҢ йодтану реакЦиясын анықтау.
I.ЖҰмыстың маҚсаты:
Қышқылдық ортада ацетонның йодтану реакциясының
жылдамдық константасының орташа мәнін анықтау.
H+
СН3СООН3 +J2—►СН3СОСН2 J/Н + J- (1)
II -ЖумыстЫҢ орындалу барысы:
Қышқылдық ортада ацетонның йодтану реакциясының
жылдамдық константасының орташа мәнін анықта.
III. Теориялық бөлім:
Қышқылдық ортада ацетонның йодтану процессі автокаталитикалық
болып табылады және екі сатыда жүреді.
І.Ацетонның энализациялану реакциясы:
Н+
СН3-С-СН3 —► СН 3-С=СН2
О ОН
(1)
2.Иодтың энолдық формасымен әрекеттесуі:
СН3-С =СН2 + J2 —► СН2 -С-СН2 J+Н+ + J-
(2)
ОН О
Бірірші реакция салыстырмалы түрде бөлу өтеді, екіншісі тез
және тәжірибе жузінде аягына дейін журеді. Сондыктан процесс
жылдамдыгы толыгымен ацетонның энолизациялау реакциясына және
сутегі ионының. концентрациясына пропорционал:
Мұндагы:С -Ацетонның бастапқы концентрациясы;
С - Сутегі ионының бастапқы концентрациясы;
С -уакыт аралыгында өзгеріске ұшыраган ацетонның концентрациясы;
IV.ТӘжірибелік бӨлім:
Окытушы көрсеткен температура бойынша термостаты косып,
сыйымдылығы 250мл өлшегіш колбаға 25мл 0,1н йодтың J2 4% - тік К J2
ерітіндісіндегі ерітіндісіне 25 мл 1н НСІ қосып 25мл су құяды. Содан
кейін колбаны термостатқа салып, 15-20мин өткеннен кейін 25мл 1н ацетонның
судағы ( [pic] =0,793г/мл)ерітіндісін косады. Қоспаны араластырып, одан
сол мезгілде кұрғақ пипеткамен бірінші үлгіні 25мл көлемінде алады, ацетон
кетпеу үшін колбаны тығынмен жабады. Бірінші үлгіні алу үшін
уақытты йодталу реакциясының басталуы болады.([pic]=0).
Бұл үлгіге 25 мл 0,1 н NaHCO3[pic]құйып, йодтың мөлшерін крахмал
қатысында 0,01 ні Na2 S2O3[pic]ерітіндісімен титрлеу арқылы анықтайды.
Реакциянын жүру барысын белгілі уақыт аралығында реакциялық қоспадан
анализдеуге үлгі арқылы бақылайды. Титрлеуді әрбір 30, 60, 90, 120, 180 мин
аралықта реакция басталғаннан кейін 20-25 С0 температурада және 30 С0 – тан
жоғары температурада әрбір 15 мин кейін жүргізу ұсынылады.
Бақылау нәтижелерін таблицаға жазады:
|№ |[pic], |0,01н |С, моль/л |Сх моль/л |Жылдамдық |
|п/п |мин |Na2S2O3 | | |константасы |
| | |көлемі, мл | | |К, с-1 |
|1 | | | | | |
|2 | | | | | |
|3 | | | | | |
Сх = шамасы келесі тендеумен анықталады.
Сх =[pic]
Мұндағы, V0 және [pic] бірінші және одан кейінгі үлгілерді титрлеуге
кеткен Na2S2O3 көлемдері, мл.
NNa2S2O3 ерітіндісінін нормальдығы
Есептеу тендеуімен [pic]және мәндерін қойып, жылдамдық константасынын
мәнін есептеп, онын мәнін таблицаға жазады. Содан кейін жылдамдық
константасын орташа мәнін анықтайды.
V. есеп берудің мазмұны
1. Теориялық негізді жазу
2. Жұмыстын орындалу әдістемесі
3. Реакция жылдамдығын константасының орташа мәнін есептеу
4. Орындалған жұмыс бойынша қорытынды жасау
VI. бақылау сұрақтары
1. Химиялық реакцияның жылдамдығы деген не?
2. Жылдамдық константасы деген не?
3. Химиялық реакция жылдамдығына қарағанда, неліктен процессті
жылдамдық константасы жықсы сипаттайды?
4. Бірінші ретті қайтымсыз молекулярлы – химиялық реакцияның жылдамдық
константасының математикалық өрнектелуі.
Лабараториялық жұмыс6
Оптикалық Әдіспен коллоидты бӨлшектердің мӨлшерін жӘне қалпын анықтау.
Сәуле өткізу кеззіндегі интенсивтіліктін өзгерісіне негізделген
бөлшектердің мөлшерін анықтау әдістері.
Бұл әдіс лайлы ортадан өткен кездегі түскен сәуленің әлсіреуін
анықтауға негізделген. Бұл өзгерісті фотометр және фотоэлектроколориметр
(мысалы, ФМ, ФМ-56, ФЭК-Н ). Көмегімен анықтауға болады. Жарықтың
әлсізденуі жұтылу нәтижесінде емес – бөлшектер жарықты жуытпайтыны белгілі
яғни жарықтың әлсіздену шашыраудың нәтижесінде болатын жағдайды
қарастырамыз. Бұл бейметалдардың түссіз зольдері жағдайында көрісі заң
бойынша анықталады:
I = I o E –ix
( I )
Мұндағы:
Х – сәуле өткен ортаның қалында нәтижесінде оның интенсивтігі –дан
-ге дейін төмендеді.
І – ортаның лайлығы немесе экстинкция коэффициенті.
( І ) формуладан:
І = [pic] (2)
[pic] (3)
Д – оптикалық тығыздық деп аталады.
[pic] - өлшемі І см3 жүйенің шашырау энергиясына тең.
Мұны жұтылған сәуле өтуі қажет қайтымды жағдайдағы өлшем ретінде
қарауға болады, әлсіздену е рет болуы үшін. (І) Заңдылық тек қана нақты
сұйытылған золдер үшін орын алады.
№1 жұмыс
Экстинкция коэффициентін жарықтың толқын ұзындығынан тәуелділігі
бойынша коллоидтты бөлшектердің мөлшерін анықтау.
Экстенкция коэффиентінің [pic] жарықтың [pic]толықн ұзындығынан
тәуелділігі мына эмпирикалық теңдеу арқылы көрсетіледі:
[pic] (4)
Мұндағы, в – бөлшектің мөлшеріне, қалпына және түскен жарықтық толқын
ұзындығына тәуелсіз коэффициент.
к – бөлшектің мөлшерімен қалпына тәуелді, жарықтың толқын ұзындығына
тәуелсіз коэффициент.
(4) теңдеуден [pic] (5)
к - өлшемі 2 ден 4-ке шектерде өзгереді және бөлшектің мөлшерін нақты
дәл анықтайды.
[pic]тәуелділігінен к-ны біле отырып [pic] өлшемін есептеуге болады.
Тәжірибе жүзінде анықталған арқылы бөлшектің радиусы анықтауға мүмкіндік
беретін таблица бар (таблица төменде көрсетілген).
Таблицадағы бөлшектің мөлшерін анықтаудағы өлшемдерде z өлшемі
берілген:
z[pic] (6)
Мұндағы: [pic] - сфералық бөлшек радиусы; [pic]- ортадағы жарықтың
толқын ұзындығы к – коэффициенті тәжірибе жүзінде І – н бірнеше мәні
кезіндегі [pic] өзгерістер негізделіп шығарады. (5)
Tаблицадан алынған к мәні бойынша z анықталады. Табылған z мәні
бойынша (6) формуладан r-і есептейміз. Тәжірибе кезінде табылған k мәні
кқолданылған есептеулерден толқын ұзындығының орташа мәнін алады.
Бұл әдістің қасиеті – ол жарық шашыраудың абсолюттік шамаларын өлшеуді
қажет етпейді.
Жұмыс барысы
(1, 2, 3) зерттеуге қажетті барий сульфатының золін дайындау.
Фотоколориметрде қызыл және көк жарық, фильтрінде, оптикалық тығыздығын
анықтаймыз (2) формула бойынша [pic] мәнін есептейміз. Сонан соң (5)
формула бойынша к-ны анықтаймыз, ал (2) таблтцадан алынған өлшеміне сәйкес
z мәні табылады. (6) формула бойынша табылған z негізінде [pic]-і
есептейміз. Нәтижелерді таблица ( ) жазамыз.
|[pic], |[pic]СР,|Д |[pic],с|[pic][p|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|см |см | |м-1 |ic] | | | | |
| | | | | | | | | |
Қосымша мәндер.
[pic], [pic] және [pic]функцияларының мәндер таблицасы.
Таблица 2
| | | | | | | | |
|3,260 |- |- |1,00 |241,6 |2,676 |2,960 |5,00 |
|5,889 |- |- |1,20 |289,0 |3,371 |2,807 |5,50 |
|8,768 |- |- |1,40 |335,9 |4,454 |2,659 |6,00 |
|13,49 |- |- |1,60 |344,3 |- |- |6,10 |
|18,40 |- |- |1,80 |353,3 |- |- |6,20 |
|25,18 |1,155 |3,812 |2,00 |359,1 |- |- |6,30 |
|32,64 |- |- |2,20 |371,1 |- |- |6,40 |
|41,56 |- |- |2,40 |381,2 |6,191 |2,533 |6,50 |
|46,30 |1,254 |3,686 |2,50 |425,5 |8,957 |2,457 |7,00 |
|51,52 |- |- |2,60 |469,7 |14,25 |2,379 |7,50 |
|62,44 |- |- |2,80 |511,6 |25,47 |2,329 |8,00 |
|74,33 |1,401 |3,573 |3,00 |598,0 |- |- |10,00 |
|81,23 |- |- |3,10 |689,2 |- |- |11,0 |
|84,16 |- |- |3,14 |793,6 |- |- |12,0 |
|87,90 |- |- |3,20 |898,6 |- |- |13,0 |
|95,06 |- |- |3,30 |1002 |- |- |14,0 |
|102,3 |- |- |3,40 |1102 |- |- |15,0 |
|109,8 |1,575 |3,436 |3,50 |1201 |- |- |16,0 |
|117,6 |- |- |3,60 |1299 |- |- |17,0 |
|125,6 |- |- |3,70 |1398 |- |- |18,0 |
|133,7 |- |- |3,80 |1496 |- |- |19,0 |
|141,9 |- |- |3,90 |1594 |- |- |20,0 |
|150,5 |1,826 |3,284 |4,0 |1692 |- |- |- |
|195,0 |2,130 |3,121 |4,50 |- |- |- |- |
BaSO4 золін анықтау
Ең бірінші екі ерітінді дайындаймыз.
1) 1,1 г. NaSO4 10 Н2О – ны 50 см3 глицеринде ерітеміз (І).
2) 2,45 ВаCl 2 Н2О – ны 50 см3 глицеринде ерітеміз. (ІІ).
Содан сон әрбір ерітіндіні белгілі қатынаста (төменде көрсетілген)
спиртте және суда суытамыз. Алынған (І) ерітіндіні абайлап (ІІ) – ші
ерітіндіге қосып араластырамыз.
Суылту кезінде спиртпен су қатысындағы тәуелділіктен бөлшектің әртүрлі
өлшемдеріндегі золдар алынады. Келесі үш суылту ұсынылады.
1). 1 см3 (І) ерітінді + 5 см3 су + 4 см3 спирт
1 см3 (ІІ) ерітінді + 5 см3 су + 4 см3 спирт
2) 1 см3 (І) ерітінді + 2 см3 су + 3 см3 спирт
1 см3 (ІІ) ерітінді +2 см3 су + 3 см3 спирт
3) 1 см3 (І) + 1,5 см3 су + 3,5 см3 саирт
1 см3 (ІІ) ерітінді +1,5 см3 су + 3,5 см3 спирт
№2 жұмыс
жүйенің сипатты лайлығы бойынша коллоидты бөлшектердің мөлшерін
анықтау.
Шашырау коэфицентінің бөлшек байланысы мына қатынаспен беріледі.
[pic] (7)
Мұндағы: [pic]
[pic]
с – 0,577....-ге тен тұрақтысы.
1 см3 жүйедегі суммарлы шашырау энергиясы сияқтя лайлылықты
анықтаудан:
[pic] (8)
мұнда Соб=[pic] (9)
С – концентрация, г/см3
d – бөлшек тығыздығы
z арқылы және (7) формуладан RP мәнін қойып, [pic][pic] қатынастағы
(8) тендеуді шеше отырып мынаны аламыз.
[pic]
[pic]сипатты лайлану.
[pic] - ті [pic] арқылы белгілейміз [pic] =[pic]
Бұл белгілеуді (10) тендеуге қойып [pic] қатынасын табамыз:
[pic]=[pic] (ІІ)
[pic] мәні әртүрлі z үшін протабулирленген. Демек, [pic] анықтау
арқылы z – ті және z – ті табуға болады.
Жұмыс барысы
Белгілі концентрациядағы золь дайындаймыз. Фотоэлектроколлориметрде
белгілі толқын ұзындығында ([pic] ортада) оның оптикалық тығыздығын
өлшейді.
[pic] - ортадағы жарықтың толқын ұзындығы: [pic]=[pic] (12)
мұндағы [pic]- жарықтың ваккумдағы толқын ұзындығы.
h – ортаның шағылдыру көрсеткіщі.
Бөлшектің мөлщеоін есептеу келесі жағдайда жүргізіледі. Табылған Д
мәні бойынша лайлылықты есептейміз (2 тендеу), с-зольдің концентрациясын
(г/см3), Соб арқылы (9 – тендеу) табамыз. Содан сон [pic] тендік арқылы
жүйенің сипатты лайлығын анықтаймыз (13) формуладан есептейміз.
[pic]
(13)
мұндағы [pic] - бөлшектің және ортаның шағылдыру көрсеткіштері
арасындағы қатынасты санайтын параметр. п – бөлшектің шағылдыру
көрсеткішінің ортаның шағылдыру көрсеткішіне қатынасы.
Енді барлық өлшемдер (ІІ) форнмула бойынша [pic]анықтауға қолданылады
(2) таблицаны қолдана отырып осылай табылған [pic] мәнінен z – 1 және (6)
формула бойынша z – ті табамыз. Нәтижелерді таблица (3) түрінде жазамыз.
Таблица 3
|[pi|Д |[pic], см-1 |С, г/см3 |Соб |
|c]с| | | | |
|м | | | | |
|1 | | | | |
|2 | | | | |
|3 | | | | |
|4 | | | | |
Тізбектің ЭҚК Нернст тендеуімен есептеп шығарады
Мына тізбек үшін: Zn/ZnSO4//KCl//AgCl/Ag
[pic]
[pic]
Электр қозғаушы күш Е=[pic]
[pic]
[pic][pic]
a=[pic][pic]
[pic]- хлор күміс электродының потенциалы
[pic] =0, 222 В
[pic] - зерттелген электрод потенциалы
[pic]- мырыш электродының қалыпты потенциалы
[pic]= 0,763 В
j – ионның орташа активті коэфиценті
m – ерітіндінің мольдігі
мына тізбек үшін: Zn/ZnSO4//KCl//AgCl/Ag
[pic]
[pic]
Е=[pic]
[pic]
[pic][pic]= 0,337 В а=[pic]
Нернст теңдеуі арқылы анықталған потенциалдар мен тәжірибе анықталған
потенциалды салыстырыныз.
[pic]
[pic]j Zn SO4 1м = 0,043 [pic]j Cu SO4 1м= 0,043
j Zn SO4 1м = 0,150 [pic]j Cu SO4 1м= 0,154
Лабараториялық жұмыс
Еріген заттардыҢ активтенген кӨмір бетінде адцорбциялау
І. Жұмыстын мақсаты: Тәжірибеден (графиктен) Фрейндлих тендеуіндегі К
мен [pic] - ді табу. Оларды Фрейндлих тендеуіне қою.
ІІ. Жұмысқа керекті заттар: 0,4н СН3СООН, 0,1н NaOH, фенолфталиен,
активтендірілген көмір, бюретка, штатив, пипетка, колбадар, фильтр қағазы,
өлшегіш колбалар, воронкалар.
ІІІ. Теориялық бөлім:
Молекулярлық Вандер Вальс күштерінің әсерінен еріген заттың фазааралық
беттегі концентрациясының өзгеруін физикалық адсорбция деп атайды.
Ерітіндіден адсорбциялау процессі табиғатқа кен таралған. Мысалы, өндірісте
табиғи және өндіріс суларындағы бағалы заттарды айырып алу, күрделі құрамды
ерітінділерді бөлу және анализдеу үшін қолданылады.
Тұрақты температурада адсорбцияланған зат мөлшерінің тепе-тендік
концентрациясынан тәуелділігі жазық қисықпен сипатталады. Бұл графикті
адсорбцияның изотермасы дер атайды. Еріген заттың концентрациясын өте аз
болған жағдайда, адсорбцияланған заттың концентрациясынан тәуелділігі түзу
Г сызық
тәуелділігімен сипатталады. Өте көп
концентрацияда адсорбцияланған заттың мөл-
шері тұрақты болады ла концентрация
көбейгенмен адсорбцияланған заттың мөлшері
өзгермейді, яғни адсорбция шегіне жетеді.
С С координатындағы
концентрациялар
аймағында, яғни бірталай кен
концентрация аралығында адсорбцияланған заттын мөлшері концентрациясының
бөлшекті дәрежесіне тура пропорционал. Бұл жағдайда адсобцияланған заттың
мөлшерін (миллимоль) Фрейндлих тендеуімен табады.
Г=[pic] (І)
[pic] бірлік массаға, есептелген адсрбцияланған заттың мөлшері
Стт миллимоль ертіндінің адсорбцияланған кейінгі концентрациясы.
К – бірлік концентрациядағы адсобцияланған заттық мөлшері
[pic]- константа, дұрыс бөлшек
Тәжірибе деректерін пайдаланып Фрейндлих теңдеуіндегі К мен [pic]-ді
табуға болады. Ол үшін Фрейндлих теңдеуін түзу сызықтың теңдеіне келтіру
керек. Фрейндлих теңдеуін логарифмдейміз.
[pic] (2)
Бұл түзу сызықтың теңдеуі у=а+вх, тек у=tg[pic];а= lgк;
tg[pic][pic]=в[pic][pic];
Х= tgСтт ; в= tg[pic][pic]
Графикті бірнеше [pic][pic] мен
[pic] M Стт арқылы салады
N
IV. Жұмыстын барысы: Бұл жұмыста адсорбенит ретінде активтендірілген
көмір қолданылады, ал адсобцияланушы зат ретінде сірке қышқылын алады.
Сірке қышқылынын 0,4н ертіндісінен сұйылту әдісімен келесі ертінділерді
дайындайды:
120 мл – 0,2н
120 мл – 0,1н
120 мл – 0,005н
120 мл – 0,025н
120 мл – 0,0125н
Бұл ерітінделерді пайдалану кезінде бір тамшыны артық не кем құйып
жіберуіміз мүмкін. Сол себепті ерітінділердің дәл концентрацияларын білу
үшін, сірке қышқылының ерітіндісін 0,1н NaОН ертіндісімен титрлейді. Ол
үшін колбаға 10 мл сірке қышқылын және 1-2 тамшы фенофталейн құяды да
бюреткаға құйылған 0,1н NaОН ерітіндісімен титрлейді. әрбір титрлеуді екі
рет қайталайды. Ерітіндінің концентрациясын келесі тендеумен есептеп
шығарады:
[pic]
Титрлеу нәидесінде С1 және С2 – ні табады. Одан кейін орташа С-ны.
Осылай барлық ерітінділердің дәл концентрациясын табады.
Титрлейден кейін әрбір колбада 100 мл ерітінді қалады. Осы
ерітінділердің ішіне 2 гр активтендірілген көмір салады. Барлық колбалар
бірінен кейін бірін 20 минуттан шайқайды, одан кейін жеке-жеке титрлейді.
Алғышқы 3 колбадағы фильтраттан 10 мл ерітңнді алып титрлейді, ал
кейінгі екі фильтраттан 20 мл алып титрлейді.
Әр титрлеуді екі рет жасайды. Орташа концентрацияны есептеп шығарады.
Көмір бетінде адсобцияланған сірке қышқылының мөлшерін келесі тендеумен
анықтайды:
Х=(Со-Стт)[pic]миллимоль
Тәжірибе деректерін және жұмыс қорытындысын келесі таблицаға жазады.
|Кол. |Со |Стт |lgCтт |Х |
|№ | | | | |
| | | | | |
3. Абцисса осімен (мин), ордината осі бойымен салыстырмалы салмақ (%)
алып, сидиментация сызығын сызады.
4. Таралу қисығын сызу. Ол үшін 1) (5) формуладағы К мәнін есептейді.
2) қисығына tmin және tmax нүктелерін анықтайды. 3) (7) формула
бойынша rmin және rmax мәндерін есептейді; 4) радиустары rmin және rmax
бөлшектерді 5-7 фракцияға топтап және әрбір фракция үшін rmin және rmax
анықтайды. 5) белгіленген нүктелер арқылы жанама жүргізіп, t уақытты
тұнбаға түскен фракцияның процентін анықтайды. Жанамалардын ордината
осімен қиылысу нүктесі фракцияның % береді. (1 суретті қара); 6) [pic]
және m/[pic]мәндері әр фракция үшін есептейді.
Алынған барлық шамаларды мына үлгімен жазады.
|Фракция реті|tmax, мин |tmin, мин |rmin[pic], |rmax[pic], |[pic][|
| | | |м |м |pic], |
| | | | | |м |
| | | | | | |
Таблицадағы [pic] және [pic] -нің r/ r0 – гі әртүрлі байланыстағы параметрі
Таблица №2
|r/ r0 |[pic] |[pic] |r/ r0 |[pic] |[pic] |
|0,1 |0,980 |0,097 |0,9 |0,305 |0,155 |
|0,2 |0,925 |0,177 |1,0 |0,250 |0,125 |
|0,3 |0,842 |0,232 |1,2 |0,168 |0,083 |
|0,4 |0,743 |0,255 |1,4 |0,114 |0,054 |
|0,45 |0,692 |0,260 |1,6 |0,079 |0,036 |
|0,5 |0,640 |0,256 |1,8 |0,056 |0,028 |
|0,6 |0,541 |0,239 |2,0 |0,040 |0,016 |
|0,7 |0,451 |0,209 |2,5 |0,019 |0,007 |
|0,8 |0,372 |0,182 |3,0 |0,010 |0,003 |
-----------------------
Q=mnF/M= m/Kэ
m=MQ/nF
[pic]
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