Файл қосу
Реакцияның бағыты
|КАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ |
|ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТ Семей қаласы |
|3 деңгейлі СМЖ |ПОӘК |ПОӘК 042-16-13.1. |
|құжаты | |6/03-2013 |
|ПОӘК |«__ 2013 ж. | |
|«Теориялық |№ 1 басылым | |
|бейорганикалық химия» | | |
|пәні бойынша ОӘМ | | |
ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
«ТЕОРИЯЛЫҚ БЕЙОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯ»
5В072000 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР
СЕМЕЙ
2013
МАЗМҰНЫ
1. Глоссарий
2. Дәрістер
3. Практикалық және зертханалық сабақтар
4. Студенттердің өздік жұмыстары
1. Глоссарий
1. Авогадро тұрақтысы NA - кез келген жүйенің ( N ) бөлшектер
санының жүйе заттарының мөлшеріне қатынасы n: N/n = NA моль-1 =
6,02(1023 моль-1.
2. Адиабатты процесс – сыртқы ортамен алмасу процесі жүрмейтін процесс.
3. Атомдық (электрондык) орбиталь ( АО) - квант сандарының белгілі
мәндеріне сәйкес келетін электрон күйі.
4. Гетерогенді жүйелер – бөліктің айырым бетімен бөлінетін заттар
жиынтығы.Мысалы, СаСО3(қ) және СО2(г).
5. Гомогенді жүйе – бөліктің айырым беті болмайтын зат немесе заттар
жиынтығы (ерітінділер, газдар қоспасы, ыдыстағы газ, мұз не металл
кесегі,т.б.).
6. Жүйе – зерттеу үшін, кеңістіктен және қоршаған ортадан жекелей
алынған бөлщек.
7. Заттың эквиваленті - 1 моль сутегі атомдарымен (0,5 моль оттегі
атомдарымен) қосыла алатын не сондай сутегі ( оттегі ) атомдарының
мөлшерін химиялық реакцияларда ығыстырып шығара алатын мөлшері.
8. Иондану энергиясы: атомнан электронды жұлып алу үшін жұмсалатын
энергия, эВ (1 эВ = 96,48 кДж/моль).
Келесі электронды жұлып алуға көбірек энергия қажет,себебі оң
зарядтың мәні артады: І1 ( І2 ( І3 (
9. Изотонды коэффициент – іс жүзіндегі қысым, қайнау, қату
температураларының өзгеруі, олардың теориялық мәндерінен қанша есе
артық екенін көрсетеді.
10. Ішкі энергия – жүйенің толық энергиясы, яғни жүйені құрған
бөлшектердің зат мөлшерінің толық энергиясы.
11. Моль – заттың мөлшерінің бірлігі, көміртегі-12 атомының 0,012 кг
массасындағы атомдар санына тең, яғни 6,02( 1023 .
12. Парциалды қысым - газдар қоспасының жалпы қысымының сол газға
келетін үлесі.
13. Фаза – бірдей физикалық, химиялық қасиеттері бар және жүйенің басқа
бөлімдерінен бөліп алынған біркелкі беттік қабаттан тұратын бөлік.
14. Химиялық кинетика – химиялық реакцияның жылдамдығы мен механизмі
туралы ілім.
15. Эквивалент масса – заттың 1 эквивалентінің массасы.
16. Электрондық аналогтар - элементтердің валенттілік электрондары
элементтерге қатысты жалпы формуламен сипатталатындай болып
орбиталдарға орналасады.
17. Электртерістік ( ЭТ) – элемент атомының химиялық қосылыста басқа
элементтің электрондық тығыздығын өзіне ығыстыра алатын
қабілеттілігін көрсететін мән.
18. Электрон қосылғыштық энергиясы: Бос атомға электрон қосылуы үшін
қажет энергия, эВ. Оның мәні оң да, теріс те (теріс мән асыл газдар
мен кей элементтерде) болады. Электрон қосылғыштық энергиясы ең көп
галогендер мен оттегі.
19. Энтальпия – қысым тұрақты болған жағдайдағы (изобаралық процесс
кезіндегі) жылу эффектісі
20. Энтропия – бөлшектің қозғалысын сипаттайтын заттың қасиеті,
ретсіздік дәрежесі.
МОДУЛЬ 1. Атом-молекулалық ілім.
Дәрістер № 1-3
1.1 Химия ғылымы дамуының қысқаша тарихы ( 7.1.3 әдебиеттен 5-12беттер)
1.2 Химияның негізгі заңдары
1.3 Газдардың негізгі заңдары
1.2 ХИМИЯНЫҢ НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕРІ
Химиялық элемент – ядро зарядтары бірдей болатын атомдар түрі.
Атом - химиялық реакция кезінде бөлінбейтін элементтің ең кішкене
бөлшегі, бірақ сол элементтің химиялық қасиеттерін көрсетеді.
Молекула – сол заттың химиялық қасиетін көрсететін заттың ең кішкене
бөлшегі.
Жай заттар – құрамына тек бір элементтің атомдары ғана кіретін заттар.
Күрделі заттар – құрамына әртүрлі элементтер атомдары кіретін заттар.
Массаның атомдық бірлігі – 1/12 көміртегі -12 атомының массасы (12С),
яғни 1,6666( 10-27 кг.
Элементтің салыстырмалы атомдық массасы ( Аr ) – өлшемсіз шама,
элементтің табиғи изотоптар құрамының орташа атомдық массасының көміртегі-
12 атомының 1/12 массасына қатынасына .
Жай және күрделі заттардың салыстырмалы молекулалық массасы (Мr ) -
өлшемсіз шама , заттың табиғи изотоптары құрамының орташа массасының
көміртегі – 12 атомының 1/12 массасына
қатынасы.
Моль – заттың мөлшерінің бірлігі, көміртегі-12 атомының 0,012 кг
массасындағы атомдар санына тең, яғни 6,02( 1023 .
Заттың эквиваленті - 1 моль сутегі атомдарымен ( 0,5 моль оттегі
атомдарымен) қосыла алатын не сондай сутегі ( оттегі ) атомдарының
мөлшерін химиялық реакцияларда ығыстырып шығара алатын мөлшері.
Эквивалент масса – заттың 1 эквивалентінің массасы.
Авогадро тұрақтысы NA - кез келген жүйенің ( N ) бөлшектер санының
жүйе заттарының мөлшеріне қатынасы n: N/n = NA моль-1 = 6,02(1023 моль-
1.
Осыдан : 1) әртүрлі газдардың бірдей жағдайда ( t, p ) бірдей
көлемдеріндегі молекулаларының саны бірдей болады; 2) Қалыпты жағдайда
( қ.ж. ) газдардың молярлық көлемі 22,4л/моль болады. Олай болса, 1 моль
газдың қ.ж. көлемі 22,4л.
Эквивалент көлем – заттың 1 эквиваленті алатын көлем. Сутегінің
эквиваленті 1 моль , оттегінің эквиваленті 0,5 моль болғандықтан
сәйкесінше эквивалент көлемдері 11,2 л/моль және 5,6 л/моль болады.
Химияның негізгі заңдары
Масса сақталу заңы; энергия сақталу заңы; құрам тұрақтылық заңы; еселік
және көлемдік қатынастар заңдары; Авогадро заңы, эквиваленттер заңы.
Эквиваленттер заңы - әрекеттесетін заттардың массасы олардың эквивалент
массаларына пропорционал.
Бұл заңдар стехиометриялық заңдар деп аталады, себебі олар барлық
заттардың массалары мен көлемдерін есептеуге қолданылады.
Мысал 1. мына қосылыстардағы HCI, H2S, NH3, CO, CO2 элементтердің
эквивалентін , эквивалент массаларын және эквивалент көлемдерін анықтау
қажет болса, заттың эквивалент және эквивалент массалары анықтамасы
бойынша хлордың, күкірттің, азоттың, көміртектің эквиваленті сәйкесінше
1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/2 моль , 1/4 моль және эквивалент
массалары 35,5г/моль, 16г/моль, 4,67 г/моль, 6 моль, 4 моль болады .
Элементтің эквивалентін және эквивалент массасын анықтау үшін олардың
сутектік және оттектік қосылыстарына ғана қарамайды, қосылыстағы
эквиваленті және эквивалент массасы белгілі басқа заттар арқылы да
анықтайды. Мысал 2. 5,6г темір күкіртпен 8,8г темір сульфидін түзсе,
темірдің эквиваленті және эквивалент массасы қанша болатынын есептеу
керек, егер күкірттің эквивалент массасы 16г/моль екені белгілі болса.
Есептің шарты бойынша 5,6г темірге 8,8 – 5,6 = 3,2г күкірт келіп тұр.
Эквиваленттер заңы бойынша 5,6г темір ------- 3,2г күкіртке эквивалентті
Мэ
г/моль ------- 16 г/моль
Осыдан, Мэ ( Fe ) = 28г/моль. Темірдің эквивалент массасы оның атомдық
массасынан екі есе кіші болғандықтан, 1 моль темірде 2 эквивалент бар,
сондықтан темірдің эквивалнті ½ моль болады.
Күрделі заттардың эквивалент массасын эквивалент заңына сүйеніп мына
формулалармен анықтайды: Мэ ( оксидтің) = Моксид /элемент атомдарының
саны ( оның валенттілігі
Мэ ( қышқыл) = Мқышқыл / қышқыл негіздігі
Мэ ( негіз) = Мнегіз / негіздің қышқылдығы
Мэ ( тұз ) = Мтұз / металл атомдар саны ( металл валенттілігі
мұндағы Мэ және М – эквиваленттің және қосылыстардың мольдік массалары.
Қышқылдардың негіздігі қышқыл негізбен әрекеттескенде қышқыл
молекуласының беретін протон санымен анықталады. Негіздердің қышқылдығы
негіз қышқылмен әрекеттескенде негіз молекуласының қосып алатын протондар
санымен анықталады. Тотықтырғыштың
(тотықсыздандырғыштың) эквиваленті деп
тотықсызданғанда (тотыққанда) 1 моль электрондарды қосып алатын (беретін)
мөлшері. Тотықтырғыштың
(тотықсыздандырғыштың) эквивалент массасы реакция кезінде қосып
алған (берген) электрондар санына
олардың молекулалық массасын бөлгенге тең.
Мысал 3. 8г NaOH күкірт қышқылымен бейтараптанғанда түзілген натрий
гидросульфатының массасын анықтау керек. Шешімі: Натрий гидроксидінің
эквивалент массасы: Мэ = МNaOH /
1 = 40г/моль. Сонда, 8г: 8/40 = 0,2 натрий гидроксидінің эквивалентті
массасын құрайды. Олай болса, эквивалент заңына байланысты түзілген
тұздың массасы да оның 0,2 эквивалент массасын құрайды, яғни натрий
гидросульфидінің массасы 120(0,2 = 24г.
Мысал 4. Қалыпты жағдайда қышқылдан 0,7л сутегін эквивалент массасы
28г/моль болатын металл ығыстырған болса, оның массасы қанша болады?
Шешімі: Сутегінің эквивалент көлемі 11,2л болғандықтан пропорция бойынша
28 г металл ---------- 11,2л
сутегіге эквивалентті
Х,г металл --------- 0,7л сутегімен әрекеттеседі
Х = 0,7(28/11,2 = 1,75г.
Мысал 5. Күкіртті сутек күкірт қышқылына дейін тотықса, оның эквиваленті
және эквивалентінің молярлы массасы қанша болады? Шешуі:
H2S + 4 H2O = SO42- + 10H+ + 8e , Э = 1/8 моль, Мэ = 34/8 = 4.26г/моль.
Мысал 6. мына реакцияда:
2 HCl + Ca(OH)2→ CaCl2 + 2H2O
HCl- дың екі сутек атомына бір Са(ОН)2 сәйкес келіп тұр. Сондықтан
сутегінің бір атомына 1/2 Са(ОН)2 молі сәйкес, яғни
кальций гидроксидінің эквиваленті 0,5 моль болады. fэкв саны
эквиваленттік фактор болып саналады, оны былай белгілейді fэкв(В) (В-
белгілі бір зат). Келтірілген мысалда fэкв Са(ОН)2 =1/2. Кей заттардың
эквиваленттік факторын формула арқылы табуға болады. Қышқылдар үшін
эквиваленттік фактор оның негіздігіне қарама-қарсы негіздік-қышқыл
молекуласындағы металл ионына алмасатын сутек ионының саны. Негіздердің
эквиваленттік факторы олардың қышқылдығына қарама-қарсы қышқылдың-
негіздігі қышқыл қалдығына алмасатын ОН- ионының саны:
fэкв(қышқыл)= 1/N(H+)
fэкв(негіз)= 1/N(OH-)
N – Н+ не ОН- саны
Эквиваленттік фактор бір зат үшін әр түрлі реакцияларда әр түрлі болады.
Мысалы:
H3PO4 + 3 NaОН → Na3РО4 + 3Н2О
N – (Н+)= 3. Сонымен эквиваленттік фактор фосфор қышқылы үшін мынаған
тең: (H3PO4) = 1/N (Н+)= 1/3;
H3PO4 + 2 NaОН → Na2НРО4 + 2Н2О
N (Н+)= 2, fэкв(H3PO4)= ½
Тұздар үшін (мысалы орта) эквиваленттік фактор металл атомының санын оның
тотығу дәрежесінің көбейтіндісін металл атомдарының санына бөлгенге тең:
fэкв(тұз)= 1/N(Ме)∙ Z (Ме)
N(Ме)- металл атомының саны;
Z (Ме)- металдың тотығу дәрежесінің мәні.
Мысалы: алюминий сульфатының эквиваленттік факторы: fэкв(Al2(SO4)3)=1/6;
Зат эквивалентінің молярлық массасы В (г/моль)- эквиваленттік факторды
молярлық массаға көбейткенге тең:
М(fэквВ) = fэкв (В) ∙ М(В) (1)
Бір негізді қышқылдар мен бір қышқылдық негіздердің эквивалентінің
молярлық массалары, олардың молярлық массаларына тең.
М(fэквВ) = М(В)
Мысалы: NaОН эквивалентінің молярлық массасы:
М(fэкв NaОН) = М(NaОН) = 40 г/моль
Тұздар үшін, мысалы: алюминий сульфатының Al2(SO4)3 эквивалентінің
молярлық массасы:
М[fэкв Al2(SO4)3] = fэкв [Al2(SO4)3]∙ М[Al2(SO4)3] = 342/6
Зат эквиваленті (моль)- зат массасының эквивалентінің молярлық массасына
қатынасы:
n(fэкв B) = m(B)/ M (fэкв B) (2)
Химиялық реакцияға түсетін заттар өзара бір-бірімен эквиваленттік
қатынаста әрекеттеседі, яғни эквиваленттер заңына
бағынады:
А + В = С + Д реакциясы үшін, мына қатынас орындалады:
n(fэкв А) = n(fэкв В) = n(fэкв С) = n(fэкв Д)
Сонымен А мен В заттары әрекеттесуі үшін:
n(fэкв А) = n(fэкв В)
(2) теңдеуді қолданып, эквивалент заңының салдары:
| m(A) ‗ m(B) немесе m(A) ‗ M (fэкв А) |
| |
|M (fэкв А) M (fэкв B) m(B) M (fэкв |
|B) |
1.3 ГАЗДАРДЫҢ НЕГІЗГІ ЗАҢДАРЫ
Газдардың физикалық күйін үш параметр – көлем V, қысым – р, температура
– Т
( Т = 273 + t) анықтайды. Қысым 1,013(105 Па ( 760мм сынап бағ.) ,
температура 273К не 0(С газ күйінің қалыпты жағдайы (қ.ж.): р0, Т0 , t0
, V0 .
Бойль- Мариот заңы. Тұрақты температурада газдың берілген массасының
көлемі қысымға кері пропорционал өзгереді: V1p1 = V2p2 = …, яғни Vp =
const, V1/ V2 = p2 /p1.
Гей-Люссак заңы. Тұрақты қысымда газдың берілген массасының көлемі
абсолютті температураға тура пропорционал өзгереді: V1/ V2 = T1/T2 .
Тұрақты көлемде: р1/ р2 = T1/ T2.
Менделеев- Клапейрон теңдеуі. Бойль-Мариот және Гей-Люссак заңдарын
біріктіріп газ күйінің теңдеуін алады. V1p1/ T1 = V2p2/ T2 не V p/ T =
V0p0/ T0 , егер күйлердің бірі қалыпты болса.
Кез келген газ үшін заттың 1 моль мөлшеріне V0p0 /T0 тұрақты және бірдей,
оны универсал газ тұрақтысы ® деп атайды, сонда V p = RT, ал n моль газ
үшін Vp = nRT Vp = nRT . Сонда Vp = mRT/
M - Менделеев-Клапейрон теңдеуі. R – мәні көлем мен қысым өлшем
бірлігіне байланысты болады. Есептерде көбінесе мына мәндер алынады: 22,4
л; 273К, 8,31 Дж(моль-1(К-1. Мысал 1. 5 т құрамында 80% кальций карбиді
бар ізбесті термиялық айырғанда 27(С температурада 100м3 көміртегі (ІҮ)
оксидін жинап алу үшін қажет қысым көлемі қанша? Шешімі: Айрылған
карбонат массасы: 5т(0,8 = 4т; М(СаСО3) = 100г/моль; Мына реакция
теңдеуінен: СаСО3 ( СаО + СО2 4000(22,4 / 100 = 896м3 СО2 бөлінгенін
есептейді. V p / T = V0p0 / T0 , p = V0p0T / T0V
, сонда ( СО2) = 896(1,013(105(300 / 273(100 = 9,97(105 Па = 1 МПа.
Егер масса арқылы есептесе, 4000(44 / 100 = 1760кг. р(CO2)=mRT/MV,
p ( CO2) =
1760(8.31(300 / 44(100 = 9.97(105 Па.
Мысал 2. Массасы 5,6г газ 17(С температурада, қысым 0,997(105 Па болғанда
4,84 л көлем алады. Осы газдың салыстырмалы молекулалық массасы қанша?
Шешімі: Клапейрон-Менделеев теңдеуінен М = mRT/Vp. M(г) = 5.6 ( 8.31(290
/ 0.997(4,84 = 28 г/моль; Мr = 28.
Мысал 3. 3 л газдың белгілі бір температурада қысымы 93,3 кПа ( 700 мм
сынап бағ.). Температураны өзгертпей газдың көлемін 2,8 л – ге дейін
төмендетсе, қысым қалай өзгереді? Шешімі: рх / 93,3 = 3/ 2,8; px =
93,3(3/ 2,8 = 100 кПа
Мысал 4. 27(С температурада газ көлемі 600 мл болса, қысым тұрақты қалса,
57(С қандай көлем алады. Шешімі: Есеп шарты бойынша V1 = 600 мл, Т1 = 273
+ 27 = 300К және Т2 = 273 +
57 = 330К. Бұл мәндерді Гей-Люссак заңына қойып есептесе, 600/300 = V2
/330, V2 = 660 мл болады. Газ не бу тәріздес
заттардың молярлық массаларын олардың молярлық көлемін және тығыздығын
пайдаланып та есептеуге болады.
Мысал 5. Көлемі 5,00 л ( қ.ж.) газдың массасы 9,80г. Осы газдың
салыстырмалы молекулалық массасы қанша? Шешімі: ( = m/ V, сол газ үшін (
= 9.80/5.00 = 1.96 г/л.
М(г) = Vm ( = 22.4 л/моль ( 1,96 г/л = 44г/моль ; Мr = 44.
Мысал 6. Көлемдік үлестері 30, 10, 60% азот, сутегі, аммиактан тұратын
газ қоспасының сутегі және ауа бойынша тығыздығы қанша болады?
Шешімі: Молекулаларының орташа мәні 28(0,3 + 2(0,1 + 17(0,6 = 18,8;
D = M1/ M2. DH2 = 18,8 / 2 = 9,4; Dауа = 18,8 / 29 = 0,65. Газдың
парциалды қысымы.
Газдар қоспасының жалпы қысымының сол газға келетін үлесін парциалды
қысым деп атайды. Газдар қоспасының жалпы қысымы жеке газдардың парциалды
қысымдарының қосындысына тең: ржалпы = р1+ р2 + р3 +... .Газдың
парциалды қысымы оның қоспадағы көлемдік не молдік үлесіне тура
пропорционал. Егер газ су үстінде жиналатын болса, ол су буымен қанығады
, онда жалпы қысым сол газдың парциал қысымы мен су буы қысымы
қосындысына тең болады: ржалпы = р(г) + р (Н2О), одан р(г) = ржалпы-рН2О
. Мысал 1. Егер бөлме температурасында және 1(105 Па қысымда ауа
құрамында 14,5-26,8% аммиактың көлемдік үлесі болса, онда мұндай қоспа
жарылғыш болады. Осы қоспада аммиактың парциалды қысымы қай шекте
(аралықта) өзгереді? Шешуі: Қоспадағы газдардың парциалды қысымы олардың
көлемдік үлесіне тура пропорционал болғандықтан , төменгі р(NH3)
=1(105(0.145 = 14500 Па = 14,5 кПа,
жоғарғы р( NH3) = 1(105 (0.268 = 26800Па = 26,8 кПа.
1.0(С температурада 5 л метан, 10 л сутегі, 25 л оттегі араластырылған.
Газ қоспасындағы әр газдың концентрациясын әртүрлі бірлікте көрсету
керек. Газдар қоспасының жалпы қысымы 101,3 кПа болса, әр газдың
парциалды қысымы қанша болады? ( Жауабы көлем бойынша процент,%:
12,5СН4, 25Н2, 62,5О2; г/л: 0,0895СН4, 0,0225г/лН2, 0,893О2; моль/л:
0,00558СН4, 0,01116Н2, 0,0279О2 ).
2.Егер ауада 21% оттегі және 78% азот көлем бойынша болса, ауа қысымы
101,3 кПа болса, әр газдың парциалды қысымы қанша болады?
(Жауабы 21,2 кПа оттегі, 78,8кПа азот).
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.Заттың эквиваленті дегеніміз не?
2.Эквиваленттің молярлық массасы дегеніміз не?
3.Күрделі заттардың (қышқылдар, негіздер, тұздар) және жай заттардың
эквиваленттерінің молярлық массасы қалай анықталады?
4.Эквиваленттер заңы қалай оқылады? Математикалық өрнегі қандай?
5.Неше моль және неше грамм болады:
а) 6,02∙102 ацетилен С2Н2 молекулаларын.
6.30, 10, 60% азот, сутегі, аммиактан тұратын газ қоспасының сутегі және
ауа бойынша тығыздығы қанша болады?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу керек:
Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 5-26 беттер.
Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 17-28 стр.
Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 3-7 беттер.
Модуль 2. Атом құрылысы.
2.1 Атом құрылысы. Сутегі атомының Бор бойынша құрылысы. Квант сандары.
2.2 Паули принципі, Хунд, Клечковский ережелері.
2.3 Д.И.Менделеевтің периодтық заңы және жүйесі. ЭТ, ИЭ, атомдар, иондар
радиустары.
Дәрістер №4-5 Атом құрылысы және периодтық жүйе.
2.1 Энергияның кванттануы туралы түсінік Бордың атом моделі
Материяның корпускулалы-толқындық екі жақтылығы. Белгісіздік принципі.
Толқындық функция . Квант сандары.
2.2 Паули принципі, Хунд ережесі, ең аз энергия принципі. Электрондық
формулалар, электрондық структуралық схемалар Радиоактивтілік. Ядролық
реакциялар. Атом құрылысы тұрғысынан құрастырылған периодтық заң.
Периодтық жүйенің құрылысы.
2.3 Иондану энергиясы, электрон тартқыштық, электртерістілік.
периодтылығы, екінші ретті периодтылық. Атомдық және иондық радиустардың
өзгеру заңдылықтары. Периодтық заң және периодтық жүйенің маңызы
2.1 Энергияның кванттануы туралы түсінік .Бордың атом моделі.
Материяның корпускулалы-толқындық екі жақтылығы. Белгісіздік принципі .
Толқындық функция. Квант сандары.
Атомнының ядролық моделін 1911 жылы Э.Резерфорд ұсынды, бірақ ол
классикалық физика заңдарымен түсіндірілмеді, себебі орбитамен айналған
электрон энергиясын электромагниттік сәулеге айналдырып жоғалтып, ядрода
жұтылуы тиіс еді. Бұл моделдің кемістігін жоғалту үшін Н.Бор 1913 жылы
атомды сипаттау үшін М.Планктің 1900жылы айтқан сәуленің кванттық
теориясын және атомдағы электронның дискреттік ( секіріспен өзгеретін)
энергетикалық күйі туралы ұғымды пайдаланады. Сутегі атомына айтылған Бор
теориясы үш постулатамен көрсетілді: электрон ядроны тек стационар
(белгілі радиустағы)орбитамен айналады, сонда электронның энергиясы
тұрақты болып қалады. Квант энергияны h(
( ( - тербеліс жиілігі, һ – Планк тұрақтысы 6,62(10-34 Дж(с) электрон
жұтқанда ол ядродан алыстау орбитаға өтеді, сол квант энергия электрон
кері секіргенде қайтадан бөлінеді. Бас квант саны 1,2,3,..., орбита
номерін не электрон болатын энергетикалық деңгейді көрсетеді. Н.Бор
стационар орбитаның радиусын және сол орбитадағы электрон қозғалысының
жылдамдығын есептеді:
rn = h2n2 / 4(2me2 және ( = 2(e2 / hn , содан r1 = 0.053нм, (1 =
2187км/с .
Сонда Бор теориясы атом моделінің оның спектрлерімен сәйкестігін
олардың шығу тегі мен структурасын түсіндірді.Әр спектралды сызық үшін
тербеліс жиілігі мына теңдеуден есептеледі. h( = (E = E а – Е ж, мұндағы
Еа және Еж ядродан алысырақ және жақынырақ орбиталдардағы электрон
энергиясы. Электронның толық энергиясы оның кинетикалық және потенциалдық
энергиялар қосындысына тең .
h( = 2(2me4 / h2 ( 1/ n2ж – 1/ n2 a) = K ( 1/ n2ж – 1/n2а), ( = K/h( 1/
n2ж – 1/n2a),
K/h – Ридберг константасы R, 3.28(1015 c-1 ( Гц ).
Мысал 1. Бір жарық квантының ( фотон ) энергиясы 3,06(10-19 Дж
болса, ол қандай толқын ұзындығына, тербеліс жиілігіне, толқындық санға
сәйкес келеді? Шешуі: Е=h(= 3.06(10-19 Дж, одан (=Е/h=4.62(1014 c-1 ( =
c/( = 3(108/ 4.62(1014 = 649(10-9 м = 649 нм. (- - тербеліс саны ,
(- = 1/( = 1/649 = 15400 см-1.
Мысал 2. Сутегі атомының 4-ші және 3-ші энергетикалық деңгейлері
арасындағы секіру энергиясы қаншаға тең? Бұл секіріс нәтижесінде пайда
болған сызық спектрдің қай сериясына жатады? Шешуі: (Е = K(1/n2ж-1/n2а);
К = 1312кДж/моль ( сутегі атомы үшін), Еи – иондану энергиясы, ол
электрон максимал қозған күйдегі энергетикалық деңгейден (Е() негізгі
энергетикалық деңгейге ( Е1) көшкендегі бөлінген энергия: Еи = Е( - Е1
=К(1- 0)= 1312 кДж/моль; сонда (Е = 1312(1/32 – ¼2 ) = 63.78 кДж/моль.
n a =3, ол Пашен сериясына жатады. Н.Бор теориясынан соң (1924ж.) Луи де
Бройльдің материяның толқындық сипаты деген идеясы бойынша жарық
энергиясы әрі толқын, әрі квант ( фотон )түрінде болады деп қаралды, яғни
толқын ұзындығы бөлшектің массасымен, қозғалыс жылдамдығымен мына теңдеу
арқылы байланысты: ( = h/mv = h/p, бұл теңдеуден массасы m бөлшек, v
жылдамдығымен қозғалатын болса, оған ұзындығы ( толқын қозғалысы сәйкес
деген түсінік шығады. В.Гейзенберг (1924ж.) белгісіздік принципі белгілі
бір уақытта электрон импульсі мен оның кеңістіктегі орны анықталмайды
деген. Оның математикалық өрнегі (рх(х(һ, мұндағы (рх және (х х осі
бойынша бөлшектің импульсі мен оның координатасы мәнінің қателіктері.
Мысал 1. Егер электрон қозғалысының жылдамдығын анықтағанда қателігі 1
см/с болса, оның орнының белгісіздігі неге тең? Шешуі: m(электронның
массасы) = 9,11(10-31 кг; h =
6.62(10-34 Дж(с ; (р(х ( h, (x = h/(px = h/m(v,
(x = 6.62(10-34 Дж(с / 9,11(10-31кг (10-2м(с-1 = 7,3см. Мысал 2. 50 г
теннис добы 25м/с жылдамдықпен ұшса, толқын ұзындығы қанша болады?
Шешуі: ( = 6,62(10-34 / 0,050 (25 = 1,324(10-32м.
2.2 Паули принципі, Хунд ережесі, ең аз
энергия принципі
Электрондық формулалар, электрондық структуралық схемалар
Радиоактивтілік. Ядролық реакциялар. Атом құрылысы тұрғысынан
құрастырылған периодтық заң.
Периодтық жүйенің құрылысы.
Атомдағы электронның кез келген тұрақты күйі белгілі квант
сандарының мәнімен сипатталады. Квант сандарының белгілі мәндеріне сәйкес
келетін электрон күйі атомдық электрондык орбиталь ( АО) деп аталады. n –
(бас квант саны ) атомдағы электронның энергиясын және энергетикалық
деңгейін, яғни АО өлшемін анықтайды. Бас квант саны 1- 7 мәндерін (
периодтық жүйедегі период номеріне сәйкес) қабылдайды. l – орбиталь квант
саны атомдағы электронның энергиясын және электрондық орбитальдардың
пішінін анықтайды, мәні 0 – ( n - 1 ) қабылдайды. l
= 0,1,2,3 сәйкес атомдық орбитальдар s- , p-, d-, f – орбитальдар деп
аталады. Магнит квант саны ml – электронның магнит моментімен байланысты,
электронның магнит өрісіндегі бағытын, электронның қабылдаған бағытына
қатысты электрондық бұлттың ориентациясын (бағытын) көрсетеді. Оның
қабылдайтын мәндері –l –ден +l, ноль мәнін қоса. Мысалы, l = 2, ml
мәндері -2,-1,0,+1,+2 ,яғни 2l + 1 = 2(2 + 1 =5. Спин квант саны ms –
электронның ішкі қозғаласын сипаттайды. Оның мәні: +1/2 және -1/2.
Элементтер атомдарындағы электрондардың атомдық орбитальдарда
орналасуы үш жағдаймен анықталады: Паули принципі, Клечковский және Хунда
ережелері.
Паули принципі: атомда төрт квант сандарының мәндері бірдей болатын
екі электрон болмайды, немесе атомда екі кез келген электрондар ең
болмаса бір квант санының мәнімен айырмашылықта болуы керек.Сонымен ,
кванттық ұяшық атомдық орбиталдың ( АО ) кестесі болғандықтан, квант
ұяшығында екі ғана электрон болады, спиндері қарама-қарсы ((. Паули
принципі бойынша деңгейшедегі максимал электрон саны 2(2l +1) болады.
Деңгейдегі максимал электрон саны N = 2n2 .
Клечковский ережелері: Орбиталдардың электрондармен толтырылуы (n+l)
қосынды мәні аз орбиталдан осы қосындының көп мәніне қарай жүреді;
Егер бұл қосынды мәні бірдей болса, алдымен n мәні кіші орбитал
толтырылады. Мысалы, 4s ( n+l = 4+0 =4 ), 3d (n=3,
l=2), 5p (n+l = 5+0 =5) сонда алдымен 4s сосын 3d,
сосын 5р электрондармен толтырылады.
Хунда ережесі: Электрондар орбиталдарға спиндер сандарының қосындысы
максимал болатындай орналасады, яғни ( ( ms) максимал.
Электрондық аналогтар болады, егер элементтердің валенттілік электрондары
барлық элементтерге қатысты жалпы формуламен сипатталатындай болып
орбиталдарға орналасса: мысалы, хлор мен марганец электрондық аналог
болмайды, сондықтан бір топшада болмайды, ал кальций мен магний
электрондық аналогтар.
2.3 Иондану энергиясы, электрон тартқыштық, электртерістілік.
периодтылығы, екінші ретті периодтылық.
Атомдық және иондық радиустардың өзгеру заңдылықтары.
Периодтық заң және периодтық жүйенің маңызы.
Иондану энергиясы: атомнан электронды жұлып алу үшін жұмсалатын
энергия, эВ ( 1 эВ = 96,48 кДж/моль).
Келесі электронды жұлып алуға көбірек энергия қажет,себебі оң зарядтың
мәні артады: І1 ( І2 ( І3 (
Электрон қосылғыштық энергиясы: Бос атомға электрон қосылуы үшін қажет
энергия, эВ. Оның мәні оң да, теріс те ( теріс мән асыл газдар мен кей
элементтерде) болады. Электрон қосылғыштық энергиясы ең көп галогендер
мен оттегі.
Электртерістік : ( ЭТ) – элемент атомының химиялық қосылыста басқа
элементтің электрондық тығыздығын өзіне ығыстыра алатын қабілеттілігін
көрсететін мән. Оның мәні иондану энергиясы мен электрон қосылғыштық
мәндерінің қосындысының жартысына тең. Практикада ЭТ –нің абсолютті мәнін
емес, салыстырмалы мәнін қолданады.
Сонда фтордың ЭТ = 4, ЭТ(О)=3,5;
ЭТ( Li)= 0,98.
Атомның құрамы – ядро және электрондар; олардың заряды және массасы. Атом
ядросы протондар мен нейтрондардан тұрады, олардың арасында ядролық күш
болады. Ядродағы протондар саны (Z) ядро зарядына және периодтық жүйедегі
элемент номеріне тең. Протондар мен нейтрондардың жалпы қосындысы
массалық сан (А), элементтің салыстырмалы атомдық массасына ( Аr) тең,
айырымы А – Z ядродағы нейтрондар санын анықтайды.
Масса дефектісі ( (m) – ядро массасы мен ядро құрамына кіретін протондар
мен нейтрондардың арифметикалық қосындысының айырымы. Масса дефектісі
ядро түзілгенде бөлінетін энергиямен Эйнштейн қатынасы Е = (mc2 арқылы
анықталады. Мысалы: салыстырмалы атомдық массалары 1Н2
(2,01410), 2Не3 (3,01603) және нейтрон массасы (1,00866), термоядролық
реакция кезінде бөлінетін энергияны есептеу: 1Н2 + 1Н2 = 2Не3 + 0n1
(m = 2(2.01410 – ( 3.01603 + 1.00866) = 0.00351 = 0.00351(1.66(10(27 кг =
5,826(10(30 кг; (Е = 5,826(10(30 кг ( 3(108
м/с)2 (6,02(1023 = 3,15(1011 кг(м2 /с2 = 3,15(1011 Дж/моль.
Ядролық реакциялар. Алғашқы ядролық реакция ( - бөлшектермен (гелий
атомының ядросы) азот атомдарын атқылап протонды ашу болды.
( 1919жыл, Э.Резерфорд): 14N7 + 42 He = ( 189F) = 178O + 11H.
Егер
қысқартылған символ арқылы жазса, 147N((, p)178O.
Радиоактивтілік - өздігінен тұрақсыз бір химиялық элементтің изотобының
екінші элемент изотобына айналуы, бұл кезде элементар бөлшек не ядролар
бөлінеді. Ядроактивтілік құбылысын А.Беккерель 1896 жылы ашты, 1903жылы
Э.Резерфорд пен Ф.Содди түсіндірді.
Радиоактивті бөлінудің бірнеше түрі бар. Мысалы, ( - бөліну және
электронды не (( - бөліну процестері: 22688Ra ( 22286Rn + 42He және
146C ( 147N + e(. Позитронды не (( - бөлінуді 1934жылы Ирен және Фредерик
Жалио-Кюри ашты: 2713Al + 42He ( 3115 P ( 3114Si +e( . Мұндай бөліну –
жасанды радиоактивтілік деп аталды, алынатын радиоактивті изотоптар әр
түрлі зерттеулерде қолданылады.
СИ жүйесінде радиоактивті бөліну бірлігі ретінде беккерель- Бк алынады .
Бк – 1 секундтағы 1 бөліну акті (с-1 ). Кюри (Кu) = 3(1010 Бк ( 1 с
аралығында массасы 1 г радийдің бөлетін (- бөлшегі).
Жартылай бөліну периоды Т1/2 – радиоактивті элементтің алғашқы
мөлшерінің жартысының бөліну уақыты. Мысалы, Ро үшін 3(10(7 с, ванадий
үшін 6(1015 жыл.
Алғаш энергия кванттануы туралы мәлімет 1900 ж Макс Планкпен
ұсынылды. Бөлінетін не сіңірілетін квант энергиясы Планк теңдеуімен
анықталады: ∆ E = hν, мұндағы h –
пропорционалдық коэффициенті (Планк тұрақтысы), оның сандық мәні 6, 63·10-
34 Дж·с. ν – толқын жиілігі. Толқын үзындығы және
сәулелену жиілігі бір-бірімен мына қатынаспен λ·ν =
с байланысты, мұнда с-жарықтың жылдамдығы.
2. Атомның тұрақтылығын түсіндіру үшін дания ғалымы Н.Бор үш постулат
ұсынды: 1. Электрон ядроны кез келген орбитамен емес, оның энергиясына
сай тұрақты орбита бойымен айналады. Стационар орбитада электрон айналып
жүрген кезде энергия бөлінбейді не сіңірілмейді. Математикалық түрде Бор
постулаты [pic], мұнда n-натуралды саң, m-объект массасы,
r-шеңбер радиусы. Осы формулаға сүйеніп Бор сутек атомының құрылысың
қарастырды. Электрон орбитасының минималды радиусы, яғни минимальді
потенциалды энергиясы бірге тең n мөлшеріне сәйкес келеді. n=2,3,4,…,
мөлшерлеріне сәйкес сутегі атомының күйі қозған деп аталады 2. Электрон
бір стационар орбитадан екінші стационар орбитаға өткен кезде энергия
бөлінеді не сіңіріледі. Квантталған орбиталар радиустерінің мөлшерін,
электрон қозғалысының жылдамдығын анықтайтын n саны бас кванттық сан деп
аталады. 3. Энергия үздіксіз емес, тек белгілі бір порция – квант түрінде
бөлінеді не сіңіріледі. Теорияның кемшіліктері: 1. атомдар спектрлердің
кейбір сипаттамаларын толық түсіндірмейді. 2. Өте қарапайым
молекулалардағы химиялық байланыстардың саңдық мәнін есептеуге мүмкіндік
бермейді.
3. Зерттеулер классикалық механика заңдылықтарына өте ұсақ бөлшектердің
бағынбайтының көрсетті. Мұндай өте ұсақ микробөлшектердің қасиеттерін
кванттық немесе толқындық механика ғана түсіндіре алады. Кванттық
механика бойынша электронның толқындық және бөлшектікіндей қасиеті
болады. Яғни толқын сияқты оның толқындық жиілігі болады, ал бөлшек
сияқты оның пішіні, массасы болады. Бөлшектік-толқындық дуализм
математикалық түрде Луи де Бройль теңдеуімен өрнектеледі: λ = h / mv,
мұнда m – бөлшек массасы, v - микробөлшек жылдамдығы.
4. Микробөлшектер дуализмін 1927 ж Вернер Гейзенбергпен ашылған
белгісіздік принципі түсіндіреді: Бір уақытта микробөлшектердің
жылдамдығын және координаторларын дәл анықтауға келмейді. Белгісіздік
принципінің математикалық түрі: ∆g·∆v ≥ h/m. Атомда электрон ядроны
толқын түрінде, ядроғп бірде жақындап, бірде алыстап белгілі бір толқын
ұзындық және жиілікпен айналып отырады, яғни ядро айналасында электрондық
бұлт түзеді. Оның ядродан белгілі бір қашықтықта тығыздығы жоғары болады.
Сонымен электрондық бұлт – атомдағы электрон күйінің кванттық-механикалық
моделі. Атом айналасында электрон бұлтының барлық жерде бірдей емес. Қай
жерде электрон көбірек болатын болса, сол жерде электрон бұлтының
тығыздығы жоғары болады. Атомдық орбиталь-электрондық бұлт орналасқан
ядро маңындағы кеністік.
5. Кванттық механикада электрон толқындық функциямен сипатталады Ψ.
толқын ядродан тарап, қайтадан ядроға қайтады, яғни тура және кері толқын
болады.Екі толқын қосылған кезде (интерференция) тоқтаған толқын
түзіледі. Австрия физигі Э.Шредингер 1926 ж тоқтаған толқын
формуласындағы толқын ұзындығының орнына оның де бройль теңдеуіндегі
мәнін қойып, Шредингердің толқындық теңдеуі деп аталатын тендеу алды:
∂2 Ψ/ ∂x2 + ∂2 Ψ/ ∂y2 + ∂2 Ψ/ ∂z2 = (8π2m / h2)· (E-U)·Ψ
Мұнда m-электрон массасы, x, y, z-электрон координаты, Е- электронның
толқын энергиясы, U-потенциалды энергия. Толқындық
функция оң, теріс және ноль мағыналарды қабылдай алады. Толқындық
функциясының квадраты Ψ2 микробөлшектің кеңістіктің белгілі бір жеріндегі
болу ықтималдығын сипаттайды.
6. Электронның атомдағы күйін төрт түрлі кванттық сандармен сипаттайды.
1. Бас кванттық сан п. Ол электронның ядродан қашықтығын, яғни энергиясын
көрсетеді. Оның мәні тек нақты сан болады 1-ден ∞ дейін өзгереді. Бас
кванттық санды цифрмен және әріппен белгілейді: п = 1, 2, 3, 4 немесе К,
L, М және т.б.Деңгей саны артқан сайын электронның энергиясы да
жоғарлайды. Бас квант сан периодты жүйедегі период номеріне тең. 2.
Орбиталь (қосымша) квант сан l. Ол электронның энергиялық күйін және
орбитальдарының пішінін көрсетеді. Орбиталь квант саны бас квант санына
байланысты, оның мәндері 0-ден n-1 дейін өзгеріп отырады. Мысалы n=3
болса l=0,1,2 болады. Орбиталь квант санын цифрмен немесе әріптермен
белгілейді l=0,1,2,3 немесе s-, p-, d-и f-
орбитальдар. 3. Магнит квант сан m орбиталь квант санға байланысты
болады да орбитальдардың кеңістіктегі орнын көрсетеді. Ол орбиталь квант
санының l барлық мәндеріне, 0-ді қоса ие болады, яғни
l=1 болса, онда m=-1,0,+1. Әр орбиталь квант санына сәйкес магнит квант
санын және орбитальдар (ұя) санын есептеуге болады: s орбитальда орбиталь
саны 1, p орбитальда 3, d орбитальда 5, f
орбитальда 7 электрондық күй болады. 4. Спинді квант саны s электронның
өз осінен айналуын сипаттайды. Электрон өз осі бойымен біріне-бірі қарама-
қарсы бағытта айнала алатындықтан онын тек екі мәні болады: + 1/2 және —
½. Егер екі электронның басқа квант сандары бірдей болса, олардың
спиндері әр түрлі болады. ондай электрондарды жұптасқан деп атайды да,
қарама-қарсы айналатынын былай ↑↓ белгілейді. Егер ұяда бір электрон
болса оны дара деп атап былай белгілейді ↑.
Көп электронды атомдарда электрондардың орналасу ережелері
|Ережелер |Мысалдары |
|1. Паули принципі. 1925ж. Атомда барлық|7Li – 1s22s1 |
|квант сандары бірдей екі электрон |1s 2s |
|болмайды |↑↓ ↑ |
| |n=1 |
| |N=1 |
| |N=2 |
| | |
| |l=0 |
| |L=0 |
| |L=0 |
| | |
| | |
| |=0 |
| |M=0 |
|2. Гунд ережесі. Бір деңгейшеде |14N – 1s22s22p3 |
|орналасқан электрондардың спин квант | |
|сандарының қосындысы максималь болуы |[pic] [pic] |
|шарт. |[pic] |
|3. Энергиясы аз деңгейшеге | |
|электрондардың алдымен орналасу | |
|принципі. | |
|Клечковский ережесі | |
|А) Электрондардың деңгейшелерге |n+l=1 |
|орналасуы бас және қосымша квант |N=1 |
|сандарының қосындысының (n+l) арту |l=0 (1s) |
|ретімен болады. | |
| |n+l=2 |
| |N=2 |
| |l=0 (2s) |
|Б) Егер бас және қосымша квант | |
|сандарының қосындысы бірдей болса, | |
|электрондарының деңгейшелерге толуы бас|n+l=3 |
|квант санының мәнімен анықталады |N=2 |
| |l=1 (2p) |
| | |
| | |
| |N=3 |
| |l=0 (3s) |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| |n+l=4 |
| |N=3 |
| |l=1 (3p) |
| | |
| | |
| |N=4 |
| |l=0 (4s) |
| | |
| |E (3p) < E (4s) |
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
1.Атомдағы электронның энергетикалық жағдайын сипаттайтын төрт квант
сандарын;
2. олардың өзара байланысын;
3.атомдағы электрондардың энергетикалық орбитальдардың толтырылуы Паули
принципі, Гунд және Клечковский ережелеріне сай жүретіндігін білу керек.
Өзін -өзі тексеру сұрақтары:
1. Атом ядросы 12 протон және 12 нейтроннан тұрады, элементтің атомдық
массасын, реттік номерін, валенттік электрондар санын анықтаңдар.
2. Реттік номері 23 және 35 атомдардың электрондық деңгейлерінің санын
анықта.
3. Бас квант саны 3-ке тең электрондық қабатындағы электрондар саны
нешеге тең?
4. Қосымша квант саны 2,3-ке тең болғандағы деңгейлердегі магнит квант
санының неше мәні болады?
5. 3 бірдей квант саны атомдағы екі электронның спин квант санының мәні
қандай?
6. Қосымша квант санының мәні l=0,1,2,3 тең электрондар қалай аталады?
7. Мыс атомының қозбаған жағдайдағы d-электрондарының қосынды санын
көрсету керек.
8. Азот атомының электрондарының қосынды спині нешеге тең?
9. Неліктен көптеген элементтер атомдық массалары бөлшек мәндерге ие
болады?
10. Жаңа көзқарас бойынша периодтық жүйедегі аргон және кобальт
элементтерінің орналасуын қалай түсіндіруге болады?
11. Қандай элементтер ауыспалы деп аталады?
12. Гелий, неон, аргон, ксенон сияқты газдардың химиялық инерттілігі қалай
түсіндіріледі?
13. Периодтық жүйедегі орнына байланысты калий, мыс, марганец, бромның
қасиеттерін салыстыр.
14. Хлорлысутек, бромдысутек, иодтысутек қышқылдарының қайсысы күштірек,
неліктен?
15. Төмендегі қосылыстардағы химиялық байланыстың полюстілігін көрсет:
а)су немесе селенді сутек; б)хлорлысутек немесе иодты сутек; в)метан
немесе аммиак?
16. Төменде берілген элементтердің ішінен донорлар және акцепторларды
көрсетіңдер: В, Сl, S, N (бор, хлор, күкірт, азот).
17. Мына сұйықтардың қайсысы сутектік байланыс нәтижесінде
ассоциацияланған: күкірттісутек қышқылы, су, балқытқыш қышқыл,
төртхлорлы көміртек? Бұл құбылыс осы сұйықтардың қасиеттеріне қалай
әсер етеді?
18. Төртхлорлы көміртек, бор хлориді, бериллий хлориді молекулаларында
гибридтенудің қандай түрі болады, осы молекулалардың пішіні қандай?
19. Сутектен 0,8 г атомдық сутекті алу үшін 174,4 кДж энергия жұмсау
керек, сутек молекуласындағы байланыс энергиясын есепте.
20. Сілтілік металдардың жұмсақтығының және балқу температурасының төмен
болу себебі неде? Неліктен магнийдің қаттылығы мен балқу температурасы
натрийге қарағанда жоғары?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 54--96 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 33-51 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей, 2012 – 9-15 беттер.
Модуль 3. Химиялық процестердің жүру заңдылықтары.
3.1 Химиялық процестер энергетикасы;
3.2 Химиялық кинетика;
3.3 Химиялық тепе-теңдік
Дәрістер № 6-8 Химиялық процестердің жүру заңдылықтары
3.1 Химиялық реакциялардың энергетикалық эффекттері. Термохимиялық
заңдар.
Энтальпия. Энтропия. Гиббс энергиясы. Реакцияның
бағыты;
3.2 Химиялық кинетика;
3.3 Химиялық тепе-теңдік
3.1. Химиялық реакциялардың энергетикалық эффекттері. Термохимиялық
заңдар. Энтальпия. Энтропия. Гиббс энергиясы. Реакцияның бағыты
Химиялық процестер жүрген кезде - бір зат екінші затқа
айналғанда - энергетикалық өзгерістер болады, яғни энергия ( жылу) не
сіңіріледі , не бөлінеді, себебі реакцияға түскен заттардағы байланыстар
үзіліп , реакция нәтижесінде түзілген заттарда жаңа байланыстар түзіледі.
Химиялық процестердің жылу эффектілерін термохимия оқиды. Термохимиялық
теңдеулерде жылу эффектісі көрсетіледі. Реакция кезінде жылу бөлінсе ,
экзотермиялық (+) , жылу ( энергия) сіңірілсе – эндотермиялық (()
реакциялар деп аталады. Химиялық реакциялардың жылу эффектілерін
калориметрде өлшейді. Термохимияның заңын 1840 жылы Г.И.Гесс ашқан:
Химиялық процесс тікелей жүрсе де, бірнеше сатымен өтсе де оған керекті
жылу (тұрақты қысымда не тұрақты көлемде жүрген реакциялар үшін) әрқашан
бір мөлшерде болады. Бұл заң энергия сақталу заңының салдары: жүйенің
жұтқан энергиясы ( Q) оның ішкі энергиясының өзгеруіне ( (U) және
жасауға жұмсалады: Q = (U + A. Ішкі энергияның (U) абсолют мәні
белгісіз, себебі жүйені энергиясы жоқ күйге әкелуге болмайды. Ішкі
энергия да басқа энергиялар сияқты күй функциясы, яғни оның өзгерісі
жүйенің алғашқы ( U1) және соңғы ( U2) күйлерінің анықталады,
процестің жүру жолына байланысты емес: (U = U2 - U1 . Жылу мен жұмыс
жүйе күйінің функциясы болмайды, олар тек процеспен байланысты, яғни
энергия беру түрі болып табылады. Химиялық процесс кезінде А – сыртқы
қысымға қарсы жұмыс , А = p(V , V2 – V1 = (V –
жүйе көлемінің өзгерісі. Көбінесе химиялық процестер тұрақты қысымда
өтетіндіктен , изобара- изотермиялық процесте ( p = const, T = const) Qp
= (U + p(V ; егер мына қосынды U + pV = H деп белгіленсе,
Qp = H2 - H1 = (H. Н – энтальпия деп аталып, изобара- изотермиялық
процестегі жылу, процестің жүру жолына байланысты емес, яғни жүйенің
алғашқы және соңғы күйімен анықталады, күй функциясы болады: Qp = (H.
Изохора- изотермиялық процесте ( V = const , T = const) (V = 0
болғандықтан, реакция жылуы (U болады, яғни жүйенің ішкі энергиясының
өзгеруіне тең: Qv = (U . Qp және Qv жылу эффектілер. Термодинамика –
энергияның бір түрінің екінші түріне ауысуын зерттейді , сонымен бірге
осы ауысулардың заңдылықтарын және сол жағдайлардағы әр түрлі
процестердің өздігінен жүретін бағытын көрсетеді. Термодинамикада
керісінше, химиялық реакция кезінде жылу бөліну (() , жылу сіңірілу (+)
белгіленеді. Түзілу жылуы – берілген жағдайларда жай заттардан 1 моль
химиялық қосылыс түзілгендегі бөлінген не сіңірілген жылу; айрылу жылуы –
1 моль химиялық қосылыс жай заттарға айрылғанда бөлінген не сіңірілген
жылу; жану жылуы – 1 моль зат жанғанда бөлінетін жылу. Стандартты
жағдайда ( 25(С не 298Кжәне 1,013(105 Па) осы көрсетілген мәндерді былай
белгілейді: (U( , (H( 1 моль заттар үшін оларды « Анықтамалардан » алады.
Термохимиялық есептеулерде көбінесе Гесс заңынан шығатын қорытынды
қолданылады: химиялық реакцияның жылу эффектісі реакция нәтижесінде
шыққан заттардың жылу эффектілерінің қосындысынан реакцияға түскен
заттардың жылу эффектілерінің қосындысын алып тастағанға тең және сол
заттар формулалары алдындағы коэффициенттер ескерілуі қажет: (Нх.р = (
(Н( түз. ( ( (Н( түс. , түз. және түс. – түзілген , түскен заттар.
Гиббс энергиясы және химиялық реакциялар бағыты
Химиялық процестердің өздігінен жүру мүмкіндігі екі фактормен
анықталады: экзотермиялық реакция әсерінен жүйенің ішкі энергияны
азайтуға ұмтылуымен ( ((Н) және жылу қозғалысы әсерінен (энтропия –
күй функциясының бірлігі) бөлшектер орналасуының ретсіздігінің өсуіне
жүйенің ұмтылуымен.
Егер (Н температураға аз ғана тәуелді болса, ал энтропия температура
өссе, қатты өседі, сондықтан ретсіздіктің өлшемі деп (Т(S алуға болады.
Сонда процестің қозғаушы күші екі күштен тұрады: реттілікке ұмтылу (Н)
және ретсіздікке ұмтылу ( ТS). p = const , T = const болғанда процестің
жалпы қозғаушы күші (G = (H ( T(S ; G – Гиббс энергиясы не изобара-
изотермиялық потенциал, энтальпиялық және энтропиялық факторлар әсерін
біріктіреді.
Жүйе күйін көлем тұрақты болғанда Гельмгольц энергиясы деп аталатын
функция анықтайды: (F = (U – T (S.
Гиббс энергиясының өзгерісі процестің өздігінен жүру- жүрмеу
мүмкіндігін анықтайды: (G ( 0 , процесс
термодинамикалық мүмкін; (G ( 0 , процесс термодинамикалық мүмкін емес;
(G = 0 , реакциялық жүйе тепе- теңдік күйде.
Гиббс энергиясы да, энтропия да жүйе күйінің функциясы:
(S х.р = ( S(түз. - ( S( түс. ; (Gх.р = (
(G(түз. - ( (G( түс.
Сонымен, (G мәні аз болған сайын осы процестің өздігінен жүруге
ұмтылуы көбірек болады, тепе-теңдік күйден алысырақ болады. Мына
қатынастан
(G = (H – T (S: a. эндотермиялық реакция ((Н ( 0) өздігінен жүреді, егер
(S( 0 және абсолюттік мәндері ( Т(S( ( ( (H ( , (G ( 0; б. экзотермиялық
реакциялар ( (Н ( 0) өздігінен жүреді, егер (S ( 0 , ал егер (S ( 0
болса – жүрмейді , себебі (G ( 0 болады.
Химиялық тепе - теңдік кезінде жүйеде Гиббс энергиясының өзгерісі
болмайды, яғни (G = 0 , оның мәнімен химиялық реакция тепе - теңдігінің
константасы мына теңдеумен байланысады: (G(T = ( 2,3 RT lg KT , 298 К
(25(С) бұл теңдеу (G(298 = ( 5,69 lg K298 . (G( ( 0 болу үшін lg K ( 0 ,
яғни К ( 1, ал Гиббс энергиясы оң болса, lg K ( 0 , яғни К ( 1 . Бұл
жағдай Гиббс энергиясы теріс болса , тепе – теңдік тура реакция жағына
ығысқан, яғни реакция өнімі жоғары; оң болса, тепе – теңдік кері реакция
жағына ығысқан, яғни тура реакция өнімі аз болатынын көрсетеді.
1. Химиялық өзгерістер нәтижесінде атомдардың, иондардың,
молекулалардың құрылысы өзгертіліп, құрылуымен қатар жылу, жарық, электр
энергиясы бөлінеді, яғни химиялық энергия басқа энергия түріне айналады.
Реакцияның энергетикалық эффектісін термохимия зерттейді. Белгілі бір
тұрақты қысымда жүретін процесстерді- изобаралы, ал тұрақты көлемді
жүретін процесстерді- изохоралы процесстер деп айтады.
Жүйенің ішкі энегиясы (U) - молекуланың, атом ядросының,
электрондарының қозғалысының толық энергиясынан, молекулалық әрекеттесу
энергиясынан және т.б. энергиялардан тұрады.
Термодинамиканың бірінші заңы- энергия сақталу заңының жеке көрінісі
болып есептеледі және оған мынадай анықтама беруге болады.
ӘР ТҮРЛІ ЭНЕРГИЯ БІР-БІРІНЕ ТЕК ҚАНА ЭКВИВАЛЕНТТІ МӨЛШЕРДЕ ЖӘНЕ
ӘРҚАШАН БІРДЕЙ ҚАТЫНАСТА АУЫСАДЫ.
Мысалы: берілген жүйе жылу сіңіру нәтижесінде І жағдайдан 2 жағдайға
ауысады делік. Сіңірілген жылу жүйенің ішкі энергиясының өзгеруіне және
сыртқы күштерге қарсы жұмыс (А) атқару үшін жұмсалады. Q= ΔU + A.
Келтірілген теңдеу термодинамиканың бірінші заңының математикалық
өрнегі немесе термодинамикаға қолданылған энергия сақтау заңының
көрінісі.
Изобаралы-изотермиялық процесс үшін жұмсалатын жылу мөлшері жүйенің
энтальпиясын өзгертуге, ал изохоралы-изотермиялық реакциялар жүрген кезде-
жүйенің ішкі энергиясының өзгеруіне ΔU жұмсалады: Qp= ΔH, Qv= ΔU.
Химиялық реакциялар жылу шығару не жылу сіңіру арқылы жүреді. Жылу
шығара жүретін реакцияларды,экзотермиялық жылу сіңіре жүретін
реакцияларды эндотнрмиялықдеп атайды.
Химиялық реакцияларға қатысатын және түзілетін заттармен бірге
реакцияның жылу эффектісі көрсетілген теңдеулерді термохимиялық теңдеулер
дейді.
Реакциялардың жылу эффектілерін сан жағынан зерттейтін химияның бір
бөлімін термохимия деп атайды.
2. Термохимияның негізгі заңын 1840 жылы орыс ғалымы Г.И.Гесс ашты, Гесс
заңы былай айтылады: РЕАКЦИЯНЫҢ ЖЫЛУ ЭФФЕКТІСІ - РЕАКЦИЯНЫҢ ҚАНДАЙ ЖОЛМЕН
ЖҮРУІНЕ БАЙЛАНЫСТЫ ЕМЕС, ТЕК РЕАКЦИЯҒА ҚАТЫСАТЫН БАСТАПҚЫ ЗАТТАРДЫҢ ЖӘНЕ
РЕАКЦИЯ НӘТИЖЕСІНДЕ ТҮЗІЛЕТІН ЗАТТАРДЫҢ ТҮРІНЕ ЖӘНЕ КҮЙІНЕ ҒАНА
БАЙЛАНЫСТЫ.
Мысалы: Сграфит + О2 (г) = СО2(г) ΔН1 1-әдіс
Сграфит +1/2 О2(г) = СО(г) +1/2 О2(г) = СО2(г) 2-әдіс
ΔН2 ΔН3
Екі әдісте де графит және газ күйіндегі оттегі қосылады, нәтижесінде
көміртегі (СО2) оксиді түзіледі, сондықтан:
ΔН1 = ΔН2 + ΔН3
Г.И.Гесс заңынан біршене салдар шығады:
1.ТУРА РЕАКЦИЯНЫҢ ЖЫЛУ ЭФФЕКТІСІ КЕРІ ТАҢБАМЕН АЛЫНҒАН КЕРІ РЕАКЦИЯНЫҢ
ЖЫЛУ ЭФФЕКТІСІНЕ ТЕҢ.
2.РЕАКЦИЯНЫҢ ЖЫЛУ ЭФФЕКТІСІ ОНЫҢ НӘТИЖЕСІНДЕ ТҮЗІЛГЕН ЗАТТАРДЫҢ ТҮЗІЛУ
ЖЫЛУЛАРЫНЫҢ (энтальпияларының) ҚОСЫНДЫСЫНАН РЕАКЦИЯҒА ҚАТЫСАТЫН ЗАТТАРДЫҢ
ТҮЗІЛУ ЖЫЛУЛАРЫНЫҢ ҚОСЫНДЫСЫН АЛЫП ТАСТАҒАНҒА ТЕҢ:
ΔНх.р. = ΣΔН0түз. + ΣΔН0түск.
3. Жай заттардан химиялық қосылыстың 1 моль түзілгенде бөлінетін немесе
сіңіретін жылудың мөлшерін сол заттың түзілу энтальпиясы дейді.
Термохимиялық есептеулерге қолайлы болу үшін, барлық химиялық
қосылыстардың түзілу энтальпияларын бірдей жағдайға келтіреді.
Температура 2980К, қысым 1 атм жағдайда тұрақты болатын химиялық
қосылыстардың түзілу энтальпияларын олардың стандартты түзілу энтальпиясы
деп аталады және оларды ΔН0298 таңбасымен белгілейді. Стандартты жағдайда
тұрақты болатын жай заттардың түзілу энтальпиялары (мысалы: О2 (газ), N2
(газ), Br2(сұйық) т.б.) нольге тең деп қабылданған.
4. Реакция бағытын болжау үшін энтальпиямен қатар энтропия (S) деген
ұғым енгізілген.
Молекулалар, атомдар мен иондар әдетте тәртіпсіз қозғалыста
болғандықтан жүйе реттік жағдайдан ретсіз жағдайға көшуге бейім болады.
Ретсіздіктің сандық мөлшері энтропиямен өлшенеді.
Энтальпия мен ішкі энергия сияқты энтропияның да абсолют мәнін
өлшемейді, тек өзгерісін анықтайды (ΔS).
Жүйе ретсіз жағдайдан реттік жағдайға өткенде энтропиясы кішірейді
(ΔS<0), ал керісінше, ретсіздік жағдайда өткенде энтропия өседі (ΔS>0).
Зат сұйық күйден бу күйге өткенде, кристалды зат ерігенде энтропия
өседі. Керісінше, конденсациялану және кристалдану процестерінің
нәтижесінде энтропия кемиді. Заттың энтропиясының сандық шамасын 250С
(2980К) және қысым 1 атм есептейді. Бұл жағдайларда энтропия Дж/моль
немесе кал/моль*град өлшенеді де ол энтропияның бірлігі (э.б.) деп
аталады да S0298 деп белгіленеді стандартты энтропия. Кез келген химиялық
процестің энтропиясының өзгеруін Гесс заңы бойынша мына теңдеумен
есептейді:
ΔSх.р. = ΣS0түз. + ΣS0түск.
5. Химиялық процестерде бір уақытта екі тенденция қатар жүреді:
бөлектердің өзара бірігіп, іріленуге ұмтылуы энтальпияны кемітеді, ал
бөлшектердің ыдырауы энтропияны өсіреді. Бұл екі қарама-қарсы жүретін
тенденциялардың қосындысының эффектісі Т мен Р жағдайда жүретін
процестерде изобаралық-изотермиялық потенциалдардың G өзгеруін көрсетеді.
ΔG = ΔH + TΔS
Изобаралы потенциалдардың өзгеру сипаты бойынша процестердің іс-
жүзінде жүретін-жүрмейтіндігін анықтауға болады. Егер теңсіздік ΔG<0
орындалса, процесс жүреді, яғни реакция нәтижесінде G кемитін болса,
процесс жүруі мүмкін және ол басталса, өздігінен жүреді.
Егер ΔG>0 болса, берілген жағдайда процесс жүрмейді. ΔG =0 болса,
жүйе тепе-теңдік жағдайда болған. Процесс өздігінен жүру үшін ΔG = ΔH +
TΔS теңдеуінде ΔH<0 және ΔS>0 болулары керек, яғни энтальпияның кемуі,
энтропияның өсуі керек.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Термодинамиканың 1-ші заңын, термохимия түсінігін, Гесс заңын,
термодинамиканың 2-ші заңын, энтальпия, энтропия, Гиббс энергиясын білу
керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
1.Термохимия нені зерттейді?
2.Экзотермиялық және эндотермиялық деп қандай реакцияларды айтады?
3.Гесс заңын және оның салдарын айтып беріңіз.
4.Ішкі энергия деген не?
5.Энтальпия деген не және оның физикалық мәні қандай?
6.Термодинамиканың бірінші заңын айтып беріңіз.
7.Энтропия деген не? Стандартты энтропия деген не? Энтропиялық бірлік деген
не?
8.Изобаралы-изотермиялық потенциал деп немесе Гиббс энергиясы деп қандай
шаманы айтады? ∆G қандай бірлікпен өлшенеді?
9.Жүйенің энтропиялық және энтальпиялық факторлары деген не?
10.ΔН пен ΔS байланысы қандай теңдеумен өрнектеледі?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу
керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 294--330 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 104-121 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 20-24 беттер.
3.2 Химиялық кинетика; 3.3 Химиялық тепе-теңдік
Химиялық реакциялар жылдамдығы және механизмі. Әрекеттесуші массалар
заңы. Температура әсері
Гетерогенді және гомогенді жүйелердегі химиялық тепе-теңдік.
Ле-Шателье принципі
Химиялық реакциялар жылдамдығы және механизмі. Әрекеттесуші массалар
заңы. Температура әсері
Химияда жүйе деп ойша кеңістіктен бөлініп алынған, затпен не өзара
бір-бірімен әрекеттесетін заттармен толтырылған , бөлігін айтады.
Гомогенді не гетерогенді жүйе болады. Гетерогенді жүйе екі не бірнеше
бөлімнен тұрады, ол бөлімдердің физикалық және химиялық қасиеттерінің
айырмашылығы болады , беттері ғана жанасады, бір – бірімен араласпайды (
мұз , су). Гетерогенді жүйенің басқа бөлімдерімен араласпай тұрған
біртекті бөлімі фаза деп аталады. Сонда, гомогенді жүйе бір фазалы,
гетерогенді жүйе екі не көп фазалы болады. Химиялық реакциялар
жылдамдығына көптеген факторлар әсер етеді, негізгілері – реагенттердің
концентрациясы және физикалық күйі, температура және катализаторлар
қатысуы. Химиялық реакциялар жылдамдығы әр түрлі болады. Кейбіреулері өте
тез өтеді, кей реакциялар айлар, жылдар, ғасырларды керек етеді (
геохимиялық реакциялар). Химиялық реакциялардың жылдамдығы да уақытпен
өлшенеді. Химиялық реакциялар кезінде реакцияға түсетін заттардың
концентрациялары өзгереді. Гомогенді ( гетерогенді) реакциялар жылдамдығы
- процесс кезінде реакцияға түсетін не түзілетін заттардың белгілі (
кесімді) уақыт ішінде ( секунд, сағат, жыл) көлем бірлігіндегі ( қатты
заттың бет бірлігіндегі не масса не көлем бірлігіндегі ) мөлшері
( концентрацияларының
өзгерісі): ( = (n / V(t , ( = (n / S(t , n –зат мөлшері,
( = с2 – с1 / (2 - (1 = ( (с / ((. Жылдамдықты алғашқы заттардың
концентрациясының азайуымен есептесе, онда минус мәні қойылады. Химиялық
реакциялардың жылдамдығына температура, реакцияға түсетін заттардың
концентрациясы және катализатор әсерін зеттейтін ғылым – деп аталады.
Реакциялардың кинетикасын зерттеудің теориялық , практикалық маңызы зор.
Теориялық мәні – заттың құрылысы мен химиялық байланысы энергетикалық
сипаттамаларының сол заттың реакцияласу қабілетіне тигізетін әсерін
ашады, сонымен бірге химиялық әрекеттесулердің механизмі мұқият зерттеліп
, оған жоғарыда аталған жағдайлардың әсері анықталады. Практикалық мәні -
адам қажеті үшін іске асырылатын химиялық реакциялардың жылдамдығы
меңгеріліп отырады.
Температура әсері. Заттар әрекеттесу үшін олардың молекулалары
кездесіп, түйісуі керек. Температураны көтергенде молекулалардың қозғалыс
жылдамдығы артады, олардың кездесуі де артады. Тәжірибе жүзінде
температураны 10( өсіргенде реакцияның жылдамдығы 2 – 4 есе артатындығы
анықталған (Вант-Гофф ережесінің дұрыстығы дәлелденген): (Т2 = (Т1 (Т2 –
Т1 /10 , ( - температуралық коэффициент, көптеген
реакциялар үшін 2 – 4 арасында болады. Мысалы, (=2,8 болса, температураны
20 – дан 75(С көтерсе, реакция жылдамдығы неше есе артатынын есептеу
керек. Шешуі: Т2 – Т1 = 55(С, сонда (2 /(1 = 2,855/10 = 2,85,5 , lg(2 /(1
= 5,5lg2,8 = 5,5(0.447 = 2,458, одан (2 / (1 = 287, яғни реакция
жылдамдығы 287 есе артады. Реакция молекулалар түйіскен сайын жүрмейді ,
тек актив молекулалар ғана ,яғни энергия қоры көп болатын молекулалар ,
әрекеттеседі. Заттардағы актив молекулалар саны сол заттың қасиетіне
байланысты, температураны көтергенде жалпы молекулалардың кинетикалық
энергиясы өседі, сонда актив молекулалар саны да артады, молекулалардың
түйісуі де көбейеді, сондықтан реакция жылдамдығы да артады. Реакцияға
түсетін заттардың бір моліндегі молекулалардың барлығын актив молекулаға
айналдыру үшін жұмсалатын энергияны активтендіру энергиясы деп атайды ,
оны кДж/моль бірлігімен көрсетеді. Бұл энергия көп болған сайын , ондай
энергиясы бар актив молекулалар аз болады, сондықтан реакция баяу жүреді.
Реакция жылдамдығы константасының активтендіру энергиясына ( Е а )
байланыстылығын Аррениус теңдеуі арқылы көрсетуге болады: k
= Z P e(E a / RT , Z – көлем бірлігінде бір секундта соқтығысатын
молекулалар саны . Активтену энергиясы теңдеуде дәреже көрсеткішінде
тұрғандықтан, оның азғана ғана азаюы реакция жылдамдығын бірсыпыра
жоғарылатады. Мысалы, катализатор қатысынсыз жүрген реакцияның активтену
энергиясы 75,24 кДж / моль болса, катализатор қатысында – 50,14 кДж /
моль болған. Реакция 25(С температурада ктатализатор қатысында жүргенде
жылдамдығы неше есе артады? Шешуі: катализатор қатысынсыз активтену
энергиясы Е а , катализатор қатысында - Е( а деп белгіленсе, сәйкесінше
реакция жылдамдығының константалары k және k ( . Аррениус теңдеуін
пайдаланып k ( /k = e( E a( /RT / e( Ea / RT = e ( Ea ( E( a) /RT
жазсақ, одан lg k( / k = Ea - E( a / 2.30 RT, бұл теңдеудегі энергияны
джоульмен алып, Т = 298 К десе,
lg k( / k = ( 75,24 – 50,14)(103 /
2,30 (8,314 (298 = 4,40 , сонда k ( /k = 2.5 (104 болады. Сонымен,
активтену энергиясын 25,1 кДж азайтса, реакция жылдамдығы 25 мың есе
көбейеді.
Концентрацияның әсері. Химиялық реакциялар тез жүруі үшін түйісетін
молекулалар саны көп болуы керек, яғни концентрацияны өсіру керек.
Реакцияның жылдамдығына әрекеттесуші заттардың концентрацияларының әсерін
зерттеген Норвегияның екі ғалымы Гульдберг және Вааге 1867 жылы мынадай
қорытындыға келген: химиялық реакцияның жылдамдығы реакцияласушы
заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал -
әрекеттесуші массалар заңы. Егер химиялық реакциялар жалпы түрде былай
жүрсе: а А + b В = сС + d D , молярлы
концентрация С деп белгіленсе, ( = k CAa (CB b , мұндағы k –
пропорционалдық коэффициент, реакция жылдамдығының константасы деп
аталады. Егер реакцияға қатты зат қатысатын болса, олар бар массасымен
емес, тек сыртқы бетімен ғана реакцияласады, сондықтан реакцияның
жылдамдығын анықтағанда оның концентрациясы есепке алынбайды; газ және
еріген заттардың концентрациясы ғана есептеледі. Мысалы, С + СО2 = 2 СО
, ( = k C СО2 және Ғе2 О3 + 3Н2 = 2Ғе + 3Н2 О , ( = k C Н2 .
Егер реакцияға түсетін заттардың концентрациясы бірге тең болса, онда ( =
k, яғни жылдамдық константасының физикалық мәні – реакцияға түсетін
заттардың концентрациясы бірге тең болғандағы реакция жылдамдығы. k -
әрекеттесетін заттардың концентрациясына тәуелді емес, тек оның
табиғатына және температураға тәуелді. Газ тәріздес заттар әрекеттескенде
қысым қанша рет өссе не азайса, концентрация да сонша рет өседі не
кемиді, олай болса, реакция жылдамдығы қысымға тәуелді.
Катализатордың әсері. Катализатор деп – реакцияның жылдамдығын
өзгертіп, бірақ реакция нәтижесінде өздері химиялық өзгермей қалатын
заттар.
Катализаторлар реакция жылдамдығын миллион есеге дейін өсіре алады. Әрбір
реакцияға өзіне тән катализаторлары да болады, олар басқа реакцияларға
әсер етпеулері де мүмкін. Мысалы, катализатор ретінде АІ2 О3 алынса,
этил спиртінен этилен алынады, ал фосфор қышқылы катализатор болса –
диэтил эфирі алынады.
Катализатор ролі – актив молекулалар саны артады және активтендіру
энергиясы кемиді, яғни реакцияға түсетін заттардың молекулаларының
байланысын әлсіретеді. Катализаторлар қатты, сұйық, газ күйінде де
болады. Реакция жылдамдығын баяулататын қасиеті бар заттар да болады,
оларды кері катализатор-ингибитор деп атайды. Катализатор әсерінен
жылдамдығы өзгеретін процестерді каталитикалық процесс – катализ деп
атайды. Гомогенді және гетерогенді катализ болады. Катализатор да,
реакцияласушы заттар да бір фазада болса, гомогенді катализ; катализатор
мен реакцияласушы заттар әртүрлі фазада болса, гетерогенді катализ
болады.
Гомогенді катализдегі катализатордың әсері аралық қосылыстар түзілуі
арқылы (активті комплекс, тұрақсыз қосылыс, ол реакцияласатын
молекулалардың активтену энергиясын төмендетеді , яғни молекулалар
байланысын әлсіретеді) түсіндіріледі.
Гетерогенді катализде катализатордың әсері адсорбция арқылы, яғни
реакцияласушы заттардың молекулаларын катализатор өз бетіне жинап сіңіруі
арқылы түсіндіріледі. Адсорбция әсерінен катализатордың бетінде
реакцияласушы заттар молекулаларының концентрациясы өседі, сондықтан
молекулалардың өзара соқтығысуы артады, сонда реакция жылдамдығы
жоғарылайды.
Катализатор қатысымен жүретін процестер жаратылыста да, өнеркәсіпте
де өте көп. Тірі организмде болатын көптеген процестер ферменттер (
органикалық катализаторлар) қатысында жүреді.
Гетерогенді және гомогенді жүйелердегі химиялық тепе-теңдік. Ле
Шателье принципі .
Көптеген реакциялар бір бағытта жүреді. Мысалы, 2КСІО3 ( 2 КСІ +
3 О2 ,
2Na + 2 H2 O ( 2 NaOH + H2 , оларды қайтымсыз реакциялар деп атайды.
Бірдей жағдайда қарама – қарсы екі бағытта жүретін реакцияларды қайтымды
деп атайды. N2 + 3 H2 ( 2 NH3, Fe3 O4 + 4H2 ( 3 Fe + 4 H2 O.
Солдан оңға қарай жазылған реакцияны тура , оңнан солға жазылған
реакцияны кері реакция деп атайды. Қайтымсыз реакция деп атау тек шартты
түрде ғана. Химиялық реакция жүрген кезде алғашқы заттардың
концентрациялары азаяды , олай болса, әрекеттесуші массалар заңы бойынша
реакция жылдамдығы да азаяды. Егер реакция қайтымды болса, белгілі бір
уақыт өткен соң кері реакцияның жылдамдығы арта бастайды , себебі реакция
нәтижесінде пайда болған заттар концентрациялары артады. Тура және кері
реакциялар жылдамдықтары теңескенде химиялық тепе- теңдік орнайды, енді
реакцияға қатысатын заттардың концентрациялары ары қарай өзгермейді. Егер
жалпы теңдеуді былай жазса а А + b В ( с С + d D , онда тура реакция
жылдамдығы (( = k( (A(a ( (B(b ; ( ( = k ( (C(c ( (D(d тепе –
теңдік кезінде (( = ( ( , олай болса, k( (A(a ( (B(b = k ( (C(c
( (D(d сонда, k( / k ( = К т – реакцияның тепе-теңдік константасы
болады. Тепе-теңдік константасына кіретін концентрацияларды тепе-теңдік
концентрациялары деп атайды. Сонымен, тепе-теңдік константасы сол
температурада тұрақты шама , реакция нәтижесінде түзілген заттардың тепе-
теңдік концентрациялары көбейтіндісінің реакцияға түскен заттардың тепе-
теңдік концентрациялары көбейтіндісіне қатынасын көрсетеді: К т =
(C(c ( (D(d / (A(a ( (B(b Тепе-теңдік константасы - реакцияның
маңызды сипаттамасы, оның мәні көп болған сайын , реакция «тереңірек»
жүреді, яғни реакция нәтижесінде түзілген заттардың шығымы жоғары болады.
Гетерогенді реакциялар үшін тепе-теңдік константасы мәніне де қатты
заттардың концентрациясы кірмейді, реакциялар жылдамдығы мәніне кірмеген
сияқты.
Химиялық тепе-теңдік кезінде реакциялар тоқтамайды, тек қарама-қарсы
реакциялардың жылдамдықтары теңеседі, уақыт бірлігінде түзілген заттар
молекулаларының саны реакцияға түскен заттар молекулалары санына тең
болады. Олай болса, химиялық тепе-теңдік динамикалық, жылжымалы болады.
Химиялық тепе-теңдік кезінде жүйеде Гиббс энергиясы өзгермейді, (G = 0,
(H = T (S , (G( = ( RT ln K , (G(298 (кДж) = ( 5,71 lg K298 не
(G(298 (кДж) = ( 19,1 Т lg K - тепе-теңдік константасы
мен Гиббс энергиясы арасындағы қатынас. Тепе-теңдік константасы
реакцияласатын заттар табиғатына және температураға тәуелді , ал
концентрацияларына тәуелді емес. Эндотермиялық реакциялар үшін
температураны көтерсе, тепе-теңдік константасы жоғарылайды, ал
экзотермиялық реакцияларда – азаяды. Тепе-теңдік константасы (егер қысым
онша жоғары болмаса) қысымға тәуелді емес. Тепе-теңдік константасының
энтальпиялық және энтропиялық факторларға тәуелділігі оған реагенттер
табиғаты әсер ететіндігін көрсетеді. Сонымен бірге, тепе-теңдік
костантасы мәніне катализатор қатысы да әсер етпейді, ол тура және кері
реакциялардың активтену энергияларын бірдей өзгертетіндіктен олардың
жылдамдықтарын да бірдей өзгертеді. Катализатор тек жүйенің тепе-теңдік
жағдайына келуін тездетеді, бірақ реакция нәтижесінде түзілетін заттардың
шығымына әсер етпейді.
Әлсіз электролиттердің ( электролиттік диссоциация) диссоциация
константасы, комплекс иондардың тұрақсыздық константасы, судың иондық
көбейтіндісі, ерігіштік көбейтіндісі – бұл шамалар қайтымды процестерді
сипаттайтындықтан тепе-теңдік константалары болады.
Ле Шателье принципі. Жағдайды өзгертпесе тепе-теңдікке келген
жүйенің күйі сақталады. Сыртқы жағдайдың ( реагенттер
концентрацияларының, қысымның , температураның )өзгеруінің тепе-теңдікке
әсерін Ле Шателье принципін (жылжымалы тепе-теңдік принципін) қолдану
арқылы анықтауға болады: Химиялық тепе-теңдік күйге келіп тұрған жүйенің
жағдайының біреуін өзгерту, тепе-теңдікті сол өзгертуге қарсы әрекет
туғызатын реакция бағытына қарай ығыстырады:
Температура әсері. Температура көтерілгенде тепе-теңдік
эндотермиялық реакция бағытына қарай, ал температура төмендегенде
экзотермиялық реакция бағытына қарай ығысады(Вант-Гофф заңы - Ле Шателье
принципінің жеке бір түрі 2СО + О2 ( 2СО2, (Н ( 0 ;
N2 O4 ( 2 NO2 , (H ( 0 .
Қысымның әсері. Тепе-теңдікте тұрған жүйенің сыртқы қысымын
көбейткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны азаятын
реакцияның бағытына қарай , яғни жүйенің ішкі қысымы кемитін жаққа қарай
ығысады. Керісінше, сыртқы қысымды кеміткенде тепе-теңдік жүйедегі
молекулалардың жалпы саны көбейетін бағытына қарай , яғни ішкі қысымның
өсуі жағына қарай ығысады. Мысалы, N2 + 3 H2 ( 2 NH3 тепе-теңдіктің
сол жағында 4 молекула, оң жағында 2 молекула , сонда сыртқы қысым
арттқанда тепе-теңдік оң жаққа , аммиак түзілетін жаққа ығысады.
Тепе-теңдіктің екі жағындағы молекулалар саны бірдей болса, N2 +
O2 ( 2NO , онда қысымды өзгерту тепе-теңдікке әсер етпейді.
Концентрацияның әсері. Реакцияға түсетін заттардың концентрацияларын
арттырса, тепе-теңдік сол концентрациялардың азаятын жағына, яғни реакция
өнімі түзілетін жаққа ығысады (тура реакция жүреді). Керісінше, азайтса,
реакция нәтижесінде түзілген өнімнің айрылуы жүреді, кері реакция жүреді.
Реакция нәтижесінде түзілген заттар айрылмас үшін оларды ( не
біреуін)реакциядан шығарса, тепе-теңдік сол шығарылған заттың орнын
толтыратын жаққа қарай ығысады, яғни реакция аяғына дейін жүреді. Мысал
1: 2СО2 ( 2СО + О2 реакциясы үшін 2000(С температурада тепе-теңдіктегі
қоспадағы заттардың көлемдік үлестері, % : 85,2 СО2 ; 9,9 СО және 4,9 О2
болса, жүйенің жалпы қысымы 1,013(105 Па болса, а. реакцияласатын
заттардың парциалды қысымдары арқылы көрсетілген (Кр ) ; б. молярлы
концентрациялары арқылы көрсетілген ( Кс) тепе-теңдік константалары
нешеге тең? Шешуі: газдың парциалды қысымы жалпы қысымды қоспадағы газдың
көлемдік үлесіне көбейткенге тең: а) р( СО2) = 1,013(105 (0,852 =
0,863(105 Па; б) р( СО) = 1,013(105 (0,099
= 0,1(105 Па; в) р( О2) = 1,013(105 (0,049 = 0,050(105 Па;
Кр = р (СО)2 ( р (О2) / р(СО2)2 = 67,1 Па; Кс = Кр / RT = 67,1/
8,31(2273 = 3,6(10(3 моль/л. Кр мен Кс арасындағы
байланыс идеал газдар үшін Менделеев – Клапейрон теңдеуі арқылы
көрсетіледі: Кр = Кс (RT)(n мұндағы (n – реакция нәтижесінде түзілген
газ тәріздес заттардың моль саны мен реакцияға түскен газ тәріздес
заттардың моль сандарының айырымы, осы реакция үшін ол (n = 3 – 2 = 1
болады. Мысал 2: Газ тәріздес мына заттар А + 2 В = C әрекеттескенде ,
тепе-теңдік ол заттардың концентрациялары сәйкесінше мына сандарға тең
болғанда 0,06 моль/л, 0,12 моль/л, 0,216
моль/л орнаған болса, реакцияның тепе-теңдік константасын және А мен В
заттарының алғашқы концентрацияларын табу керек. Шешуі: К = ( С( / (А((
(В(2 ; К = 0,216 / 0,06((0,12)2 = 2,5.
1 моль А және 2 моль В заттарынан 1 моль С заты түзіледі. Есеп шарты
бойынша жүйенің әр литрінде 0,216 моль С заты түзіледі, сонда 0,216 моль
А және 0,216(2 = 0,432 моль В заты түзіледі. Олай болса,
алғашқы концентрациялар (А(0 =
0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л; (В(0 = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л. Мысал
3: Егер НІ қышқылының белгілі бір температурада диссоциация константасы
6,25(10(2 болса, осы температурада қышқылдың қанша пайызы диссоциацияға
түседі? Шешуі: 2НІ ( Н2 + І2 қышқылдың диссоциациялану реакциясы.
Егер қышқылдың алғашқы концентрациясын С,моль/л деп белгілеп тепе-теңдік
орнаған кезде қышқылдың әр С мольдерінен х моль диссоциациаланса, онда
теңдеуден көрініп тұрғандай 0,5 х моль Н2 және 0,5х моль І2 түзіледі.
Олай болса, тепе-теңдік концентрациялар: ( НІ( = (С-
х) моль/л ; ( Н2( = ( I2( = 0,5 x моль/л. Тепе-теңдік константасы К
= ( Н2( ( ( I2( / ( НІ(2 ; 6,25 = 0,5х (0,5х / ( С - х)2 , одан х =
0,333 С . Олай болса, тепе-теңдік орнағанда иодты сутектің алғашқы
мөлшерінің 33,3% ыдыраған. Сонымен,
Сыртқы жағдай (температура, қысым, концентрация) өзгермесе, химиялық
тепе-теңдік ұзақ уақыт сақталады. Сыртқы жағдайлардың өзгеруі тура
реакция мен кері реакцияның жылдамдығына түрліше әсер ететіндіктен, тепе-
теңдік реакция тура реакцияның немесе кері реакцияның бағытына қарай
ығысады. Сыртқы жағдайдың өзгеруіне байланысты химиялық тепе-теңдік
белгісі бір бағытқа ығысуын Ле-Шателье принципі анықтайды.
ТЕПЕ-ТЕҢДІК КҮЙДЕ ТҰРҒАН ЖҮЙЕНІҢ СЫРТҚЫ ЖАҒДАЙЛАРЫНЫҢ БІРІ ӨЗГЕРСЕ
ТЕПЕ-ТЕҢДІК СОЛ ӨЗГЕРІСКЕ ҚАРСЫ ӘСЕР ЕТЕТІН ПРОЦЕСТІҢ БАҒЫТЫНА ҚАРАЙ
ЫҒЫСАДЫ.
N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3 (г) + Q
Тура реакция жылу бөліп шығара жүретін (экзотермиялық), ал кері реакция
жылу сіңіре жүретін (эндотермиялық) екені көрсетілген. Сондықтан
температураны жоғарылатса, Ле-Шателье принципі бойынша, химиялық тепе-
теңдік бұл өзгеріске қарсы әсер ететін бағытта, яғни температураны
төмендететін эндотермиялық реакцияның бағытына қарай ығысады. Егер
жүйенің температурасын төмендетсе, онда химиялық тепе-теңдік оны
төмендететін, яғни жылу шығара жүретін NH3-тің түзілу бағытына қарай
ығысады.
Ле-Шателье принципі бойынша, жүйенің қысымын жоғарылатса, химиялық
тепе-теңдік осы қысымды азайтатын, яғни газдардың көлемдері немесе моль
сандары аз заттар түзілетін реакцияның бағытына қарай ығысады, яғни NH3
түзілу бағытына қарай ығысады.
Ле-Шателье принципі бойынша бір заттың концентрациясының кебеюі
химиялық тепе-теңдікті сол заттың концентрациясын азайтатын реакцияның
бағытына қарай ығысады.
Ле-Шателье принципіне сәйкес аммиакты алу реакцияны тура бағытта,
яғни қайтымсыз етіп жүргізу үшін, оны жоғары қысымда, төмен температурада
және N2 мен H2 жеткілікті мөлшерде, ал NH3-ті бөліп алу арқылы азайта
отырып, жүргізу керек.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Гомогенді, гетерогенді жүйелер деген ұғымдарды, реакцияның
жылдамдығы, оған әсер ететін факторлар, әсер етуші массалар заңын, химиялқ
тепе-теңдік, Ле Шателье принципі туралы ұғымдарды білу керек.
Өзін - өзі тексеру сұрақтары:
1.Қандай реакцияларды гомогенді, гетерогенді деп атайды?
2.Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз не?
3.Гомогенді, гетерогенді реакциялардың жылдамдығы қандай факторларға
байланысты?
4.Массалар әсерлесу заңын оқыңдар. Жылдамдық қонстантасының мәнін
анықтаңдар.
5.Химиялық реакциялардың жылдамдығы температураға байланысты неге және
қалай өзгереді?
6.Активтену энергиясы деген не?
7.Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не? Тепе-теңдіктің ығысуына қандай
факторлар әсер етеді? Мысал келтіріңдер.
8.Ле-Шателье принципінің маңызы.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 330--360 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 121-138 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 24-34 беттер.
Модуль 4. Ерітінділер
4.1 Ерітінділер, концентрациялары;
4.2 Электролиттер, диссоциация;
4.3 Тұздар гидролизі;
4.4 Бейэлектролиттердің сұйытылған ерітінділері
Дәрістер №9-11. Ерітінділер
4.1 Ерітінділер. Ерітінділер концентрациясы . Заттар
ерігіштігі.
4.2 Күшті және әлсіз электролиттер диссоциация. Сутектік
көрсеткіш
4.3 Тұздар гидролизі;
4.4 Бейэлектролиттердің сұйытылған ерітінділері
Ерітінділер. Ерітінділер концентрациясы. Заттар
ерігіштігі
Ерітінді - екі не одан көп компонентерден ( құрамына кіретін заттар)
тұратын гомогенді жүйе. Ерітінділер сұйық , қатты, газ тәріздес болады.
Ең маңызды ерітінділер –сұйық ерітінділер, олар газ, сұйық, қатты
заттардың сұйықтағы ерітіндісі. Адам, жануарлар, өсімдіктер ерітіндісіз
өмір сүре алмайды (ас қорыту – көректік заттар ерітіндіге айналады; қан,
лимфа – ерітінді). Химиялық процестермен байланысты өндіріс салаларының
барлығы ерітіндіні пайдаланады. Ерітінді еріген зат пен еріткіштен тұрады
. Еріткіш еріген заттан көп болады. Көбінесе еріткіш ретінде су алынады.
Ерітінділердегі бөлшектердің мөлшеріне қарай ерітінділер жүзгін (
суспензия, эмульсия) , бөлшек мөлшері (радиустары) – 10(5 - 10(3 см;
коллоидты ерітінділер –10(7 - 10(5 см; шын (нағыз), молекулалық
ерітінділер –10(8 - 10(7 см аралығында болады. Нағыз ерітінділерде
таралып жүрген зат жеке молекулаларға не жеке иондарға дейін ұсақталады.
Олар өте тұрақты, ұзақ уақыт дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаға
ыдырамайды. Біз нағыз сулы ерітінделерді қарастырамыз. Ерітінділердің
қасиеттері ерітіндіні құрайтын компоненттердің концентрациясына тәуелді
болады.
Концентрация – еріген заттың ерітіндідегі мөлшерін көрсетеді. Егер
ерітіндінің концентрациясын сандық мөлшермен көрсетпесе, оларды
қанықпаған , қаныққан, аса қанық , сұйық , қою, концентрленген деп
бөледі.
Қанықпаған ерітінді – еріген заттың жаңа мөлшерін әлі еріте алатын
ерітінді.
Қанық ерітінді – белгілі бір температурада затты одан әрі еріте
алмайтын ерітінді.
Аса қанық ерітінді – сол температурадағы ерігіштігіне сәйкес еруге
тиісті мөлшерден артық затты еріген күйде ұстай алатын ерітінді. Аса
қанық ерітінді тұрақсыз, еріген заттың аз мөлшерін ғана ерітіндіге салса,
артық еріген зат тез кристалданады.
Сұйық ерітінді – еріген зат аз ерітінді.
Қою ерітінді – еріген зат көп ерітінді.
Концентрленген ерітінді - өте қою ерітінділер.
Ерітіндідегі еріген заттың мөлшерін өлшемсіз бірлікпен – үлес не
пайызбен, не өлшемді шамамен – концентрациялармен көрсетеді:
Массалық үлес ( С) – еріген заттың массасының ерітіндінің жалпы
массасына қатынасы;
Мольдік үлес ( Ni ) – еріген заттың (не еріткіштің) мөлшерінің
ерітіндідегі барлық заттар мөлшерлерінің қосындысына қатынасы , егер n1
және n2 - еріткіш пен еріген зат мөлшері болса (тек
бір ғана зат еріген болса) , онда N2 = n2 /(n1 + n2) ; N1 = n1 / ( n1 +
n2 ) мұндағы N2 және N1 еріген зат пен еріткіштің мольдік үлесі.
Молярлы концентрация ( См) не молярлылық ( М) – еріген заттың
мөлшерінің ерітінді көлеміне қатынасы , моль/л
Моляльды концентрация не моляльдылық (m) – еріген заттың мөлшерінің
еріткіш массасына қатынасы , моль / кг ( Н2 О)
Эквиваленттің молярлы концентрациясы,Сн ( нормальность) – еріген
заттың эквивалентінің санының ерітінде көлеміне қатынасы, моль / л.
Мысалы, 250 г суда 50 г темір (ІІ) сульфатының кристаллогидратын FeSO4 (7
H2 O еріткен. Ерітіндідегі кристаллогидрат пен сусыз темір (ІІ)
сульфатының массалық үлесін есептеу керек. Шешуі: Алынған ерітіндінің
массасы 300 г.Кристаллогидраттың массалық үлесі 300 г
ерітінді ----------- 100%
50 г кристаллогидрат --- х% х = 16,7%.
50 г кристаллогидраттағы сусыз тұздың массасы 278 г/моль ----- 152 г
/моль
50 г ------------- х х = 27,4 г сусыз тұз массасы.
300 г ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесі сонда : С = 27,4 (100
/ 300 = 9,1%.
Мысал 2. 8% ( масс.) сусыз тұздың бір литр ерітіндісін дайындау үшін
қанша су және мыс(ІІ) купоросын алу қажеттігін есептеу керек , ерітінді
тығыздығы 1,084 г /л. Шешуі:1 литр ерітіндінің массасы 1,084 ( 1000 =
1084 г. Осы ерітіндіде 8% сусыз тұздың массасы 1084 ( 0,08 = 86,7 г.
CuSO4 (5 H2 O 86,7 г сусыз тұзы бар массасын пропорциядан анықтайды:
249,7 : 159,6 = х : 86,7; Одан, х = 135,6 г. Ерітінді дайындау үшін қажет
су массасы 1084 – 135,6 = 948,4 г. Мысал 3. 15% күкірт қышқылының
ерітіндісінің ( ( = 1,10 г / мл) моляльді, нормальдылығын , молярлылығын
табу керек. Шешеуі: 1000 г суға санағанда келетін күкірт қышқылының
моляльдығын анықтау үшін қажет қышқыл массасы 1000 : 85 = х : 15; х =
176,5 г. Күкірт қышылының мольдік массасы 98 г/ моль , сонда m = 176,5 /
98 = 1,80 моль / кг.
Молярлы және нормальды концентрациясын анықтау үшін 1000 мл ( яғни
1000 ( 1,1 = 1100г) ерітіндідегі қышқыл массасын табады: 1100 : 100 = у :
15; у = 165 г.
Күкірт қышқылының эквивалент массасы 49 г /моль, олай болса,Сн = 165/49
= 3,37 моль/л , См = 165 / 98 = 1,68 моль /л. ,
Мысал 4. 42 мл күкірт қышқылын бейтараптау үшін 14 мл 0,3 н. сілті қажет
болса, қышқыл ерітіндісінің молярлылығын анықтау керек. Шешуі : заттар
өзара эквивалентті мөлшерде әрекеттесетіндіктен , былай жазуға болады:
Сн ,қ ( Vқ = Сн ,с( Vс , мұндағы қышқыл мен сілті концентрациялары
мен көлемдері.
Олай болса, Сн ,қ ( 42 = 14 ( 0,3 ; Сн ,қ = 0,1 н. Қышқылдың
эквиваленті 0,5 моль , сонда молярлылығы 0,1 ( 0,5 = 0,05 моль/л болады.
Мысал 5. 100 мл 15% - ті ( массасы бойынша ) күкірт қышқылынын дайындау
үшін 96 % - ті ( массасы бойынша) ( ( = 1,84г/мл )
қышқылдың қанша көлемін және қанша масса су алу керек? Шешуі: 15% - ті
100 мл қышқылды дайындау үшін қажет массасы 100 мл ( 1,10 г / мл = 110 г.
16,5 г күкірт қышқылы бар 96 % -ті ерітінді көлемін табу керек, ол
үшін 1 мл ерітінді массаы 1,84 г болғандықтан ,онда 1,84 ( 0,96 = 1,77 г
H2SO4 болады. Олай болса, H2SO4 ерітіндісінің табу керек көлемі 16,5 /
1,77 = 9,32 мл.
Сонымен, 100 мл 15% -ті H2SO4 ерітіндісін дайындау 9,32 мл 96 %
-ті ерітінді және 110 – 16,5 = 93,5 г су
алады.
Мысал 6. 10% -ті сілті ерітіндісін дайындау үшін 200 мл 30% - ті (масса
бойынша) NaOH ерітіндісіне ( ( = 1,33 г / мл ) қанша су құю керек? Шешуі:
200 мл NaOH ерітіндісінің массасы 200 мл ( 1,33 г/мл = 266 г, сонда бұл
ерітіндіде 266 (0,3 = 79,8 г 30% - ті NaOH болады. Есеп шарты бойынша
бұл масса (79,8г) сұйытылған ерітіндінің жалпы массасының 10% - ін
құрайды. Сонда алынған ерітінді массасы (79,8/10) (100 = 798 г болады.
Олай болса, алғашқы ерітіндіге 798 – 266 = 532 г су қосу
керек.
Мысал 7. 500 мл 3 М тұз қышқылының ерітіндісін дайындау үшін 2М және 6М
ерітінділерінің қандай көлемдерін араластыру керек. Араластырған кезде
көлемдер өзгерісін есептемеу керек. Шешуі: 500 мл 3М тұз қышқылында
0,5(3 = 1,5 моль НСІ болады, 6М ерітінді көлемін х деп белгілесе, 2М
ерітінді көлемі, ( 0,5 – х ) л, сонда х л 6М ерітіндіде 6х моль НСІ
болады, ал (0,5 – х) л 2М ерітіндіде – 2(
0,5 - х) моль НСІ болады.
Ерітіндідегі НСІ – дың жалпы мөлшері 1,5 моль болатындықтан, былай
жазамыз: 6х + 2( 0,5 - х) = 1,5;
х = 0,125 л .
Олай болса, қажет ерітіндіні дайындау үшін 125 мл 6М және 375 мл 2М
НСІ ерітінділерін алып, араластырады.
Ерігіштік. Қаныққан ерітіндідегі еріген заттың шамасы – ерігіштік
деп аталады.Заттардың ерігіштігі еритін зат пен еріткіштің табиғатына,
температураға, ал газдар үшін қысымға да тәуелді болады. Қатты және сұйық
заттың ерігіштігін ерігіштік коэффициентімен (К) көрсетеді, яғни 100 г
еріткіште қанық ерітінді түзгенге дейін ери алатын заттың массасы.
Газдардың ерігіштігін абсорбция коэффициентімен сипатталады, ол -
еріткіштің бір көлемінде қанық ерітінді түзілгенге дейін еритін газдың
көлемі көрсетеді. Генри заңы бойынша тұрақты температурада сұйықтың
берілген көлемінде еріген газ массасы сол газдың парциал қысымына тура
пропорционал. Оның математикалық өрнегі : с = k ( P , мұндағы с – газдың
ерігіштігі, моль/л; Р – газдың парциал қысымы , атм; k – пропорционалдық
коэффициент, не Генри коэффициенті, моль/л(атм. Генри заңынан газдың
еритін көлемі (яғни абсорбция коэффициенті) сол (берілген) температурада
газдың парциал қысымына тәуелді емес екендігін көруге болады.
Газдар қоспасының еруі Дальтон заңына бағынады: қоспадағы әр газдың
ерігіштігі оның парциал қысымына тура пропорционал.
Қатты заттардың суда еруі көбінесе эндотермиялық процесс, себебі
көп жағдайда гидратация кезінде кристалдық торларды бұзуға жұмсалатын
энергиядан аз энергия бөлінеді. Осы екі шаманың қатынасы ерудің жалпы
жылу эффектісін ( ( Q) анықтайды. Егер Q мәні оң болса, қатты заттардың
ерігіштігі температураны көтергенде , азаяды, теріс болғанда - артады.
Ерігіштіктің температураға тәуелділігін график түрінде бейнелесе –
ерігіштік қисығы тұрғызылады , одан заттарды қайта кристалдап тазалағанда
алынған заттың шығымын не жоғалтылған мөлшерін анықтайды. Мысал 1. 500г
калий селитрасын қайта кристалдап тазалау үшін 600г суда қыздырып
еріткен. Алынған ерітіндіне 0(С температураға дейін суытқан. Сонда
алынған таза тұздың және тұздың жоғалған мөлшерінің массалық үлестерін
қанша болатынын есептеу керек. Шешуі: Ерігіштік қисығы графигінен бұл
тұздың 100 г суда 0(С температурада 17 г еритіндігін табады. Олай болса,
кристалданған соң ерітіндіде 17( 6 = 102 г тұз қалады.
Тазаланған тұз массасы ( шығымы) 500 – 102 = 398 г болады, ол
тазалауға алынған селитра массасының 398 ( 100/500 = 79,6% құрайды.
0(С температурада еру әсерінен тұздың жоғалған шамасы 102(
100/500= 20,4% . Мысал 2. 1 л суда 20(С температурада және 1,013(105
Па қысымда H2 S газының 2,91л көлемі ерісе, сонда оның қанық ерітіндідегі
массалық үлесі нешеге тең? Шешуі: қ.ж. күкіртті сутектің көлнмі
2,91(273/293 = 2,71л, ал осы көлемдегі массасы 34(2,71 /22,4 = 4,11г.
Алынған ерітіндінің массасы: m (H2 O) + m (H2 S) = 1000 + 4,11 =
1004,11г, сонда H2 S осы ерітіндідегі массалық үлесі 4,11(100/1004,11
=0,4%.
Мысал 3. 60(С температурада калий селитрасының қанық ерітіндісінде 52,4%
(масса бойынша) тұз болса, осы температурадағы тұздың ерігіштік
коэффициентін табу керек. Шешуі: Мына пропорция бойынша
47,6 г суға ------- 52,4 г KNO3 келеді
100 г суда ------- х , сонда х = 110г . Сонымен тұздың 60(С
температурада 100г судағы ерігіштігі 110г болады.
Мысал 4. 15% -ті 300 г ерітіндіні суытқанда еріген заттың бір бөлігі
тұнбаға түскен соң, ерітінді концентрациясы 8% болған. Заттың тұнбаға
түскен массасын анықтау керек. Шешуі: 300 г 15% -ті ерітіндіде 45 г
еріген зат және 255г еріткіш бар. Ерітіндіні суытқанда еріткіш мөлшері
өзгермейді. 255 г еріткіштегі еріген затты пропорция құрып анықтайды:
92 г еріткіште -------- 8 г еріген зат бар
255 г еріткіште -------- х г х = 22,2 г. Сонымен, ерітіндіні
суытқанда
45 – 22,2 = 22,8 г еріген зат тұнбаға түскен.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Ерітінділер туралы жалпы ұғымдарды, еріген зат, еріткіш, еру
процесі, қаныққан, қанықпаған ерітінділер, ерітінділер
концентрациясы(молярлы, процентті, нормальды, моляльды).
Өзін - өзі тексеру сұрақтары:
1. Ерітінділер дегеніміз не?
2. Концентрацияның өлшем бірліктері қандай?
3. Заттардың ерігіштігінің температураға тәуелділігі;
4. Сұйытылған, концентрлі, қаныққан, қанықпаған ерітінділердің
айырмашылықтары.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу
керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 400--428 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 138-170 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 34-40 және 45-55 беттер.
Күшті және әлсіз электролиттер, диссоциация. Сутектік көрсеткіш.
Электролиттер - негіздер, қышқылдар, тұздар, олардың балқымалары
мен ерітінділері электр тоғын өткізеді. Электролиттер молекулаларының
иондарға ыдырау процессін электролиттік диссоциация дейді. Оң зарадталған
иондар-катиондар, теріс зарядталған иондар-аниондар деп аталады.
Диссоциация қайтымды процесс: молекулалардың иондарға ыдырауы тура
реакция (диссоциация), ал иондардың қайтадан молекулаларға бірігуі кері
реакцияға (ассоциацияға) жатады.
Диссоциациялану дәрежесі. Электролиттік диссоцияция кері процесс
болғандықтан, ерітіндіде иондар мен молекулалар бірге болады. Сондықтан
электролиттер диссоциациялану дәрежесімен сипатталады (α).
Диссоциациялану дәрежесі - иондарға ыдыраған молекулалар санының (Ng)
жалпы ерітілген молекулалар санына (Nε) қатынасы α=Ng/Nε немесе
α=Ng/Nε∙100%. Диссоциациялану дәрежесінің сан мәніне қарай электролиттер
шартты түрде күшті (α>30%) әлсіз (α<3%) және орташа (α>3-30%) болып үш
топқа бөлінеді.
Диссоциациялану константасы. Әлсіз және орташа электролиттер
молекулаларының иондарға ыдырауы аз мөлшерде жүретін қайтымды процесс.
Сондықтан басқа да қайтымды химиялық процесстер сияқты әлсіз электрлиттер
диссоциациясына да массалар әсерлесу заңын қолдануға болады: КА↔К++А-
К= [К+][ А-]/[КА]
К- диссоциациялану константасы деп аталатын химиялық тепе-теңдік
константасы. Электролиттік диссоциация константасының (К) мәні неғұрлым
көп болса, электролит молекулалары соғұрлым иондарға көп ыдырайды.
Диссоциациялану константасы электролит күшін диссоциация дәрежесінен
көбірек сипаттайды.
Диссоциациялану константасы мен дәрежесінің арасында тығыз байланыс
бар. КА электролит бір катионға, бір анионға ыдырайтындықтан бұл
иондардың концентрациясы өзара тең болады. [К+]=[ А-]=СМ∙α
СМ- ерітіндісінің молярлық концентрациясы; α - диссоциациялану дәрежесі;
Иондарға ыдырамаған молекулардың концентрациясын [КА] былай көрсетеді:
[КА] = См – См∙α = См(1-α)
К= (См∙α∙См∙α)/См(1-α)= (См∙α2)/(1-α)
Әлсіз электролиттердің диссоциациялану дәрежесі өте аз болғандықтан 1-α=1
болады. Сондықтан диссоциациялану константасы мынандай болады: К= См∙α2
немесе α= √К/СМ
Бұл теңдеу электролит ерітіндісінің концентрациясының азаюына, яғни
сұйылуына байланысты оның диссоциациялану дәрежесінің артатынын көрсетеді
(Оствальдтың сұйылту заңы).
Электролиттер ерітіндіде иондарға ыдырайтындықтан, электролиттер
арасындағы реакция иондар арасындағы реакция болады.
Сутектік көрсеткіш: Химиялық таза су электр тогын өте нашар өткізеді.
Судың иондарға диссоциациялануы: Н2О ↔Н+ + ОН-
Массалар әсерлесу заңын қайтымды процеске қолдануға болады:
К= [Н+]∙[ОН-]/[Н2О] (1)
Мұндағы: К- судың диссоциация тұрақтысы. Оның 220С- дағы мәні 1,8∙10-16
тең, яғни К=1,8∙10-16.
«К» шамасы өте аз болғандықтан Н+ және ОН- концентрациялары да өте аз,
сондықтан су концентрациясын Н2О тұрақты шама деп есептеуге болады, ол 1
л массасын судың молярлық массасына бөлгенге тең: [Н2О]= 1000:18 = 55,56
моль
Енді жоғарыдағы теңдеуді (1) былай да жазуға болады:
[Н+]∙[ОН-]= К[Н2О]= Кс= 1,8∙10-16∙55,56= 1∙10-14 (220С)
Кс- судың иондық көбейтіндісі деп аталатын тұрақты шама. Кс= [Н+]∙[ОН-
]=10-14
Кс мәні тұрақты температурада ғана тұрақты болады. Кез келген ерітіндіде
сутегі мен гидроксид иондарының әрқайсысының концентрациясы нольге тең
болмайды. Кез келген ерітіндіде әрі сутегі ионы Н+, әрі гидроксид ионы ОН-
болады.
Таза суда [Н+]= [ОН-]= √Кс = √10-14 = 10-7,
бұдан 220С да 1 л суда 10-7 моль сутегі иондары, 10-7 моль гидроксид
иондары болғандығын көреміз. Егер [Н+]≠[ОН-] онда ерітінді [Н+]>[ОН-]
қышқыл, [Н+]<[ОН-] сілтілі болады. Көп жағдайда ерітіндінің қышқылдығын
немесе сілтілігін анықтау үшін сутегі иондарының концентрациясы
қолданылады. Бұл жағдайда нейтрал орта [Н+]= 10-7, сілтілік ортада
[Н+]<10-7, қышқылдық ортада [Н+]>10-7 болады.
Осындай дәреже көрсеткіші теріс болып келетін сандарды қолданып есептер
шығару қолайсыз болғандықтан, сутегі иондарының концентрациясы сутектік
көрсеткіш (рН) арқылы белгілеу қабылданған.
Сутектік көрсеткіш деп, сутек иондары концентрациясының теріс
таңбамен алынған ондық логарифмін атайды: рН= -lg[H+].
Ерітіндінің ортасын индикаторлар көмегімен анықтайды. Индикаторлар –
ерітіндіге тамызғанда немесе батырғанда сутегі не гидроксид иондарының
әсерінен түсін өзгертетін органикалық заттар.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Электролиттер, электролиттік диссоциация туралы ұғымды, диссоциация
константасы және дәрежесі, сутектік, гидроксидтік көрсеткіштер,
индикаторлар туралы ұғымдарды білу керек.
Өзін - өзі тексеру сұрақтары:
1. Электролиттер дегеніміз не?
2. Электролиттік диссоциация дегеніміз не?
3. Әлсіз электролиттер күші қандай шамалармен сипатталады?
4. Көмір қышқылының диссоциациялануының сатылы теңдеулерін
жазындар.
5. рН, рОН түсініктеріне анықтама беру керек;
6. Индикаторлар не үшін қолданылады?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК
«Дәуір», 2008. 400--428 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 138-170 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы
бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 34-40 және 45-55 беттер.
Гидролиз,өндірістік маңызы. Гидролиз түрлері. Гидролиз дәрежесі және
константасы
ГИРОЛИЗ ДЕГЕНІМІЗ ӘР ТҮРЛІ ЗАТТАРДЫҢ СУДЫҢ ӘСЕРІНЕН ЫДЫРЫАУ
РЕАКЦИЯСЫ. Гидролиз процесіне көптеген химия өнеркәсібі негізіделген:
сабын алу, глицерин, май қышқылын алу, крахмалдың қанттануы, гидролиз
нәтижесінде тау жыныстары бұзылады.Көптеген тұздарды суда еріткенде кей
тұздардың ерітіндісі сілтілік орта, кейбірі қышқылдық орта, енді бірі
нейтрал орта көрсетеді. Бұл фактілерді тұздар мен су арасындағы
әрекеттесуге байланысты түсіндіруге болады. Мысалы натрий ацетатын суда
ерітсе, бұл тұз күшті электролит болғандықтан суда толық
диссоциацияланады:СН3СООNa → СН3СОО- + Na+
Аздап су да диссоциацияға түседі: Н2О↔ Н+ + ОН-
Сонымен СН3СООNa ерітіндісінде су молекуласы Н2О және Н+, ОН-, Na+,
СН3СОО- иондары болады. Na+ және СН3СОО- иондары Н+ және ОН-, иондарымен
әрекеттеседі. Бірақ Na+ ионы өзіне ОН- ионын қосып ала алмайды, себебі
NaОН күшті электролит, сондықтан ерітіндіде тек иондар түрінде болады.
СН3СОО- ионы Н+ ионын қосып алып сірке қышқылын- әлсіз электролит
түзеді, сондықтан судың жаңа молекулалары диссоцоацияға түседі. Сонымен
мына екі процесс тепе-теңдік болғанға дейін жүреді: СН3СОО- + Н+ ↔
СН3СООН; Н2О↔ Н+ + ОН-
Осы екі процестің қосынды теңдеуі былай болады: СН3СОО- + Н2О↔СН3СООН +
ОН-
Бұл теңдеуден әлсіз электролит СН3СООН түзілгендіктен, судың
диссоциациялануының иондық тепе-теңдігі ығысып, ОН- ионының артық иондары
пайда болады, сондықтан ерітінді сілтілік реакция көрсетеді. Сонымен
тұздар гидролизі деп («гидро»-су, «лизис»- айрылу, грек тілінен) тұз
иондарымен су иондары әрекеттескенде әлсіз электролит түзіле жүретін
реакцияны айтады. Гидролиз жүру үшін нәтижесінде нашар диссоциацияланатын
зат, ұшатын зат, не тұнба түзілуі керек. Тұз гидролизі нейтралдау
реакциясына кері процесс.
Гидролиз
МА + Н2О ↔ МОН + НА
бейтараптау
Тұздардың табиғатына байланысты гидролиздің үш жағдайы бар:
а)күшті негіздің катионымен әлсіз қышқылдың анионынан түзілген тұз.
А- + Н+ОН- ↔ НА +
ОН- рН>7
әлсіз қышқыл
б)әлсіз негіз катионы мен күшті қышқыл анионынан түзілген тұз:
М+ + Н+ОН- ↔ МОН
+ Н+ рН<7
әлсіз негіз
в)әлсіз негіз және әлсіз қышқыл иондарынан түзілген тұз:
М+ + А- + Н+ОН- ↔ МОН + НА
әлсіз негіз
әлсіз қышқыл
Реакция ортасы реакция нәтижесінде түзілген негіз бен қышқылдың күшіне
байланысты, яғни қайсысы көбірек диссоциацияға түсуіне байланысты.
Сонымен гидролизге тек құрамында әлсіз электролит қалдығы бар тұздар
түседі. Сондықтан күшті негізбен күшті қышқыл қалдығынан түзілген тұздар
гидролизге түспейді.Көп негізді қышқылдар мен көп қышқылды негіздерден
түзілген тұздар гидролизге сатылап түседі. Бірінші сатысы көбірек,
жүреді. Саты саны катион пен анионнның зарядына байланысты. Гидролизді
жазғанда (сатылы гидролиз үшін де) үш теңдеу жазу керек: 1.гидролиздің
қысқаша иондық теңдеуі; 2.толық иондық теңдеуі;
3.молекулалық теңдеуі.
Өте әлсіз қышқыл мен негіздерден тұрған тұздар гидролизі аяғына дейін
жүреді:
Cr2S3 + 6 HOH ↔ 2 Cr(OH)3↓ + 3H2S↑
2Cr3+ + 3S2-+ 6 HOH ↔ 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑
Гидролиз түрлері. Гидролиз дәрежесі және константасы
Тұздар гидролизін гидролиз константасы (Кгидр) және гидролиз дәрежесі
(һ) арқылы сипаттауға болады.Гидролиз константасы тұздың гидролиз түзу
жағдайын сипаттайды. Кгидр көп болған сайын тұз гидролизі көп жүреді.
Кгидр= Кс/Кқышқыл немесе Кгидр = Кс/Кнегіз ;
Кгидр = Кс /( Кқышқыл∙ Кнегіз)
Кс- судың иондық көбейтіндісі, Кқышқыл және Кнегіз – қышқылдың және
негіздің диссоциациялану дәрежесі.Бұл теңдеуден Кқышқыл/ Кнегіз аз болған
сайын, Кгидр көп болатыны көрініп тұр, яғни қышқыл не негіз неғұрлым
әлсіз болса, соғұрлым тұз көбірек гидролизге түседі. Егер тұз сатылап
гидролизге түссе, онда әр саты гидролиз константасымен сипатталады.
Гидролиздің қаншалықты толық жүретіндігін гидролиз дәрежесі көрсетеді.
ГИДРОЛИЗ ДӘРЕЖЕСІ ДЕП ГИДРОЛИЗГЕ ТҮСКЕН МОЛЕКУЛА САНЫНЫҢ ЕРІГЕН
МОЛЕКУЛАЛАРДЫҢ ЖАЛПЫ САНЫНА ҚАТЫНАСЫН АЙТАДЫ.
Һ=√КС/Кқышқыл∙Стұз Һ=√КС/Кнегіз∙Стұз Һ= √КС/Кнегіз∙Кқышқыл
Бұл теңдеулерден:
1. Кс көп болған сайын, яғни температура үлкен болған сайын (Кс
температура өссе, өседі);
2. Кқышқыл, Кнегіз аз болған сайын (неғұрлым әлсіз қышқыл және
әлсіз негіз болса);
3.Тұз концентрациясы (Стұз) аз болған сайын не ерітінді көбірек сұйылған
сайын, гидролиз дәрежесі көп болады.
Сонымен, гидролиз дәрежесі- һ - жоғары температурада және сұйытылған
ерітіндіде һmax жетеді.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Тұздардың гидролизі, оның дәрежесі, константасының мағынасын
ұғу, қолданылуын білу қажет.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары
1.Төмендегі тұздардың гидролиз реакциясының теңдеуін иондық және
молекулалық түрде жазыңдар: K2S, Na3PO4, Mg(NO3)2, ZnSO4, AlCl3,
CH3COONH4, (NH4)2CO3, Cu(CH3COO)2, Al2S3. Бұл тұздардың
ерітіндісіндегі реакция ортасын көрсетіңдер.
2.Гидролиз деген не? Қандай тұздар гидролизге
көбірек түседі?
Қандай тұздар гидролизге түспейді?
3.Гидролиз дәрежесі деген не және ол неге
байланысты?
4.Қайтымсыз гидролиз деген не? Мысал келтіру керек.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 428--433 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 170-179 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 55-59 беттер.
БЕЙЭЛЕКТРОЛИТТЕР СҰЙЫТЫЛҒАН ЕРІТІНДІЛЕРІ
Бір затта екінші зат ерігенде еріткіштің де, еріген заттың да
қасиеттерінде өзгеріс болады. Еріткіштің қасиеті өзгеруден туатын жаңа
қасиеттер барлық ерітінділерге ортақ қасиетке айналады. Өйткені еріген
заттың бөлшектері көбейген сайын , ерітіндінің кесімді көлеміндегі
еріткіштің молекулаларының концентрациясы кемиді; осының салдарынан
ерітіндіде еріткішпен салыстырғанда жаңа қасиеттер пайда болады және
еріген зат мөлшері неғұрлым көбейе берсе, ол қасиеттер күшейе түседі.
Сонда ерітінді қасиетінің еріген заттың химиялық қасиетіне тәуелділігі
көбірек болады. Мұндай жаңа қасиеттерден осмос, ерітінділер буының
қысымы, ерітінділердің қату (кристалдану) және қайнау температулары
қарастыруға болады. Бұл жаңа қасиеттер сұйық ерітінділерде концентрлі
ерітінділерге қарағанда біраз айырмашылықта болады.
Осмос - жартылай өткізгіш ( полупроницаемая перегородка , оларға
тері, пергамент және басқа да жануарлар мен өсімдіктер ткані мысал
болады) арқылы бір жақты болатын диффузияны айтады, яғни еріткіш
молекулаларының ерітінді мен таза еріткішті не концентрациялы әр түрлі
екі ерітінділерді бөліп тұрған жартылай өткізгіш арқылы өтуі
(диффузиясы). Бұл екі жақты процесс, бірақ еріткіш молекулаларының
ерітіндіге өткен саны ертіндіден еріткішке өткен санынан әлдеғайда көп
болады.
Сұйық ерітінділердегі заттың күйі газ күйіне өте ұқсас. Газдардың
негізгі қасиеті – диффузия арқылы мейлінше кең көлем алуға тырысуы. Осы
қасиет еріген затта да болады. Бір ыдысқа қанттың концентрленген
ерітіндісін құйып, оның үстіне араласып кетпейтіндей етіп сол қанттың
сұйық ерітіндісін құйса, екі жақты диффузия басталады, яғни қанттың
молекулалары концентрленген ерітіндіден сұйық ерітіндіге , ал судың
молекулалары , керісінше, сұйық ерітіндіден концентрленген ерітіндіге
диффузияланады (тарайды). Біраз уақыт өткен соң , қанттың да, судың да
молекулалары әбден араласып , ерітінді біртектіге айналады. Енді судың
молекулаларын өткізетін, бірақ қанттың молекулаларын өткізбейтін (қант
молекулалары ірі болғандықтан) жартылай өткізгіштен жасалған ыдысқа қант
ерітіндісін құйып (ішкі ыдыс), оны таза су құйылған екінші кеңірек ыдысқа
(сыртқы ыдыс) салса, бір жақты диффузия байқалады , яғни су молекулалары
ғана диффузияланады. Су молекулалары қант ерітіндісі бар ыдысқа тез
көшеді , ал кері өтуі баяуырақ болады. Сонда белгілі уақыт бірлігінде
ерітіндіге өтетін еріткіш молекулаларының саны еріткіштен ерітіндіге
өтетін молекулалар санынан көп болады, себебі ерітіндідегі еріткіштер
молекулаларының концентрациясы таза еріткішке қарағанда төмен, екінші
жағынан олардың біраз бөлігі еріген заттың бөлшектерімен сольват түрінде
байланыста болады. Осының нәтижесінде қант ерітіндісінің концентрациясы
кемиді. Сонымен жартылай өткізгіш арқылы бір жақты диффузия – осмос
құбылысы болады.
Жануарлар, өсімдіктер организмдерінің тіршілік әрекетінде осмос
құбылысы маңызды орын алады, яғни судың организмдегі тасымалдануы жүреді.
Жартылай өткізгіш арқылы еріткіштің ерітіндіге өтуге қабілетін
көрсететін күш өлшемі ерітіндінің осмос қысымы деп аталады. Осмос
салдарынан ішкі ыдыстағы ерітіндінің көлемі ұлғаяды, сондықтан ерітінді
көлемінің ұлғаюын немесе осмосты тоқтату үшін ішкі ыдыстағы ерітіндіге
сырттан қосымша қысым түсіру керек. Осмосты тоқтататын ерітіндіге сырттан
түсірілген қосымша қысым – осмос қысымы - болады. Осмос қысымы деген ұғым
шартты, ол тек еріткіш, ерітінді және жартылай өткізгіші бар жүйеде ғана
болады. Сұйытылған ерітінділердегі осмос қысымы мен газ қысымдары
арасында сандық ұқсастық бар , яғни осмос қысымына газ қысымының барлық
заңдары қолданылады.
Осмос қысымдары бірдей ерітінділер изотонды ерітінділер деп аталады.
Басқа ерітіндіге қарағанда осмос қысымы жоғары болса гипертонды, төмен
болса – гипотонды ерітінділер деп аталады.
Осмос қысымын П немесе ( деп белгілейді. Осмос қысымы еріген зат
табиғатына тәуелсіз , ал ерітіндінің концентрациясына және температураға
тура пропорционал екендігін Голландия ғалымы Вант-Гофф 1887 жылы
(газдарға қолданылған Бойль-Мариот пен Гей-Люссак заңдарына ұқсас
екендігін анықтады) мына формуламен есептеуге болатынын тапты: ( = cRT ,
мұндағы с – ерітіндінің молярлы концентрациясы,
моль/л, R – константа, сандық мәні газдар тұрақтысына тең, 0,082 л-
атом/град, Т – абсолют температура.
Ерітіндінің осмос қысымы(өлшемі- атм.), сол еріген зат газ күйінде
болып, осы температурада, ерітіндінің көлеміндей көлем алып тұрғандағы
туғызытын қысымына тең ( Вант-Гофф заңы). с = n/V
болғандықтан Вант-Гофф теңдеуі идеал газ күйі теңдеуіне ұқсас , оны мына
күйге келтіруге болады: ( = n/V RT немесе ((V = nRT бұл теңдеу газ
күйінің теңдеуіне (PV = nRT) ұқсас. Концентрациясы с (Х) = 1 моль/л
болатын барлық бейэлектролиттер ерітінділерінің осмос қысымы бірдей ,
яғни 0(С температурада 22,69(105 Па.
Осмос қысымын өлшеу арқылы (мембранды осмометрлерде) 106 дейінгі
заттардың молекулалық массаларын (каучуктің, целлюлозаның, ақуыздың)
анықтауға болады.
Айтылып өткен осмос заңы тек сұйық ерітінділерге сәйкес келеді.
Қышқыл, негіз және тұздардың ерітінділері бұл заңға бағынбайды.
Ерітінділер буы қысымының төмендеуі. Ерітінділердің бетіндегі буының
қысымы еріткішпен (сумен) салыстырғанда (сол температурада) едәуір төмен
болады, себебі ерітіндінің беті сольваттанған еріген зат молекулаларымен
біраз жабылған болады. Осы жағдай әсерінен еріткіш концентрациясы азайып,
оның булану жылдамдығы да азайады. Бұл жағдай - ерітінділердің
қасиеттерінің бірі. Әрбір сұйық белгілі температурада бетіндегі буымен
тепе-теңдікте болады, яғни оның бетінен үзіліп шығып буға айналатын
молекулалар саны будан қайтып сұйыққа қонатын молекулалар санына тең
болады.
Егер суда (еріткіште) ұшқыш емес затты ерітсе, еріген зат еріткіштің
бу қысымын төмендетеді, себебі зат ерігенде гидраттар пайда болады,
олардың құрамынан су молекулалары ұша алмайтын болады. Сондықтан
ерітіндінің бетінен үзіліп шығып буға айналатын молекулалар саны кемиді.
Сонда таза еріткішке қарағанда ерітіндінің бетіндегі буымен атмосфера
қысымының тепе-теңдікке келуі төменірек (кеміген) бу қысымында болады ,
яғни ерітіндінің қаныққан буының қысымы (р) сол температурада таза
еріткіш қысымынан
(р0) төмен болады. р0 – р = (р айырымын р0 қатысты ((р /р0 ) алса,
ерітіндінің қаныққан буының қысымының төмендеуі деп атайды.
1887 жылы француз физигі Рауль көптеген ерітінділермен жұмыс істеп,
мына заңдарды ашқан:
1. Еріткіш бу қысымының салыстырмалы төмендеуі еріген зат моль
сандарының ерітіндідегі жалпы моль сандарының ( еріген зат пен
еріткіштің) қатынасына тең.
2.Ерітіндінің қату температурасының төмендеуі не қайнау
температурасының жоғарлауы, еріткіштің сол салмақ мөлшерінде еріген
заттың мөлшеріне (ерітіндінің моляльдығына) пропорционал.
3. Түрлі заттардың эквимолекулалық мөлшерлері бір еріткіштің бірдей
етіп алынған мөлшерінде ерітілген болса, ол ерітінділердің қату
температурасы (қайнау температурасы) бірдей градус санына төмендейді
(жоғарылайды).
р0 – р/ р0 = n/ N+n не (р /р0 = n/ N+n , n – еріген заттың моль
саны, ал N – еріткіш моль саны , ерітінді қысымына байланысты бұл
теңдеуді шешсе, p = p0 n/ N+n .
1 моль затты 1000 г еріткіште еріткенде қату температурасының
төмендеуі
(қайнау температурасының жоғарылауы) әрбір еріткіштің өзіне тән тұрақты
шама. Оны еріткіштің криоскопиялық және эбуллиоскопиялық константалары
деп атайды (Кк және Кэ) , яғни олар еріткіш табиғатына тәуелді
(байланысты ). Мысалы, су үшін Кк = 1,86 және
Кэ = 0,516 град(моль-1(кг. Рауль заңының
математикалық өрнегі: (t = K(C – мұндағы К криоскопиялық және
эбуллиоскопиялық константалар, С моляльды концентрация, моль/кг,
(t – қату температурасының төмендеуі не қайнау температурасының
жоғарылауы. Кэ және Кк – концентрациясы 1 моль/кг болатын ерітінділердің
қайнау температурасының көтерілуіне және қату температурасының
төмендеуіне тең шама. Егер концентрациядағы моль орнына m/M қойылса,
онда (t = K(C былай жазылады (t = K(m/M , одан М = K(m/(t – еріген
заттың молекулалық массасын табуға болады. Заттардың салыстырмалы
молекулалық массаларын ерітінділердің қату температуларының төмендеуі
және қайнау температураларының жоғарылауы арқылы анықтау әдісі –
криоскопиялық және эбуллиоскопиялық деп аталады. Рауль заңдарына, Вант-
Гофф заңына концентрленген ерітінділер және электролит ерітінділері
бағынбайды.
Мысал 1. Ерітіндісі бейэлектролит болатын 1,764г затты суда еріткен.
Ерітінді көлемі 100 мл, ерітіндінің осмос қысымы 20(С температурада
2,38(105 Па.Заттың молекулалық массасын анықтау қажет. Шешуі: 1000 мл
ерітіндіде еріген зат массасы 17,64 10-3 кг болады . Вант-Гофф
теңдеуіне М = mRT/pV қойып,
М = 17,64(10-3 кг (8,31Н(м(моль-1 (К-1 (293К/2,38(105 Н/м2 (1(10-3 м3
= 180,3 (10-3 кг/моль не М = 180,3 г/моль және
Мr = 180.3 анықталады.
Мысал 2. 500 мл суда массасы 12,42 г зат ерітілген. 20(С
температурада алынған ерітіндінің буының қысымы 3732,7 Па. Сол
температурада су буының қысымы 3742 Па.
Еріген заттың Мr – ін анықтау керек. Шешуі: Рауль заңынан (p/p0 =
n/N: n = (pN/ p0 , (p = 3742 –
3732.7 = 9.3 Па және N = 500/18 = 27.78моль, одан n = 9.3(27.78/3742
= 0.069моль; n = m/M; M = m/n = 12,42/0,069 = 180г/моль және Мr = 180.
Мысал 3. 20 г нафталин балқымасында ( tб = 80.1(C) массасы 0,1106г
бір органикалық қышқыл ( Мr = 137.12) еріген . Сонда осы ерітіндінің (tқ
= 0,278(С болды.Криоскопиялық константаны анықтау керек.
Шешуі: m ( қышқыл) ------- m ( нафталин) , яғни 0,1106г ---- 20г
Х ------ 1000г , одан Х = 5,53г.
Ерітінді моляльдығы С = 5,53/137,12 = 0,0403 моль/кг. (tқ = Кк(С,
сонда Кк=0,278/0,0403; Кк= 6,9 град(моль-1 (кг.
Мысал 4. 22(С температурада 1,2л ерітіндіде 20,5г қант (М= 342г/моль)
ерітілген болса, осмос қысымы қанша болады? Шешуі: 342г қант 0(С 1л
ерітіндіде 2270 кПа осмос қысымын тудырады, сонда
342г ----- 2270 кПа ------ 0(С ( 273К) ------ 1л
20,5г ----- х кПа ------ 22(С ( 295К) ------ 1,2л
х = 122,5 кПа.
Мысал 5. 250 мл ерітіндіде 2,3 г зат ерітілген, оның осмостық қысымы
27(С температурада 249 кПа болған, заттың молекулалық массасын есептеу
керек. Шешуі: 1 л ерітіндіде 2,3(4 = 9,2 г еріген зат
болады ( 1000 : 250 = 4 ). Бұл ерітіндінің 0(С ( 273К) температурадағы
осмостық қысымы пропорциядан 227 кПа болады:
273 ------ х кПа
300 ------ 249 кПа , сонда 9,2 зат 1 л ерітіндіде 227 кПа осмос қысымын
тудырса, 2270 кПа қысымды х г 1 л ерітіндідегі зат тудырады:
9,2 г 1 л ерітіндіде --------- 227 кПа
Х г 1 л ерітіндіде ---------- 2270 кПа , х = 92
1 моль еріген зат 0(С ( 273К) температурада 22,4 л ерітіндіде болса,
оның осмостық қысымы 101,3 кПа, ал заттың осы мөлшері (1 моль) 1 л
ерітіндіде болса, сол температурада 2270 кПа осмос қысымын тудырады.
Мысал 6. 720 г суда 25(С температурада 45 г глюкоза ерітілген.
Ерітінді буының қысымын есептеу керек. 25(С – та су буының қысымы 3167
кПа. Шешуі: р = (3167 ( 720/18) / ( 720/18 + 45/180); р
= 3145 Па.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Осмос, осмос қысымы, Рауль заңдары, осмостың тірі табиғаттағы ролі,
криоскопиялық және эбуллиоскопиялық коэффициенттер түсініктерін білу
қажет.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары
1 .Ерітіндінің осмос қысымы деген не?
2.Изотонды, гипертонды, гипотонды ерітінділер деген не?
3.Ерітіндінің қаныққан буының қысымының төмендеуі қандай жағдайларға
байланысты? 4.Вант-Гофф және Рауль заңдарының қолданылуы;
5.Ерітінділердің коллигативтік қасиеттері деген не?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 428--433 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 170-179 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 55-59 беттер.
Модуль 5. Электрохимиялық процесстер
5.1 Тотығу-тотықсыздану реакциялары;
5.2 Гальваникалық элементтер, электродтық потенциалдар;
5.3 Электролиз, заңдары;
5.4 Коррозия, металдарды коррозиядан қорғау
Дәрістер № 12-13 Тотығу-тотықсыздану реакциялары
Тотығу тотықсыздану реакциялар. Жіктелуі.
Тотығу-тотықсыздану реакцияларына (ТТР) заттардың құрамындағы
элементтердің тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүретін химиялық процестер
жатады.
Кальций фосфаты Ca3(PO4)2 қосылысындағы кальцийдің тотығу дәрежесі
+2, оттегінікі -2. Осы мәліметтерді пайдаланып, теңдеу құрамыз да
фосфордың тотығу дәрежесін табамыз.
(+2)∙3 + 2х + (-2)∙8=0; 2х=+10; х=+5
Фосфордың кальций фосфатындағы тотығу дәрежесі +5.
Тотығу-тотықсыздану реакциялары жүруінің басты шарты оған міндетті
түрде тотықзыздандырғыш пен тотықтырғыш қатысуы қажет. Реакция кезінде
электрондарын беретін бөлшектерді (атомдарды, ионды немесе молекуланы)
тотықсыздандырғыш дейді, ал электронды қосып алатын бөлшекті тотықтырғыш
деп атайды. ТТР кезінде тотықсыздандырғыш тотығады, ал тотықтырғыш
тотықсызданады. ТТР молекулааралық, молекула ішінде жүретін,
диспропорцияланатын болып үш топқа бөлінеді:
1. Молекулааралық ТТР әр түрлі молекулалардағы элементтердің тотығу
дәрежелері өзгеру арқылы жүреді. Мысалы:
Mn4+O2 + 4HCl ↔ Mn2+Cl2 + Cl20 + 2H2O
2. Молекула ішіндегі ТТР бір молекула ішіндегі әр түрлі элементтердің
тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүреді. Мысалы:
2KCl5+O32- ↔ 2 KCl- + 3O02
3. Диспропорциялану ТТР бір элементтің тотығу дәрежесі әрі жоғарылау, әрі
төмендеу арқылы жүреді. Мысалы:
4KCl5+O3 ↔ 3 KCl7+О4 + KCl-
Электрондық баланс әдісімен химиялық реакциялар теңдеулерін
құру Тотықсыздандырғыштың берген электрондарының жалпы саны
тотықтырғыштың қосып алған электрондарының жалпы санына тең. Теңдеуді құру
бірнеше сатыда жүреді:
1.Реакция теңдеуін коэффициентсіз жазады:
Br2 + H2S + H2O → HBr + H2SO4
2.Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың тотығу дәрежелерін көрсетеді:
Br20 + H2S2- + H2O → HBr- + H2S6+O4
3.Электрондық теңдеу құрады, яғни тотығу және тотықсыздану процестерін
көрсетеді:
Br20 +2ē → 2Br- - тотықсыздану процесі, Br2- тотықтырғыш.
S2- - 8 ē → S6+ - тотығу процесі, S2- - тотықсыздандырғыш.
4.Тотықсыздандырғыш берген электрон саны тотықтырғыштың қосып алған
электрон санына тең болу керек.
4 Br20 +2ē → 2Br-
1 S2- - 8 ē → S6+
Осылай тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш үшін коэффициенттерді анықтайды.
5.Реакцияға қатысқан басқа қосылыстар үшін коэффициенттерін іздейді:
4Br2 + H2S + 4H2O ↔ 8HBr + H2SO4
Тотықсыздандырғыш пен тотықтырғыш бір-бірімен өздерінің тотығу-
тотықсыздану эквиваленттері қатысында әрекеттеседі. Тотықтырғыш пен
тотықсыздандырғыштың эквивалентінің молярлық массасы былай есептеледі:
тотықтырғыштың не тотықсыздандырғыштың молярлық массасын (М(В)
эквиваленттік факторға (fэкв(В)) көбейтеді:
М(fэквВ)= fэкв(В)∙М (В)
fэкв(В) эквиваленттік фактор, ол тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа
ауысқан электрон санының кері мәніне тең. Мысалы: М(fэкв KMnO4)= 1/5 ∙158
= 31,6 г/моль
ТТР жүруіне көптеген факторлар әсері
Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың химиялық табиғаты, олардың
активтіктері, рН, температура т.б.
ТТР жүру-жүрмеуін изобаралық-изотермиялық потенциалды (ΔG) есептеу
арқылы анықтайды. ΔG=ΔH- TΔS немесе ΔG= -RT lnK.
ΔH, ΔS- энтальпия мен энтропия өзгеруі,
К – қайтымды реакцияның тепе-теңдік константасы,
R – универсалды газ тұрақтысы, 8,31 л∙кПа (моль∙К)
T – абсолютті температура, К
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш, олардың эквиваленті, эквивалент
массалары туралы ұғымдарды, тотығу-тотықсыздану потенциалы, теңдеулерді
құру әдістері (электронды баланс әдісі, ионды-электронды әдіс) туралы
ұғымдарды білу керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
1.Тотығу дәрежесі деген не? Оны қалай анықтайды?
2.Реакция кезінде тотықтырғыштың және тотықсыздандырғыштың тотығу
дәрежесі қалай өзгереді?
3.Периодтық жүйедегі қай топта және қай топшаларда тотықтырғыш пен
тотықсыздандырғыш орналасқан?
4.Элементтердің тотығу-тотықсыздану қасиеттері:
а)период бойынша (солдан оңға қарай)
б)негізгі топшаларда (жоғарыдан төмен қарай) қалай өзгереді?
5.Эквиваленттің молярлық массасын тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш
үшін қалай есептейді?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 437--445 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 183-190 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 59-63 беттер.
Гальваникалық элементтер, электродтық потенциалдар;
Электрохимия – ТТР нәтижесінде электр тогы пайда болуын (гальвани
элементтері) және электр тоғы әсерінен ТТР-ларының (электролиз) жүру
заңдылығын зерттейтін химияның бір бөлімі.
Металдар тотықсыздандырғыштар, бірақ әр металдың электрон бергіштігі
әр түрлі. Металдардың тотықсыздандырғыш қабілетін Н.Н.Бекетов зерттеп,
олардың бұл қабілетінің азаюына байланысты орналастырып, металдардың
кернеулік қатарын құрған.
Металды суға батырғанда полюсті су молекулалары әсерінен металдардың
беті ептеп ериді. Осынын нәтижесінде электрондар металл пластинкасының
бетінде қалып, ал катиондар ерітіндіге көшеді. Бірақ металдардың еру
процесі көпке бармайды, аздан кейін тепе-теңдік күй орнайды, яғни белгілі
бір уақыт ішінде қанша катион ерітіндіге көшсе, сонша катион қайтадан
металл пластинкасына ауысады: Ме + mH2O ↔ Men+ ∙ nH2O + nē
Металдардың бетінде қалған электрондардың есебінен металл пластинкасы
теріс зарядталады, ал ерітіндіге көшкен металл катиондары оны оң
зарядтайды. Судың орнына металдардың өз тұздарын да алуға болады. Бұл
жағдайда активті металдар тұздар ерітінділеріне батырғанда еріп, теріс
зарядталады, ал активтігі кем металдар тұздар ерітінділеріне батырғанда,
металл ерімейді, керісінше, ерітінділердегі катиондар металдың бетіне
көшеді де оны оң зарядтайды, ал қалған аниондар оң пластинкаға тартылып,
ерітіндіні теріс зарядтайды. Сонымен, металл мен ерітіндінің жанасқан
бетінде потенциалдар айырмасы пайда болады, оны металдардың электродтық
потенциалы (Е0) деп атайды. Е0 мәні аз болған сайын, металдың
тотықсыздандырғыш қабілеті көбірек болады. Е0 сандық мәні металдардың
табиғатына (активтігіне), ерітіндідегі иондардың концентрациясына,
температураға байланысты болады.
Е0 абсолюттік мәндерін тікелей өлшеу осы уақытқа дейін мүмкін болмай
отыр, тек салыстырмалы потенциалдарын өлшейді. Салыстырмалы электрод
ретінде стандартты сутектік электрод қолданылады да оның потенциалы
нольге тең деп алынады.
Электродтық потенциал мына Нернст теңдеуі арқылы табылады:
Е= Е0 + (0,059/n) lgC Me n+
C Me n+ - металл иондарының молярлы концентрациясы
n- металл иондарының заряды.
Гальвани элементтері - химиялық электр энергиясының көзі, электр тогы
ТТР нәтижесінде пайда болады. Гальваникалық элементтерде тотығу процессі
бір электродта (анодта), тотықсыздану процесі екінші электродта (катодта)
жүреді. Мұның өзі электродтарда әр түрлі потенциалдар айырмасы болып
тұруын қамтамасыз етеді.
Электр қозғаушы күш және оның өлшем бірлігі
Элементтің электр қозғаушы күші (э.қ.к.)-де сол потенциалдар
айырмасына байланысты болады. Анод ретінде электродтардың потенциал мәні
төменірек металды алады: Еа < Ек.
Мысалы: мыс-мырыш элементінде немесе Даниель-Якоби элементтерінде
(-)Zn/Zn2+ ║Cu2+/Cu (+)
Cu- оң электрод, катод. Элементте мына процесс жүреді:
(A) Zn -2ē → Zn2+- тотығу процесі
(K) Cu +2ē → Cu0- тотықсыздану процесі
Zn- анод, электрондар көзі.
Э.Қ.К. табу үшін мәні үлкен электродтық потенциалдан (оң электродтың
потенциалы) мәні кіші /терісірек/ потенциал алынады:
Э.Қ.К. = ΔЕ= Ек - Еа
ΔЕ=Е0Cu2+/Cu – E0Zn2+/Zn
Δ= 0,34 – (-0,76) =1,10 В
Сонымен мыс-мырыш гальвани элементі 1,10 В электр тогын береді. Екі
бірдей электрод концентрациясы әр түрлі ерітінділерге салынған болса,
концентрациялы гальвани элементін құрайды. Мысалы, мыс электродының
концентрациясы әр түрлі (С1Cu2+< СІІCu2+) мыс сульфаты ерітіндісіне
батырса, схеманы былай жазуға болады: (-)Cu/Cu2+С1 ║ Cu2+СІІ /Cu (+)
Осылай гальвани элементін алуға болады. Мұндай гальвани элементінде
анод концентрациясы төмен ерітіндідегі электрод болады. Гальвани элементі
жұмыс істегенде:
(А) Cu0 -2ē → Cu2+ (K) Cu2+ +2ē → Cu0
Концентрациялық гальвани элементінің электролит иондарының
концентрациясының қатынасына байланысты: ΔЕ= (0,059/n) lgCІІ/СІ
Химиялық тоқ көзі ретінде гальвани элементі техникада көп
қолданылады. Бірақ гальвани элементтері өте аз уақыт жұмыс істейді,
себебі электродтардың потенциалдары өзгереді, поляризациаланады. Мысалы,
мырыш пен мыс пластиналары күкірт қышқылына батырылып жасалған Вольт
элементтеріндегі мыс электроды потенциалының азаюы оның бетінде сутегінің
адсорбцияланып, сутегі электроды сияқты жұмыс істеуіне байланысты, ал
мырыш электроды потенциалының оңға қарай ауысуы, оның ерітіндідегі
иондарының көбейіп, мырыштың еруінің азаюына байланысты. Электродтардың
поляризациясын жою үшін оған әр түрлі заттар - деполяризаторлар қосады.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Сутекті электрод, оның қолданылуын, Нернст теңдеуін,
Гальваникалық элементтер туралы, металдардың кернеу қатарын, оның
практикадағы маңызын білу қажет.
Өзін -өзі тексеру сұрақтары:
1.Гальвани элементі мен стандартты сутек электрод схемаларын
көрсетіп, қалай жұмыс істейтінін түсіндіріңдер.
2.Гальвани элементі жұмыс істеу үшін қандай реакциялар қолданылады?
3.Металл электродтарының потенциалына қандай факторлар әсер етеді?
4.Гальвани элементтерінің э.қ.к. қалай өлшенеді?
5.Концентрациялық гальвани элементі қалай жасалады?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 442--445 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 193-201 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 63-67 беттер.
5.3 Электролиз. Катодтық және анодтық процестер.Электролиз заңдары.
Электролиттің балқымасы немесе электролиттің ерітіндісі арқылы
тұрақты электр тоғы өткенде жеке электродтарда жүретін тотығу-
тотықсыздану реакцияларын ЭЛЕКТРОЛИЗ дейді. Катодта (теріс электрод)
тотықсыздану процесі, анодта (оң электрод) тотығу процесі
жүреді.Электролиз жүргізуге көбінесе металл электродтары және металл емес
электродтар да (мысалы графит) қолданылады. Металдан жасалған анодтар
еритін (мысалы, мыстан, никельден жасалған) және ерімейтін (платинадан
жасалған) болып бөлінеді.
Сұйытылған су ерітінділерінің электролизі кезінде КАТОДТЫҚ ПРОЦЕСС
катионның электродтық потенциалымен анықталады.Оны судан тотықсызданатын
сутегі ионының потенциалымен (-0,41 В) салыстырады:
1.Потенциалдары бұл саннан кем болса, металл ионы тотықсызданбайды.
Катодта сутегі судан бөлінеді. 2 Н2О + 2 ē = Н2 + 2 ОН-
2.Потенциалдары бұл саннан көп болса, катодта металдар ионы
тотықсызданады: Меn+ + nē → Me0
3.Металл потенциалы (-0,41 В) жақын болса, катодта сутегі де металл
да тотықсызданады.
Анодтық процесс: Анод ерімейтін болса, онда анодта оттегісі жоқ қышқыл
қалдығы (I-, Cl-, Br-, S2-, CN-) тотығады.
Егер ерітіндіде оттегісі бар қышқыл қалдығы болса (SO42-, SO32-, NO3-,
CO32-) онда анодта су молекуласы тотығады.
2 Н2О + 4 ē = О2 + 4 Н+
Егер анод еритін болса, онда анодтың өзі тотығады: Cu - 2ē= Cu2+.
Электродта бөлініп шығатын заттардың массасын (m) Фарадей заңы бойынша,
мына формуламен есептейді:
m= (I∙τ∙M (fэкв.B))/ F
I- тоқ күші, А; τ- электролит арқылы өткен тоқтың уақыты, с; M(fэкв.B)-
затының эквивалентінің молярлық массасы, г/моль; F- Фарадей тұрақтысы,
96500 Кл/моль;
Электролиз кезінде электродта түзілген заттың мөлшері әр уақытта Фарадей
заңдары бойынша алынуға тиісті теориялық мөлшерінен аз болады. Оның
себебі электродтық ТТР қатар қосымша процестер де жүреді. Сондықтан
электролиз кезінде негізгі өнімді алуға кеткен тоқ мөлшерін анықтау үшін
тоқ бойынша шығым (Тш) деген түсінік қолданылады. Ол электролиз
жағдайында алынған зат массасын (m1) Фарадей заңы бойынша алынуға тиісті
массаға (m) қатынасына тең: Тш =m1/m∙100
Осы формула бойынша тоқтың неше проценті негізгі затты алуға жұмсалғаны
анықталады.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Пирометаллургия, гидрометаллургия, бұл саладағы электролиздің
маңызын, Фарадей заңдарының қолданылуын білу керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
.Электролиз деген не?
2.Анод және катодта жүретін процестерді түсіндіріңдер.
3.Металды рафинадтау деген не? Ол қалай жүреді?
4.Электролиз заңдары.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу
керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 442--445 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 201-209 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 67-69 беттер.
Коррозияның негізгі түрлері. Коррозия активаторлары және
ингибиторлары
Коррозия деп металдардың және олардың құймаларының өзін қоршаған
ортамен химиялық немесе электрохимиялық жолмен әрекеттесуі нәтижесінде
бүлінуін айтады.
Коррозия процесінің механизмі химиялық және электрохимиялық болып екі
топқа бөлінеді.
Жүйеде электр тоғы түзілмей металдардың бүлінуін химиялық коррозия
дейді. Химиялық коррозия кезінде металдар өзін қоршаған әр түрлі
газдармен, электролит емес заттармен әрекеттесіп, бүлінеді.
Электрохимиялық коррозия металдар сумен, электролиттер ерітіндісімен не
дымқыл ауамен жанасқанда жүреді. Техникада қолданылатын металдарда әр
уақытта қоспалар болады. Сондықтан мұндай металдар электролитпен
жанасқанда көптеген микрогальвани элементтер жұмыс істеп, активті металл
электрондарын беріп, бүлінеді. Активті металл-анод, қоспа-катод болса,
анодта тотығу процессі Ме- nē → Men+, катодта сутегінің не оттегінің
тотықсыздануы жүреді: 2 Н++ 2ē → 2 Н0 – Н2, егер рН<7
О2+ 4ē +2 Н2О →4 ОН-, егер рН>7
Металдың бұзылу жылдамдығы электродтық потенциалдар айырмасы неғұрлым көп
болған сайын және ауа дымқылдығы көп болған сайын тез жүреді. Металдар
өте таза болса (метеориттік темір) коррозияға ұшырамайды.
2. Стимулятор мен активаторлар деп аталатын кей заттар (хлоридтер,
фторидтер, сульфидтер, нитраттар, бромидтер, иодидтер) коррозияны
тездетеді. Мысалы, теңіз суында хлорид болғандықтан өзен суы мен көл
суынан көп есе коррозия тез жүреді.
Ингибиторлар керісінше коррозияны тежейді. Халық шаруашылығына металл
коррозиясы өте көп зиян келтіреді. Коррозияны толық болдырмауға болмайды,
бірақ оның жылдамдығын көпке азайтуға болады. Ол үшін мынандай әдістер
қолданылады: ортаның құрамын өзгерту, түрлі затпен металдарды қаптау
(металл мен металл емеспен), электрохимиялық қорғау, металдарға басқа
металдар қосу.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Металдар коррозиясы(химиялық және электрохимиялық) және металдарды
коррозиядан қорғау әдістерін білу керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
1.Металдар коррозиясы деген не?
2.Коррозияның қандай түрлерін білесіңдер?
3.Электрохимиялық коррозияның химиялық коррозиядан айырмашылығы неде?
4.Коррозиялық микрогальвани элементтері неге пайда болады?
5.Қандай факторлар коррозия жылдамдығына әсер етеді?
6.Металдарды коррозиядан қорғау әдістері.Қысқаша әр әдісті сипатта.
7.Қандай заттарды ингибиторлар деп атайды?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу
керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 442--445 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 201-209 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 67-69 беттер.
Модуль 6. Координациялық қосылыстар
6.1 Химиялық байланыстар, қасиеттері;
6.2 Комплексті қосылыстар
Дәрістер №14-15. Химиялық байланыстар, қасиеттері
Химияның негізгі мәселерінің бірі – химиялық байланыстың табиғаты
жөніндегі мәселе. Химиялық қосылыстардың көп түрлілігін, түзілу мәнісін,
құрамы мен құрылысын және қасиеттерін білу үшін түрлі элементтердің
атомдарының бірімен-бірінің қосылып молекула түзілуінің, молекула мен
молекуланың қосылуының себебін , яғни химиялық байланыстың табиғатын білу
қажет. Химиялық байланыс түзуге валенттілік электрондар қатысады:
s- p- элементтерінде сыртқы, d- элементтерде сыртқы s пен қоса ішкі d
–қабатшасындағы электрондар.
Химиялық қосылыстарда валенттілік электрондардың орналасу тәртібіне
байланысты ковалентті, ионды, металдық байланыстар деп бөледі.
Коваленттік байланыс. Молекулалардың атомдардан электрондар жұбы
арқылы (бір, екі, үш) түзілуін ковалентті байланыс деп атайды. Бұл
айланыс екі түрлі механизм бойынша түзіледі: алмасу механизмі - әр
элемент байланысқа өзінің эектронын береді, мысалы,сутегі молекуласы
түзілгенде Н( + (Н ( Н ( Н; донорно-акцепторлық механизм - бір атомның
электрон жұбы (донор) ортақ болады, ал екінші атомнан бос орбитал (
акцептор) болады: (Н+ + (NH3 ( NH+4 . Кез келген химиялық байланыс
түзілгенде жүйенің энергиясы төмендейді. Химиялық байланыс түзілгенде
атомдардың алғашқы және соңғы күйлерінің энергияларының айырымы байланыс
энергиясы деп аталады, оның мәні 125-1050 кДж/моль арасында.
Екі атом ядроларының
арасы байланыс ұзындығы деп аталады - d. Ортақ электрондар жұбын
сызықпен де белгілейді, байланыстың еселігі артқан сайын байланыс
ұзындығы азайып, байланыс энергиясы артады: С – С, С =С , С ( С
сәйкесінше (нм және кДж) 0,154 және 348 ; 0,135 және 598; 0,120 және 838.
Ковалентті байланыстың қасиеттері: қанығу, бағытталу және
поляризациялану. Ковалентті байланыстың қанығуын элемент атомындағы
жұптаспаған электрондардың болуымен түсіндіреді. Атомдағы жұптаспаған
электрондар санымен не қозған кезде пайда болған жұптаспаған электрондар
санымен анықталған валенттілікті спинваленттілік деп атайды. Сонымен
валенттілік деген элементтің химиялық байланыс түзе алу қабілеті. Паули
принципі бойынша АО – да тек екі электрон ғана бола алады, ал химиялық
байланыс түзілгенде электрондар жұптасады, яғни бір ұяшықта тек 2
электрон болады (қанығады).
Молекула ішіндегі атомдардың химиялық байланыстарының бағытталуы
деп қосылушы атомдардың валенттілік электрондары бұлттарының
(орбитальдары) тұйықтасып бірін-бірі қаптау бағыттары. Электрон
бұлттарының пішіні әр түрлі болатындықтан олардың өзара қауышуы әр түрлі
әдістермен іске асады. Қауышу әдістеріне байланысты (- , (- , (-
байланыстар болады.
Сигма – байланыста (( -) атомдар қосылатын сызық бойымен электрон
бұлттары қауышады. Пи – байланыс ( (- ) атомдар қосылатын сызықтың екі
жағынан электрон бұлттары қауышса, түзіледі. Дельта- байланыс ((-)
параллель жазықтықта орналасқан d – электрон бұлттарының барлық төрт
қалқаншаларының қауышуымен түзіледі. Сонымен , s – орбитальдар тек ( -
байланыс, р – электрондар (- және ( - байланыстар, ал d – орбитальдар ( -
, ( - , ( - байланыстар түзеді.
Гибридті байланыстар . Элементтердің көпшілігі химиялық байланыс
түзу үшін, энергетикалық күйі әр түрлі электрондарды пайдаланады. Мысалы,
Ве, В, С атомдарының негізгі күйі мен қозған күйге көшкендегі сыртқы
электрондық қабатының формулалары:
Ве ... 2 s2 2p ( Ве* ... 2 s1 2p1 ; В ... 2s2 2p1 ( B* 2s1 2p2; С
...2s2 2p2 ( C* …2s12p3 . Бұл электрондар әр күйде болғандықтан, олардың
электрон бұлттары (орбитальдары) да әр түрлі, бірақ бұл жалқы электрондар
басқа реакцияласатын атомдардың электрондарымен қосақтасып жаңа орбиталь
түзгенде бір-біріне әсерінен алғашқы орбитальдардың пішіні өзгеріп, жаңа,
бірақ барлығы бір түрлі орбитальдар түзеді.Осы өзгерісті гибридизация деп
атайды. Гибридизация нәтижесінде түзілген химиялық байланыс берігірек
болады, әр молекуладағы электрон тығыздығы симметриялы орналасқандықтан
жалпы энергия ұтымы болады, сондықтан энергетикалық жағынан тиімді. sp -
гибридтелу бериллий, мырыш, кадмий, сынап сияқты элементтер галогенидтер
түзгенде байқалады, арасындағы бұрыш 180( болады. sp2 - гибридтелу бор
қосылыстарында болады, байланыстар бір жазықтың бетінде үш жаққа
бағытталған, арасындағы бұрышы 120( болады, ал sp3 - гибридтелуді СН4
молекуласында, түзілетін төрт гибрид бұлт кеңістікте симметриялы түрде
орналасып, тетраэдрдың төрт ұшына қарай бағытталады, арасындағы бұрыш
109( тең .
Түзілген молекуланың ішінде ортақ электрон жұбының орналасу
симметриясына байланысты ковалентті байланыстың екі түрі: полярлы
(полюсті) және полярсыз (полюссіз), яғни таза ковалентті, байланыс
болады. Полярсыз молекулаларда электрон жұптары ядролар арасында
симметриялы орналасады: Н(Н, СІ(СІ, ал полярлы молекулаларда ядроаралық
электрондық тығыздық электртерістігі жоғарырақ атомға қарай ығысады: Н
(СІ, Н (О( Н. Зарядтардың ауырлық орталығы (+) және (-) сәйкес
келмейді , екі мәндері бірдей, бірақ зарядтар белгісі қарама-қарсы жүйе
(электр диполі) пайда болады: (+ және (- , бұл зарядтардың ара қатынасы
диполь ұзындығы l деп аталады. Байланыстың полярлылығының дәрежесін
дипольдың электр моментінің мәнімен анықтайды (() : ( = q (I . q –
электрон заряды, мәні 1,60(10-19 Кл.
Тәжірибе арқылы дипольдың электр моментін анықтап, сол мән бойынша
диполь ұзындығын табады: l = ( / q.
Диполь моменті – векторлық шама, яғни бағыттылығымен сипатталады (шартты
түрде оң зарядтан теріс зарядқа қарай).
Ковалентті байланыстың поляризациялануы - сыртқы электр өрісі әсерінен
полярлы болу қабілеттілігі.
Ионды байланыс. Ядроаралық электрон тығыздығы электртерістігі жоғары
атомға қарай толық ығызса, диполь ұзындығы байланыс ұзындығына тең
болады: l = d , сонда атомдар оң және теріс зарядты иондарға айналады,
олардың араларында электростатикалық тартылу күші пайда болады. Осындай
байланысты ионды деп атайды. Полярлылық дәрежесі не байланыс иондылығы
( і ) мына қатынаспен l/d анықталады: шеткі мәндері 0 мен 1 арасында,
яғни таза ковалентті және таза ионды. Көп жағдайда ортадағы мәнде болады,
мысалы, НСІ үшін d = 0.128 нм және l = 0,0225нм, сонда і = l/d =
0,0225/0,1280 = 0,18(0,2) . Сонымен, Н- СІ байланыс иондығы 20% ( 18%) ,
атомдардың эффективті заряды (: +0,2 және -0,2.
Атомдар жұбы үшін электртерістік (ЭТ) мәндерінің айырымы , диполь
ұзындығы және эффективті зарядтар мәні көп болған сайын , байланыс
иондығы да көп болады. Толық, яғни 100% электрондық тығыздықтың ығысуы
болмайды, себебі иондардың өзара поляризациясы әсер етеді, ең көп
иондылық сілтілік металдардың галогандермен қосылыстарында.
Ионды байланыстың (ковалентті байланыстан айырмашылығы) 1) кесімді бағыты
жоқ , ионды қосылыстарда иондарды шар тәрізді деп , олардың күш өрісі
кеңістікте барлық жаққа біркелкі тараған деп , әрбір ион қарсы мәнді
ионды қай жағынан келсе де өзіне тартып ала береді деп қарауға болады;
2) қанықпаған, қарсы мәнді екі ион кездескенде олардың күш өрістері бірін-
бірі толығымен қанықтырмайды, сондықтан ол иондардың бос бағыттарының ,
қарсы мәнді басқа иондарды өзіне тарту қабілеті болады.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Ковалентті, ионды, металдық байланыстар; Ковалентті байланыстың
қасиеттері: қанығу, бағытталу; поляризациялану. Ионды байланыстың
қасиеттерін: қанықпау, бағытталмау; Донорлы-акцепторлы механизм;
Валенттілік байланыс теориясы мен молекулярлық байланыс теориясы туралы
түсініктерді білу қажет.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
1.Химиялық байланыстың түзілу механизмдері;
2.Ковалентті байланыс, қасиеттері;
3.Иондық байланыс, қасиеттері;
4.Сутектік байланыс, оның тірі табиғаттағы ролі.
5.Химиялық байланыстың сандық сипаттамаларын - байланыс энергиясы,
байланыс ұзындығы, валенттілік бұрышы, байланыс реті - мысалдармен
түсіндіру керек;
6.Химиялық байланыстың негізгі типтерін көрсетіп, (- , (- байланыстарды
мысалдар арқылы түсіндіру керек.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу
керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 442--445 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 201-209 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 67-69 беттер.
Комплексті қосылыстардың құрлысы. Комплексті қосылыстардың жіктелуі және
номенклатурасы
Комплексті қосылыстардың диссоциациясы , тұрақсыздық константасы
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 сфераның анионның атына «ы» деген жалғау 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 (ІV) 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.
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.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :
Ішкі, сыртқы сфералар; комплекс түзгіш, лигандалар, дентаттылық,
тұрақсыздық константасы ұғымдарын және комплексті қосылыстардың қолданылу
облысын білу керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:
1.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.
2.Комплекс қосылыстар жазып, оларды атаңдар: PtCl4∙6NH3, PtCl4∙5NH3,
PtCl4∙∙4NH3, Co(NO3)3∙6NH3, Co(NO2)3∙KNO2∙2NH3.
3.Қай негіз күштірек: [Cu(NH3)4](OH)2 не Cu(OH)2 ме?
4.Қай комплекс ион тұрақтырақ: [Zn(NH3)4]2+ не [Cd(NH3)4]2+?
[Co(NH3)4]2+ не [Co(NH3)4]3+?
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу
керек:
1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір»,
2008. 442--445 беттер.
2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для
студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной
технологии/ Алматы: 2012. 201-209 стр.
3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 67-69 беттер.
Зертханалық сабақтар
№ 1 Зертханалық сабақтың тақырыбы: Заттардың эквивалентін
анықтау
Сабақтың мақсаты: Металл эквивалентінің молярлық массасы М қосылыстан
бөлінген сутегі көлемі арқылы анықтау әдісін үйрету.
Зертханалық жұмыс бойынша сұрақтар:
1.Заттың эквиваленті деген не?
2.Жай және күрделі заттардың эквивалент массалары қалай анықталады?
3.Тәжірибеге керек құралдың газды өткізбейтіндігін қалай тексереді?
4.Тәжірибеде бөлінген сутегі көлемін қалай қалыпты жағдайдағы көлемге
айналдырады?
Жұмысты жүргізу: 1.
№ 1 Суретте көрсетілген құралды жинап, оның газ
өткізбейтіндігін тексеру керек. Ол үшін пробиркалардан тығынын алып, екінші
бюретка арқылы пробиркамен қосылған бюреткадағы судың деңгейін белгілі бір
деңгейге қою керек, сосын пробирканы тығындап, екінші бюретканы 10-15 см
төмен түсіру керек.
Егер судың деңгейі пробиркамен қосылған бюреткада өзгермесе, бұл құрал газ
шығармайды.
2.Аналитикалық таразыда 0,2 г жуық металл (Ғе, Zn, Mg, Al) өлшеп алу керек.
3.Пробиркаға 10 мл тұз қышқылын құйыңдар. Пробирканы еңкейтіп ұстап,
өлшенген металды пробирканың жоғары жағында сақтаңдар. Пробирканы
тығындаған кезде металл қышқылға түсіп кетпеуін қадағалаңдар.
4.Судың деңгейі бірдей деңгейде тұратындай етіп екі бюретканы
орналастырыңдар. Бастапқы деңгейді зертханалық дәптерге жазыңдар (V1).
Металды қышқылға түсіріңдер. Металл мен қышқыл арасында реакция жүре
бастайды, сутегі бөлініп, су ығыса бастайды.
5.Металл еріп болған соң және пробирка суыған соң, сутегінің көлемі
анықталады. Бөлінген сутегінің көлемі V пробирка қосылған бюреткада
көрсетілген соңғы судың деңгейінен (V2) бастапқы деңгейді алу арқылы
анықталады.
6.Атмосфера қысымы Ратм,кПа, тәжірибе температурасы- tтәжірибе 0С, тәжірибе
температурасына сәйкес келетін су буының қысымы (№1 кестеге қара)- РН2О,
кПа және сутегінің қысымы РН2, кПа (РН2О, кПа= Ратм –РН2О) өлшеңдер.
Бөлінген сутегі көлемін қалыпты жағдайға мына формула арқылы келтіріңдер:
|V ‗ V∙РН2∙273 |
|101,3∙(273+tтәжірибе) |
V- сутегі көлемі.
Металл эквивалентінің молярлық массасы қалыпты жағдайда есептеңдер:
m, г металл – V мл сутегін ығыстырады.
M (fэкв Ме)- 11200 мл сутегін ығыстырады. Барлық өлшемді №2 таблицаға
жазыңдар.
№1 сурет Металл эквивалентінің молярлық массасын анықтауға арналған құрал.
№1 кесте Қаныққан су буының сумен тепе-теңдігі қысымы.
|Температура 0С |Будың қысым Па*103 (мм |
| |сынап бағанасы) |
|0 |0,61 (4,58) |
|5 |0,87 (6,54) |
|10 |1,23 (9,20) |
|15 |1,70 (12,79) |
|16 |1,82 (13,63) |
|19 |2,20 (16,48) |
| 20 |2,37 (17,53) |
|21 |2,48 (18,65) |
|22 |2,64 (19,82) |
|23 |2,80 (21,09) |
№2 кесте Қорытынды кесте
|m, г |tтәжірибе|Р, кПа |РН2О, кПа |Vтәж |V0, мл |M (fэкв Ме)|
| |0С | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1.Заттың эквиваленті дегеніміз не?
2.Эквиваленттің молярлық массасы дегеніміз не?
3.Күрделі заттардың
(қышқылдар, негіздер, тұздар) және жай заттардың эквиваленттерінің молярлық
массасы қалай анықталады?
4.Эквиваленттер заңы қалай оқылады? Математикалық өрнегі қандай?
5.Неше моль және неше грамм болады: а) 6,02∙102
ацетилен С2Н2 молекулаларын. б) 2,00∙1023 азот
молекулаларын.
№2 Зертханалық сабақ
Газ тәрізді заттардың молярлық массасын анықтау
Жұмыстың мақсаты: Газдың молярлық массасын анықтайтын әдістердің
бірімен танысу, таразыда өлшеп үйрену және газ заңдарын қолданып молярлық
массаны анықтау.
Реактивтер мен құралдар: Кипп аппараты, технохимиялық таразы, цилиндр
(250 мл) тығынмен колба (200-250 мл), термометр, барометр, тұз қышқылы
(1:3), мрамор.
Көміртегінің қос оксидін (СО2) алу үшін Кипп аппаратын жинау керек.
Мраморға СаСО3 тұз қышқылын құйып СО2 алады.
Зертханалық жұмыс бойынша сұрақтар:
1.Газ тәріздес заттардың молекулалық массаларын анықтау үшін
қолданылытын формулаларды жазу керек.
2.Кипп аппаратының құрылысы.
3.Көмір қышқыл газы бөлінгенде жүретін реакция теңдеуі.
4.Кипп аппаратынан бөлінген газды қалай тазалайды?
№2 сурет Көміртек оксидін алатын құрал
Алынған көміртегінің (ІҮ) оксидін тұз қышқылынан тазалау үшін, оны
натрийдің гидрокарбонаты ерітіндісінен NaHСО3 өткіземіз, сосын концентрлі
күкірт қышқылынан өткізіп, құрғатады. Таза және құрғақ колбаны резина
тығынымен жауып, белгі қойып, технохимиялық таразыда 0,01 г дәлдікке дейін
өлшеңдер, колбаның массасын- m1 жазыңыздар. Колбаны көміртегінің (ІҮ)
оксидімен 3-4 мин Кипп аппаратынан жіберіп, толтырыңдар. Колбадан ақырындап
газ келген трубканы шығарып, колбаны тығындап, қайта таразыда өлшеу керек-
m2. Колбаны СО2-мен бірнеше рет толтырып, бірнеше рет өлшеу керек. Егер m2
кейінгі рет өлшегенде бір-бірінен 0,01 г айырмасы болса, өлшеуді аяқтаңдар.
Колбаның көлемін анықтау керек, оны колбадағы белгіге дейін су құйып,
сосын цилиндрге құйып, анықтаңдар. Тәжірибе температурасын анықтап
tтәжірибе 0С, оны абсолют температураға аудару керек. Т0К = 273 +
tтәжірибе.
Барометрдегі атмосфера қысымын анықтау керек, Р, кПа.
P, V, T белгілі болғандықтан Менделеев-Клапейрон теңдеуі бойынша ауаның
колбадағы массасын анықтау керек- mВ
mВ= Mауа *pV/RT = 29* pV/RT
Колбадағы көміртегінің (ІV) оксидін қалыпты жағдайға мына теңдеу
бойынша аударамыз:
|V0Р0 = VР V0 = VРТ0 |
|Т0 Т Р0Т |
Т- температура 0К; V0-Т= 273К және р0 = 101,3 кПа болғандағы көлем. СО2
молярлық массасын есептеңдер:
1)СО2 ауа салыстырмалы тығыздығы арқылы:
М (СО2) = (mСО2*29)/ mауа ;
2)Газдың молярлық көлемі бойынша:
М(СО2) = (mСО2*22,4)/ V0
3)Менделеев-Клапейрон теңдеуі бойынша:
М(СО2) = (mСО2*RT)/ pV
Осы табылған молярлық массалар бойынша орташа молярлық массаны
есептеңдер (Мтәжірибе).
Теориялық молярлық массасына салыстырып, салыстырмалы процеснттік
қатені есептеңдер:
% қате = ((Мтеор – Мтәж)/Мтеор) * 100
Кипп аппаратында жүретін реакциялар теңдеулерін жазыңдар:
1)HCl + CaCO3 →
2)NaHCO3 + … →
3)H2SO4+ … →
ТЕКСЕРУ СҰРАҚТАРЫ
1.Салыстырмалы молярлық масса дегеніміз не және оны қалай анықтайды? Екі
мысал келтіріңдер.
2.Молярлық масса дегеніміз не? Оның өлшем бірлігі, 3-4 мысал келтіріңдер.
3.Авогадро заңы және оның салдары.
4.Газдың молярлық көлемі деген не?
5.Менделеев-Клайперон формуласын келтіріңдер.
№ 3 Зертханалық сабақтың тақырыбы: Химиялық заттардың энергетикасы
Сабақтың мақсаты: Химиялық реакция энергетикасын калориметрия өлшеп
және термодинамикалық есептеу арқылы анықтау.
Зертханалық жұмыс бойынша сұрақтар:
1.Калориметрдің құрылысы.
2.Термохимияның негізгі заңы.
3.Бейтараптау реакциясының энтальпиясының мәні.
4.Гесс заңының салдары.
Жұмысты жүргізу:
Химиялық реакцияның энтальпиясын калориметр деген құрал арқылы өлшейді. 1-
сыртқы стакан, 2- реакция жүретін стакан, 3- қақпақ, 4- воронка, 5-
ерітінді араластыратын құрал, 6-термометр.
Күшті қышқылды күшті негізбен нейтралдау реакциясының энтальпиясы және
реакцияның Гиббс энергиясын есептеу. Электролиттік диссоциация теориясы
бойынша күшті қышқыл мен күшті негіз арасында мынадай реакция жүреді:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O
№4 сурет Калориметр
Нейтралдау реакциясының термохимиялық теңдеуін былай жазуға болады:
Н+ + ОН- =Н2О: ΔН=-57 кДж
Нейтралдау реакциясы үшін бірдей көлемдер алу керек, мысалы: 100 мл қышқыл,
100 мл негіз.
Реакция жүретін стаканға (2) негіздің белгілі көлемін (20 мл концентрациясы
1 М) құйыңдар да температурасын 0,10К дәлдікке дейін өлшеңдер (Т1), оны
зертханалық дәптерге жазыңдар. (Қышқылдыңда температурасын осындай
дәлдікпен өлшеңдер, екі температура тең болуы керек). Сондай көлем (20 мл)
қышқылды кұйып (1М) араластырып, ең жоғары температураны өлшеңдер (Т2).
Тәжірибе нәтижесін кестеге жазыңдар:
|Жүйе |Стакандағы жалпы |Т1, К |Т1, К |Т = Т2- Т1 |
| |көлем, V мл | | | |
|NaOH | | | | |
|HCl | | | | |
|NaOH | | | | |
|HNO3 | | | | |
Тәжірибе нәтижесінен мыналарды анықтаңдар:
1.Температуралар айырмашылығын ΔТ = Т2- Т1
2.Стакандағы ерітіндінің массасын (m) (ерітінді тығыздығын бірге тең деп
алыңдар).
3.Реакция нәтижесінде бөлінген жылуды (q): q= C∙m∙ΔT
C- ерітіндінің жылу көлемі 4,18 кДж (кг∙К)
m- ерітінді массасы
Тәжірибе нәтижесінде табылған жылу мөлшері 0,1 моль сілтіні
нейтралдағандағы жылу мөлшері болып табылады.
4.1 моль үшін нейтралдау энтальпиясы (кДж/моль);
ΔНнейтралдау = -q/0,1 кДж/моль
5.Теория бойынша нейтралдау энтальпиясы ΔНнейтралдау = -57 кДж/моль болса,
салыстырмалы қате %қате = ((ΔНтеор. – ΔНтәж.)/ ΔНтеор.)∙100
6.Энтропия мәндерін кестеден тауып, нейтралдау реакциясының энтропиясының
өзгеруін табыңдар
7.Нейтралдау реакциясының Гиббс энергиясын есептеңдер.
ΔG = ΔH + TΔS
Күшті қышқыл мен күшті негіз әрекеттескенде неге энтропия азаяды, соны
түсіндіріңдер.
Табылған ΔН, ΔS, ΔG мәндеріне сүйеніп, нейтралдау реакциясы өздігінен
жүретіндігі туралы қорытынды жасаңдар.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1.Термохимия нені зерттейді?
2.Экзотермиялық және эндотермиялық деп қандай реакцияларды айтады?
3.Гесс заңын және оның салдарын айтып беріңіз.
4.Ішкі энергия деген не?
5.Энтальпия деген не және оның физикалық мәні қандай?
6.Термодинамиканың бірінші заңын айтып беріңіз.
Энтропия деген не? Стандартты энтропия деген не? Энтропиялық бірлік деген
не?
7.Изобаралы-изотермиялық потенциал деп немесе Гиббс энергиясы деп қандай
шаманы айтады? ∆G қандай бірлікпен өлшенеді?
8.Жүйенің энтропиялық және энтальпиялық факторлары деген не?
9.ΔН пен ΔS байланысы қандай теңдеумен өрнектеледі?
№ 4 - № 5 Зертханалық сабақтың тақырыптары: Химиялық кинетика.Химиялық
тепе-теңдік
Сабақтың мақсаты: Химиялық реакцияның жылдамдығына және химиялық
тепе-теңдікке әртүрлі факторлардың әсерін тексеру.
Зертханалық жұмыстар бойынша сұрақтар:
1.Химияық реакцияның жылдамдығына әсер ететін факторлар.
2.Химиялық тепе-теңдікке әртүрлі факторлардың әсері.
3.Әрекеттесуші массалар заңы.
4.Вант-Гофф ережесі.
№1 Тәжрибе. Әрекеттесуші заттардың концентрациясының реакция жылдамдығына
әсері.
Әрекеттесетін заттардың концентрациясының реакция жылдамдығына әсерін мына
реакция арқылы, яғни натрий тиосульфатының концентрациясын өзгерту арқылы
қарауға болады.
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O + S↓
Реакцияның жүргендігін ерітіндінің күкірт бөлінуі нәтижесінде тұнбалануы
арқылы анықтайды.
Үш пробиркада натрий тиосульфатының әр түрлі концентрациялы ерітіндісін
дайындаңдар. Бірінші пробиркаға 9 мл натрий тиосульфатын, екінші пробиркаға
6 мл Na2S2O3 және 3 мл су, үшінші пробиркаға 3 мл натрий тиосульфатын және
6 мл дистильденген су құйыңдар.
|Көлем, мл |Na2S2O3 |Реакцияның |Реакцияның |
| |салыстырмалы |жүру |салыстырмалы |
| |концентрациясы|уақыты, Δt |жылдамдығы, I/Δt|
|Na2S2O3 |Н2О |Н2SO4 | | | |
|9 |- |3 | | | |
|6 |3 |3 | | | |
|3 |6 |3 | | | |
Төртінші пробиркаға 3 мл концентрлі күкірт қышқылын өлшеп алып бірінші
пробиркаға тез қосыңдар, пробиркадағы ерітінділерді араластырыңдар,
қышқылды құйысымен секундомерді қосыңдар. Тұнба байқалысымен уақытты
жазыңдар. Қалған екі пробиркағада осындай қышқыл құйып уақытты жазыңдар.
Тәжірибе нәтижесінен график сызыңдар. Абцисса осіне Na2S2O3
концентрациясын, ординатаға υ=I/Δt қойыңдар.
Натрий тиосульфаты концентрациясының реакция жылдамдығына әсерін
қорытындылаңдар.
№2 Тәжрибе. Реакция жылдамдығына температураның әсері.
Үш пробиркаға 5 мл-ден натрий тиосульфатын, үш пробиркаға 5 мл-ден күкірт
қышқылын құйыңдар. Пробиркаларды қышқыл-тиосульфат етіп үш жұпқа бөліңдер.
Бірінші жұпты су құйылған стаканға қойыңдар, стаканға термометр
салыңдар. 3-5 минут өткен соң, яғни пробиркадағы ерітінділер температурасы
теңескен соң, температураны анықтаңдар. Екі ерітіндіні біріктіріп,
араластырыңдар. Екі ерітіндіні бір-біріне құйғаннан соң, секундомерді
қосыңдар. Тұнба байқалысымен уақытты жазыңыздар Стакандағы суды 100С-қа
көтеріп (ыстық су қую арқылы), екінші пробиркалардың жұбын орналастырыңдар
да алдынғы тәжірибе сияқты тәжірибе жасаңдар. Осылай үшінші пробирканың
жұбымен стакандағы суды 100С-қа көтеріп, тәжірибе жасаңдар.
|№ |Температура, |Тұнба пайда |Реакцияның |Температураны 100С |
| |0С |болғандағы |салыстырмалы |көтергендегі реакция |
| | |уақыт, Δt |жылдамдығы |жылдамдығының өзгеруі |
| | | |υ=I/Δt |γ= υТ1/υТ2 |
| | | | | |
Реакция жылдамдығына тигізген температураның әсері туралы қорытынды
жасаңдар.
№3 Тәжрибе. Химиялық реакцияның жылдамдығына катализатордың әсері.
Пробиркаға 6 мл күкірт қышқылын (1:3) құйыңдар, оған 5-6 тамшы калий
перманганатын тамызыңдар. Ерітіндіні араластырып, бірдей етіп 5 пробиркаға
бөліңдер. Бір пробиркадағы ерітіндіні салыстыруға қалдырыңдар. Екінші
пробиркаға аз мөлшерде мырыш ұнтағын салып, араластырып, ерітіндіні
түссізденгенше уақытты секундомер арқылы анықтаңдар. Үшінші пробиркағада
сонша мырыш салып 1 тамшы КNO3 ерітіндісін тамызыңыз. Ерітіндіні
араластырып тағы уақытты анықтаңдар. Төртінші пробиркаға 2 тамшы, бесінші
пробиркаға 3 тамшы КNO3 құйып тәжірибені қайталаңдар.
|№ |Тамшы саны КNO3 |Ерітінді түссізденгенге |Салыстырмалы реакция |
| | |дейінгі уақыт, Δt |жылдамдығы υ=I/Δt |
| | | | |
Тәжірибе нәтижесінен график сызыңыздар. Абсцисса осіне КNO3
тамшысының санын, ордината осіне салыстырмалы жылдамдықты қойыңдар.
№4 Тәжрибе. Гетерогендік процестің реакция жылдамдығы.
0,2 граммнан бор (СаСО3) өлшеңдер (2 рет). Біреуін сол қалыпта пробиркаға
салыңдар, екінші өлшеген борды ұнтақтап екінші пробиркаға салыңдар. Екі
пробиркаға да 0,5 мл-ден тұз қышқылын құйыңдар. Секундомерді қосып, бордың
екі пробиркадағы толық ерігеніне дейінгі уақытты анықтаңдар. Реакция
теңдеуін және әрекеттесуші массалар заңының математикалық өрнегін жазыңдар.
Әрекеттесетін заттардың бетінің көлемінің реакция жылдамдығына әсері туралы
қорытынды жасаңдар.
№5 Тәжрибе. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуына зат концентрациясының әсер.
Пробиркаға өте сүйытылған ҒеСl3 және NH4CNS ерітінділерін төрт тамшыдан
құйыңдар. Сонда мынандай теңдеумен реакция жүретіндігін көрсетуге болады:
ҒеСl3 + 3NH4CNS ↔ Ғе (CNS)3 + 3NH4Сl
Алынған ерітіндіні сумен тағы сұйылтыңдар (1:2), оны бірдей етіп 5
пробиркаға бөліңдер. Біреуіне 2 тамшы ҒеСl3 ерітіндісін екіншісіне 2 тамшы
NH4CNS ерітіндісін, үшінші пробиркаға 2 тамшы NH4Сl ерітіндісін, төртінші
пробиркаға 2 тамшы алғашқы ерітінді (NH4CNS + ҒеСl3) қоспасын қосыңдар.
Алғашқы үш пробиркадағы ерітінді түсінің өзгеруін төртінші пробиркадағы
ерітінді түсімен салыстырыңдар:
|№ |Не қосылды |Ерітінді түсінің |Тепе-теңдіктің ығысу бағыты |
| | |өзгеруі |(оңға, солға) |
|1 | | | |
|2 | | | |
|3 | | | |
|4 | | | |
Темір хлориді мен аммоний роданиді арасында жүретін қайтымды реакция үшін
тепе-теңдік константасын жазыңдар. Байқаған құбылыстарды Ле-Шателье
принципі тұрғысынан түсіндіріңдер.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1.Қандай реакцияларды гомогенді, гетерогенді деп атайды?
2.Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз не?
3.Гомогенді, гетерогенді реакциялардың жылдамдығы қандай факторларға
байланысты?
4.Массалар әсерлесу заңын оқыңдар. Жылдамдық қонстантасының мәнін
анықтаңдар.
5.Химиялық реакциялардың жылдамдығы температураға байланысты неге және
қалай өзгереді?
6.Активтену энергиясы деген не?
7.Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не? Тепе-теңдіктің ығысуына қандай
факторлар әсер етеді? Мысал келтіріңдер.
9.Ле-Шателье принципінің маңызы.
№ 6 Зертханалық сабақтың тақырыбы: Ерітінділер концентрациясы.
Сабақтың мақсаты: Белгілі концентрациялы ерітінділер дайындап үйрену.
Титрлер әдісі бойынша ерітінділер концентрациясын анықтау.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Ерітінділер концентрацияларының түрлері.
2.Ареометрлер деген не?
3.Титр деген не?
4.Мысал арқылы бір концентрациядан екінші концентрацияға ауысу
жағдайларын көрсету керек.
№1 Тәжрибе. Ерітінді концентрациясын оның тығыздығы арқылы анықтау.
Концентрациясын анықтайтын ерітінділерді ~ 100 мл цилиндрге құйыңдар, оның
температурасын анықтаңдар. Егер ерітінді температурасы 200С-қа тең болмаса,
цилиндрді не жылы суға салып, не суық суға салып, ерітіндіні шыны таяқшамен
араластырып, 200С жеткізіңдер. Ерітінді тығыздығын ареометр арқылы
анықтаңдар. Таза, құрғақ сүртілген ареометрді ақырындап цилиндрдегі
ерітіндіге түсіріңдер. Ареометр цилиндр қабырғаларына тимеу керек. Ерітінді
ернеуіне сәйкес келген ареометр шкаласы ерітіндісінің тығыздығын көрсетеді.
Тығыздықты анықтауды тағы да екі рет қайталаңдар.
№5 сурет
Ерітінді тығыздығын анықтайтын ареометр
Ол үшін ареометерді 1-2см көтеріп, қайта ерітіндіге түсіріп, ареометрдің
шкаласын жазыңдар. Үш рет өлшеген соң ареометриялық орта санын жазыңдар. №4
таблицадан [3] бұл тығыздыққа сәйкес келетін заттың ерітіндідегі массалық
үлесін (%) анықтаңдар. Егер анықталған тығыздық таблицада екі тығыздық
ортасына сәйкес келсе, массалық үлесті мына формула бойынша интерполяциялау
арқылы табады:
Сх = С1 + (С2 –С1)∙ ((ρх -ρ1)/(ρ2 -ρ1))
ρх- өлшеген тығыздық
ρ1 және ρ2- таблицадағы өлшенген тығыздыққа жақын тығыздықтар;
Сх, С1, С2- оларға сәйкес концентрациялар.
№2 Тәжрибе. Массалық үлесі (%) белгілі тұздың ерітіндісін дайындау.
Оқытушыдан тапсырма алыңдар. Қанша тұз және су керек екенін есептеңдер.
Таразыда есептелген тұзыдың мөлшерін өлшеңдер де 300 мл колбаға салып
ерітіңдер. Судың мөлшерін цилиндрмен өлшеңдер. Ерітінді жасау үшін суды
аздап құйыңдар, ерітіндіні араластыра отырып тұзды ерітіңдер. Дайындалған
ерітіндіні колбадан цилиндрге құйып, ареометр арқылы оның тығыздығын
анықтаңдар.Дайындалған ерітіндінің молярлы, нормальды концентрацияларын
және титрін анықтаңдар.
Тәжірибе нәтижесін мына кестеге жазыңдар:
|Масса |Ерітіндінің |Дайындалған ерітіндінің |
| |тығыздығы |концентрациясы |
|Тұз |су | |молярлы |нормальды |Т, г/мл |
| | | | | | |
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1. Ерітінділер дегеніміз не?
2. Концентрацияның өлшем бірліктері қандай?
3. Электролиттік диссоциация дегеніміз не?
4. Көмір қышқылының диссоциациялануын сатылы теңдеулерін жазындар.
№ 7 Зертханалық сабақтың тақырыбы: Электролиттердің электр
өткізгіштігін тексеру
Сабақтың мақсаты: Электролиттердің күшін электролиттердің электр
өткізгіштігі арқылы анықтау.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Электролиттер деген не?
2.Электролиттік диссоциация деген не?
3.Әлсіз электролиттерді қандай көрсеткіштер арқылы сипаттайды?
4.Освальдтың сұйылту заңының мағанасы.
Көмір электродтарды стаканға салып, оны электр шамымен қосып, тоққа қосу
керек.
1. Стаканға 20-30 мл дистильденген су құйыңдар. Шам жана ма?
2. Стаканға 2-4грамм қант салып дистильденген суда ерітіңдер. Шам жана
ма?
3. Электродтарды жақсылап жуып құрғатыңдар да стакандағы құрғақ ас тұзына
(NaCl) тигізіңдер. Шам жана ма? Енді 20-30 мл дистильденген су құйып
тұзды ерітіңдер. Шам жана ма? Жеке дистильденген су және құрғақ тұз
электр тоғын өткізбейді, ал ас тұзының ерітіндісі тоқ өткізеді. Неге?
4. Төрт стаканға 20-30 мл 0,1 н мына ерітінділерді құйыңдар: бірінші
стаканға- тұз қышқылын, екіншіге- натрий гидроксидін, үшіншіге- сірке
қышқылын, төртіншіге- аммиак ерітіндісін. Осы ерітінділердің электр
өткізгіштігін тексеріңдер. Электродтарды ерітіндіге салған сайын алдын-
ала жеке стаканда тұрған дистильденген сумен жақсылап жуып отыру
керек. Тәжірибе кезінде шамның жарықтығына қарап, қышқылдар мен
негіздердің күші туралы айтыңдар.
5. Соңғы екі стакандағы ерітінділерді (сірке қышқылы мен аммиакты) бір-
біріне құйып, шамның жарықтығын салыстырыңдар. Неге шамның жарықтығы
әр түрлі?
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1. С.Аррениус теориясы.
2. Диссоциация константасы және дәрежесі.
3. Электролиттік диссоциацияға қандай электролиттер сатылап түседі?
4. Көмір қышқылының диссоциациялануын сатылы теңдеулерін жазындар.
№ 8 Зертханалық сабақтың тақырыбы: Тұздар гидролизі
Сабақтың мақсаты: Гидролиз реакциясының жүру заңдарын оқып үйрену.
Ерітінді ортасын анықтауды үйрену.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Гидролизге қандай тұздар ұшырайды?
2.Гидролизге қандай тұздар ұшырамайды?
3.Гидролиз дәрежесі қандай факторларға тәуелді?
4.Гидролиздің қолданылуы.
№1 Тәжрибе. Ерітіндінің рН-ын универсиал индикатор қағазымен анықтау.
Натрий карбонаты және гидрокарбонаты ерітіндісінің, қорғасын нитраты
ерітіндісінің рН-ын анықтаңдар. Ол үшін 3 пробиркаға 2-3 мл осы
ерітінділерден құйыңдар, универсал индикатор қағазын бір-екі секундтай осы
ерітіндіде ұстаңдар. Қағазды алып, индикатор шкаласымен салыстырыңдар.
Тексеріп отырған ерітіндінің рН-ын анықтап, реакция ортасын жазыңдар және
сутегі ионының концентрациясын есептеңдер.
№2 Тәжрибе. Тұздар ерітіндісінің ортасын анықтау.
4 пробиркаға 5-6 мл дистильденген су құйып, 2-6 кристалдан мына тұздарды
салыңдар да, ерітіңдер: 1-ге натрий ацетатын, 2-ге натрий силикатын, 3-ге
күміс нитратын, 4-ге алюминий сульфатын. Бірінші және үшінші пробиркадағы
ерітінділердің рН-ын универсал индикатор қағазымен, екінші пробирканы
фенолфталеинмен, төртінші пробирканы метилоранжбен тексеріңдер. Сосын
бірінші пробиркаға 1-2 тамшы фенолфталеин, ал үшінші пробиркаға 1-2 тамшы
метилоранж тамызыңдар. Бірінші және үшінші пробиркаларда ерітінділер түсі
өзгереді ме? Көрген құбылыстарыңды жазып түсіндіріңдер. Алынған тұздардың
гидролиз реакцияларының теңдеуін молекулалық және иондық түрде жазыңдар.
№3 Тәжрибе. Қышқыл тұздар гидролизі.
2 пробиркаға 2-3 мл-ден мына тұздардың ерітіндісін құйыңдар: біреуіне
натрий карбонатын, біреуіне- натрий гидрокарбонатын Екі пробиркаға да 1-2
тамшыдан фенолфталеин тамызыңдар. 2-ерітіндінің түсі көбірек өзгереді. Қай
тұз көбірек гидролизге түсті, яғни қай ерітінді де ОН- ионы көбірек, неге?
Гидролиз теңдеуін жазыңдар.
№4 Тәжрибе. Ақырына дейін жүретін гидролиз.
Алюминий сульфаты ерітіндісіне натрий карбонаты ерітіндісін құйыңдар.
Түзілген алюминий карбонаты алюминий гидроксидінің тұнбасын және көмір
қышқыл газын түзе гидролизге түседі. Реакция теңдеуін жазыңдар. Алюминий
карбонаты тұнба құрамына кірмейтіндігін дәлелдеңдер. Ол үшін тұнбаны судан
бөліп алып, жуып, тұнбаға тұз қышқылын құйыңыздар. Егер көмірқышқыл газы
бөлінбесе, тұнбада Al2(CO3)3 жоқ.
№5 Тәжрибе. Ерітіндіні сұйылтқанда гидролиз тепе-теңдігінің ығысуы.
Концентрлі қорғасын нитратының түссіз екенін бірінші көріп алыңдар.
Пробиркаға 10-15 мл краннан су ағызыңдар да, оған 1-2 тамшы концентрлі
қорғасын нитратының ерітіндісін (Pb(NO3)2) тамызыңдар. Тұнба пайда болғанын
байқаңдар. Гидролиз теңдеуін жазыңдар, неге концентрлі Pb(NO3)2 ерітіндісі
түссіз, тұнбасыз екенін түсіндіріңіздер. Метилоранж арқылы ортасын
анықтаңыздар. Гидролиз реакциясына ерітіндісінің сұйылту әсері туралы
қорытынды жасаңыздар.
№6 Тәжрибе. Температураны өзгерту нәтижесінде гидролиз тепе-теңдігін
ығыстыру.
Пробиркаға 5-6 тамшы фенолфталеин тамызыңдар, түсін байқаңдар. Пробирканы
ерітінді қайнағанға дейін қыздырыңыздар. Ерітінді түрі қалай өзгереді?
Фенолфталеин түсінің өзгеруі арқылы ОН- ионының концентрациясының өзгеруі
туралы қорытынды жасаңдар. Гидролиз теңдеуі қай жаққа ығысады? Температура
өзгеруіне байланысты неге гидролиз дәрежесі өзгереді?
...
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1.Төмендегі тұздардың гидролиз реакциясының теңдеуін иондық және
молекулалық түрде жазыңдар: K2S, Na3PO4, Mg(NO3)2, ZnSO4, AlCl3, CH3COONH4,
(NH4)2CO3, Cu(CH3COO)2, Al2S3. Бұл тұздардың ерітіндісіндегі реакция
ортасын көрсетіңдер.
2.Гидролиз деген не? Қандай тұздар гидролизге көбірек түседі? Қандай тұздар
гидролизге түспейді?
3.Гидролиз дәрежесі деген не және ол неге байланысты?
4.Қайтымсыз гидролиз деген не? Мысал келтір.
№ 9,10 Зертханалық сабақтардың тақырыбы: Тотығу-тотықсыздану реакциялары
Сабақтың мақсаты: Қосылыстардың тотығу-тотықсыздану қасиеттерін оқу
және тотығу-тотықсыздану реакцияларының теңдеулерінің құрып үйрену.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Тотығу процесі деген не?
2.Тотықсыздану процесі деген не?
3.Тотығу-тотықсыздану процесіне ортаның әсері.
4. Тотығу-тотықсыздану процесінің бағыты қалай анықталады?
№1 Тәжрибе. Әр түрлі ортадағы калий перманганатының тотығуы.
Үш пробиркаға 3 мл калий перманганаты ерітіндісін құйыңдар. Бірінші
пробиркаға 2 мл күкірт қышқылын, екіншіге 2 мл калий гидроксидін құйыңдар,
үшіншісіне 2 мл су. Әр пробиркаға 3 мл натрий сульфитін құйыңдар.
Калий перманганатының түрінің қалай өзгеретіндігін байқаңдар. ТТР-ның
теңдеуін жазыңдар.
MnO4- -қызыл көк, Mn2+- түссіз, MnO42—жасыл, MnO2 қоңыр тұнба.
№2 Тәжрибе. Тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы күкірт (ІҮ) қосылыстары.
Бір пробиркаға калий дихромат K2Cr2O7 ерітіндісін, екінші пробиркаға
натрий сульфиді ерітіндісін Na2S құйыңдар. Екі пробиркаға да 3 мл күкірт
қышқылын және 3 мл натрий сульфиті Na2SО3 ерітіндісін құйыңдар. Бірінші
пробиркадағы ерітінді түрі қалай өзгереді? Екінші пробиркадағы ерітінді
түрі неге бұлыңғырланды? Екі ТТР-ның да теңдеуін жазыңдар.
№3 Тәжрибе. Темір (ІІІ) хлоридінің калий иодидымен тотығуы.
Пробиркаға 5 мл темір хлоридінің және 3 мл калий иодиды ерітінділерін
құйыңдар. Ашық сары түске боялғанша бұл ерітіндіні сумен сұйылтыңдар да 2-3
тамшы жаңадан жасалған крахмал ерітіндісін тамызыңдар. ТТР теңдеуін жазып,
тәжірибе нәтижесін түсіндіріңдер.
№4 Тәжрибе. Диспропорциалану реакциясы.
Екі пробиркаға 2-3 тамшы натрий сульфиті кристалдарын салыңдар. Бір
пробирканы салыстыруға қалтырыңдар. Екінші проибрканы 5-6 минут
қыздырыңдар. Пробирканы суытыңдар. Екі пробиркаға да 5-6 тамшы
дистильденген су құйыңдар да тұздарды ерітіңдер. Әр пробиркаға 2-3 тамшы
мыс (ІІ) сульфаты құйыңдар. Екі пробиркадағы да тұнбаның түсін
салыстырыңдар. Екінші пробиркада пайда болған қара тұнба мыс сульфиді.
Натрий сульфитін қыздырғанда екінші шыққан зат натрий сульфаты. Натрий
сульфитін қызыдрғанда жүрген ТТР теңдеуін жазыңдар.
№5 Тәжрибе. Молекулааралық ТТР.
Пробиркаға бірнеше мыс нитраты Cu(NO3)2∙3H2O кристалдарын салыңдар.
Пробирканы ақырындап. Кристалл түрі өзгереді және одан газ бөлініп шығады.
Мыс нитратының ыдырауы нәтижесіндегі ТТР-ның теңдеуін жазыңдар.
Cu(NO3)2- ақ; Cu(NO2)2- болмайды; CuO- қара; Cu- қызыл; N2, NO, O2- түссіз;
NO2- буырыл. Мыс нитраты молекуласындағы тотықтырғыш пен
тотықсыздандырғышты көрсетіңдер.
Өзін- өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар:
1.Тотығу дәрежесі деген не? Оны қалай анықтайды?
2.Реакция кезінде тотықтырғыштың және тотықсыздандырғыштың тотығу
дәрежесі қалай өзгереді?
3.Периодтық жүйедегі қай топта және қай топшаларда тотықтырғыш пен
тотықсыздандырғыш орналасқан?
4.Элементтердің тотығу-тотықсыздану қасиеттері:
а)период бойынша (солдан оңға қарай)
б)негізгі топшаларда (жоғарыдан төмен қарай) қалай өзгереді?
5. Эквиваленттің молярлық массасын тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш
үшін қалай есептейді?
№ 11 Зертханалық сабақтың тақырыбы: Гальваникалық элементтің э.қ.к
анықтау
Сабақтың мақсаты: Металдардың электродтық потенциалдарын өлшеп
үйрену және есептеу. Нернст теңдеуін пайдаланып гальваникалық элементтің
э.қ.к. есептеу.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Гальваникалық элементтің қолданылуы.
2.Нернст теңдеуі.
3.Электродтық потенциалдар деген не?
4.Металдардың кернеу қатарын гальваникалық кесте құруға қалай
пайдаланады?
№1 Тәжрибе. Мыс-мырыш гальваникалық элементтің э.қ.к. өлшеу.
Суретте көрсетілгендей етіп, мыс пен мырыштың электродынан тұратын
гальваникалық электрод жинаңдар. Бұл металдардың тұздарының концентрациясын
оқытушы айтады. №7 сурет. Гальваникалық элемент.
1-мыс электроды, 2- мырыш электроды, 3- мыс сульфаты ерітіндісі, 4- мырыш
сульфатының ерітіндісі, 5- электролиттік кілт, 6- өткізгіш сым.
Өткізгіш сым потенциометр клемасымен жалғасады. Мырыш-теріс, мыс-
электродын оң полюске қосып, элементтің э.қ.к.
есептеңдер.
ΔЕтеор. = Е Cu2+/Cu - E0Zn2+/Zn
Салыстырмалы қатені табыңдар: % қате= ((ΔЕтеор.-ΔЕтәж.)/ΔЕтеор.)∙100%
№2 Тәжрибе. Концетрациялы гальваникалық элементтің э.қ.к. есептеу.
Мыс электродынан немесе мырыш электродынан тұратын гальваникалық
элементтің схемасын жинақтаңдар. Электродтарды концентрациясы әр түрлі өз
тұздарының ерітіндісіне батырыңдар. Ерітінділер концентрациясын мұғалім
көрсетеді.
Тәжірибе жүзінде ΔЕтәж. өлшеңдер және теориялық ΔЕтеор. мына формула
бойынша есептеңдер:
ΔЕтеор. = (0,059/n) lgCІІ/СІ, CІІ<СІ
Салыстырмалы қатені табыңдар.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1.Гальвани элементі мен стандартты сутек электрод схемаларын көрсетіп,
қалай жұмыс істейтінін түсіндіріңдер.
2.Гальвани элементі жұмыс істеу үшін қандай реакциялар қолданылады?
3.Металл электродтарының потенциалына қандай факторлар әсер етеді?
4.Гальвани элементтерінің э.қ.к. қалай өлшенеді?
5.Концентрациялық гальвани элементі қалай жасалады?
№ 12-13 Зертханалық сабақтардың тақырыбы: Электролиз. Коррозия
Сабақтың мақсаты: Электролиз процесінің жүруін көру және
оның әр түрлі жағдайының схемасын құру.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Электролиз процесінде не себепті тұрақты тоқ көзін қолданады?
2.Электролизердың құрылысы.
3.Электролиз процесінің қолданылуы.
4.Активті металдарды электролиз арқылы қалай алады?
№1 Тәжрибе.Тұрақты тоқ көзінің теріс полюсін анықтау. Зертханада
электролизер ретінде U тәріздес шыны ыдыстан тұрақты екі электрод салынған
прибор қолданылады.
1-тұрақты тоқ көзі; 2- U тәріздес шыны ыдыс; 3- электродтар; 4- электролит
ерітіндісі. U- тәріздес шыны ыдысқа натрий сульфатының ерітіндісін құйып, 1-
2 тамшы фенолфталеин тамызыңдар. Мыс электродтары тоқ көзімен қосыңдар. 30-
40 секундтан кейін теріс полюс қосылғанэлектродтың жанында ерітінді қызыл
түске боялады. Электрлиз схемасын жазыңдар. № 6 сурет.Электролизер.
№2 Тәжрибе. Калий иодиді ерітіндісінің электролизі. Электролизерге
калий иодиді ерітіндісін құйыңдар, графит электродтарын батырыңдар да
оларды тұрақты тоқ көзіне қосыңдар. 3 минуттай электролиз жүргізіңдер,
катодта газ тәріздес сутегі бөлінеді, ал анодта бос иод бөлінеді.
Электролиз схемасын жазыңдар. Тәжірбие біткен соң электродтар мен
электролизерді жақсылап кранның астына жуыңыздар.
№3 Тәжрибе. Мыс (ІІ) сульфатының ерітіндісінің электролизі.
Электролизерге мыс сульфаты ерітіндісін құйыңдар, оған графит электродтарын
батырыңдар, тұрақты тоқ көзімен қосыңдар. 3-5 минут электролиз
жүргізіңіздер. Анодта оттегінің бөлінгенін байқаңдар. Тәжірибе біткен соң
катодта мыс бөлінгенін байқаңдар.Енді тоқ көзінің полюсін ауыстырыңдар.
Нені байқайсыңдар? Электролиздің схемасын жазып, байқаған құбылыстарыңды
түсіндіріңдер.
Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1.Электролиз деген не?
2.Анод және катодта жүретін процестерді түсіндіріңдер.
3.Металды рафинадтау деген не? Ол қалай жүреді?
4.Электролиз заңдары?
Коррозия.
Сабақтың мақсаты: Электрохимиялық коррозия жылдамдығына әр түрлі факторлар
әсерін көру.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Коррозияның түрлері.
2.Металдарды коррозиядан қорғау.
3.Протектор деген не?
4.Ингибитор деген не?
№1 Тәжрибе. Хлор-ионының коррозияны жылдамдатуы.
Екі пробиркаға 6 мл мыс сульфатын, 2 мл күкірт қышқылын құйыңдар. Бір
пробиркаға 5 мл натрий хлоридін құйыңдар. Екі пробиркаға да алюминий сымын
батырыңдар. Қай пробиркада газ интенсивті бөлінеді?
Анодтық, катодтық және жалпы процестердің теңдеулерін жазыңдар. Реакция
жылдамдығына хлор-ионының әсерін түсіндіріңдер.
№2 Тәжрибе. Оттегінің концентарциясына байланысты коррозия.
Болат пластинканы наждак қағазымен тазалаңдар. Кранның астына қойып
жуыңдар. Фильтр қағазымен сүртіп кептіріңдер. Содан кейін таза пластинканың
бетіне мынандай ерітінділер: натрий хлориді, калий гексацианоферрат (ІІІ)
және фенолфталеин қоспасынан тұратын ерітіндіні тамызыңдар. 3-5 минут
уақыттан соң тамшының ортасында көк түсті, ал шетінде қызыл түсті
ерітінділер пайда болады. Тамшының арасында гальваникалық элемент түзіледі.
Тамшының ортасында оттегі аз болғандықтан анодтық, шетінде оттегі көп
болғандықтан катодтық зона пайда болады. Тамшының ортасында темір екі
валентті ионға тотығады, сондықтан турнбулевая синь (көк түсті) пайда
болады. Тамшының шетінде судың әсерімен оттегі тотықсызданып, гидроксид-ион
түзеді, сондықтан фенолфталеин қызылға боялады.
Катодтық және анодтық процесстердің теңдеуін жазыңдар: Ғе2+ және ОН-
иондарын анықтау реакцияларының және темірдің тат басу (ржавчина)
реакциясының теңдеуін жазыңдар.
№3 Тәжрибе. Металдарды коррозиядан протектор әдісімен қорғау.
Пробиркаға сүйытылған сірке қышқылын құйыңдар. Оған бірнеше тамшы калий
иодиді ерітіндісін тамызыңдар, бір-бірімен контактқа келтіріп мырыш және
қорғасын пластинкаларын батырыңдар.
І- ионы Pb2+ ионына индикатор болып саналады. PbІ2 сары түсті тұнба.
Салыстыру үшін басқа пробиркаға осы ерітінділерді құйып, тек қорғасынды
салыңдар. Қай пробиркада қорғасын иодиді тез түзіледі? Pb – Zn
гальваникалық элементтің схемасын жазыңдар. Қай металл протектор болып
саналады?
№4 Тәжрибе. Коррозия жылдамдығына ингибитор әсері.
Екі пробиркаға 5-6 мл күкірт қышқылын құйыңдар. Әр пробиркаға жұқа темір
пластинкасын салыңдар. Бір пробиркаға уротропин не басқа ингибитор
қосыңдар. Ингибитордың коррозия жылдамдығына әсерін қорытындылаңдар.
Өзін- өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1.Металдар коррозиясы деген не?
2.Коррозияның қандай түрлерін білесіңдер?
3.Электрохимиялық коррозияның химиялық коррозиядан айырмашылығы неде?
4.Коррозиялық микрогальвани элементтері неге пайда болады?
5.Қандай факторлар коррозия жылдамдығына әсер етеді?
6.Металдарды коррозиядан қорғау әдістері.Қысқаша әр әдісті сипатта.
7.Қандай заттарды ингибиторлар деп атайды?
№ 14-15 Зертханалық сабақтардың тақырыбы: Комплексті қосылыстар
Сабақтың мақсаты. Катионды, анионды, бейтарап комплекс қосылыстарды
алу және қасиеттерін зерттеу.
Зертханалық сабақ бойынша сұрақтар:
1.Ішкі және сыртқы сфералар арасындағы байланыс түрі.
2.Комплекс түзгіш пен лигандалар арасындағы байланыс түрі.
3.Анионды комплекстердің оқылуы, мысалдар.
4.Катионды комплекстердің оқылуы, мысалдар.
5.Бейтарап комплекстердің оқылуы, мысалдар.
№1 Тәжрибе. Тетраамин мыс (ІІ) сульфаты комплекс қосылысын алу және оны
зерттеу.
Екі пробиркаға 5 мл 1 н мыс сульфатын құйыңдар. Бір пробиркаға 2 тамшы
барий хлоридін құйыңдар, екінші пробиркаға гранулды қалайы (Sn) салыңдар.
Бірінші пробиркада тұнба пайда болғанын, екінші пробиркада қалайының
бетінде мыс бөлінгенін байқайсыңдар. Реакция теңдеуін жазыңдар.
Үшінші пробиркаға 5-7 мл мыс сульфатын құйып, біртіндеп 25% -аммиак
ерітіндісін құйыңдар. Басында ақ тұнба (негіздік мыс сульфаты) пайда
болады, ол біртіндеп ериді. Ерітінді түсі көкке боялады, яғни мыс (ІІ)
тетраамин сульфаты комплексі пайда болады. Теңдеулерін жазыңдар. Бұл
комплекс қосылысты екіге бөліп, біреуіне барий хлоридін тамызыңдар,
екіншісіне қалайы тастаңдар. Тұнба түзіледі ме? Мыс бөлінеді ме? Неге?
№2 Тәжрибе. Аниондық комплекс қосылыс.
Пробиркаға 3-4 мл висмут нитраты ерітіндісін құйыңдар. Тамшылап калий
иодиді ерітіндісін бурыл тұнба болғанша құйыңдар. Содан кейін бұл тұнба
ерігенше (висмут иодиді) калий иодиді ерітіндісін құйыңдар. Реакция
теңдеулерін жазыңдар. Алынған қосылыстың формуласы: ВіІ3*КІ.Оны комплекс
қосылыс ретінде жазыңдар, оның диссоциациясын көрсетіңдер.
№3 Тәжрибе. Катиондық комплекс қосылыс.
Пробиркаға 3-4 тамшы никель сульфаты ерітіндісін құйып, оған күйдіргіш натр
ерітіндісін тамызып, никель гидроксиді тұнбасын алыңдар. Тұнбаның үстіндегі
сұйық ерітіндіні төгіп, тұнбаға 25%-аммиак құйып, ерітіңдер. Реакциялар
теңдеуін жазыңдар. (Комплекс қосылыста никельдің координаталық саны 6-ға
тең) комплекс қосылыстың диссоциациясын жазыңдар.
Өзін- өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:
1. 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.
2. Комплекс қосылыстар жазып, оларды атаңдар: PtCl4∙6NH3, PtCl4∙5NH3,
PtCl4∙4NH3, Co(NO3)3∙6NH3, Co(NO2)3∙KNO2∙2NH3.
3. Қай негіз күштірек: [Cu(NH3)4](OH)2 не Cu(OH)2 ме?
4. Қай комплекс ион тұрақтырақ: [Zn(NH3)4]2+ не [Cd(NH3)4]2+?
[Co(NH3)4]2+ не [Co(NH3)4]3+?
Практикалық сабақта және студенттердің оқытушы басшылығымен орындайтын
(СӨЖО) есептер мен жаттығулар әр тақырыптарға мына оқу құралында берілген:
Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М., Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар, Семей,2012 – 138 бет.
Осы оқу құралы практикалық сабақтарда студенттердің қолдарында болуы
керек!
Студенттің өздік жұмысына арналған тапсырмалар (әр студент үшін)
Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М., Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша
есептер мен жаттығулар, Семей,2012 оқу құралының 95-125
беттерінде берілген.
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