Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 Атом-молекулалық теорияның негізгі қағидалары
Ломоносов 1741 жылы шыққан алғашқы жұмысының бірі «математикалық химияның элементтері» деген еңбегінде атом, молекула жайындағы пікірін ғылыми жүйе түрінде ұсынды. Ломоностың негізгі идеясы - барлық зат ұсақ бөлшектерден тұрады, олардың өзара ілінесетіндік қабілеттілігі бар,заттың қасиеті негізінде осы ұсақ бөлшектердің қасиетіне байланысты.Ломоносов бөлшектердің кішісі –атомды -элемент деп,ірісі-молекуланы-корпускула деп атады. Ломоносов
«элемент - заттың өзінен айырмашылығы және ұсағырақ түрі жоқ бөлшегі. Корпускула - 1кішкене масса түзген элементтердің жинағы» деген. Молекулалардың қасиеті оның құрамына кіретін атомдардың қасиеттеріне орналасу тәртібіне тәуелді. Әрбір затың құрамы оны түзуші корпускуланың құрамына сәйкес. Әртүрлі заттардың корпускулаларының құрамы әртүрлі. Корпускулалар үнемі қозғалыста болады,ол қозғалыс механиканың заңдарына бағынады.Заттың жылынуы,сууы корпускулалар қозғалысына байланысты дейді. Ломоносовтың пікіріне ұқсас пікірлер қайта туды, оларға тәжірибелік дәлелдер де табылды.
Зат массасының сақталу заңы. М.В.ломоносов 1748ж материя сақталуының жалпы принциптерін былай тұжырымдады. «...Табиғатта болатын күллі өзгерістердің мәнісі мынада: бір денеден қанша кемісе, екіншісіне соншама қосылады; бір жерден бірнеше материя азайса, басқа жерде артады...» М.В.Ломоносов материя ретінде затты қабылдап, оның мөлшеріне массасын алды. Қазіргі көзқарас бойынша, жалпы материяның сақталу заңын болып шығар еді. Реакцияға қатысқан барлық заттардың масса-ң қосындысы реакция нәтижесінде түзілген өнімдердің масс-ң қосындысына тең.
Құрам тұрақтылық заңы. Пруст: Құрам тұрақтылық заңы. Ломоносовытң корпускула мен олардан түзілген заттың құрамы сәйкес болады деген пікірінен корпускуланың құрамы тұрақты болатын болса,олардан түзілген заттың да құрамы тұрақты болуы керек деген қорытынды туады. Міне,осыны тәжірибе жүзінде тексеруге 18 ғ-ң аяғында ғана мүмкіншілік туды.Түрлі заттардлың салмақ құрамы жайында жингалған тәжірибелік материалды француз ғ Пруст зерттеп мынадай қорытындыға келген: «Химиялық қосылыс дейтініміз ...жаратылыс өзі тұрақты құрам берген зат...Перуден ашылған болсын ,не Сібірден табылған болсын,куміс хлоридінің құрамдары бірдей ,күллі дүние жүзінде бір ғана түрлі натрйй хлориді,бір ғана түрлі калий нитраты болады.»
1801жылы Пруст ашқан заттың құрам т.з.-ң анықтамасын былай айтуға болады:Қандай жолмен алынған болса да ,таза хим қосылыстың сандық және сапалық құрамдары әрдайым тұрақұты болады.Мысалы: көміртек диоксидін мынадай үш жолмен алуға болады:
1)C+O2=CO2
2) 2CO+O2=2CO2
3) CaCO3=CaO+CO2
Эквивалент
Дальтон- эквивалент :хим тәжірибелерде таразыны кең қолдану ,хим қосылыстардфң құрамын білу ,химиктердің алдына бірнеше жаңа мәселелер қойды.Соның бірі химиялық элементтер бірімен-бірі қосылысқанда қандай масса мөлшерлерінде қосылысады деген мәселе болды.Ағ ғалымы Дальтон 1803 бастап бірнеше жыл осы мәселемен шұғылданып ,ақырында химияға эквивалент (әуелгі аты қосылғыштық салмақ)деген түсінік енгізді.
Эквивалент-химиялық элементтер бірімен –бірі қандай салмақ мөлшерлерінде қосылысатындығын көрсететін сан.Әдетте сутек пен оттекті өлшеіш ретінде пайдаланады,сутектің 1 салмақ бөлігіне оттектің 8 салмақ бөлігі сәйкес келетіні белгілі,сондықтан:
Элементтің химиялық эквмваленті дегеніміз-оның сегіз салмақ бөлік оттекпен не 1,008салмақ бөлік сутекпен қосылыса алатын немесе қосылыстарда солардың орнын баса алатын салмақ мөлшері.
IUPAC анықтамасы: Эквивалент деп берілген қышқылдық-негіздік реакцияда сутектің 1 катионына, н/е берілген ТТР-да 1 электронға сәйкес шартты н/е нақты бөлшекті айтады. Нақты бөлшектің берілген қышқылдық-негіздік реакцияда сутектің 1катионына сәйкес, н/е берілген ТТР-да 1 элект-ға сәйкес келетін үлесін эквиваленттік фактор fэкв д.а. Эквиваленттік факторды берілген реакциян-ң стехиометриясы бойынша анықтайды.Заттың эквивалентінің 1 моль мөлшерінің массасын оның эквивалентінің молярлық массасы д.а. Оның өлшем бірлігі де г/моль.
Мысалы: Массасы 3,06г металл қышқылмен толық әрекеттескенде көлемі 2,8л (қ.ж)сутек бөлініп шыққан. 1л сутектің массасы 0,09г деп алып, белгісіз металдың эквивалентінің молярлық массасын табу керек. Шешуі: Алдымен бөлініп шыққан сутектің массасын табамыз: m(H)=2.8*0.09/1=0.252г. Енді эквиваленттер заңын пайдалана отырып, белгісіз металдың эквивалентін табамыз: Мэкв.(Ме)=3,6*1,008/0,0252=12г/моль Еселі қатынастар заңы
Дальтон еселік қатынастар заңының ашылуана үлесін қосты.Бұл жағдайды зерттеген Дальтон мынадай жағдайларға келген :
2элемент бірімен-бірі бірнеше қосылыс түзетін болса ,ол қосылыстарды ,сол элементтердің біреуінің бірдей етіп алынған масса бөлігіне сай келетін масса бөліктерінің өзара қатынасы ,кішкене бүтін сандар қатынасындай болады. Дальтон осындай еселі қатынасты көміртек пен сутектің қосылыстары-метан мен этиленге ,көміртек пен оттектің қосылыстары –көміртек диоксилі мен көміртек оксидіне тапқан.
Осы заңдарда ашылып отырған қағидалардың дұрыстығын түсіндіру үшін Дальтон атом жөніндегі түсінікке қайта оралып, өзінің пікірін былайша тұжырымдады.
Дальтон атом жөніндегі тұжырымы:
1.Барлық зат өте кішкене бөлшектерден-атомдардан тұрады.
2.Жәй заттар одан әрі бөлінбейтін, біріне-бірі ұқсас басқалардан айырмашыллығы бар жәй атомдардан, ал күрделі заттар күрделі атомдардан тұрады.Күрделі атомдар реакция кезінде жай заттардыың атомдарына ажырайды...
3Күрделі заттың күрделі атомдары әртүрлі жай атомдардың аз ғана санынан құралады. Мысалы: 2 жай заттың атомдары қосылып күрделі зат бере алады, ол күрделі атомдардың құрамы АВ,А2В, АВ2 т.т. болуы мүмкін, демек 2 элемент арасында бірнеше қосылыс түзіледі.
4күрделі атомның массасы оны қоршаушы жай атомдардың массаларының қосындысына тең. Атомдардың массалары оларды сипаттаушы қасиеттердің бірі. Сондықтан атомдардың салыстырмалы массасын білу өте қажет.
Дальтонның атомистикасы негізінде Ломоносовтың пікіріне ұқсас, бірақ өзгешелігі де бар. Дальтонның күрделі атомдар дейтіндерінде, бірдей жай атомдардан тұратын осы кезлегі түсінікке қарағанда жай заттың молекулалары жоқ. Ломоносов қағидасында ондай корпускулалар бар. Дальтон пікірінше жай заттың молекулаларының болмауы атом-молекулалық ілімінің қабылдануына көп уақыт бөгет болды. Дальтонның атомистикасының 2-ші ерекшелігі мында сапалық сипаттан басқа, сандық-сипат та . ал Дальтонның атомдық массаның анықтауы тамаша табыс еді.
Авогадро элементтің ең ұсақ бөлігі атом екеніне ешкімнің таласы жоқ, бірақ сол элементтердің ең кіші бөлігі сол атом болалды деген ұғымды ешкім дәлелдеген емес. Авогадро пікірінше , ол газ күйіндегі жай заттардың кіші бөлігі атом емес, 2 атомнан түзілген молекула. Сөйтіп Авогадроның пікірі бойынша бірдей жағдайда алынған әртүрлі газдардың бірдей көлемдеріндегі молекулалар сандары да бірдей болады. Сөйтіп молекула дегеніміз заттың хим қасиеттерін бойында сақтайтын ең кіші бөлігі . көпшілік заттардың молекулалары дербес күйде болады. Ал атом – жай және күрделі заттардың молекулаларының құрамына кіретін хим элементтердің ең кіші бөлігі. Яғни Авогадроның жай газдың молекулалары 2 атомнан тұрады деген дұрыс болды.
.
2.Д.И.Менделеевтің периодтық заңы және периодтық системасы. Атомдардың периодты түрде өзгеретін қасиеттері. +
Химия тарихындағы ерекше маңызды ірі табыс Д.И.Менделеев ашқан периодтық заң болды.Осы заң негізінде элементтердің периодтық жүйесі жасалды.Период дегеніміз- ядро зарядының біртіндеп өсуі және қасиеттерінің белгілі тәртәп бойынша өзгеру ретімен орналасқан элементтердің жиынтығы. Периодтық заң - жаратылыстың негізгі заңдарының бірі, оның ашылуы химияда жаңа дәуір туғызды. Д.И.Менделеев периодтық кестені XIX ғ. 60 жж ашқан еді. Осы кезде белгілі болған элементтер саны 28 болса, Д.И.Менделеевтің заманыңда 63, ғасырдың аяғында 83 болды. Осы кезде 113 элемент белгілі. Период ішіндегі элементтердің қасиеттері күшті сілтілік металдан басталып яғни s-элементтен басталып, бірте-бірте металдық қасиеті кеміп, амфотерлі қасиеті артып, ақыры бейметалдардың ең күштілері галогендерге келіп, инертті газбен яғни р элементпен бітеді.Периодтағы элементтер саны белгілі бір заңдылыққа бағынады:І-периодта 2 элемент, ІІ-ІІІ-периодтарда 8, ІV-мен V-де 18,VІ ж/еVІІ-де 32 элементтен болады. Горизонталь бағыт,период бойымен солдан оңға қарай.Бұл бағытта атомдық салмақ, ядро заряды, электрон саны біртіндеп өседі, осы ған сай металдық қасиет әлсіреп, бейметалдық қасиет күшейеді. Мундай өзгеру алғашқы периодтарда айқынырақ, кейінгі периодтарда баяуырақ болады. Вертикаль бағыт, негізгі және қосымша топшалар бойымен жоғарыдан төмен қарай. Бұл бағытта атомдық салмақ, ядро заряды, электрон саны сылыстырмалы түрде өзгереді, бірақ электрондық кұрылымының ұқсастығына байланысты және квант қабаттары санының артуына сай элементтердің қасиеті өте баяу өзгереді, айырмашылықтан ұқсастық көп. Гортизонталь және вертикаль бағыттағы өзгерушілікті ұластыра қарасақ, кестенің сол жақ төменгі бұрышында негізгі топшаларда нағыз күшті металдар, оң жақ бұрышындағы негізгі топшаларды нағыз бейметалдар орналасқан. Атомдардың периодты түрде өзгеретін қасиеттері: 1.атом радиусы 2- электртерістілік 3- қасиеттері
4- иондану энергиясы 5- электрон тартқыщтық 6- тотығу дәрежесі
7- валенттілік 8- атомдық массасы
3. Квант сандары. Электрондық орбиталдардың кеңістіктегі пішіні
Атомдағы электронның күйін толық көрсету үшін үш бірдей бүтін сан қажет. Олардың бәрі квант сандары деп аталып n,l,m деп белгіленеді. Бұл квант сандары электрон қозғалысын физикалық тұрғыдан сипаттайды, әрі электрон бұлтының геометриялық ерекшеліктерін бейнелейді.
Бас квант саны n электронның мүмкін болатын ядродан ара қашықтығын, яғни электрон бұлтының орташа көлемін және электронның энергиясын анықтайды. Белгілі бір квант санының мәніне сәйкес келетін электрондардың саны атомда электрондық деңгей түзеді, ал электрондар орналасқан деңгейді электрондық қабат дейді. Бас квант санының мәндері бірден басталатын бүтін сандармен, ал бұларға сәйкес келетін электрондық деңгейлер немесе қабаттар латынша бас әріптермен көрсетіледі.
Бас квнат саны n 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…
Энергетикалық деңгей K, L, M, N, O, P, Q…
немесе қабат
Орбиталь квант саны l бас квант санына тәуелді болады және ол электрондардың пішіндерін анықтайды. Геометриялық тұрғыдан қарағанда орбиталь квант саны ядродан өтетін түйіндік беттерінің санын көрсетеді. Орбиталь квант саны 0-ден n-1-ге дейінгі аралықтағы бүтін сандардың мәніне ие бола алады және l=0,1,2,3,…n-1. Оларды s,p,d,f…әріптерімен де белгілейді.
Бас квант саны n=1 сәйкес келетін бірінші деңгейде 1s деңгейшесі болады, оның электроны ядроны айналғанда 1=0 сәйкес пішіні шар тәрізді электрон бұлтын немесе орбиталь түзеді.Жалпы кестесі мына түрде болады:
|
Бас квант саны |
Орбиталь квант саны |
Орбитальдарды әріппен белгілеу |
|
n |
l |
|
|
1 |
0 |
1s |
|
2 |
0 1 |
2s 2p |
|
3 |
0 1 2 |
3s 3p 3d |
|
4 |
0 1 2 3 |
4s 4p 4d 4f |
Магнит квант саны m орбитальдардың кеңістікте орналасуын сипаттайды, анығы, бір пішіндес орбитальдардың жалпы санын және олардың кеңістіктегі орналасу ретін көрсетеді.
Орбиталь квант саны 1=0 сәйкес келетін s деңгейшеде шар пішіндес бір бағытта орналасатын орналасатын бір орбиталь болады. Егер 1=1 сәйкес келетін p-деңгейшеде пішіндері бірдей гантель тәрізді үш орбиталь болады, олар үш күйде, яғни кеңістікте үш түрлі бағытта орналасады. 1=2 магнит квант санының бес мәні сәйкес келеді, d-деңгейшеде әр түрлі бағытта орналасқан пішіндері күлтелі орбиталь болады. Жалпы кестесі сына түрде болады:
|
l |
M |
m жалпы саны |
|
0(s) |
0 |
1 |
|
1(p) |
-1 0 +1 |
3 |
|
2(d) |
-2 -1 0 +1 +2 |
5 |
|
3(f) |
-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 |
7 |
4.Атомдардың электрондық құрылысы.Клечковский ережесі. Паули принципі.Хунд ережесі.Элементтердің және оның қосылыстарының химиялық қасиеттері электрондық құрылысына байланысты. Атомдағы электрондардың энергетикалық орбитальдар бойынша орналасуы былай жүреді:1 энергия минимумы принципы;2Паули принципі 3 Гунд және Клечковский ережелеріне сай.
Паули принципі.Көпэлектронды атомдарда электронның жағдайы Паули ашқан квантты –механикалық заңмен өрнектеледі.Бұл заң бойынша, төрт квант сандарымен суреттелетін бір кванттық жағдайда тек бір ғана электрон болады. S-орбитальда спиндері антипараллель тек екі электрон ғана орналасады.Салдары: 1. Деңгейдегі электрондардың максимал саны негізгі кванттық санның екі еселенген квадратына тең 2. Деңгейшедегі электрондардың саны 2(2l+1) ге тең.
Гунд ережесі. Бір деңгейшелер аралығында сәйкес орбитальдарды электрондармен толтырған кезде,электрондар спиндерінің қосындысы максимал болуы керек.Барлық орбиталдарда бір электроннан орналасқаннан кейін ,келесі электрондар жұптасып орналасады.
Клечковский ережесі.Орыс ғалымы Клечковский өте қарапайым және нақты ереже ұсынды:элементтердегі атомдар электрондарының толтырылуы,квант сандары n+1 қосындысының өсуі тәртібі бойынша жүреді;егер екі деңгейдің қосындысы тең болса,онда бірінші n шамасы кіші деңгей толтырылады
5.Атом орбитальдарының гибидтенуі.Молекулаларлың кеңістіктегі пішіндері.Сигма және Пи байланыстары.Валенттік электрон жұптарының тебілісу теориясы. Гибридтеліну дегеніміз әр түрлі атомдық орбитальдардың арласып,энергиялық ждағынан тиімді біркелкі АО-ң түзілуі. Мұндай гибридті орбиталдар басқа атомдармен хим-қ байланыс түзуге өте бейім.Гибридті орбиталдардың саны гибридтенуге қатынасқан орбиталдардың санына тең.Гибридті орбиталдар электрон бұлттарының пішіні мен энергиясы жағынан бірдей болып келеді.Олар атомдық орбиталдарға қарағанда хим-қ байланыс түзу сызықтың бойында жатады,сондықтан электрон бұлттарының бүркесуіне қолайлы жағдай туады.АО гибредтену түрлері көп. Олардың ең маңыздыларын қарастырайық: .sp-гибридтену.Периоодтық жүйедегі екінші топша элеиенттерінің галогендерімен қосылыстарында sp-гибридтену түрі іске асды Берилийдің сутекпен және галогендермен қосылыстарын қарастырайық.Берилий негізгі жағдайда жұптаспаған электрондары жоқ.Бірақ оның барлық қосылыстарының құрылысы түзу сызықты болып келеді.Осындай құрылысты ВБ теориясыментүсіндіру үшін,Ве электрондарының қозған жағдайын қарастырады,осының нәтижесінде екі жұптаспаған электрондар пайда болады.Ве-ң әртүрлі екі орбиталі бірігіп жаңа жәнне ұқсас екі гибридті электрондар пайда болады.sp-гибридтену.Бір s-орбитальдарымен және екі р-орбиталдарымен қосылып,жаңа үш sp-гибридтелу дейді.Олардың валенттік бұрыштары
120ºжәне бір жазықтықта орналасқан ең қолайлы жағдай орналасады.Осындай гибридтену периодтық жүйедегі үшінші топша элементтерінің молекулаларына тән.Әр түрлі гибридті орбитальдардың кеңістіктегі құрылысы да әр түрлі болады:сызықты, үшбұрышты,тетраэдрлі.Валенттік жұп электрондардың тебелісу теориясы толық гибридтелу бойынша байланысқа қатыспайтын электрон жұптарының тебісу әсері байланыстырушы жұп электрондарға қарағанда көбірек.Сонымен ВБ әдісін қолданып қорытынды жасауға болады :
1.ВБ әдісі көптеген молекулалардың геометриялық құрылысын түсіндіруге мүмкіндік береді.
2.Гибридті орбиталдардың кеңістікте орналасуы өзара электрон бұлттарының приципіне бағынады.
3.Гибридтеліну коволентті баланыстың ерекше қасиеті,байланыстың бағытталынуын сипаттайды.Ковалентті байланыстың иондық байланыстан басты айырмашылығы,иондық байланысқа бағытталу қасиеті тән емес.
6Молекулалық орбитальдар теориясы Молекулалық орбиталдар әдiсi бойынша молекуладағы электронды бiрнеше орталықты қамтитын (атомдардың ядроларын) толқындық функция арқылы өрнектеуге болады. Оның негiзгi қaғидасы мынадай: молекулада бастапқы атомдарды байқамайды, тек ядроларды бөлiп қарайды. әрбiр электрон барлық ядролар жэне молекуладағы барлық электрондар өрiсiнде қарастырылады. Ең қарапайым жақындасуда молекулалық орбиталдар Шредингер теңдеуiнен шығатын атомдық орбиталдардың сызықтық комбинациясы болып табылады. қазiргi уақытта молекулалық орбиталдар теориясы бiрте-бiрте кеңiнен қолданыла бастады.
Молекулалық орбиталдар теориясы (МО) - молекуланың электрондық құрылысын анықтайтын әдiс. Бұл теорияның негiзгi принципi - молекула бутiн бiр тұтac жүйе. Молекулаға барлық электрондар мен ядролар ортақ. Химиялық байланыстың түзiлуiнiң себебi - барлық электрондардың барлық ядролар мен электрондарға ортақ өpicтe қозғалуы.
МО ерекшелiктерi. Валенттiк байланыс әдiсi АО (атомдьық орбитал) жеке бiр атомның электронының козғалысын сипаттайды. Молекулалық орбиталдар (МО) бүкiл молекуладағы ядроларға ортақ МО – көп центрлi орбиталдар. МО әдiсi молекуладағы әр электронға сәйкес молекулалық орбиталды сипаттайды.
Молекулалық орбитал атомдық орбиталды сызықты комбинациялау нәтижесiнде түзiледi деп саналады. Бастапқы әрiптерiн алып қысқартқанда былай жазылады: АОСК=МО, молекулалық орбитал ол атомдық орбиталдардың сызықты комбинациясы.
Бiрақ, молекулалық орбиталдар түзiлу үшiн АО - орбиталдар кесімді шарттарға сай болу қажет:
_ атомдық орбиталдар энергияларының шамасы жақын болуы;
_ атомдық орбиталдағы бүркескен электрон бұлттары тығыздығының шамасы улкен болуы;
- атомдық орбиталдардың байланыс орталығы бiр симметрияда болуы. молекулалық орбиталдар әдiсiнiң принципi - молекуладағы әp электронды сипаттайтын толқындық функция молекула құрамындағы барлық ядролар өpiciне қатынасты болуы қажет. Ең қарапайым турiнде: молекулалық орбитал дегенiмiз атомдык орбиталдардың өзара сызықты комбинациясын құру нәтижесiнде түзiлген жаңа орбитал.
Молекулалық орбиталдар әдісi молекуладағы электрондар бiрнеше орталықгарға ие болған (атомдардың ядролары) толқындық функциялармен сипатталады. Атомдық орбиталдарды өзара қосып не алып тастаса молекулалық орбиталдар тузiледi
7. Валенттік байланыс әдісі. Сутек атомының жалғыз s- электроны бар, 1s1 пішіні шар тәрізді. Сутектың екі атомы бір біріне жанасқанда олардың арасында екі түрлі электростатикалық күштер туады: тартылу және тебілу күштері. Бір атомның электрон бұлты екінші атомның ядросына тартылады. Біздің мысалымызда На атомының электрон бұлты Нб атомының ядросына және керісінше,Нб атомының электрон бұлты На атомының яядросына тартылады. На және Нб атомдарының ядроларының өзара тебіліседі, дәл сол сияқты олардың электрон бұлттары да бір-бірін тебеді.
ВБ әдісі бойынша сутек атомдары жақындасқанда тартылысу жіне тебісу күштерінің қалай өзгеретінін есептеп, жүйенің потенциалдық энергия қисығын салуға болады. Бірінші рет мұндай есептеуді 1927 жылы неміс ғалымдары Гайтлер мен Лондон орындаған. Осындай есептеулердің нәтижесінде мынадай жағдайлар анықталды.Электрондардың спиндірі қарама-қарсы сутек атомдары жанасқанда. Жіүйенің потенциалдық энергиясы қисығында минимум пайда болады. Бұл жағдай сутек атомдары жақындасқанда тебісу күштері тартылысу күштерінен басым болып, жүйенің потенциалдық энергиясы атомдар жакындасқан сайын үздіксіз өседі. Бұл жағдай спиндері параллель сутек атомдарының молекула құрап бірікпейтінін көрсетеді.
Сонымен кванттық механикаға негізделген есептеулердің нәтижесінде коваленттік байланыстың табиғаты түсіндірілді. Коваленттік байланыс атомдардың спиндері антипараллель электрон бұлттарының бүркесуі нәтижесінде түзіледі.Байланыс энергия деп байланысты үзуге жұмсалатын шаманы айтады. Байланыс ұзындығы деп байланысқан атомдардың ядроларының ара қашықтығын айтамыз.
8.Ішкі энергия. Энтальпия. Термодинамиканың бірінші заңы.
Ішкі энергия- берілгенжүйенің толық энергисы,яғни энергия мөлшеріни заттың бір моліне жатқызады және олДж,кДж немесе кал,ккал бойынша анықталады.Снымен жүенің толық энергиясы үш санның қосындысына тең:
Жүйенің ішікі энергиясы өз кезегінде бірнеше құрамдарды біріктіреді.Ішкі энергия – бұл осы жүйеге кіретін барлық бөлшектердің өзара әрекетесуі және қозғалысы.Ішкі энергия молекулааралық энергия жүйесін құрайтын бөлшектердің алға жүрүші,айналмалы және тербелмелі қозғалысының кинетикалық энергиясының қосындысы. Ішкі энергия ядроның ядромен, электронның электронмен,ядроның электронмен әрекеттесуінің потенциалдық энергиясы,ядролық энергия,ядроның тебілуіне сай энергия.Сонымен бөлшектердің өзара тартылысу және тебілісу энергиясы,ішкі молекулярлық немесе атомдар арасындағы әрекеттесу энергиясы,сонымен қатар, ішкі ядролық процестер энергиясының барлықтары ішкі энергияға жатады.Жүйенің энергиясыз күйге әкелуге мүмкіншілік болмағандықтан,заттардың ішкі энергиясының абсолюттік мәні белгісіз.Әдетте,процестегі жүйенің ішкі энергиясының өзгерісін() анықтайды.
Ішкі энергия жүйе күйінің функциясы болып табылады,яғни оның өзгерісі жүенің бастапқы және соңғы күйімен анықталады және процестің жүру жолына тәуелді емес. Ішкі нергияның,жұлудың, жұмыстың өзара байланыстылығы термодинамиканың бірінші заңымен-энергияның сақталу және өзгеру заңымен анықталады:Клаузиус тұжырымы әлем энергиясы тұрақты, Энергия өзінен өзі пайда болмайды және жоғалмайды,ол тек бір түрден екінші бір түрге ауысады.термодинамиканың бірінші заңы былай аталады:кез келген процесте жүйенің сіңірген жылуы жүйенің іішкі энергиясының өзгеруіне және белгілі жұмыс жасауға жұмсалады.Бұл теідеудің математикалық түрі мынадай: Q=
Термодинамикада реакцияның жылу эффектінің бұрынғы берілген таңбаға қарама-қарсы етіп алынады.Оның себебі термодинамикада жылу эффектілерінің бәрі бір жүйе тұрғысынан қаралады.Реакция нәтижесінде жылу жүеден сыртқа шығып жатқанда,жүйенің жылуы кері кемиді,сол себептен теріс таңбалы етіп алынады.Ал,керісінше жылу сырттан жүйеге сіңіріліп жатса,оның энергиясы артатындықтан жылу эффектісінің тваңбасы оң етіп алынады. Энтальпия да ішкі энергия сияқты жүйенің негізгі қасиеттерінің бірі.H=U+P болғандықтан, энтальпияны жүйенің ұлғаю энергиясы немесе P,T=const жағдайдағы ішкі және сыртқы энергияларының қосындысы деп қарастыруға болады.Әдетте энтальпияның өзгеруін заттың моліне қатынасты қарастырады және Дж/моль немесе кал/мольөлшем бірліктерімен белгілейді, 1кал=4,187Дж. - реакцияға қатысушы заттардың біреуінің моліне есептелген, берілген реакция жүру кезінде бөлінген н/е сіңірілген жылу мөлшері. Мысалы,
CaCO3= CaO+CO2; -
Кальций карбонатының бір молі(100г) ыдырау р/я-сы кезінде кальций оксидінің молі(56г) мен көміртек диоксидінің молі(44г) түзіледі ж/е сіңіріледі. Яғни, жүйенің энтальпиясы 177,94 Кдж/моль артады.HCl түзілу р-ясы экзотермиялық реакция:
H2+Cl2=2HCl кДж/моль
Жүйенің энтальпиясы -184,73кДж/м- ға кемиді. Күшті қышқылдардың сілтілермен барлық бейтараптану р/я-ры жылу бөлінумен жүреді.
H2SO4+2NaOH=Na2SO4+H2O н/е жалпы түрде:
2Н3О++OH-=2H2O = -78.29 кДж/моль.
9.Энтропия.Термодинамиканың 2 заңыТабиғатта өз бетінше сыртқы әсерсіз жүретін процесстер қатары бар. Олар,мысалы: қолдан лақтырылған тас жерге қарай өздігінен қозғалады. Тас құлағанда потенциалдық энергиясын жоғалтады.Осы процесте тастың потенциалдық энергиясы кинетикалық энергияға айналады. Ретсіздік дәрежесі энтропия деп аталатын,физикалық ұғыммен өрнектеледі және ∆S таңбасымен белгіленеді. ∆S=∆Q/T Энтропия –бөлшектің қозғалысын сипаттайтын заттың қасиеті-ол берілген жүйенің ықтималдық сипаты болуы мүмкін.Термодинамиканың 2 заңының бірнеше түсініктемелері бар. Олардың біреуі аса қарапайым: жылу өздігінен суық денеден ыстыққа беріле алмайды. Термодинамиканың 1-ші заңы энергиямен байланысты болса, Термодинамиканың 2 заңы тікелей энтропиямен байланысты.Екінші заңы былай айтылады жылу мөлшері Q жүйеге T температурада қайтымды процесс арқылы сіңірілсе, жүйенің энтропиясы S мына шамаға тең болады
∆S=∆Q/T
Энтропияның өлшемі ретінде шартты энтропиялық бірлік(э.б.) пайдаланылады, э.б.=4,1840кДж/моль*К. Энтропияның өсуі процестің өз бетінше жүруін, оның мүмкіншілігін сипаттайды. Энтропия өсуі арқылы жүретін процестердің мүмкіндігі зор және бұл процестер көп жағдайда өз бетінше жүреді. Егер кристалл зат суда еритін болса, энтропия өседі. Энтропия өсуі арқылы жүретін процестер тек тұйық жүйелерде ғана жүреді. Мұндай процестер қайтымсыз болып табылады. Барлық қайтымды процестерде энтропия өзгермейді. Кей жағдайларда табиғатта процестер өз бетінше энтропия өзгеруі мен де жүруі мүмкін. Бұл тек жүйе тұйық болмаған жағдайда және энергия өзгерген кезде ғана болады. Мысалы, егер екінші күй энтропиясы S2<S1 кіші болған кезде процесс жүретін болса, бұл процесс жылу бөліну арқылы жүреді. Конденсация кезінде жылу бөлінеді.
H2O S0298, Дж/моль*К
Газ 188,72 ↓ энтропия
Сұйық 69,95 ↓ кемиді
Кристалл 39,33 ↓
Конденсация кезінде газ сұйыққа айналады, сонда Sконд=Sc-Sr=69.95-188.72= -188.77. Яғни бұл жағдайда жүйеде реттің жоғарылауы н/е төмендеуі орындалады. Энтропияны да энергияны да өлшеуге болмайды, оны тек жүйенің жылулық сипаттамаларын қолдана отырып есептеуге болады. Бастапқы күйден соңғы күйге ауысу процесінде жүйенің энтропия өзгерісін мына формуламен табуға болады:
Энтропия-заттың бөлшектерінің қозғалысын көрсететін және заттың берілген күйіндегі ықтималдық сипаттамасы: S=k* lnW
Болатын қасиеті. Әр түрлі заттардың энтропияларын, энтальпия сияқты салыстыру үшін, стандартты жағдайларға жатқызады:Т=2980К, P=101,325 Па және S0298(Дж/моль) деп белгілейді. Газ күйінде заттың энтропиясы ең үлкен болады.Термодинамикалық басқа функциялар тәрізді энтропияның өзгеруін жүйенің бастапқы және соңғы күйіне сай табамыз:
ST=ΣSТ өнімдер – ΣSТ реагенттер
Мысалы,CaCO3=CaO+CO2
S0298,, Дж/К*моль 92,9;39,7; 231,8
S0298=(S0298CaO+S0298CaO)-S0298CaCO3= 39,7+213,8-92,9=160,6 Дж/К моль
Сол сияқты 15000К-та қызған көмірді көміртек диоксидімен тотықтырудың хим р/я-сына қарап:
Cграфит+СО2=2CO
S0298=33,4; 292; 248,9
S0298=2S0CO –(S0C +SCO2)=2*248,9-(33,4+292)=172,4Дж/К*моль
Бірдей атом түрлерінен құралған жүйелер күрделіленген сайын олардың энтропиясы артады.
Молекулалардағы не атомдардағы бөлшектердің сандары(электрон, протон,нейтрон) артқан сайын энтропия жоғарылай түседі. Период бойынша орналасқан элементтерді алсақ
|
Ме |
Na |
Mg |
Al |
Si |
|
S0298 |
51,0 |
32,5 |
28,3 |
18,7 |
Олардың атомдық массаларының артып, күрделіліне түскеніне қарамастан энтропиялары кемиді. Оның себебі бұл қатардағы атомдардың құрылымының ерекшеліктеріне сай қаттылығының арта бастауында, ең «жұмсақ» натрийдің энтропиясы «қатты» кремнийден әлдеқайда жоғары.
10.Ковалентті байланыстың қанымдылығы, бағытталуы, полюстігі.
Коваленттік байланыс – ортақ электрон жұбын түзу арқылы пайда болатын химиялық байланыс. Коваленттік байланыс түзілуінің үрдісін көбінесе схема түрінде береді, ондағы электрондар нүктемен белгіленген. Егер атомдардың арасында бір коваленттік байланыс болса (жалғыз ортақ электрондық жұп), онда ол дара, егер екеу болса, қос (екі ортақ электрондық жұп), үштік (үш ортақ электрондық жұп) деп аталады.
H2 затын құратын ковалентті байланыс - екі сутегі атомдарында ортақ екі электроны бар.Коваленттік байланысты екі түрге бөледі: полярлы және полярлы емес. Полярлы емес коваленттік байланыстың электрон бұлттары ортақ электрон жұбымен құрылған, яғни электрондық байланыс бұлттары екі атом ядроларына қатысты кеңістікте симметриялы орналасқан. Полярлы емес коваленттік байланыс бейметалдарда пайда болады және металл жұптарында, химиялық элементтің бір атомынан: Н2, О2, О3, N2, S2, Li2, Na2, C, Si және басқалары құрылса, полярлы коваленттік байланыстың электрон бұлттары электртерістілігі жоғары атомға қарай ығысқан (НСl, H2O, H2S, NH3 және т.б).
Атомның электртерістілігі – химиялық байланыстарда басқа атомдардың валенттілік электрондарын өзіне тарту қабілеті. Электрондық бұлттардың формасы әртүрлі болғандықтан, олардың тұйықталуы әртүрлі тәсілдермен жүзеге асуы мүмкін. Тұйықталу әдісі мен симметриясына байланысты түзілген бұлттар σ − , π − және δ-байланыстары болып ажыратылады. σ-байланыс (сигма-байланыс) – бұл байланыс бұлттардың тұйықталуынан атомдардың байланыс сызықтарының маңайында іске асады. Симметрия шарттары негізінде келесідей қорытынды жасуға болады: s-орбиталь электрондары σ-байланыс түзілуінде, p-электрондар σ және π-байланыстар, ал d-электрондар σ, π, δ-байланыстары түзілуіне қатысады. Бұлттар қабаттасуы σ-байланыс кезінде максимал болады. Коваленттік байланыс тек қана қарама-қарсы спиндері бар электрон бұлттарының қабаттасуы нәтижесінде түзілмейді. Коваленттік байланыс сонымен қатар донорлы-акцепторлы механизммен түзілуі мүмкін. Бұл жағдайда химиялық байланыс бір атомның екі электрон бұлттары мен басқа атомның бос орбиталі нәтижесінде түзіледі (NH4+).К.б\ң бағытталуы.К.б\ты түзетін электрон бұлттарының белгілі бір бағыты болады,осының салдарынан молекулалар кеңістікте белгілі құрылысқа иеб\ды. Бұл мәселені ВБ теориясы қарастырады. Бұл теория\ң х\қ байланыс атомдарының жалқы электронды орбитальдары\ң бүркесуі нәтижесінде түзіледі. Олардың өздерінің пішіндеріне сай бағыттары б\ды.
11Гиббсэнергиясы. Үрдістің бағытын анықтайтын энатальпиялық және энтропиялық факторлар. Химиялық термодинамиканың негізгі теңдеуі Гиббс энергиясы болып табылады. ДельтаG=дельта H-TдельтаS. Мұндағы делтаН және делтаS күй функциялары: дельтаН-энтальпия, дельтаS-энтропия,Т-температура. Дельта G- Гиббстің еркін энергиясы, оны алғаш рет ұсынған американдық ғалым математик және термодинамик Д.У.Гиббстің атымен аталады. Дельта G- Гиббстің еркін энергиясы –энтальпия мен энтропияның дельта S арасындағы өзара байланысты көрсетеді. Энтальпия кез келген химиялық реакцияны энергиясы төмен күйде жүруіне жағдай жасайды, бөлшектерді мейлінше күрделі қосындыға біріктіруге бағыт береді.энтропия жүйеде «ретсіздіктің» максимальды өсу бағытына ұмтылатын, яғни бөлшектер мейлінше ретсіз орналасатын күй функциясы. Н және S функциялары бір бірімен тәуелсіз болса да, көптеген хим-қ процестер осы екі функцияның өзгерісімен жүреді. Хим-қ реакцияларда бөлшектер құрылысы күрделі бөлшектерге бірігуге ұмтылып, энтальпияны төмендетеді. Екінші жағынан бөлшектер жекеленіп, энтропияны үлкейтеді. Бұл функцияны изобара-изотермиялық потенциал д.а., кейде оны жай ғана «термодинамикалық потенциал» д.а. гиббс энергиясы,энтальпия Н және энртопия S тәрізді физ-қ шамалар күй функциясы д.а. кейбір заттар мен иондардың стандартты түзілу Гиббс энергиясы G298 (кДж/моль). Стандартты түзілу энергиясының көмегімен кез келген хим-қ процестің стандартты бос энергиясының өзгерісін есептеу ыңғайлы. Стандартты бос энегрияның өзгерісі былайша өрнектеледі:
Келтірілген теңдеуден мынадай қорытынды шығады: хим-қ реакцияның бос энергиясы жеке реакция өнімдерінің түзілу бос энергияларының қосындысынан бастапқы реагентттердің мәндерінің қосындысын алып тастағандағы айырымға тең. Дельта Gº шамасы бойынша процестің мүмкнідігін және мүмкін еместігін анықтауға болады. барлық өздігінен жүретін хим-қ процестер жүйеде Гиббс энергиясы төмендейтін бағытта жүреді. Процестің жүру мүмкіндігі дельта G<0 орындалуына байланысты болады, яғни дельта G өзгерісі теріс таңбалы шама болуға тиіс. Егер G~=40 кДж/моль град немесе бұдан да төмен болса, онда реакция өздігінен жүреді.
Энтропиялық фактор- Т дельта S реакцияның өздігінен жүру қабілетіне белгілі бір дәрежеде әсер етеді. 0ºК жақын температурада, Т дельта S шамасы 0-ге жақын болады, сондықтан дельтаG шамасы мен таңбасына ең алдымен энтальпиялық фактор әсер етеді. Гиббс энергиясының шамасына әсер ететін энтропиялық фактор температураның жоғарылауымен үлкейеді. өте жоғары температурада энтропиялық фактор Тдельта S энтальпиялық факторды бүркелемейді. Жоғары да емес, төмен де емес температурада дельта G- ге екі фактор да әсер етеді.
Энтальпия, энтропия және Гиббс энергиясының өзара және температурамен байланысты.
Гиббс энергиясының өзгерісі реакция өнімдері мен бастапқы заттардың табиғатына және физ-қ күйіне тәуелді болады, процестің жүру жо лына тәуелді емес.
12.Химиялық реакция жыдамдығына әсер ететін факторлар. Вант-Гофф ережесі мен Аррениус теңдеуі. Активтену энергиясы. Актвтенген комплекс. Химиялық реакцияның жылдамдығы әр түрлі болады. Кейбіреулері өте тез, біреулері баяу болады. Оның жылдамдығы басқа процесстердің жылдамдығы сияқты уақытпен өлшенеді.химиялық реакция жылдамдығына : әрекеттесуші заттардың табиғаты, қысым, температура, әрекеттесуші заттардың концентарциясы және катализатор әсер етеді. Әрекеттесуші заттардың табиғатының әсері. Заттың табиғатының хим.реакцияның жылдамдығына әсері үлкен. Кейбір реакциялар өте тез, біреулері баяу жүреді. Мыс: а) 2Rb
2H2O=2RbOH+H2(қопарылыс болады). б) Ag+H2O=реакция өте баяу жүреді,айлап, жылдап өтеді. Температураның әсері. Заттардың өзара әрекеттесулері үшін олардың бөлшектері бір- бірімен соқтығысуы қажет. Соның нәтижесінде бөлшектердің электрон бұлттарының тығыздықтары өзгеріп, жаңа хим-қ байланыстар түзіледі. Жылдамдықтың тем-ға тәуелділігін Вант- Гоффтың эмпирикалық ережесімен бағалуға облады: «тем.әрбір 10ºС-қа артқанда реакцияның жылдамдығы 2-4 есе өседі»:Вант-Гофф ережесінің математикалық теңдеуін реакцияның жылдамдық константаларының не жылдамдықтарының арақатынасы арқылы өрнектейді:
U t2/Ut1=γ t2-t1/10
Аррениус теңдеуі. Аррениус көптеген реакцияларда температура жоғарылаған кезде жылдамдықтың артып сызықты болмайтынына назар аударады. Реакция жылдамдығының константасы мына теңдеуге бағынады.
lgK=lgA-Eакт /
2,3RT
Бұл теңдеу Аррениус теңдеуі деп аталады. Мұнда Еакт – активтену энергиясы, R- молярлы газ тұрақтысы, Т-абсолют температура, А-молекулалар арасындағы бір секунд ішіндегі жалпы соқтығысу саны. Соқтығысу молекулалардың рекацияға қолайлы ориентациялары кезінде молекулалар арасында болады. реакция жылдамдығына концентарцияның әсері. Хим-қ реакцияның тез жүруі үшін әрекеттесуші заттардың молекулалары жиі түйісулері қажет екендігі анықталды. Түйісуді жиілендіру үшін алдымен әрекеттесуші молекулалардың санын, демек концентрациясын өсіру керек. Реакцияның жылдамдығына әрекеттесуші заттардың концентарциясының әсерін Норвегия ғалымдары Гульдберг және Вааге 1867 жылы мынадай қорытындыға келді: Хим-қ реакцияның жылдамдығы реакцияласушы заттардың концентарцияларының көбейтіндісіне тура пропорционал. Мұны әрекеттесуші массалар заңы деп атайды. Катализатордың әсері. Хим-қ реакцияның жүру жылдамдығына «бөгде» заттардың әсері болатындығы XVIII-ғасырда белгілі болды. 1812 жылы орыс химигі Кирхгоф крахмалға күкірт қышықылын араластырып қыздырса оның қантқа айналатынын, бірақ реакция нәтижесінде күкірт қышықылы өзгермей қалатынын байқаған. Сөйтіп реакцияның жылдамдығына катализатор заттардың үлкен әсері болатындығы анықталды.Катализатор- реакцияның жылдамдығын өзгертіп, бірақ реакция нәтижесінде өздері хим-қ өзгермей қалатын заттарды айтамыз.Қалыпты жағдайда әрекеттеспейтін кейбір заттар катализатор қатысында реакцияласа бастайды. Катализаторлар реакцияның жылдамдығын млн есеге дейін өсіре алады. Катализатор қатысуымен жүретін процестер табиғатта және өнеркәсіпте өте көп. Тірі организмдегі толып жатқан процестерде, мысалы ас сіңіруде, органикалық катализаторлар- ферменттер, өсімдіктердің қоректенуіне топырақта болатын минералдық ферменттер қатысады. Кей жағдайда әр түрлі катализатор қолдану арқылы бір заттан түрлі өнімдер алуға болады. Катализатор қатты, сұйық, газ күйінде болады..Активтену энергиясы.Активтенген компелкс. Молекулаларды активті күйіне айналдыру үшін жұмсалатын қосымша энергия активтену энергиясы деп аталады. Активті молекулалардың соқтығысуы нәтижесінде хим-қ реакция жүруі мүмкін. Жүйенің энергетикалық өзгеруі нәтижесінде активті молекулалардың жалпы саны өсуі мүкін. Электрон тығызыдығының қайта таралуы және жаңа хим-қ байланыстардың тууы мүмкін болатын ара қашықтыққа бөлшектер жақындайды. Соған байланысты соқтығысатын бөлшектердің электрон бұлттарының арасында туатын тебісу кұштерін игеруге жеткілікті энергиясы болуы керек. Мұндай реакцияға қабілетті бөлшектер активтігі деп аталады, ал энергетикалық барьерді игеруге қажетті энергия реакцияның активтену энергиясы деп аталады. Өзара әрекеттесу процесінде болатын бөлшектер тобы активті компелкстер деп аталады. Молекулалар реакциясына қатысатын байланыстар толық үзілгендегі реакция жолына, активті комплекс түзу арқылы жүретін реакцияның жолы энергетикалық тиімді болатыны көрсетілген. Сондықтан, көптеген реакциялар аралық активті комплекстер түзу арқылы өтеді. Олай болса, активтену энергиясы әрекеттесуші заттарды активті комплекс күйіне ауыстыруға қажетті энергия болып табылады.
13. Ерітінділердің коллигативтік қасиеттері. Бу қысымының төмендеуі. Осмос. Қайнау температурасының жоғарылауы мен қату температурасының төмендеуі. Бір затта екініш зат ерігенде еріткіштің де, еріген заттың да қасиеті өзгереді. Еріткіштің қасиеті өзгеруден туатын жаңа қасиеттер барлық ерітінділерге ортақ қасиетке айналады. Мұндай қасиеттерге : осмос, ерітінділер буының қысымы, ерітінділердің қату жәнеқайнау тепературалары жатады. Осмос. Ерітінділердің, оның ішінде сұйық ерітінділердің қасиеттерін зерттегенде, ол ерітіндідегі заттың күйі газ күйіне өте ұқсас екендігі анықталды. Газдардың негізгі қасиеті-диффузия арқылы мейлінше кең көлем алуға тырысуы. Осындай қасиет еріген затта да облады: 1 ыдысқа қанттың конц.ерітіндісі құйылады және оның үстіне араласып кетпейтіндей етіп, ептеп сол қанттың сұйық ерітіндісін құяды. Бұл жағдайда екі жақты диффузия жүреді,яғни қанттың молекулалары конц.ерітіндіден сұйық ерітіндіге, ал сұйық ерітіндіден конц.ерітіндіге диффузияланады. Біраз уақыттан кейін судың да, қанттың да молекулалары араласып ерітіндіге айналады. Енді судың молекулаларын өткізетін, одан ірірек қант мол-н өткізбейтін түбі жартылай өткізгіштен жасалған ыдысқа қант ерітіндісімен таза су құйылған екінші кеңірек ыдыстың ішіне қойса, 1 жақты диффузия байқалады. Мұнда су мол-ы диффузияланады, әрі олар қанттың ерітіндісі құйылған кіші ыдысқа тез көшеді, кері өтуі баяуырақ болады. осының нәтижесінде қант ерітіндісінің концентрациясы кемиді. Осындай шала өткізгіш арқылы болатын, бір жақты диффузияны осмос деп атайды(грек.итеру, басу). Осмос қысымы ерітіндінің концентрациясына, температурасына тәуелді. 1886 жылы Вант-Гофф бұл тәуелділік, бұрын газдарға қолданылып жүрген Бойль-Мариот пен Гей-Люссак заңдарына өте ұқсас екендігін тапты. Р= cRT. Ерітіндінің осмос қысымы, сол еріген зат газ күйінде болып, осы температурада, ерітіндінің көлеміндегі көлем алып тұрғандағы туғызатын қысымына тең. Буының қысымы.Ерітінділердің бетіндегі буының қысымы сумен салыстырғанда едәуір төмен болуы- ерітінділердің негізгі қасиеттерінің бірі. әрбір сұйық белгілі темпе-да бетіндегі бумен тепе-теңдікте болады, яғни оның бетінен үзіліп шығып буға айналатын молекулалар саны будан қайтып сұйыққа қонатын молекулалар санына тең. Еріген зат еріткіштің бу қысымын төмендетеді. 1887 жылы француз физигі Рауль ерітінділермен жұмыс істей келе мынадай заң ашты: Электролит емес заттардың сұйық ерітінділерінің буының қысымының кемуі, еріткіштің кесімді мөлшерінде еріген заттың мөлшеріне пропорционал. Ерітінділердің қатуы және қайнауы. Әрбір таза заттың өзіне тән қату және қайнау температуралары болады. сұйықтың қату темп.д\з-оның сұйық және қатты күйлерінде бетіндегі буының қысымдары біріне- бірі тең болатын темп. Айталық 0º-та мұз бен сұйық судың бетіндегі буының қысымы тең болады. сондықтан 0° С таза судың қату темп. Сұйықтың қайнау темп.д\з- сұйық бетіндегі буының қысымы сыртқы атмосфералық қысымға теңесетін темп.;суды алсақ 100ºС-та оның буының қысымы 101,3 кПа, сондықтан 1атм қысымда, су 100°С-та қайнайды. Суда бір затты еріткенде бу қысымы кемиді. Ерітінділердің қатуу мен қайнау темп. өлшеп осы мәселенің сан жағын есептеген Рауль болатын. Оның эксперименттік қорытындылары Рауль (1887ж) заңы деп аталады.1. Қату темп-ң төмендеуі, еріткіштің сол салмақ мөлшеріндегі еріген заттың мөлшеріне пропорционал.2. Түрлі заттардың эквимолекулалық мөлшерлері бір еріткіштің бірдей етіп алынған мөлшерінде ерітілген болса, ол ерітінділердің қату темп-сы бірдей градус санына төмендейді. Мысалы, глюкозаның 0,1 молін (18г) 1000г суға ерітсек одан қату темп-сы 0,186ºС-қа төмендейді. Енді этил спиртінің 0,1 молін (4,6г) не қанттың 0,1 молін (34,2г) ерітсек, олар да ерітінідлерінің қату темп-н 0, 186ºС-қа төмендетеді.
14. Электролиттер ерітіндісі. Аррениустың электролиттік диссоциация теориясы. Оствальдтың сұйылту заңы.
Электролиттер - негіздер, қышқылдар, тұздар балқымалары мен ерітінділері электр тогын өткізеді.
Аррениус теориясының негізгі қағидалары:
1. Тұздар, қышқылдар, негіздер ерігенде және балқығанда иондарға ыдырайды.
2. Ерітінділер мен балқымалардың ток өткізгіштігі осы иондардың концентрациясына тәуелді болады. Электролит молекулаларының иондарға ыдырау процесін электролиттік диссоциация дейді. Иондардың оң зарядталғаны катодқа тартылатындықтан катиондар деп, ал анодқа тартылатындары аниондар деп аталады. Ағылшын физигі М. Фарадей XIX ғасырдың 30-шы жылдары «электролит, ион, катион, анион» терминдерін енгізді. Ионды және ковалентті полюсті байланысты молекулалар суда ерігенде иондарға толығымен ыдырайды:
NaCl↔ Na++ Cl-;
HCl ↔ Н++ CI-;
H2S04 ↔ 2Н+ + S042-
Иондардың формулалары да зарядтың таңбасы (+, - ) оның сан мәнінен кейін жазылады. Негіздер дегеніміз судағы ерітінділерінде диссоциацияланып металдың катионына және гидроксидтің анионына ыдырайтын электролит. KOH↔K+ +OH-
Ba(OH)2↔BaOH+ +OH- ↔Ba2+ + OH-
Қыш. Дег. Судағы ерітінділерде сутектің катионына және қыш.қылдығының аинонына диссоц. Қосылыс. HCl=H+Cl
H3PO4=H+H2PO4=2H+HPO4=3H+PO4
Тұздар деп судағы ерітінділерінде метал катионы мен қыш.қалдығы анионына ыдырайтын қосылыс.
Диссоциациялану дәрежесі, диссоциациялану константасы және ерітіндінің концентрациясы бірімен бірі мына математикалық теңдеумен байланысты (оны Оствальдтың сұйылту заңы деп атайды). КД =α2/ (1-α)C
Әлсіз электролиттер үшін диссоциациялану дәрежесі өте аз, сондықтан (1-α)=1 тең деп алуға болады, сонда: KД=α2/C ; α=
Оствальдтың сұйылту заңы былай айтылады: әлсіз электролиттердің диссоциациялану дәрежесі ерітіндіні сұйылтқан сайын өседі және диссоциациялану константасының квадрат түбіріне кері пропорционал.
15 Квант механикасы,Шредингер теңдеуі,толқындық функция
Де-Бройль зерттеулері микробөлшектердің қозғалысын сипаттайтын жаңа механиканың негізін салуға көмектесті.1925-1926 жж неміс ғалымы В.Гейзенберг пен австралиялық Э .Шредингер өз беттерінше жаңа механиканың екі вариантын ұсынды Бұл екі варианттың нәтижесі бірдей,бірақ есептеуге қолайлы Шредингер теңдеуі жиі қолданылады. Атом мен молекула құрылыстарының қазіргі теориялары да осы әдіске сүйенеді.Бұл теориялар микробөлшектердің қозғалысын және күйін сипаттайтын болғандықтан квант механикасы деп аталады. Ал Ньютон заңдарына негізделген макроденелерге арналған механика – классикалық механика деп аталады.Квант механикасында микробөлшектердің қозғалу заңдарын Шредингер теңдеуі сипаттайды.Шредингер теңдеуі оптикадағы толқындарға арналған теңдеу мен Де-Бройлдің теңдеуін бірге пайдаланып шығарылған. Сондықтан да бұл теңдеу микрожүйенің күйін ондағы микробөлшектердің екі жақты табиғатын ескере отырып сипаттайды. Де-Бройльдің теңдеуі дәлелденген постулат болса, онда Шредингер теңдеуі де постулат. Бірақ оның нәтижелері көптеген тәжірибелермен дәлелденгендіктен квант механикасы табиғат заңы деп есептеледі.
Шредингер теңдеуі:
U –берілген нүктедегі электронның потенциялдық энергиясы E- электронның толық энергиясы
Шредингер теңдеуіне кіретін айнымалы шама Ψ(пси)-толқындық функция деп аталады.Өзінің физикалық мәніне сай толқындық функция шекті,үздіксіз,ал электрон жоқ жерде оның мәні нөлге айналуы тиіс
16. Тұздардың гидролизі - тұздың құрамындағы иондары мен су молекулаларының арасында жүретін, нәтижесінде әлсіз электролит молекуласы не иондары түзілетін реакциялар.Сондықтан бірталай орта тұздардың ерітіндісіне индикаторлар қоөанда не қышқылдық, не сілтілік орта көрсетеді.
Тұздар түзілу табиғатына қарай мынадай топқа бөлінеді:
I. Күшті негіз бен күшті қышқылдан KCl, K2S04, NaN03, NaCl;
ІІ. Күшті негіз бен әлсіз қышқылдан Na2S, Na2C03, K2S03, Na3P04;
ІІІ. Әлсіз негіз бен күшті қышқылдан Al2(S04)3, FeS04, ZnCl2.
IV. Күшті негіз бен күшті қышқылдан бейтарап орта пайда болады.Сондықтан тұздар гидролизденбейді.
I. Натрий хлориді (NaCl) — NaOH күшті негіз (к.н.) және HCl күштіқышқыл (к.қ.) әрекеттескенде түзілетін тұз.
NaCl --> Na+ + CI-
НОН --> Н+ + ОН-
Диссоциация нәтижесінде пайда болған әр аттас иондар электростатикалық күштердің әсерінен тартылады. Сонда түзілген электролиттер күшті болғандықтан (NaOH, HCl) құрамдас бөліктеріне толық диссоциацияланады, сондықтан су иондарының концентрациялары өзгермейді .Сондықтан күшті негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұздар гидролизге ұшырамайды, оның ортасы бейтарап болады.
IІ. Натрий карбонаты Na2CO3 - NaOH күшті негіз (к.н.) бен әлсіз көмір (Н2СО3) қышқылы (ө. к.) әрекеттескенде түзілген тұз.
Na2CO3 --> 2Na+ + CO32-
НОН --> Н+ + OH-Натрий карбонаты суда ерігенде түзілген С032- ионының сумен әрекеттесуі әлсіз электролит ионы НСО3- және ОН ионын береді. Олай болса орта негіздік, себебі түзілген натрий гидроксиді (NaOH) толық диссоциацияланады.Күшті негіз бен әлсіз қышқылдың тұзы гидролизденгенде тұз құрамындағы қышқыл қалдық анионы су құрамынан сутек катионын қосып алып, ерітіндіге гидроксид ионы босап шығады, сондықтан орта негіздік (сілтілік) болады.
Гидролиздену реакциясының молекулалық теңдеуі: Na2C03 + НОН = NaHC03 + NaOH
IІI. Алюминий хлориді АlСl3 - Аl(ОН)3 әлсіз негіз (ө.н.) бен HCl күшті кышқыл (к.қ.) әрекеттескенде түзілген тұз.
АlСl->3Аl3+ + 3Cl-
НОН -> Н+ + ОН-
АlСl3 ерігенде түзілген Аl3+ иондары судың ОН- иондарымен бірігіп (Аl0Н)2+ ионын түзеді, сутек ионы ерітіндіде қалады, ал түзілген қышқыл иондалады.Тұздардың гидролизге ұшырауы және олардың судағы ерітіндісіндегі ортасы тұздың құрамындағы иондардың қасиеттеріне тәуелді. Гидролизге тек ерімтал тұздар ғана түседі, гидролиз қайтымды үдеріс.
Бейтараптану реакциясы тек күшті қышқыл мен күшті негіздің әрекеттесу реакциясы, яғни осы жағдайда ғана С(Н+) = С(ОН-) орындалып, орта бейтарап болады.
Гидролиздену дәрежесі г
Гидролиз константасы - Кг
КW- ионное произведение воды
Кд – диссоциация константасы
Әлсіз қышқыл (Кд.қ)
Негіз (Кд.негіз)
Кw = [H+].[OH–] = 10–14
Анион гидролизі:
А + Н2О→НА + ОН
Катион гидролизі:
M+ + Н2О→MOH + Н+
Әлсіз негіз бен ілсіз қышқыл гидролизі:
Гидролиздену дәрежесі:
17.Тотығу-тотықсыздану реакциялары. Маңызды тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштар.
Бейорганикалық химиядағы реакциялардың барлығынекігебөлугеболады: 1)реакцияласушыэлементтердіңваленттігіөзгермейреакцияласу; 2) валенттігіөзгеріпреакцияласу. Біріншісінежататынытүрліиондарарасындағыалмасуреакциялары. Екіншісінежататындары: қосылу, ығыстыружәнекөбінесекүрделіболыпкелетінхимиялықреакциялар. Реакцияласушыэлементтерініңваленттіліктерініңөзгеруі, реакциякезіндеоныңатомдарының, молекулаларының, иондарыныңэлектрондарыбірінен- бірінеауысыпкетуіненболады, олкездеолардыңтотығукүйіөзгереді. Осындайреакциялардытотығу-тотықсыздануреакцияларыдепатайды.Мысалы: Ca+Cl2=CaCl2 Тотығудәрежесініңмәндеріоң, терісжәненөлдікболуымүмкін. Әдеттеоныарабсандарыменкөрсетіпжандарына “+”, “-” таңбаларынжазып, элементсимволыныңүстінежазады. 18 ғасырдыңаяғында А.Лавуазье жанудыңоттектітеориясынұсынғанкезденбастаптотығузаттардыңоттекпенқосылуы, алтотықсыздануоттектібөліпалупроцестерідепқаралған.1920 1930 ж. химияда электрондық түсініктің қалыптасуына байланысты оттек қатыспайтын реакциялардыңда тотығу-тотықсыздану реакциялар болатындығы анықталды. Тотығу-тотықсыздану реакциялар процестері көбінесе электрондық теңдеулерме нөрнектеледі. Зарядтардыңсақталузаңына қайшы келмес үшінТ отығу-тотықсыздану реакциялар кезінде тотықтырғыштың қосып алған электрондар саны тотықсыздандырғыштың берген электрондар санына тең болуы керек деген жалпы ереже сақталады.Тотығу-тотықсыздану процесінің осы күнгі теориясын жасаған Ресей ғалымдары – Л.В.Писаржевский,Я.И.Михайленко, А.М.БеркенгеймжәнеС.В.Даин. Ол теорияның нег қағид- ы: Тотығу дегеніміз атомның, молекуланың,ионның электрон беру процесі. Na0-ē=Na+ I—ē=I0 N-3-5 ē=N+2 Тотықсыздану дегеніміз атомның, молекуланың, ионның электрон қосып алу процесі. Cr+6+3ē=r+3, S0+2ē=S-2, Mn+7+5 ē=Mn+2, Тотықтырғыш-электронқосыпалушыбөлшекТотықсыздандырғыш- электронберушібөлшек. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестірудің екі тәсілі бар, электронды баланс және ионды-электронды тәсілдер. Электронды баланс тәсілі бойынша мынадай реакцияны мысалға алуға болады: Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O S+4 -2e=S+6 5 Mn+7 +5e=Mn+2 2 5S+4 + 2Mn+7 = 5S+6 + 2Mn+2 5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4→5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O Ионды-электронды тәсіл бойынша:Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O SO32- +MnO4- +H+ →SO42- +Mn2++ H2O 5 SO32- +H2O -2e= SO42- + 2Н+ 2 MnO4- + 8H+ +5e= Mn2+ + 4H2O 5Na2SO3+KMnO4+3H2SO4→5Na2SO4+2MnSO4+K2SO4+3H2O Барлық мүмкін болатын тотығу-тотықсыздану реакцияларын үш типке бөліп қарауға болады. 1.Атомаралық және молекулааралық тотығу-тотықсыздану реакциялары – әртүрліатомдардың, иондардың, молекулалардың арасында электрон ауысуының нәтижесінде жүреді.Бұл ең жиі кездесетін реакциялар. MnO2+ HCl→MnCl2 + Cl2↑ + H2O Коэффициенттерді табу үшін екі әдісті де пайдаланамыз:
Mn+4 +2e= Mn+22 1 MnO2 + 4H+ +2e= Mn2+ +2H2O 2 1 2C-l -2e= Cl2 2 1 2Cl- -2e = Cl2 2 1
Берілген Mn иондарын байланыстыру үшін тағы да 2HCl қажет екенін ескеріп, реакцияның толық теңдеуі жаз-з: MnO2+ 4HCl= MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O 2. Молекула ішіндегі тотығу-тотықсыздану реакциялары – бір ғана молекуладағы екі түрлі атомның бірінен-біріне электрон бұлтының ауысуынан болады. Көбіне мұндай ре-р күрделі заттардың ыдырауына сәйкес келеді. Мәселен, Бертолле тұзының ыдырауы:2KClO3→2KCl + 3O2↑ Cl+5 +6e=Cl- 6 2 3O-2 -6e= 3/2O2 6 2
3.Өзіндік тотығу-тотықсыздану н/е диспропорциялану р/яры – бір ғана атомның түрінің тотығып, әрі тотықсыздануынан шығады.Мұндай реакция жүру үшін, диспропорцияланатын атомның тотығу дәрежесі аралық күйде болуы шарт, сонда ғана ол өзі тотығып әрі тотықсыздана алады. Мысалы: KMnO4+H2O→KMnO4+KOH Mn+6 -e=Mn+7 2 MnO42- -e=MnO4- 2 Mn+6 +2e=Mn+4 1 MnO42- +2H2O+2e=MnO2 + 4OH- 1
Екі коэффициенттің бір молекуланың алдына қойылатынын ескеріп, оларды өзара қосып ортақ коэффициент табамыз: 3K2MnO4+2H2O→2KMnO4+4KOH+MnO2 Тотығу-тотықсыздану реакциялары жүруінің басты шарты, оған міндетті түрде тотықсыздандырғышпен тотықтырғыш қатысу қажет. Тотықсыздандырғыштар ретінде: -металдардың бейтарап атомдары (Na, Ca, Al), -кейбір бейметалдар (C,Si,H2), -бейметалдардың теріс зарядты қарапайым иондары (Cl,Br,I) -өздерінің тотығу дәрежесін арттыра алатындай қабілеті бар ме-дың оң зарядты иондары (Ge , Sn , Cr ) -құрамында аралық ТД-е ие атомдары бар, күрделі иондар мен молекулалар қолданылады (SO2 , NO , MnO2) Техникалық ж/е лабораториялық жұмыстарда жиі қолданылатын аса маңызды тотықсыздандырғыштардың қатарына мыналар жатады: С пен СО-металлургияда оксидті кендерден металл алуға, кейбір активтігі аз металды ерітінділерінен бөлуге жұмсалады; темір,мырыш,алюминий ж/е қалайы- органикалық заттарды өндіруде, әсіресе нитроқосылыстарды тотықсыздандыруға қажет; күкірттіқышқыл H2SO3 және оның тұздары Na2SO3, NaHSO3- бейорганикалықжәнеорганикалықзаттардыөндіруде,фотографияда, мата өнеркәсібінде т.б жерлерде қолданылады;Натрий сульфиді Na2S органикалық ароматы нитро- ж/е азоқосылыстарды тотықсыздандырады; натрий тиосульфаты Na2S2O3- бояу ісінде қажет, металл күйдегі натрий-титан топшасының элементтерін бос күйде бөліп алуға жұмсалады; атом күйіндегі- сутек- лабор-қ жұмыстар кезінде жиі қолданылады; электртогы – электролиз процесінің жүргізуші күші, оның арқасында көптеген Ме-р алынды. Тотықтырғыш ретінде -күштібейметалдар (F2,Cl2,Br2,I2,O2,O3) -құрамында жоғары ТД бар элементтердің атомы кіретін күрделі иондар (NO , SO4 , MnO , ) -жоғары валентті оксидтер(PbO2,SO3,CrO3,Mn2O7) пассив металдардың иондары (Aq , Au , Cu) т.б қолдан-ды. Олардың ішіндегі аса маңыздылары мыналар: Оттек-металлургия ж/е химия өнеркәсібінің басты тотықтырғышы, жеке күйіндеде, әрі басқа газдар мен қоспа түріндеде жұмсала береді; Озон-оттектен де күшті тотықтырғыш, көптеген бояғыш заттарды ағартып, толып жатқан анорганикалық зат-ды тотықтырып, суды ж/е ауаны зарарсыздандыруға қажет; Калийперманганаты KMnO4 көптеген анорганикалық ж/е органикалық заттарды тотықтыратын күшт т-тырғыш; Азот N,күкірт S, дихромқышқылы – бос күйіндегі металдармен металл еместерді, күрделі бейорганикалық ж/е орг-қ сан алуан заттарды тотықтыратын, жиі қолданылатын реагенттер; Сутек пероксиді-жұмсақ тотықтырғыш,сүйек,сабан,тері бояуларды ағартады,медицинада дезинфекцияға қажет. Сонымен қатар жиі тотықсыздандырғыштар қатарына H3PO4,HCOOH,HClO3,NaClO,NaBrO,H2S2O8, (NH4)2S2O8 жатады.
18.Галогендер
VIIA топшада орналасқан, олар: фтор F, хлор С1, бром Вr, йод I, астат At. Астат - радиобелсенді элемент. Олардың валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns2 nр5 (n=2-6). Бұл элементтердің топтық атауы «тұз түзуші» деген түсінікке сәйкес келеді. Галогендердің соңғы электрондары р-деңгейшесіне түседі, сондықтан олар р элементтеріне жатады. Топ бойынша жоғарыдан төмен қарай олардың атом радиустары артады, қайнау температурасы мен тығыздықтары да осы бағытта өседі. Олардың агрегаттық күйлері газдан (F2, С12) сұйықтыққа (Вr2), ары қарай қатты (І2) күйге өзгереді, түстері де біртіндеп қоюлана түседі.
Галогендер типтік бейметалдар, себебі олардың сыртқы валенттілік қабаттарының толысуына бір ғана электрон жетіспейді, оны қосқанда тотықтырғыштық қасиет көрсетіп, өзінен кейін тұрған бекзат газдардың электрондық кұрылысын алады.
Галогендердің тотықтырғыштық қасиеттері топ бойынша жоғарыдан төмен қарай кемиді, себебі атом радиустары артқандықтан ядроның электрон тарту күші азаяды.
Фтор қосылыстарында тек бір валенттілік қана көрсетеді, тотығу дәрежесі үнемі -1,0-ге тең, себебі ол электртерістіктілігі ең жоғары элемент; оның екінші энергетикалық деңгейінде екі ғана деңгейшесі бар, электрондардың дараланып көшетін орны болмағандықтан топ нөміріне сәйкес валенттілік көрсете алмайды. Қалғандары топ нөміріне жеткенше тақ мәнді валенттіліктерді (I, III, V, VII) көрсетеді, тотығу дәрежелері: -1, 0, +1, +3, +5, +7.
ФторТабиғатта фтор тұздар күйінде кездеседі. СаF2 - флюорит, балқытқыш шпат, 3NaF • AlF3 - криолит, ЗСа3(РO4)2-СаF2 - фторапатит. Адамдар мен жануарлардың сүйектерінің және тіс кіреукесінің құрамында да фтор бар.Фтор периодтық жүйенің II периодында VII топтың негізгі топшасында (VIIA) орналасқан. 919F, ядросында 9 протон, 10 нейтрон бар, ядроны екі электрондық қабатта 9 электрон айналады. Фтор атомының электрондық формуласы ls22s22p5, валенттілік электрондары 2s22p5, олардың электронды -графикалық формуласы: Фтор атомының 2р-деңгейшесінде бір дара электроны болғандықтан ол қосылыстарында I валенттілік көрсетеді, ал тотығу дәрежелері — 1,0. Ол ең күшті тотықтырғыш, себебі оның электртерістілігінің мәні ең жоғары (4), сондықтан ол тек бір электронды өзіне оңай қосады:
Ғ0 + е --> Ғ-
Фтор молекуласы екі атомнан тұрады Ғ2, атомдар арасында полюссіз ковалентті о-байланысы болады, оның түзілу табиғаты хлор молекуласындағыдай.
Фтордың грекше аты «фторос» - бүлдіру деген мағынаны білдіреді, ол өте агрессивті газ. Фторды бос күйінде алуға тырысқан көптеген ғалымдар оның осы қасиетінен зардап шекті. Фторды 1886 ж. Г. Муассон ашты, алғаш рет оны бос күйінде алды. Фтор бос күйінде белінуі үшін мына үдеріс жүру керек:
Ғ- - е -->Ғ0
ал осыны жүзеге асыру тек электр тоғының әсерімен (электролиз) ғана жүреді.
F2 - жасылтым-сары түсті, өткір иісті, өте улы газ, -181,1°С-да сұйық, ал - 219,5°С-да қатты күйге көшеді.
Химиялық қасиеттері. Фтор бос күйінде өте белсенді бейметалл, инертті газдардың ішінде гелий, неон, аргоннан басқа заттардың барлығымен әрекеттеседі. Электртерістілігі жоғары элементтердің бірі оттек (3,5) фтормен қосылысында оң тотығу дәрежесін көрсетеді. 0+2F2 (оттектің фториді).
Кейбір жай заттармен әрекеттесуінің реакция теңдеулерін келтірейік:
F2 + Н2 = 2НF фторлы сутек
Фтор сутегімен тіпті караңғыда да шабытты әрекеттеседі. Металдармен әрекеттесіп фторидтер түзеді.
Ғ2 + 2Li= 2LiF литий фториді
Ғ2 + Cu = CuF2 мыс (II) фториді
Бұл реакциялар осы заттардың (Li, Cu) оттегімен және хлормен жүретін реакцияларына қарағанда шабыттырақ өтеді.
Фторлы сутек (НҒ), бұл суда жақсы еритін зат, судағы ерітіндісі балқытқыш қышқыл деп аталады, өте улы зат, денеге тисе жазылмайтын жара қалдырады. Қышқылдың балқытқыш деп аталуы, оның шыны ыдыс құрамындағы кремний оксидімен әрекеттесуінен шынының бүлінуіне байланысты қойылған, сонда мына реакция жүреді.
4НҒ +Si02 = SiF4+ 2Н20
Сондықтан бұл қышкылды шыны ыдыста сақтауға болмайды, ол үшін полиэтиленнен жасалған ыдыстар қолданылады.
Фтордың кейбір қосылыстары медицинада, тоңазытқыш заттар (фреон), өсімдік зиянкестеріне қарсы қолданылатын заттар(гербицидтер) синтезінде қолданылады. Балқытқыш қышқыл шыны заттардың бетіне өрнек салу үшін пайдаланылады
19. Хлордың оттекті қышқылдарының қышқылдық – негіздік және тотықтырғыштық - тотықсыздандырғыштық қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары және оларды түсіндіру.Хлор оттекпен тікелей қосылыспайды, хлордың толып жатқан оттекті қосылыстары жанама жолмен алынған Бұл қосылыстарды тұрақты берік қосылыс деп есептеуге болмайды, ішіндегі тұрақтырағы оттекті қышқылдардың тұздары, тұрақсызырағы- оксидтері.
|
Т.д. |
Оксидтер |
Қышқылдыр |
Тұздары |
|
1 |
Cl2O |
хлорлылауHClO |
Гипохлориттер |
|
2 |
- |
- |
- |
|
3 |
- |
хлорлыHClO2 |
хлорuттер |
|
4 |
ClO2 |
- |
- |
|
5 |
- |
хлорлауHClO3 |
Хлораттар |
|
6 |
Cl2O6 |
- |
- |
|
7 |
Cl2O7 |
Хлор HClO4 |
Перхлораттар |
Оксидтері: Дихлороксиді CI2O алуүшінхлордықұрғақсынапоксидіарқылыөткізеді:2HgO+ 2CI2=HgCI2+ CI2O Қошқылсарытүсті, қолайсызиістігаз, тынысжолдарынауыржарақаттайды. Оңайсұйылады. Эндотермиялыққосылыс, қопарылысберіпайырылуыоңай: 2CI2O= 2CI2+ O2Суменоңайреакцияласатынангидрид: CI2O+H2O=2 HCIOХлордиоксиді CIO2- алужолы: 2KCIO3+H2C2O4= K2CO3+ CO2+H2O+2CIO2Хлордиоксидіыдырауғабейімдіктенбос CI2мен O2түзіп, күштитотықтырғышқасиеткөрсетеді. Мәселен: 15CIO2+ 17P=5PCI3+3P4O10 PbO+ 2CIO2+2NaOH= PbO2+ 2NaCIO2+ H2OЭндотермиялықтұрақсыз, қопарылғышқосылыс. Судажақсыериді, бірақнашарреакцияласады, олсілтілерменжақсыреакцияласады: 2CIO2+ 2KOH= KCIO2+ H2OCIO2молекуласындаэлектронсанытақ, әріолпарамагнитті, пішініүшбұрыштымолекула, O-CI-O байланыстарыныңарасындағы, хлортүбіндегібұрыш 118оДихлоргексаоксидінің CI2O6, алужолы: 6CIO2+ 2O2= 3 CI2O6бұлқошқыл-қызылтүстісұйықтықорганикалықзаттарменқопарылысбереді. Суменреакцияласыпекіқышқылтузеді: CI2O6+ H2O= HCIO3+ HCIO4демек, бұлдаекіқышқылдыңараласангидриді.Дихлоргептаоксидінің CI2O7алужолы: 2HCIO4+ P2O5= 2HPO3+ CI2O7түссізсұйықтық, органикалықзаттарменқопарылысбермейді.Қышқылдарыжәнетұздары. ХлорлылауқышқылH-O-CI. Хлордыңсуменреакцияласуынітижесіндетүзіледі. 2CI2+ 2HgO= 2HCIO+ Hg2OCI2қалыптытемпературадатекерітіндітүріндеғанаболады, төментемпературадакристаллогидрат HCIO*2HOH түзеді.Хлорлылауқышқылтұрақсыз, ерігенкүйіндедеқосарланаүшсатыдантұрады:HCIO= HCI+ O2HCIO= CI2O+ H2O3HCIO= 2HCI+ HCIO3
Егерхлордысугаемес, сілтіерітіндісіне (суықта) жіберсе, мысалы: 2KOH+ CI2= KCI+ KCIO+ H2O калийгипохлоритітүзіледі. Гипохлориттердеөтежақсытотықтырғыш, оныбоялғанзаттарды, қағаздыағартқышретіндеқолданады; гипохлориттіңтотықтырғышболуыныңсебебіауадағыкөмірқышқылгаздыңәсеріненерітіндісіндехлорлылауқышқылтүзіледі: KCIO+ CO2+ H2O= KHCO3+ HCIOСілтілердіңарзаныкальцийгидросидіменхлорреакцияласқандахлорізбесітүзіледі; оныңтүзілуреакциясынбылайжазуғаболады: CI2+ Ca(OH)2= CaOCI2+ H2O демек, хлорәгітұзқышқылыныңжәнехлорлылауқышқылдыңараластұзы. Хлорәгіақтүсті, ащыиістіұнтақ, күштітотықтырғышқасиетібарзат.Хлорәгіауаменжанасқандаондағы CO2менреакцияласады: a)CaOCI2+ CO2= CaCO3+ CI2; b) 2CaOCI2+ CO2= CaCO3+ CaCI2+ CI2O бұлекіреакцияқатаржүреді, бірақекіншіреакциябасымырақ.Хлорлықышқыл H-O-CI=O, CIO2- ніңгидролизіндетүзіледі: 2CIO2+ H2O= HCIO2+ HCIO3Оныңтұздарыхлориттердесолай: 2CIO2+ 2KOH= KCIO2+ KCIO3+ H2O хлорлықышқылтұрақсызқышқыл, ісжүзіндеешжердеқолданылмайды. Тұздары-қопарылғыш.Хлорлауқышқылы-хлорлылауқышқылдыңайырылуынантүзіледі: 3HCIO= HCIO3+ 2HCI. Бірақонытұзынаналады: Ba(CIO3)2+ H2SO4= 2HCIO3+ BaSO4Тұздарыхлораттартүссіз, қыздырғандаоттекбөліпшығаратынқопарылғыш, әріулызаттарішіндегімаңыздысыкалийхлораты- KCIO3 (Бертоллетұзы): 3CI2+6KOH= KCIO3+ 5KCI+ 3H2O ендіосыерітіндінісалқындатса, KCIO3суықсуданашареритіндіктен, тұнбағатүзеді. Хлорқышқылыналуүшінкалийперохлоратынконцентрлікүкіртқышқылыменәрекеттестіреді: KCIO4+ H2SO4= KHSO4+ HCIO4HCIO4түссіз, ашықтұрсатүтінденебастайтынсұйықтық, tқ=-112оС .хлорқышқылытазакүйіндеөтетұрақсыз, өзінен-өзіқопарылуымүмкін; судағыерітіндісіқопарылмайды, тотықтырғыштығыхлордыңбасқақышөылдарынаннашарлау; қышқылдыққасиеті- барлыққышқылдардыңкүштісі.
20. Күкірт қышқылының өндірісі, контакт және нитроза әдісі.
Күкірт қ. Өндірісі негізгі химиялық өнеркәсіптің негіззгі бір тарауы.Күк.қ минералдық тыңайтқыштар өндірісінде қолданылады. Күкірт қ. Өндіру үшін өнеркәсіпте ең алдымен күкрт диоксидін алады, сонан соң оны күкірт үшоксидіне айналдыру үшін тотықтырады, ары қарай оны күк.қ-на айналдырады. Күкірт диоксидін керекті мөлшерде алу үшін темір колчеданын өртегенде, күкіртті жаққанда не тусті металлургияда сульфидтердегі металдарды алғанда бөлініп шығатын күк.диоксидін пайдаланады. Контакт әдісі: Бұл әдістің мазмұны-пиритті астынан қысым шыққан ауамен қатты үрлеп араластырып, ұнтақ затты бұрқылдатып қайнап жатқандай түрге келтіреді. Соны қайнаушы қабат дейді. Мұндай қайнаушы қабатта қатты заттың ұнтағы ауамен жақсы араласып, еркін жанасатын болғандықтан ондағы хим.реакц жоғары жылдамдықпен жүреді, 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2SO2+3O2=2SO3
SO3+H2O=H2SO4
Нитроза әдісі. Нитроза әдісі 18ғ аяғында іске асырылды, оның хим. Мазмұны 2 раекц.ға негізделген.
1 . SO2+NO2+H2O=H2SO4+NO
2. 2NO+O2=NO2
Бірінші теңдікте күкірт диоксидін тотықтырушы азот диоксиді, ол өзі тотықсызданып NO-не айналады,бұл реакц.да азот оксиді оттек тасушы болып табылады, яғни күкірт диоксидін тотықтыру реакциясыныі катализаторы. Нитроза әдісімен өтетін реакцияларды бұрын қорғасын камераларында жасайтын, 20-шы жыл-дан бері арнаулы мұнараларды жүргізіледі. Нитроза дегеніміз ішінде нитрозил гидросульфаты (NOHSO4) еріген күк.қ, ал нитрозил гидросульфаты дейтініміз күк.қ мен азотты қышқылдың (HNO2) аралас ангидриді. Мұнараларға нитрозадан басқа тағы су жіберіледі. Газдардан мұнараның іші қызады, бұл жағдайда нитрозил гидросульфаты гидролизденіп, кук.қ мен азотты қ. шығады:
NOHSO4+H2O=H2SO4+HNO2
Күкіртті диоксидімен суда түзілген күкіртті қышқылды азоотты қышқыл тотықтырып күк.қ-на айналдырады:
H2SO3+2HNO2=H2SO4+2NO+H2O
Адсорбциялық мұнарада қайтадан нитрозил гидросульфат түзіледі:
NO2+NO+2H2SO4=2NOHSO4+H2O
Күк.қ-химия өнеркәсібінің наны,себебі ол фосфор тыңайтқыштарын өндіруде, мұнай өнімдерін тазартуда, орг.зат-р синтездеуде т.б. қолданылады.
21.Табиғаттағы азот. Алынуы, физикалық және химиялық қасиеттері және бос азоттың қолданылуы. Атмосферадағы азот фиксациясы.
Азотты 1772 жылы ағылшын химигі Д. Блэктің шәкірті Д. Рутерфорд ашты. Сол жылы азотты ауадан ағылшын химигі – Г. Кавендиш, сол сияты. К. Шееле бөліп алған. «Азот» деген атауды Париж ғылым Академиясының номенклатуралық комиссиясы ұсынған. Комиссия. мүшелері оны гректің «а зое» - тіршіліксіз деген сөзінен алған.«Азот» сөзі металдардан тұрады деп есептелінген біріншілік материяны белгілеу үшін ғасыр ортасында пайдаланыла бастады.Байқауымызша бұл сөз негізінде барлық бардың «бастауы және аяғы» деген мағына беруі тиіс және үш алфавиттің – латын, грек, ежелгіеврейдің бастапқы және соңғы әріптерінен құралған: а- альфа, алеф–зет, омега –то,яғни «аазот» (азот). Азоттың латындық атауы «нитрогениум»(бұдан «нитраттар», «нитридтер», «нитриттер» атауы шығады) селитраны білдіретін ертедегі «нитрум», «нитрон», сөздерінен шыққан.
Азотты алу Азот ауаның құрамас бөлігі болып табылады, сондықтан техникада оны сұйық ауаны фракциондық айдау жолымен алады. Азот қыздырғандааммоний нитритынан оңай бөлінеді:
NH4NO2→ N2 + 2H2O
Бұл әдіс лабораториялық жағдайларда таза азот алу үшін қолданылады.Химиялық жолмен алынған азот пен ауадағы азоттың тығыздығын салыстыру ауа құрамынан аргон мен басқа инертті газдарды табуға көмектесті.
Физикалық қасиеттері: Таза азот – түссіз, иіссіз, дәмсіз, суда аз еритін газ. Ауадан сәл жеңілірек: 1л салмаңы 1,25 г.
Азоттың химиялық қасиеттері. Азот инертті, қалыпты жағдайда ол реакцияланбайды. Инерттілі екы атомды молекуласының N2 өте беріктігіне байланысты; бұл молекуланы айыру үшін 711,2 кДЖ/моль энергия жұмсау керекАзотты 3000 градусқа дейін қыздырғанда да молекулалық 0,1 % ғана диссоциацияланады.Қалыпты жағдайда тек қана литиймен, ал қыздырғанда басқа металдармен жіне кейбір бейметалдармен әрекеттесіп, тотықтырғыштық қасиет көрсетеді, текфтор мен оттек әрекеттескенде ғана тотықсыздандырғыш болады.Азотты электр шамдарын толтыруға қолданады, бірақ ауадан алынатын азоттың дені синтетикалық амииак, кальций цианамидын синтездеу үшін Азоттың сутекпен қосылысы – аммиак, аммоний тұздары – термодинамикалық тұрақты және изобаралық потенциалдың теріс мәндерімен сипатталады. Азот қышқылының да стандартты изобаралық потенциалы теріс (-79,8 кДж/ моль). Бірақ азот оксидтері стандарты жағдайларда тұрақты емес, олардың изобаралық потенциалы оң, және осы себепті азот мұндай жағдайларда оттегімен қосылмайды. Бұл жағдай өте жоғары температурада тотығу реакциясында ΔG теріс болса өзгереді, онда азот оксидтерінің тікелей синтезі жүруі мүмкін. N – N байланысы әлсіз (161,2 кДж/моль), сондықтан азот атомдары тізбек түзбейді, ал екі не үш байланыстары бар азот атомдары (мысалы, R2N – N = NR) тұрақты емес. Бұл өндірісте атмосфералық азоты фиксациялау мақсатында қолдану үшін ұсынылған алғашқы реакция болды. Азоттың инерттілігі фиксация проблемасын өте қиындатты. Атмосфералық азотты байланыстыру жолдарын іздестіруде көп күш пен құралдар жұмсалды. Бұл проблеманы шешуге цианамидтік және аммиакты әдістерді қолайлы деп есептеуге болады. Азот фиксациясының цианамидтік әдісі келесі операциялар арқылы жүзеге асырылады: кальций карбидін электр пешінде (1000ºС) азотпен бірге құрыштайды. Кальций цианамиді түзіледі:
СаС2 + N2 → СаСN2 + С Оны 100ºС жоғары су буымен өңдеу арқылы аммиакты алады:
СаСN2 + 3Н2О → 2NН3 + СаСО3 Аммиакты азот пен сутектен катализатор қатысында синтездеу қазіргі химиялық технологияның маңызды процестерінің бірі болып табылады.
22. Фосфор. Фосфордың аллотропиялық түр өзгерістері. Аллотропиялық түр өзгерістерінің құрылысы, физикалық және химиялық қасиеттері. Өндірісте фосфордың алынуы, қолданылуы.
Форфор, элементтердің периодтық жүйесіндегі азот топшасының (VA) бейметалды химиялық элементі. Табиғатта таралуы Фосфор элементтердің табиғатта таралуы бойынша 12-ші орын алады. I. жер қыртысында – 0,1%, маңызды минералдары – фосфорит (Са5(РО4)3(ОН,СО3)), апатит (Са5(РО4)3(F,Cl)); II. өсімдіктерде – дәнінің белоктарының құрамында; III . жануарлар организмдарында: Сүт, қан, ми және нерв ткані белоктарының құрамында, Сүйектің және тістің құрамында (3Са3(РО4)2 · Ca(OH)2 и 3Са3(РО4)2 · CaСO3 · Н2О) түрінде болады, ДНҚ, РНҚ-да (тұқым қуалау информациясын сақтайды және тасмалдайды), АТФ (энергия алмасуға жауап береді)
Алу жолы.
Фосфорды бос күйде алу үшін фосфоритті құм және көмірмен араластырып электр пеште 1500˚-қа дейін қыздырады, онда болатын реакциялардың жалпы теңдігі былай жазылады:
2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C = 6CaSiO3 + P4 +10CO ΔН˚ = 1359,8 кДж/моль
Бөлініп шыққан фосфор буы салқындатылып, қатты күйге аударылған фосфор, судың астына жиналады.
Аллотропиялық түр өзгерісі
Ақ фосфор.
Р4 молекулаларынан тұратын, еркін қозғала алатын, куб тәрізді молекулалы кристалдық торы болады. Олар өте әлсіз байланыстармен байланысады және тетраэдр пішінді. Төмен темп. морт сынғыш, 15̊-тан жоғары жұмсарады, өзіне тән иісі бар. Өте улы. Суда ерімейді, бірақ көміртек дисульфидінде, бензолда жақсы ериді. Сондықтан оны су астында сақтайды. Қараңғыда жарық шығарады, ауада өздігінен жануы мүмкін.
Қызыл фосфор.
Аморфты құрылысы немесе атомды-кристалдық торы бар. Полимерлі құрылысы: Р4 тетраэдрлері шексіз байланыста байланысады. Қызыл фосфордың олекуласы ақ фосфордың күрделі полимері деп есептеледі. Ұнтақ түсі қызыл, улы емес. Суда да, күкіртті көміртегінде де ерімейді. Қыздырған кезде ғана жанады, ал өздігінен 200-тан жоғары темп. жанады.
Қара фосфор.
Кристалдық пішінді. Бір-бірімен қабатталып байланысқан, төбелерінде фосфор атомдары бар ірі алтыбұрыштардан құралған (графит тәрізді). Қара фосфор графитке ұқсайды, ρ=2,7, шала өткізгіш. Ауасыз қыздырған кезде буға айналады, кейін ақ фосфорға конденсацияланады.
Химиялық қасиеттері:
Жай заттармен – бейметалдармен әрекеттесуі.
Фосфор көптеген бейметалдармен реакцияға түсе алады: оттекпен, күкіртпен, галогендермен, сутекпен фосфор нашар немесе мүлдем әрекеттеспейді. Фосфордың мөлшерінің артық немесе кемдігіне байланысты, фосфордың (III) немесе (V) өнімдері алынады, мысалы:
2P + 3Br2 = 2PBr3 немесе 2P + 5Br2 = 2PBr5
4P + 5О2 = 2P2О5
2 Р + 3Cl2 ( кем) →2 PCI3
2 Р + 5Cl2 ( артық) → 2PCI5
Фосфор трихлориді PCl3 алу үшін көп етіп балқытқан фосфордың үстімен хлор жібереді, сонда фосфор солғын сары түсті жалынмен жанып:
2P + 3Cl2 = 2PCl3 ΔH˚= -644.3 кДж/моль
PCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HCl
Фосфор пентахлориді – фософр қышқылының хлор ангидриді, гидролиз екі сатыда өтеді:
PCl5 + H2O = POCl3 + 2HCl
POCl3 + 3H2O = H3PO4 + 3HCl
POCl3 - фосфор оксо-трихлориді түссіз сұйықтық.
Металдармен әрекеттесуі. Фосфорды металдармен қыздыру арқылы фосфидтер алынады:
3Mg + 2P = Mg3P2
Кейбір металдардың фосфидтері суда газ тәрізді фосфин PH3 түзу арқылы ериді:
Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2PH3
Фосфин PH3 химиялық қасиеттері бойынша аммиакқа NH3 ұқсас.
Сілтілермен әрекеттесуі.
Ақ фосфорды сілті ерітіндісінде қыздырған кезде ол диспропорцияланады:
P4 + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO2
Р0 + 3е → Р-3 1 тотықтырғыш; тотықсызданады;
Р0 - 1е → Р+1 3 тотықсыздандырғыш; тотығады;
Конц. азот қышқылымен әрекеттесуі:
3Р + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
Дифосфор үшоксиді – P2O3 фосфор баяу тотыққанда немесе оттек жеткіліксіз болғанда түзілетін, ақ түсті кристалдық зат. Төмен темп. полимерленіп P4O6 түзеді. Суық сумен қосылып фосфорлы қышқыл H3PO3 түзеді.
P2O3 + 3H2O = 2 H3PO3
4H3PO3 → PH3 + 3H3PO4
Дифосфор тетраоксиді - P2O4 түссіз, жылтыр кристалдық зат.
P2O4 + 3H2O = H3PO3 + H3PO4
Дифосфор пентаоксиді – P2O5 сумен өте шабытты қосылады:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
23 Фосфор ангидриді. Фосфор қышқылдарының құрылысы, қасиеті және тұздары. Полиметафосфаттар. Фосфор тыңайытқыштары қолданылуы.. Фосфидтер, фосфорлау және фосфорлылау қышқылдары және тұздары. Р2О3 формулалы тотығы Р4О6 димерлі моекулалардан құралған; фосфорды оттек жеткіліксіз жағдайда жаққанда алынады және ұшқыш зат болып келеді, балқу температурасы 22,5ºС. Қатты қыздырғанда (460С) ол Р8О16 құрамды тотық және қызыл фосфор түзеді. Фосфордың жануының негізгі өнімі фосфорлы емес фосфор ангидриді болып табылады; оның молекулалары димерлі (Р4О10). Р4О10 – ақ зат, ылғалды сіңіргіштігімен ерекшеленеді. Ол сумен өте жақсы әрекеттеседі және суда нашар еритін метафосфор қышқылын НРО3 түзеді, ол бөлме температурасында ақырын, ал қайнатқанда ортофосфор қышқылына айналады:
Р2О5 + Н 2О → 2НРО3
НРО3 + Н 2О → Н3РО4
Бастапқыда лайлы болған ерітінді бұл кезде мөлдірленеді. Фосфордың басқа оксидтері тұрақсыз және тотығудың аралық өнімдері ретінде алынады. Фосфордың маңызды қышқылдарының қатарына мета-, орто- және пирофосфор қышқылдары: НРО3, Н3РО4, Н4Р2О7 жатады. Метафосфор қышқылы қою масса түрінде ақ кристалдарға қатырылған ортофосфорлыны қыздыру арқылы алынуы мүмкін. Ол циклді құрылымды тетрамерлер мен барынша күрделі бөлшектер иеленеді. Натрийдің гексаметафосфаты (NaPO3)6 суды жұмсарту үшін қолданылады. Ортофосфор қышқылы балқу температурасы 420С болып келетін қатты зат. Қарапайым фосфор қышқылында су қоспасы болады, қою мөлдір сұйықтық, тотықтырғыш қасиет көрсетпейді және ерітіндіде салыстырмалы түрде әлсіз диссоциацияланады. Сілтілік металдардың біріншілік фосфаттары гидролиз әсерінен әлсіз сілтілік реакция береді. Күшті сілтілік ерітінді ұшнатрийфосфат әртүрлі жуғыш заттардың компоненті ретінде және суды жұмсарту үшін қолданылады, себебі ол ерімейтін кальций фосфатын тұндырады. Ортофосфор қышқылының тұздары табиғатта таралған. Фосфаттар әртүрлі фосфор тыңайтқыштарының құрамына кіреді, оларға фосфоритті күкірт қышқылымен өңдеу арқылы алынатын табиғи фосфорит,суперфосфат жатады:
Са3 (РО4)2 + 2Н2SО4 → Са(Н2РО4)2 + 2СаSО4
Екі еселенген суперфосфат –тұз, құрамында кальций сульфатының қоспасы болмайды. Табиғи фосфорит суда нашар ериді, және топырақта гидролизденіп өсімдіктердің тамырлар жүйесімен сіңіріледі, ол тыңайтқыштырды өңдейтін шикізат болып табылады. Пирофосфор қышқылы ортофосфор қышқылын қыздыру арқылы алынады:
2Н 3РО4 → Н4Р2О7 + Н2О
Бұл қышқыл Р – О – Р тобын иеленеді және металл емес атомдары оттек арқылы байланысқан пироқышқылдар өкілі болып табылады. Фосфорлы және фосфорлылау қышқылы аз маңызға ие. Фосфорлы қышқыл, Н3РО3, фосфорлы ангидридке сумен әсер ету арқылы немесе үшиодты
фосфордың сумен реакциясы нәтижесінде түзіледі:
Р 2О3 + 3Н2 О → 2Н3РО3
РІ3 + 3Н2 О → Н3РО3 + 3НІ
Бұл қышқыл екі негізді - сутегінің үшінші атомы фосформен байланысқан және металмен алмаспайды. Бұл қышқылдың тұздары фосфиттер деп аталады. Фосфорлылау қышқылы фосфорға сілтілермен әсер ету арқылы алынады; бұл қышқылдың молекуласында сутегінің екі атомы фосформен байланысқан және металмен алмаспайды. Н3РО3 және Н 3РО2 мен оның тұздары күшті тотықсыздандырғыштар. Фосфордың металдармен қосылыстары фосфоидтер деп аталады. Фосфоидтерге қышқылдармен әсер ету арқылы РН3 фосфин сияқты фосфор гидридтерінің қоспасын алуға болады. Бұл газ өте улы, жаққанда оңай жалындайды, және құрамында басқа да өздігінен жалынданатын қоспалар болғандықтан алу кезінде – ақ өзі жарылады. Фосфин қышқылдармен қосылып тұрақсыз фосфоний тұздарын береді; фосфоний иодиді таза күйде алынған. Фосфоний гидроокисі РН4 ОН болмайды. РН3 – тен басқа, таныс Р2Н4 – гидразин аналогі, Р4 Н2 - сұйық және қатты фосфорлы сутек болады.
Фосфор оксидтері. Фосфор бірнеше оксидтер түзеді. Фосфор (V) оксиді немесе фосфор ангидридінің маңызы үлкен. Фосфор (V) оксиді немесе фосфор ангридриді Р2О5 – ақ, ылғал тартқыш ұнтақ, қыздырғанда бірден буланады, ауаның немесе оттектің артық мөлшерінде фосфор жанғанда алынады. Суды өте белсенді сіңіріп, не оны басқа қосылыстардан тартып алып, фосфор қышқылын түзеді.Фосфор ангидридінің бұл ерекшелігі оны газдар мен сұйықтардың тиімді кептіргіші ретінде кеңінен қолданылуға мүмкіндік береді.
Алынуы: фосфорды жағу арқылы 4Р + 5О2 = 2Р2О5→Р4О10 (оттегі артық болғанда)
Фосфор (V) оксиді - қышқылдық оксид, су тартқыш, ақ қопсыған ұнтақ.
1) сумен әрекеттесіп қышқыл түзеді
Р2О5 + Н2О = 2НРО3 метафосфор қышқылы
Р2О5 + ЗН2О = 2Н3РО4 ортофосфор қышқылы
2) негізбен әрекеттесіп тұз бен су түзеді
Р2О5 + 6NaOH = 2Na3PО4+ ЗН2О натрий ортофосфаты
3) негіздік оксидпен тұз түзіледі
Р2О5 + ЗСаО = Са3(РО4)2 кальций ортофосфаты
Фосфор қышқылы: Алынуы: Фосфор (V) оксидін суда еріту арқылы: Р2О5 + ЗН2О = 2Н3РО4
Фосфоритке конц.қышқылмен әсер ету арқылы: Са3(РО4)2 + 3H2SО4(конц) = 2Н3РО4+ 3CaSО4
Фосфор қышқылы үш түрлі тұз түзеді: NaH2PО4 - натрий дигидрофосфаты; Na2HPО4 - натрий гидрофосфаты; Na3PО4 - натрий фосфаты. Фосфор қышқылының Na, К тұздары - ортофосфаттары, гидро- және дигидрофосфаттары суда жақсы ериді.
Химиялық қасиеттері: Фосфор қышқылы тотықтырғыш қасиет көрсетпейді, қышқылдарға тән барлық реакцияларға түседі.
1) активті металдармен сутек бөле әрекеттеседі: 2Н3РО4 + ЗСа = Са3(РО4)2+ ЗН2↑
2) негіздік оксидтермен тұз бен су түзеді: 2Н3РО4 + 3MgO = Mg3(PО4)2+ ЗН2О
3) негіздермен тұз бен су түзе әрекеттеседі: Н3РО4 + 3NaOH = Na3PО4 + 3H2О
4) әлсіз қышқылдардың тұздарымен әрекеттеседі: 2H3PО4 + 3Na2S = 2Na3PО4 + 3H2S↑
Фосфор қышқылының қалдығына (РО43-) сапалық реакция жасау үшін күміс ионы (Ag+) қолданылады. Н3РО4+ 3AgNО3 = Ag3PО4↓+ 3HNО3
(РО43-+ 3Ag+→ Ag3PО4↓
24. Көміртектің аллотропиялық түрөзгерістері. Құрылысының ерекшеліктері. Кремнийдің шалаөткізгіштік қасиеттері.
Тотығу-тотықсыздану қасиеттері. Оттек, металл, cу, қышқыл мен негіздерге қатынасы. II период, IV топтың негізгі топшасының элементі, реттік нөмірі 6. Оның ядросында 6 протон мен 6 нейтроны бар, электрондары да алтау. Олар екі қабатқа былай бөлініп орналасады: 1s22s22р2 (көміртектің электрондық формуласы) Органикалық химия көміртектің қосылыстарын зерттейтін болғандықтан, бұл элементті толығырақ қарастырайық. Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің 6-элементі. Aтом ядросында 6 протоны, 6 нейтроны және энергетикалық деңгейлерінде 6 электроны бар. Олар екі энергетикалық деңгейге бөлініп орналасқан: 2е, Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің екінші периодында орналасқан. Егер периодтағы көрші тұрған элементтерді салыстырсақ, олардың бәрінің бірінші деңгейлері бірдей, екі электроны бар (1s2), ал сыртқы деңгейлеріндегі электрон сандары ядро зарядының артуына байланысты әр түрлі.
Аллотропиялық түрезгерістері кристалдық торларының әр түрлілігімен сипатталады.
Алмаз ең катты зат, графит май тәрізді жылтыр сұр түсті жұмсақ зат. Графит 2000°С-да, төменгі қысымда карбинге айналады. Жаңадан алынған фуллерен деген түрі де бар, ол футбол добы сияқты құрылысты болады. Көміртектің бұл түр өзгерістеріне аморфты көміртекті қосуға болады. Оны ағаш көмірін, тас көмірді ауа қатысынсыз құрғақ айдау арқылы алады. Сонда алынған көмірде өз бетіне газдарды, сұйықтарды сіңіретін қасиет (адсорбция) пайда болады.
Алмаз бен графиттің ішкі құлылысындағы айырмашылық рентген сәулесі арқылы анықталады.
Алмазда көміртектің басқа 4 атомымен байланысқан,барлық атомдарының ара қашықтығы бірдей(0,154нм).Көміртек атомдары алмазда sp3 гибридтік күйде болады.Алмазда к/ң әрбір атомы дұрыс тетраэдрдің орталығында,қалған төртеуі тетраэдрдің төбелерінде орналасқан.А/ң кристалы үлкен молекула деп қарауымызға болады.Мұндағы атомдар арсындағы байланыс ковалентті,қатты заттардағы байл. Ков/і болса,ондай заттар әдетте,балқуы қиын әрі өте қатты болады.
Графитте к/ң атомдары дұрыс алтыбұрыштың ұштарында орналасқан,ол алты бұрыштардың өздері параллель жазықтарды жатады.Әрбір көрші жазықтықтың арасы 0,341нм,алты бұрышты түзуші көрші атомдардың арасы 0,145нм,жазықтықтар арасының байланысының нашарлығынан графит жұққыш болады. К атомдары графитте sp2 гиб күйде б/ды.Алмаз бен графиттен басқа көміртектің карбин синтезделген түрі бар. Карбин тіке сызықты С тізбектерінен құрылған гексагональ торынан тұрады,ондағы к/ң әрбір атомы 2сигма,2Пи байл түзеді.Шымқай қара түсті зат.К/к атомдары sp гиб/ге ұшыраған тізбекті полимер.2 түрі б/ды:к/к а/ы өзара 3 байл ж/е 1байл/пен кезектесе байланысатын пллиинді,үздіксіз қос байланыстан кумуленді.
Кремний түрлі құймалардың құрамына араластыруға қолданылады.К/й көп қосылған темір құймалары қышқылға берік болады,4%к/й араласқан темір электр трансформаторларын жасау үшін жұмсалады.Соңғы кезде к/йді жартылай өткізгіштер техникасында қолданатын болды.ол үшін тех/қ к/й жарамайды(95-98%),өте таза к/й керек,ондай к//йді алу үшін SiCl4 цинк буымен тотықсыздандырады:SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2не к/йдің сутекті қосылысын қыздырып айырады: SiH4=Si+2H2
Тотығу-тотықсыздану қасиеттері.Құм мен магний арасындағы рек/да магнийді артығырақ алса,тотықсызданы шыққан к/й магниймен қосылып магний силицидін түзеді.
4Mg+SiO2=Mg2Si+2MgO
Металдарды к/ймен тотықтырғанда(700-1200С)металл оксидімен к/йді араластырып инертті атмосферада қыздырғанда да силицидтер түзеді:
6MnO+5Si=2Mn3Si+3SiO2
К/й НҒ,НNO3 сияқты қышқылдарда ериді:3Si+4HNO+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O
Сілтілердің әрекетінен к/й тұзға айналады:Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2
25.Көміртек (ІІ) оксиді. Алынуы. Тотықсыздандырғыштық қасиеттері. Металл карбонилдері. Фосген. Көміртек (ІІ) оксидінің улылығы. Практикалық қолданылу аймақтары.
Көмір,көміртекті қосылыстар жоғары температурада жанса пайда б\ды.2C+O2=2CO \ CO2+C=2CO .CO молекуласында үш байланыс бар,екеуі қосақтасу арқылы,үшіншісі донорлы акцеаторлы байланыс.Физ.қасиеті:түссіз, иіссіз, ауадан жеңіл улы газ.Суда өте аз ериді,сумен әрекеттеспейді.Хим.қасиеті:Оны хим\қ жағынан ангидрид д\а,өйткені құмырсқа қышқылынан суды тартып алғанда сол бөлінеді.HCOOH=HOH+CO. Лабороторияда оны алу үшін осы р\я\ны пайдаланады. Ол х\қ р\я\да қосып алуға бейім.Хлормен тікелей әрекеттеседі:CO+Cl2=COCl2. COCl2 - фосген иісі жоқ,улы газ.
COCl2+2HOH=H2CO3+2HCl Ол күкіртті да қосып алады.
Оның қосып алу р\я\ң бір түрі ауыр ме\мен тікелей қосылып карбонил қосылыстарын түзеді. Олар: M(CO)6,Fe(CO)5,Ni(CO)4 б\ды. Карбонилдердің фор\ры валенттілік ережесіне жатпайды.Мысалы: Fe(CO)5 алсақ,темирде 26 электрон бар,СО әрбір молекуласы екі электроннан,5 молекуласы он электрон береді,түзілген карбонилда 36 электрон б\ды.
ВБ және МО теориясы тұрғысынан молекуладағы химиялық байланыс.К.б\ты түзетін электрон бұлттарының белгілі бір бағыты болады,осының салдарынан молекулалар кеңістікте белгілі құрылысқа иеб\ды. Бұл мәселені ВБ теориясы қарастырады. Бұл теория\ң х\қ байланыс атомдарының жалқы электронды орбитальдары\ң бүркесуі нәтижесінде түзіледі. Олардың өздерінің пішіндеріне сай бағыттары б\ды.ВБ теориясы х\қ байланыс атомдарының жалқы электронды орбитальдарының бүркесуі нәтижесінде түзіледі деп қарайды. МО теориясы молекулаларждың түзілу себебін, құрылысын ж\е валенттік\ң мәнін түсіндіріп,молекулалардың тәжірибе жүзінде әлі анықталмаған қасиеттерін болжауға мүмкіндік туғызады. Бірақ ВБ теориясы кейбір молекулалардың құрылысын ,қасиеттерін ,магниттік қасиеттерін қарастырғанда біраз қиындықтар кездеседі.Сыртқы магнит өрісіне қарай заттардың диамагнитті ж\е парамагнитті болып екіге бөлінеді.Диамагнитті молекулаларда барлық электрондар жұптасқан күйде ды.Парамагнитті мллекулаларда қосақталмаған жалқы электрондар б\ды ж\е электрондар саны неғұрлым көп болса, зат магнит өрісіне соғұрлым жақсы таратылады.МО теориясы б\ша молекула бүтін бір тұтас жүйе деп есептелінеді.ондағы барлық электрондар сол молекулаға ортақ деп қарастырылады. Бұл жерде МО әдісінің ВБ әдісңінен негізгі айырмашылығы бар.МО атомдвқ орбитальдар сияқты энергиялары\ң өсу реті б\ша толтырылады,яғни алдымен ең төменгі энергиялы орбитальдар толтырылады.Паули принципі мен Гунд ережеси қол\ды.
26. Көмір қышқылы және оның тұздары. Көмірқышқылы молекуласының және карбонат-ионның құрылысы. Сулы ерітінділердегі қиын еритін карбонаттарды тұндырудың ерекшеліктері. Қолданылуы.
Көміртек оксиді суда еріп аз мөлшерде әлсіз, тұрақсыз көмір қышқылын түзеді. Көмір қышқылы- H2CO3 тек еріген күйде ғана бола алады, өзі әлсіз қышқыл, судағы диссоциациялану тепе-теңдігі солға қарай ауысқан:
CO2+ H2O= H2CO3= H-+ HCO3-
Көмір қышқылының ерітіндісін қыздырсақ CO2 түгел ұшып кетеді.
Көмір қышқылы екі негізгі қышқыл болғандықтан екі қатар тұз түзеді: орта тұздарын - карбонаттар, қышқыл тұздарын- гидрокарбонаттар дейді.
Көмір қышқылының тұздарын тұз алаудың жалпы әдістерімен алуға болады - ол үшін көміртек диоксиді мен сілтіні әрекеттестіруге болады, мысалы: KOH+ CO2= KHCO3; KHCO3+ KOH= K2CO3+ H2O немесе тұздар арасында екі жақты алмасу реакциясы арқылы алады, мысалы: CaCI2+ K2CO3= CaCO3+ 2KCI
Тұздардың ерігіштігі жағынан: гидрокарбонаттың барлығы да ерімтал, карбонаттардан натрий, калий және аммоний карбонаттары да ерімтал, олардың ерітінділері гидролиздің салдарынан сілтілік реакция көрсетеді: Na2CO3+ H2O= NaHCO3+ NaOH
немесе CO2+ H2O= HCO3+ OH
Қыздырғанда сілтілік металдардың тұздарынан басқаларының бәрі айырылып көміртек диоксидін бөліп шығарады:
MgCO3= MgO+ CO2; Ca(HCO3)2= CaCO3+ CO2+H2O; CaCO3= CaO+ CO2
Карбонаттар әлсіз қышқылдың тұздары болғандықтан, сірке қышқылындай әлсіз қышқылдың да әрекетінен айырылады, онда да көміртек диоксиді бөлініп шығады: CaCO3+ 2HCI= CaCI2+ CO2+ H2O; 2NaHCO3+ H2SO4= Na2SO4+ 2 H2O+ 2CO2
27. Комплексті қосылыстар химиясы жәйінда негізгі түсінік: орталық атом, лигандтар және оның дентанттылығы, сыртқы және ішкі сфера, координациялық сан және орталық атом заряды. Комплексті қосылыстардың алынуы және аталуы (номенклатура).
Комплекс косылыстар жайындагы Вернер жумысы координациялық теориядеп аталады. Координациялык теория бойынша комплекс косылыстар ішкі және сыртқы сферадан тұрады. Ішкі сферадағы бөлшектер бір бірімен берік байланысқан, оны комплексті ион немесе комплекс деп атайды. Комплексті қосылыстардың формуласында координациялық сфера яғни ішкі сфера квадратты жақшаға алынады. K4[Fe(CN)6] ↔ 4K+ + [Fe(CN)6]4- комплекс түзгіш ион лигандылармен бірге ішкі координациялық сфераны құрайды. Комплекс косылысты суда ер1ткенде сырткы сферадагы иондар диссоциацияланып кетед. Сондыктан оньщ комплекс ионмен байланысы иондык болады. [Pt(NH3)4Cl2]Cl2= [Pt(NH3)4Cl2]2+ + 2С1- Орталық атомның төңірегінде лигандтардың орналасуы әр түрлі, ол оның коорд санына байланыст. Әр түрлі комп түзушлерде коорд сан 2-ден 10-ға дейін өзгереді.4,6 сандары жиі, 8,2 сандары сирек кездеседі. комплексті қосылыстарды алу реакциялары. А. Аммиакаттар берілген металдың тұзы аммиак немесе тұнбаға жаңа түскен металдың гидроксиді аммиак: CuSO4+NH4OH=[Cu(NH3)4]SO4+4H2O Cu(OH)2+4NH4OH=[Cu(NH3)4](OH)2+4H20 Б.Аквакомплекстер берілген металдың сусыз тұзы су CuSO4+4H2O=[Cu(H2O)4]SO4 В.гидроксокомплекстер берілген металдың тұзы сілті немесе тұнбаға жаңа түскен берілген металдың гидроксиді сілті CrCl3+6NaOH=Na[Cr(OH)6]+3NaCl Cr(OH)3+3NaOH=Na3[Cr(OH)6] Г.ацидокомплекстер комплекстүзгіші бар тұз лигандылары бар тұз артығымен алынған PbI2+2KI=K2[PbI4] Pb(NO3)2+4KI=K2[PbI4]+2KNO3 РЕАКЦИЯЛАР 4FeCl3+3K4[Fe(CN)6]=Fe4[Fe(CN)6]3+12KCl 2[Ag(NH3)2]Cl+Zn=2Ag+[Zn(NH3)4]Cl2 Қазіргі кезде комп.қосылыстардағы байланыстың табиғатын қарастыратын 3 теориялық әдіс бар: 1) ВБ; 2) кристалдық өріс теориясы; 3)МО әдісі; ВБ әдісі б/ша орталық атом мен лиганд донорлы-акцепторлы жолмен байланысады. Әдетте, орталық атом байланыс түзуге бос орбитальдарын, лиганд пайдаланылмаған электрон жұбын жұмсайды. Демек, орталық лиганд рөлін атқару үшін оның құрамындағы атомның комплекс түзушілер әдетте металдардың иондары бола алады, себебі олардың бос валенттік орбитальдары болғандықтан, олар Льюис қышқылдарының рөлін атқарады. Бөлінбеген электрон жұптары бар болғандықтан, лигандтар Льюис негіздерінің қасиеттерін көрсетеді. Орталық атомның бос орбитальдарының саны оның комплексті қосылыстағы к.с.тең болады. Сонымен ВБ әдісі б/ша комплексті қосылыстағы орталық атом мен лиганд арасындағы байланыс-донорлы-акцепторлы жолмен түзілетін коваленттік байланыс. Комплексті ионның кеңістіктегі құрылысы орталық атомның байланыс түзуге жұмсайтын бос орбитальдарының типіне байланысты.Орталық атом байланыс түзуге sp-гибридті 2 орбиталін пайдаланса-сызықтық, sp2-гибридті 3 орбиталін пайдаланса жазық үшбұрышты, sp3-гибридті 4 орбиталін пайдаланса квадаратты тетраэдрлік, dsp2-гибридті 4 орбиталін пайдаланса квадратты комплекстер;dsp3-гибридті 5 орбиталін пайдаланса үшбұрышты бипирамида тәрізді комплекс, d2sp3- гибридті 6 орбиталін пайдаланса октаэдрлік комплекс түзіледі.ВБ әдісі комплексті қосылыстардағы орталық атом мен лиганд арасындағы байланыстың түзілу механизмін және комп-ң кеңістіктегі құрылысын түсіндіре алады. Лигандтың тудыратын өрісі күшті болса Д-деңгейшесі қатты жіктеліп, ∆-ның мәні үлкен болады. Д-деңгейшесін жіктеу қабілетіне қарай лигандтар спектрохимиялық қатар деп аталатын мынадай қатарға орналасады: CO, CN,NO2 >NH3>NCS>H2O>F>OH>Cl>Br>I бұл қатардағы әрбір лиганд өзінен соң орналасқан лигандтарға қарағанда Д-леңгейшесін күштірек жіктейді. Жіктелу энергиясының шамасына орталық атомның табиғаты да әсер етеді. Орталық атомның валенттігі жоғарылаған сайын жіктелу энергиясының шамасы да артады. Кристалдық өріс теориясы. Қазіргі заманғы кристалдық өріс теориясы Коссель (1916ж) ұсынған электростатикалық модельдің жалғасы болып табылады.КӨ теориясында комп.қосылыстардағы байланысты иондық деп қарастырады. Электростатикалық модель б/ша комплекстің құрылысын анықтау үшін мүмкін бола алатын әртүрлі конфигурациялардың түзілу энергияларын есептейді. Түзілу энергиялары ең үлкен, демек ең тұрақты конфигурация комплекстің шын конфигурациясы деп есептеледі. Сонымен қарапайым иондық модель комплектсі қосылыстардың түзілуін және кеңістіктегі құрылысын түсіндіре алады. Комплекс түзушінің Д- деңгейшесі тетраэдрлік квадратты және сызықты комплекстерде де жіктеледі.Тетраэдрлік комплестерде Дε – орбитальдар Ду- орбитальдарға қарағанда лигандтарға жақындау орналасқан, сондықтан олар қаттырақ тебіледі. Демек, тетраэдрлік комплексте Д-орбитальдардың жіктелуі октаэдрлік комплекстерге керіснше болады. Әртүрлі комплекстердегі ионның қоршауында Д-деңгейшенің жіктелуі:1-сфералық;2-сызықтық қоршауда;3-тетраэдрлік;4-жазық квадрат;5-октаэдрлік.МО теориясы да кристалдық өріс теориясындай жоғары және төмен спинді комплекстер алуға болатынын есептеуге мүмкіндік береді.Комплекстер ішкі сфераның зарядына қарай, катионды,анионды, бейтарап болып үш топқа бөлінеді. Катионды комп-р орталық ионның айналасына бейтарап молекулалар (Н2О,NH3)координацияланғанда түзіледі. Мысалы, {Al(H2O)6}Cl3 және {Cr(NH3)4}Cl3. Анионды компл-де комп түзушінің рөлін оң зарядталған ион, ал лигандтар рөлін аниондар атқарады.Мысалы, K4{Fe(CN)6}, K2{BeF4}. Беарап ком-р атомның айналасына молекулалар коорд-да н/е оң зарядталға комп түзушінің айналасына анион мен молекулалар қатар коорд-да түзіледі. Мыс,{Pt(NH3)2Cl2} . Комп қос-р аталуы лигандтың атымен және оның санын n көрсеетін сандық қосымша мен орталық атомның атын атау арқ көрсетіледі. Күрделі лиганды бар ком-ді атау үшін лигандтардың атауы жақшаға алынып бис-(2), трис-(3),тетракис-(4),пентакис-(5),гексакис-(6) қосымш-мен көрсетіледі. мыс:(NH2CH2CH2NH2)4-тетракис(этилендиамин).Жаңа номенклатура бойынша комп құрамындағы теріс зарядталған анион лигандтардың атауына -о деген жалғау жалғанады, Мыс:F- фторо,Cl--хлоро, OH--гидроксо.Катионды комп-ді атау үшін алдымен анион аталып, содан соң комп катион аталып, комп түзуші орталық атомның ТД көрсетіледі. Мыс:{Ag(NH3)2+}-диаминкүміс(І)катионы,{Al(H2O)6}Cl-гексаакваалюминий(ІІІ)хлориді.{Bi6(OH)12}6+-додекагидроксогексависмут(ІІІ)катион Анионды ком-ді атау үшін, алдымен комплекс анионға -аты деген жалғау жалғап,комп түзушінің ТД көрсетіліп, соңынан анионды атау керек.Мыс:Na3{Ag(SO3S)2}-натрий бис(тиосульфато)аргентаты (І), K4{Fe(CN)6}- калий гексацианоферраты(ІІ).
28.Металдардың химиялық қасиеттері.Тотықтырғыштық- тотықсыздандырғыштық,Металдардың коррозиясы, Күресу жолдары:
Металдардың химиялық реакцияласу қабілетін хим-қ қасиеті дейміз.Металдарды хим-қ жағынан толық сипаттаушы қасиеті-бос жеке оң иондар түзуі. Металдар тотықсыздандырғыштар.Метал-ң активтігі бірдей емес, электронын неғұрлым оңай беретін металдар активті металдар болады, олар оңай реакцияласқыш болады.Металдардың активтігін алғаш толық зерттеген Н.Н.Бекетов болды. металдарды активтігінің төмендеу ретімен тізіп, оны "ығыстыру қатары "д.а.Бұл қатардағы әрбір Ме өзінен кейін орналасқан Ме-ң барлығын,олардың тұздарының ерітінділерінен ығыстырып шығарады. Сутек те сол сияқты, оның алдында тұрған Ме-р оны қышқылдардың сұйытылған ертіндісінен ығыстырып шығарады. Сутектен кейін келетін Ме-р сутекті қышқылдардын ығыстырып шығара алмайды. Қатар бойынша сол жақта тұрған Ме активтеу болады.Р-ясушы екі Ме-ң арасы неғұрлым қашығырақ болса, бірінен бірінеэлектрон көшу оңайырақ болады. Қоршаған ортаның әсерінен металдың жаңа химиялық қосылыс түзе күйреуін коррозия «жемірілу») дейді. Коррозияның күнде кездесетін мысалы-темірдің таттануы-темір ауадағы оттекпен тотығып, беті таттанады (Fe2O3*H2O ).Жалпы алғанда, металдардың және олардың құймаларыныңқоршаған орта әсерінен жемірілуге ұшырауын химиялық және электрохимиялық деп екіге бөледі Коррозияның бір түрін химиялық коррозия дейді, ол қышқыл, сілті, тұздардың ерітінділерінің және түрлі газдардың (CO2, H2S, SO2, HCl т.т.) тікелеі әрекеті, мысалы металдан жасалған көп заттар-машиналар, көпірлер, түрлі каркастар, станоктар, механизмдер, үйдің шатыры, рельс, провод т.б. ашық ауада, судың, түрлі ерітінділердің және газдардың әсері тиетін жерлерде болады. Бірақ, халық шаруашылығының түрлі салаларына өте көп зиян келтіретін электрхимиялық коррозия. Электрохимиялық коррозия болу үшін электрхимиялық процесс өту керек; ондай процесс үшін екі электрод және электродтар батырылып тұратын электролит болуы шарт. Металл таза болса коррозияланбайды. Тіпті темір сияқты металдың өзі де таза болса таттанбайды. Бірақ техникада алынатын металдар еш уақыт таза болмайды, оларда аралас көбіне басқа металдар қоспалары болады, міне, осыдан коррозияға қолайлы жағдай туады. Металдар мен құймалар әр түрлі заттармен жанасқанда, олармен әрекеттесіп, химиялыққосылыстар түзеді. Әсіресе жаңбыр, топырақ ылғалы, ауа әсерінен қоршаған ортадағы металдар бүлініп желінеді. Металдардың бәрі бірдей жемірілуге ұшырай бермейді. Кернеу қатарында күмістен соң орналасқан металдар "бекзат металдар" деп аталады, олар іс жүзінде бүлінбейді. Сондықтан бұл металдарды және олардың құймаларын жемірілуге тыйым салынған жерлерде қолданады. Мысалы, электрондық өнеркәсіпте, ғарыштық техникада контактілер жасау үшін алтынды пайдаланады. Кернеу қатарында магнийдің сол жағында орналасқан сілтілік және сілтілікжер металдар "бекзат металдарға" қарама-қарсы қасиетке ие. Олар көдімгі жағдайдың өзінде қоршаган ортадағы көптеген заттармен (ең алдымен, оттекпен және сумен) оңай әрекеттеседі, сондықтан қондырғылар мен аппараттар жасауға пайдаланылмайды. Кернеу қатарының орта шенінде жемірілуге баяу ұшырайтын металдар орналасқан. Олардың біразы, мысалы, Mg, Zn, Al, Cr, Ni жемірілуге төзімді, себебі металдардың бетінде оксидтен тұратын өте жұқа қабықша пайда болып, металдарды қоршағанортамен жанасудан сақтап тұрады. Адамдар темірдің таттануын жиі кездестіреді, жемірілген темірдің бетін кеуек қоңырқай тат қабаты басады. Темірдің таттануы, әдетте, оттектің әсерінен болады:2Fe0 + 2Н2О + О2 = 2Ғе(ОН)2Оттек молекуласы темірді алдымен Ғе+2, содан кейін Ғе+3 катионына айналдырады:Тотықсыздандырғыш 2Ғе0 — 2ē —> 2Ғе+2Тотыктырғыш О02 + 4ē = 2О2-24Ғе(0Н)2 + 2Н2О + О2 -> 4Ғе(0Н)3Тотықсыздандырғыш Fe+2 — ē —> Fe+3Тотыктырғыш О02+4ē —> 2О-2Коррозиямен күресудің қазіргі кезде көп әдістері бар. Олардың маңыздылары:1)сыртын қаптау; 2)тұрақты құйма жасау; 3)қоршаушы ортаны өзгерту;4)электрохимиялық қорғау.
29.d-элементтердің сипаттамаларына. жалпы шолу және салыстымалы сипаттама беру.
ІІВ тобын мырыш Zn, кадмий Cd, сынап Hg құрады, бұл элементтердің электрондық қабаттарының саны әр түрлі болағанмен сыртқы екі қабатындағы электрондардың орналасу реті бірдей болады.Барлығының сыртқы қабатында 2 s-электрон, ал сырттан санағанда екінші қабата 18 электрон болады да олар былай жазылады: (n-1) s2 p6 d10 ns2 Бұл элементтердің соңғыдан кейінгі қабатының d-қабатшасында электрондар орналасуы аяқталғандықтан орналасуы аяқталғандықтан химиялық байланыс түзуге қатыспайды.сондықтан да басқа элементтермен валенттік байланыс түзуге сыртқы s-электрондары катысады.бұл электрондар элементтер атомдарында жұптасып тұрғандықтан қалыпты күйдегі валенттіліктері нөлге тең болады, ал қоздырғанда екі электронның біреуі көршілес р-қабатшасына көшетіндіктен валенттіктері 0-ден 2-ге дейін артады. Бұл жағынан қосымша топша элементтері негізгі топшаға ұқсас болады. Бұл элементтер химиялық қосылыстарда 2+ тотығу дәрежесін көрсетеді, тек сынап қана қосылыстарды 2+ пен қатар 1+ тотығу дәрежесін көрсетеді. Мырыш,кадмий, сынап элементтерінің бірінші иондану потенциалдарының мәні сәйкес периодтардағы d-элементтерінің бірінші иондану потенциалының мәндерінен көп екенін байқауға болады. Оның себебі екінші қосымша топша элементтерінің ns2 электрондары іштке қарай өткенде аяқталған (n-1) d-қабатшасы сырт жағынан қалқалап олардың үзіліп кетуін қиындатады да, олардың иондану потенциалыныі мәнін артады. Мырышқа қарағанда кадмийдің иондану потенциалының аз болуы кадмийдің электрондық қабаттарының артуына байланысты, ал иондану энергиясының сынапта қайтадан көбеюі оның 6s2 электрондарының 5d-электрондық қабатша ғана емес, 4 f14 электрондық қабатшасы да қалқалап тұруына байланысты. Үшінші топтың d-элементтерінк немесе үшінші негізгі топшаға скандий Sc, иитрий Y, лантан La,актиний Ac жатады. Скандий, иитрий, лантан, актиний өздері тұрған реиодтардағы бірінші d-элементтер, сондықтан олардың сыртқыдан кейінгі қабаттың d-қабатшасында бір-бірден электрондары болады.Скандий топшасы элементтері химиялық қосылыстарда байланыстар түзуге сыртқы екі s-электрондарын және d-электронын жумсап үш валентті болады. Элементтердің қалыпты күйдегі валенттіктері бірге, ал қозған кезде жұп электрондардың біреуі осы қабаттағы р-қабатшасына көшетіндіктен үш валентті болады.Элементтердің реттік нөмерінің өсуіне байланысты олардың атомдарыны0ң, иондарының радиустары заңды түрде улкейетінін және соған сәйкес иондану энергияларының кемитінін көруге болады. Осы бағытта элементтердің стандартты электодтық потенциалдар міндері де азайып, олардың химиялық активтігі де артады. Скандий, иитрий, лантан, актиний элементтерінің химиялық қосылыстарындағы тотығу дәрежелері әр уақытта тұрақты болады- ол 3+ке тең.
Төртінші топтің қосымша топшасына немесе IVB тобына титинTi, цирконий Zr, гафний Hf жатады. Бұл топшаға ядролық реакцияның жәрдемімен алынған №104 элемент курчатовий де Ku жатады.топша элементтерінің қалыпты жағдайда жұптасқан екі s-электрондары және дара екі d-электрондары болады. Сондықтан бұл элементтердің қалыпты күйдегі валенттіктері екіге тең. Сырттан энергия жұмсау арқылы олардың атомдарын қоздырып жұп s-электронның біреуін осы қабаттағы р-қабатшасына көшіріп дара электрондардың санын төртке жеткізуге болады. Қозған күйде элементтер төрт валентті болады. Төртінші қосымша топша элементтері нағыз металдар және металдық қасиеттері Ti-Zr-Hf-Ku қатарында артады. Әсіресе, цирконий мен гафнийдің атомдарының және иондарының радиустары бірдей болғандықтан оардың қасиеттері де өзара ұқсас болады. Барлық металдардың балқу және қайнау температуралары өте жоғары.
Бесінші топтың қосымша топшасын V B тобын ваннадий, ниобий, тантал құрайды. Элементтердің реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты ванадийдан ниобийға қарай олардың атомдарының, иондарының радиустары өседі, иондану дәрежесі кемиді.ал ниобий мен танталды салыстырсақ, соңғыда лантаноидтық қысылу болатындықтан бұл екі энергиялары да бірдей болады. Сондықтын ванадийға қарағандай ниобий мен тантал өзара ұқсас болады.Бұлар дара электрондардың санына сәйкес қалыпты жағдайда үш валентті, ал қозғанда бес валентті, химиялық қосылыстарда ванадий 2+,3+,4+,5+, ал ниобий мен тантал көбінесе 5+ тотығу дәрежесін
30. f- элементтердің сипаттамаларына. жалпы шолу және салыстымалы сипаттама беру.
Кезекті электрондары 4f немесе 5f қабатшаларына орналасатын элементтерді f - элементтер деп атайды.Бұл қатар элементтерінің электрондық конфигурациясы Клечковский ережесіне бағынбайды. Кезекті электрондпры 4f - қабатшасына орналасатын элементтерді лантаноидтер, ал 5f қабатшасына орналасқандарын актиноидтер деп атайды. Қысқа периодты периодтық системада әрқайсысы 14 элементтен тұратын лантаноидтар мен актиноидтар таблицадан тыс оның төменгі жағына екі қатар болып орналасады, ал ұзын периодты системада олар таблицада бір лантаноидпен бір актиноидтан тұратын 14 топ құрайды. Лантаноидтардың өзара өте ұқсастықтары мен қатар айырмашылықтары да бар. Реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты Се, Lu қатарында олардың ион радиустары біртіндеп кішірейе береді. Бұл құбылысты лантоноидтық сығылу дейді. Лантоноидтар үшін 4f –күй энергетикалық тиімділеу. Сондықтан олардың атомында(Gd басқасы)5d- электрон 4f күйге ауысады.Алдымен бір-бірден 4f-орбитальдардың, ал сосын екі электроннан толудың периодтық сипаты лантоноидтар мен олардың қосылыстары қасиеттері өзгерісіндегі ішкі периодтылықты алдын-ала анықтайды.Лантоноидтар қосылыстарының негізділігімен ерігіштігіндегі кейбір ерекшеліктер оларды екі топшаға бөлуге негіз болды: 1) церийлік элементтер топшасы, оған лантан,церий,празеодим,неодим,самарий және европий енеді; 2) итрийлік элементтер топшасы оған гадолиний, тербий, диспрозий,гольмий,тулий,иттербий,лютеций жатады. Химиялық қосылыстарда лантоноидтардың көпшілігі тұрақты 3+ тотығу дәрежесін көрсетеді, кейбіреулері, мысалы, церий, тербий тотығу дәрежелерін 4+ке дейін өсіре алады. Лантоноидтардың химиялық активтігі өте жоғары болғандықтан олар барлық бейметалдармен әрекеттесіп оксидтер, галидтер, сульфидтер, нитридтер, карбидтер, гидридтер түзеді, мысал:
4Ce+3O2=2Ce2O3 Ce+O2=CeO2; 2Sm+N2=2SmN; 2En+3H2=2EnH3.Лантоноидтардың қолданылуы:1)силикаттық өнеркәсіпте(оптикалық әйнек, керамикалық бұйымдар,қайрақтас материалының өндірісінде);2)хим өнеркәсіпте 3)жеңіл өнеркәсіпте; 4)металлургияда; 5)ядролық реакторларда; 6)медицинада; 7)ауыл шаруашылығында;
Актиноидтар қатарына өзінен кейін орналасқан элементтер жатады.Бірінші үш элементті- торий, протактиний және уран- табиғатта табылады және кәдімгі әдіспен ашылған. Ураннан кейін келетін элементтерді трансурандық(латынның trans – арқылы, өту) д.а.Олар жасанды жолымен алынған радиобелсенді элементтер, олардың көпшілігінің жартылай ыдырау периоды өте қысқа.Элементтердің реттік нөмірі артқан сайын атом ядросымен 5f-электрондардың байланыс энергиясы көбейедіж/е 6d-электрондардың 5f- күйіне ауысуы тиімді болады.Бұл актиноидтық сығымдалу д.а және лантоноидтар сияқты атом радиусы өскен сайын актиноитардың иондық радиустары кішірейеді.Актиноидтар валенттілікті көрсетуде әртүрлілігімен сипатталады.Әуелі жоғарылауы байқалады,ал сосын жоғары ТД-ң төмендеуі. Айталық, нептуний,плутоний және америций +3 тен +6-ға дейін ТД көрсетеді.
Жеңіл актиноидтар(ураннан амерцияға дейінгі) +3 тен +5 ке дейінгі аралықта ТД көрсете алады. Ал қалған актиноидтар лантоноидтар сияқты +3ТД көрсетеді.