ОҚулық Өқделіп, толықтырылып 2-басылуы а алматы санат* 1999 алғы сөЗ
жүктеу/скачать 5,53 Mb.
|
§2. КОБАЛЪТ ЖӘНЕ НИКЕЛЬ
Жер қыртысындағы кобальттың массалық үлесі 3-10~3, ал никельдікі 8-10"3%. Кобальт пен никель та-биғатта көбінесе күкіртпен, мышьякпен қосылыстар түзеді, оларга кобальтпирит Со82, кобильтин немесе ко-бальт жылтыры СоАз8, смальтин СоАз2, милерит N18, никель жылтыры ^іАз8 жатады. Кобальт пен никельді таза күйде алу үшін олардың түздарының ерітіндісін электролиздеп металдарды катод-та бөліп алады немесе метаддардың оксидтерін жоғары температурада сутегімен тотықсыздандырады. Химиялық қасиеттері жагынан кобальт пен никельдің активтігі темірден төмендеу Кобальт пен никель кәдімгі температурада ауада, су-да өзгермейді. Сүйытылған күкірт және түз қышқылдарында мета-лдар баяу еріп сутегіні ығыстырады, мысалы:
496 497 Бүл металдар ыстық концентрлі күкірт қышқылында және сүйытылған азот қышқылында еріп екі зарядты иондарға айналып тотығады: № + 2 Н2504 = №804 + 802 + 2 Н20 3 Со° + 8 НЫОз = 3 Со (N0^)2 + 2 N0 + 4 Н20 Концентрлі суық азот қышқылында кобальт пен ни-кель пасивтелетіндіктен ерімейді. Кобальт пен никель СоО , СогОз және №0, №20з оксидтерін түзеді. Кобальт (II) пен никельдің (II) оксидтері СоО, N10 суда ерімейтін қатты заттар. Оларға Со (0Н)2 және № (0Н)2 гидроксидтер сәйкес келеді және бүлар тек негіздік қасиеттер керсетеді. Никель (II) гидроксиді ауада түрақты, ал кобальт (II) гидроксиді баяу то-тығады: 4 Со (0Н)2 + 0° + 2 Н20 = 4 Со (0Н)3 Үш зарядты кобальт пен никельдің оксидтері мен гидроксидтері күшті тотықтырғыштар. Олар қышқылдар-мен әрекеттесіп екі зарядты иондарга тотықсызданады: 2 Со+(ОН)5 + 6 НСГ = 2 СОСҺ + С1° + 6 Н20 2 №20з" + 4 Н2504 = 4 №304 + 0° + 4 Н20 Кобальт (II) түздарының түсі алқызыл, никель (II) түздары жасыл түсті болады. Кобальт (II) және (III) пен никель (II және III) иондары темір иондары сияқты көптеген кешен қосылыс-тар түзеді. Мысалы кобальт (II) роданидына калий ро-данидын қосса, қаракөк түсті калийдің тетратоданоко-бальтаты түзіледі:
Никель (II) гидроксидінің түнбасына немесе түздары-ның ерітіндісіне аммиактың артық мөлшерімен әсер етсе никельдің аммиакты кешен қосылыстары түзіледі: N1 (0Н)2 + 6 МН40Н = [№ (МНз)*] (0Н)2 + 6 Н20 498 Никельдің кешен қосылыстарының ішінде калийдің тетрациано никелатының (II) К2 [№ (СЫ)4 ] маңызы зор, ойткені ол металдарды электорлиттік жолмен никельмен қаптауға арналған ерітіндінің қүрамына кіреді. Кобальт пен никельдің қолданылуы. Қазіргі кезде өндірілетін кобальттың 80%-ке жуығы магнитті, қиын балқитын, тез кесетін авиациялық болаттар алу үтдін қолданылады. Кобальт негізінде алынған катализаторлар аммиакты тотықтыруға органикалық синтезде қолданылады. Ко-бальт қосылыстарынан эмальдар, бояулар даярлайды. изотопты рак ауруларын емдеу үшін пайдалынады. Никельден легирленген болаттар алынады. Никель қосылган қүймалар өте көп. Олар магнитті, жогары температурага төзімді және ерекше қасиеттері бар бо-латтар болып бөлінеді. §3. ПЛАТИНАЛЫҚ МЕТАЛДАР Жалпы сипаттамасы. Платиналық металдарға сегізінші қосымша тотпаның немесе VIII В тобының элементтері — бесінші периодта орналасқан рутений, род-ний, палладий, алтыншы периодта орналасқан осмий, иридий, платина жатады. Бүл элементтердің және олар-дың жай заттарының физикалық түрақтылары 26-кестеде берілген. Темір үштігі металдарымен салыстырганда платина тәрізді металдардың тығыздықтарының, балқу, қайнау температураларының, стандартты электродтық потенци-алдарының мәндері жоғары болады және соңғы қасиетіне сәйкес бүл металдардың химиялық активтіктері, яғни тотықсыздандырғыштық қасиеттері төмен болады. Химия-лық реакциялар кезінде платиналық металдар 2, 3, 4. 5, 6, 7, 8 электрондарын беріп жіберіп 2+, 3+, 4+, 5+, 6+, 7+, 8+ тотығу дәрежелерін көрсетуі мүмкін. Бірақ көбінесе бүл металдар химиялық қосылыстарда 2+ 4+ тотығу дәрежелерін көрсетеді, ал рутений мен осмий ғана 8+ болатын ең жоғары тотығу дәрежесін көрсете алады. 499 26-к е с т е
Бүл металдардың химиялық байланыс түзуге бір не-месе екі электрондары (палладийден баскалары) және сырттан санағанда екінші қабаттан бірнеше электрондары қатысуы мүмкін. Платинаның табиғатта таралуы. Платина тәрізді ме-талдар сирек және шашыранды тараған элементерге жа-тады. Бүл металдар табиғат табиғи қүйма түрінде кездеседі және ол қүймадағы платинаның мөлшері басқа барлық металдардың мөлшеріяен кеп. Платиналық ме-талдар кені Алтайда, Қазақстанда және оралда кезде-седі. Оралдан алынған кендердің біреуінің қүрамы мынадай металдардан түрады: Р1 ~г Кһ 08 Рё Ғе Си № % 71,1 3,2 0,6 0,4 0,2 14 4,4 0,1 Сонымен бірге платина тәрізді металдар алтынмен және күміспен қүйма түрінде және темір, мыс, никель полиметалл кендерінде қоспа түрінде кездеседі. Алынуы. Өндірілетін I тонна кендегі платина тәрізді метал-/ дардың мөлшері 0,1 грамнан аспайды. Сон-дықтан алдымен платиналық металдарды сумен жуу арқылы бос жыныстардан тазартады. Бүдан кейін плати-налық металдардың қүймасын "патша арағында" ерітеді. Осының нәтижесінде кенде кездесетін активтеу металдар кәдімгі хлоридтер (ҒеС12, №С12, СиСЬ ) түзеді, ал пла-тина тәрізді металдар еріп Н2 [ (ЭСІ) ]« типтес кешен қышқылдардың қүрамына кіреді. Бүдан кейін платина-лық металдар кешен қосылыстарының қасиеттерінің әр түрлілігін пайдалана отырып, көптеген күрделі химиялық реакциялардың жәрдемімен металдарды бір-бірінен бөледі. Платинаның қасиеттері. Платиналық металдар тығыз күйінде күміс тәрізді, ақ түсті, жылтыр келеді. Химия-лық тығыз метаддар соғуға, созуға оңай көнеді. Осмий, платина, әсіресе палладий сутегін өте жақсы сіңіреді. Мысалы, бір көлем паладий 900 көлем сутегін сіңіреді. Платиналық металдар химиялық әсерлерге өте түрақты келеді. Олардың барлығының стандартты электродтық по-тенциалдарының мәңдері оң. Химиялық активтігі және қасиеттері жөнінен Яи — 08,КҺ — Іг.Рд — Рі жүптары өзара үқсас. Рутений жоғары температурада (1000°С ша-масында), осмий үнтағы кәдімгі температурада оттегімен әрекет-тесіп ЭОдтиптес оксидтер түзеді: Жоғары температурада (600°С шамасында) родий мен иридий оттегімен әрекеттесіп тотығады: 4 Юі° + 3 0° = 2 Кһ20з~ Іг° + 0°2 = І4г02" Жоғары температурада палладий мен платина үнтағы оттегімен әрекеттеседі: 4 Кһ° + 3 02 = 2 Кһ20з" Іг° + 0°2 = ҺОГ Платина тәрізді металдар галогендермен, әсіресе, ак-тивтігі жоғары фтормен, хлормен әрекеттеседі. Метал-дардың салыстырмалы активтігімен температурасына байланысты галидтердегі металдардың тотығу дәрежелері әр түрлі, мысалы: Рт° + 2 Ғ2 = РіҒ+4" 2 Іг° + 5 Ғ2 = 2 ІгҒ1; 500 501
Оз° + 4 Ғ° = ОзҒГ Платиналық металдар активтігі кемдеу ЭСЬ хлормен типтес, платина Рі С14, палладий Ра* СҺ қосылыстарын түзеді. Бүл металдар азотпен, көміртекпен әрекеттеспейді. Платиналық металдардың стандартты электродтық потенциалдары оң болғаңдықтан, су мен сүйытылған қышқылдарда ерімейді. Бүл металдар тотықтырғыш қышқылдарда немесе "патша арагында" ериді. Осмий активтілеу, ол концентрлі азот қышқылымен әрекеттеседі, ал рутений үнтағы тек "патша арағымен" әрекеттесіп кешен қосылыс сутектің гексахлор рутенатын (VI) түзеді. Платинанық қолданылуы. Платиналық метаддар әсемдік бүйымдар жасауга, катализатор ретінде қолда-нылады. Осмий мен иридийдің қүймасы автоқаламның үшын жасауга, ал родий мен платинаның қүймасы тер-мопаралар жасауға қолданылады. Бүл металдардың ішінде, әсіресе, платина көп мөлшерде коррозияға төзімді завод аппараттары мен приборларын, химиялық ыдыстар, электродтар жасауға қолданылады. Платина электродтары электрохимиялық процестер кезінде өзгермейді, сондықтан оны пайдаланып сутегі пероксидін, перхлораттар мен пербораттарды анод-тық тотығу нәтижесіңце алады. Платина электр пеш-терішң спиральдарын жасауға, аммиак тотықтыруда катализатор ретінде қолданылады.
Рутений мен осмий Ки 02, Ки04, және Оз02, Оз04 оксидтерін түзеді. Рутений (VIII) оксиді түрақсыз, қыздырганда ыды-райды: Ки04 = Ки02 + 02 Осмий (IV) оксиді жоғары температурада ыдырап диспропорциаланады: 2 08+02 = 08+04 + 08° Сонымен рутенийдің түрақты оксиді Ки02, ал ос-мидікі Оз04. Бүлардың оксидтері улы заттар. Рутений мен осмий сілтілік ортада күшті то-тықтырғыштардың әсерінен тотығып рутений немесе ос-мий қышқылдарының түздарына рутенаттарга немесе осматтарға айналады: Э° + 3 ЮЧОз + 2 КОН = К2Э04 + 3 КЩ + Н20 Родний мен иридийдің түрақтылау оксидтеріне Кһ203 және Іг203 жатады. Жогары температурада бүл оксидтер де ыдырап кетеді: 2 Кһ203 = 4 КҺО + 02; 2 Іг203 = 4 ІгО + 02 Палладий мен платина Р<10 , Ра02 және КЮ , РЮ2 оксидтерін түзеді. Бүл оксидтер жоғары температурада қыздырғанда ең соңында металл мен оттегіне дейін ыды-рап кетеді: 2 Ро02 = 2Р<Ю + 02 2 РсЮ = 2 Ра + 02 2 РЮ = 2 Рі + 02 Сонымен Ки - Рһ - Ра* және Оз - Іг - Рі қатарларында солдан оңға қарай металдардың оксид-терінің түрақтылығы кемиді. Платина тәрізді металдар кешен қосылыстар түзуге бейім келеді.
К4 [08 (СК)6 ]— калий гексацианоосматы (II) К3 [Кһ С1« ] — калий гексахлорородаты (II) К2 [Рі С1« ] — калий гексахлороплатинаты (IV) 502 503 III БӨЛІМ. ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР / ТАРАУ. ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫН, НЕПЗЕГІ ТҮСШІКТЕРІ §1. ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ ЖӘНЕ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯ ПӘНІ Барлық элементтердін қосылыстары мииералдық не-месе бейорганикалық заттар деп аталатыны және оларды бейорганикалық химия зерттейтіні жоғарыда (II бөлім) айтылды. Органикалық химия пәні тек бір элементтің —
қарастырылады. Қазіргі кезде 100 мыңнан астам анорганикалық, 3 миллионнан астам органикалық қосылыстар белгілі.
Органикалық қосылыстардың көпшілігі әр түрлі еріткіштерде еріткенде молекулаларға дейін бөлшектеніп, иондарға ыдырамайды. Органикалық қосылыстар бір-бірімен баяу әрекетте-седі, сондықтан реакцияны тездетіп, қажетті өнімді алу үшін көбінесе катализаторлар қолданылады.
Органикалық қосылыстарды ауа қатыстырмай қыздырса, ыдырап көмірге айналады, ал оттегін қатыс-504 тырып жаққанда көміртегі (IV) оксиді мен суға айнала-ды. "Органикалық" деген сөз "организм" деген сөзден шыққан, өйткені 19-ғасырдың ортасына дейін барлық ор-ганикалық қосылыстар жануарлар мен өсімдіктер орга-низмдерінен алынды. Сондықтан кейбір ғалымдар органикалық заттар "организмдерде" ерекше тіршілік күшінің әсерінен түзіледі деп түсіндірді. Бүл идеалистік теория "виталистік" деген ат алды. 1828 жылы неміс химигі Велердің аммоний цианна-тын қыздыру арқылы жануарлар организмінде болатын мочевинаны алуы, 1842 жылы орыс ғалымы М. Н. Зи-ниннің табиғи нитробензолмен аммоний сульфидінен ана-линді синтездеуі, 1854 жылы М. Бертлоның синтездеу арқылы майды алуы, виталистік теориясы жоққа шығарып анорганикалық заттардан органикалық заттарды алуға болатынын дәлелдеді.
Органикалық қосылыстардың қүрылысы меи қасиет-терін түсіндіру жөнінде 19-ғасырдың бас кезінде бірнеше теориялар болды. Мысалы 1820—1830 жылдары швед ғалымы Я. Берцелиус "радикалдар теориясын" үсынды. Бүл теория бойынша атомдардың белгілі тобы бір косылыстан екінші қосылысқа өзгеріссіз етеді және ол топтарды бөліп алуға болады деген болжам жасалды. 1840-50 жылдары француз ғалымы Жерар барлық органикалық заттар қарапайым заттардың (аммиактың, хлорсутектің, судың т. б.) туьшдылары дейтін "типтер" теориясын жасады. Бірақ бұл теориялар органикалық қосылыстардың қүрылысын, қасиеттерін түсіндіріп бере алмады. 19-ғасырдың 60 жылдарында орыстың үлы ғалымы А. М. Бутлеров сол кездегі химия ғылымдарының жетіс-тіктерін пайдалана отырып органикалық қосылыстардың химиялық құрылыс теориясын жасады. Бұл теорияның мәні мынадай негізгі қағидалардан түрады.
Молекуладағы атомдар валенттіктеріне сәйкес бір-бірімен белгілі ретпен байланысады. Органикалық қосылыстарда көміртегі әр уақытта төрт валентті. Химиялық қосылыстардың қасиеттері олардың са-палық және сандық қүрамдарына ғана емес, молекула- 505 дағы атомдардың бір-бірімен байланысу ретіне де (хими-ялық қүрылысына да) тәуелді. Молекулаға кіретін атомдар мен атомдар топтары өзара бір-біріне әсер етеді, оның ішінде бір-біріне жақын жатқан атомдар өзара көбірек әсер етеді. Реакцияны зеттеу арқылы органикалық заттардың қүрылыс формуласын тауып, олардың қасиеттерін анықтауға болады. А. М. Бутлеровтың органикалық қосылыстардың хи-миялық қүрылыс теориясынан мынадай қортындылар жа-сауға болады: Әрбір көміртегі атомы төрт валентті болады және сол валенттіктерін жүмсай отырып өзара және басқа элементтердің атомдарымен немесе атомдар топтарымен қосыла алады. Көміртегінің төрт валенттіктерінің мәндері бірдей және периодтық системадағы түрған орнына сәйкес ол металдармен де металл еместермен де қосыла алады. 3) Кеміртегі атомдары бір, екі немесе үш ва- лентіктерін жүмсап толып жатқан түзу, тарамдалған не- месе түйық тізбекті қосылыстар түзе алады. 4) Соңғы кездегі көзқарас бойынша көміртегі атомы- ньщ төрт валенттігі немесе төрт гибридті орбитальдары тетраэдрдың терт бүрышына багытталған. А. М. Бутлеров өз теориясын жасағаннан бері жүз жиырма жылдан астам уақыт өтті. Содан бері ғылымда, оның ішінде органикалық химияда заттар қүрылысы ту-ралы көптеген жаңалықтар ашылып, теориялар дүниеге келсе де, органикалық қосылыстардың қүрылыс теориясы өз мәнін жоғалтқан жоқ; қайта ол соңғы мәліметтермен толықтырыла түсті. Соңдықтан бүл теорияны осы Кездегі ғылым деңгейіне сәйкес органикалық қосылыстарға қолдану үшін аздаған қосымшалар енгізіп, оған мынадай қысқаша анықтама беруге болады: Органикалық қосылыстардық физикалық және хи-миялық қасиеттері олардың молекулаларының қурамы, сондай-ақ химиялық, кеңістіктік және электрондық қурылысы арқылы анықталады. Бүл теория органикалық қосылыстардың қасиеттері тек олардың молекулаларының қүрамына ғана емес, хи-миялық, кеңістік электрондық қүрылысына байланысты екенін көрсетеді. Сондықтан А. М. Бутлеров теориясы изомерия қүбылысын жақсы түсіндіреді. Изомерия деп көміртегі атомдарының өзара немесе басқа элемент атомдарымен әр түрлі ретпен қосылуын айтады.
Мысалы, қүрамдары мен молекулалық массалары бірдей, бірақ химиялық қүрылыстары әр түрлі және соған сәйкес қасиеттері де түрліше заттар — этанол мен диметил изомерлерге жатады: Н Н Н Н II II
Н—С—С—О-Н Н—С—0—С—Н II II
н н н н Изомерия қүрылымдық изомерия және стереоизоме-рия болып бөлінеді. Қүрылымдық изомерия тізбектік изомерия және радикалдардың немесе қос және үш бай-ланыстардың орналасу реті изомериясы болып бөлінеді. Стереоизомерия оптикалық және геометриялық бо-лып бөлінеді. Тізбектік изомерия көміртегі атомдары түрліше рет-пен қосылуынан түзілген тізбектердің немесе сақиналар-дың әр түрлілігіне байланысты болады. Мысалы, пентан үш изомер түзеді: СНз — СН2 — СН2 — СНз; СН3 — СН — СН2 — СН3; СНз
I Н3С — С - СНз I СН3 Көміртегі атомдары сандарының артуына байланысты изомерлердің саны да өседі. Мысалы, гексанның СбНі4 - 5 гептанның С7Н16 — 9, деканның СюНн - 159, эйкозанның С20Н42 - 366319 изомері болады. Радикалдардың немесе қос және үш байланыстардың орналасу жағдайына қарай болатын изомерлерге мына-дай мысалдар келтіруге болады: 506 507
2+ 2- Ш е ш у і. Ерітіндіде [Ва ] = [8О4 ] болғандықтан, электро-литтің ерігіштігі Е осы иондардың әрқайсысының концентрациясына тең: Ева!Ю4 = [Ва2+] = [5оГ] Осы айтылғандарға сәйкес электролиттің ерігіштігін быпай табады: Ева504= 1 ' 10~'°; ЕВа504 = "/Г^ІО^" = 1 • 1<Г" *°»л . Нашар еритін электролиттің ерігіштігі арқылы ерігіштік көбейтіндісін есептеуге болады. 2-м ы с а л. М8<ОН)2-тың ерігіштігі 2,07 ■ 10" моль/л болса, оның ерігіштік көбейтшдісі қанша? Ш е ш у і. М£(ОН)г иондарға былай ыдырайды: Мв(ОН)2 ^ Мб + + 20Н [М8"+] = [М8(ОН)2] = 2,07 • 10~4 *°>»/л, ал [ОН~] = 2,07 ■ 10~4 • 2 = 4,14 • 10~4 ; ЕкМ8(ОН)2 = 2,07 • Ю-4 • (4,14 ■ 10~4)2 = 3,6 ■ Ю"'4-«•„. §23. БУФЕРЛІК (Т¥РАҚТАНДЫРҒЫШ) ЕРІТШДІЛЕР Буферлік немесе турақтандыргыш ерітінділер деп сутектік көрсеткіштің (рН) белгілі бір сандық мә-німен сипатталатын және оны суйылтқанда, концен-трлегенде немесе оган белгілі бір мөлшерге дейін аздап х кушті қышқыл немесе кушті сілті қосқанда сутегі иондарының концентрациясын бастапқы қалпында сақтап қалатын ерітінділерді (қоспаларды) айтады. Буферлік ерітінділер негізінен әлсіз қышқыл және осы қышқыл мен күшті сілтіден түзілген түздың қоспасынан немесе әлсіз негіз және осы негіз бен күшті қышқылдан түзілген түздың қоспасынан немесе әлсіз негіз бен әлсіз қышқыл түзген түз ерітіндісінен түрады. Мысалы бір буферлік ерітіндіге сірке қышқылымен (СНзСООН) натрий ацетатының (СНзСООМа) қоспасы, ал екінші бір буферлік ерітіндіге аммоний гидроксидімен (ІЧН4ОН) аммоний хлоридының (ЫН4С1) қоспасы мысал бола алады, ал үшінші түріне аммоний ацетатын келтіруге болады. Буферлік ерітінділердің сутектік көрсеткіпггі (рН) немесе сутек иондарының концентрациясын бастапқы күйде сақтап қалу қасиеті олардың иондарын ерітіндіге қосылган күшті қышқылдың немесе күшті негіздің
қүрамдарына кіретін сутегі (Н*) немесе гидроксид (ОН") иондарымен әрекеттесуіне байланысты болады. Енді әлсіз қышқыл мен оның түзынан, әлсіз негіз бен оның түзынан және әлсіз қышқыл мен әлсіз негізден түзілген түз ерітінділерінің буферлік қасиеттерін жеке-жеке қарастырайық. Әлсіз қышқылдан және оның түзынан түратын бу-ферлік ерітінді. Бүган сірке қышқылымен натрий ацета-ты мысал бола алады. Бүл қоспадағы сірке қышқылы әлсіз электролит болғандықтан, аз мөлшерде мына теңдеу бойынша ион-дарға ыдырайды: СНзСООН «* СНзСОО" + Н+ Химиялық кинетиканың негізгі заңын немесе әрекеттесуші массалар заңын қолдану арқылы бүл әлсіз электролит үшін диссоциация константасы былай жазы-лады:
Натрий ацетаты күшті электролит болғандықтан, ерітіндіде иондарға толық ыдырайды: СНзСООЫа «? СНзСОО" + Ыа+ Ле-Шателье принципіне сәйкес ерітіндідегі көп мөлшердегі ацетат иондары сірке қышқылы диссоциация тепе-теңдігін әлсіз электролиттің түзілу жағына қарай ығыстырып, оның тепе-теңдік қонцентрациясын бастапқы концентрациясына (С қышқыл) жақындатады, ал түз күшті электролит ретінде толық иондарға ыдырайтын-дықтан, ацетат иондарының [СНзСОО] концентрациясы түздың концентрациясына (С түз) теңеседі. Сондықтан жоғарыдағы диссоциация константасы теңдеуіндегі [СНзСООН]-ты С қышқылға, ал [СН3СОО"]-ты С түзға алмастырып, ерітіндідегі сутегі иондарының концентра-циясын табады: ГТГ1+ 1 V . СіСДіІШЮШ 1x1 \ — ^.қышқыл * « . Стұз Бүл теңдеудегі диссоциация константасы түрақты ша-ма болғандықтан, сутегі иондарының кояцентрациясы 239 әлсіз қышқыл мен оның түзының концентрацияларының қатысьша байланысты болады. Ерітіндіні сүйылтқанда немесе қойылтқанда концент-рациялардың абсолюттік мәндері өзгеріп, ал олардың қатынастары өзгермейтіндіктен, ондағы сутектік көрсет-кіштерге яғни, сутегі иондарының концентрациясы да өзгермейді, басқаша айтқанда, ерітінді өзінің буферлік қасиетін сақтап қалады. Ацетатты буферлік ерітіндіге аздап күшті қышқыл қосқанда соңғының қүрамыңда болатьш сутегі катиоңда-ры ерітіндісіндегі көп мөлшердегі ацетат иондарымен СНзСОО- әрекеттесетін әлсіз сірке қышқылын түзеді де ерітіндінің сутегі иондарының концентрациясы өзгермей қалады: Н+ + СНзСОО" «? СНзСООН Енді осы аталған буферлік ерітіндіге аздап сілті қосса, соңғының қүрамындағы гидроксид иондары ері-тіндідегі сутегі иоңдарымен әрекеттесіп су түзеді. Бүл жағдайда да ерітіндіде сутегі катиондарының мөлшері өзгермейді, өйткені ол Ле-Шателье принщшіне сәйкес сірке кышқылыньщ жаңа молекулаларының иондарға ыдырауы есебінен толықтырылады: СНзСООН «? СНзСОО" + Н+. Осындай тәсілмен әлсіз негіз аммоний гидроксиді мен оның түзы аммоний хлориды коспасынан түратын ерітіндінің буферлік қасиетін түсіндіруге болады. Аммоний гидроксиді әлсіз электролит болғандықтан, иондарға аз ыдырайды, сондықтан оған диссоциация кон-стантасы сәйкес келеді. 1ЧН4ОН = ІЧНІ + ОН~ ү . [ҚЩ] [Он"і ^„сгі, - [№нион] Қоспадағы аммоний хлориды күшті электролит
(]ЧН4С1 = N114 + С1 ) және оныц ІЧН4 иондары аммо-ний гидроксиді диссоциациясын оңнан солға қарай ыгыстырып, (гШ4ОН)-ты онын бастапқы концентрация-сына (С негіз) тенестіреді, ал (ЬШд) ионының концент- рациясы түздың бастапқы концентрациясына С түз теңе-седі. Осы айтылғандарды еске алып жоғарыдағы диссо-циация константасының теңдеуінен буферлік ерітіндідегі гидроксид иондарьшың немесе сутегі иондарының кон-центрациясын табамыз: [ОН~] = Кнегі,^ [Н+] = ^-Р*- Аммоний гидроксиді мен оның түзынан түратын ерітіндіге аздап күшті қышқыл қосқанда соңғьшьщ қүра-мындағы сутегі катиондары әлсіз негізбен әрекеттеседі: гШ4ОН + Н+ = гШ4 + Н20. Буферлік ерітіндіге аздап сілті қосқанда мүндағы гидроксид иондары ерітіндідегі аммоний иондарымен әлсіз электролит аммоний гидроксидін түзеді: ОН" + ЫНІ = Ш40Н Сонымен буферлік ерітіндінің қүрамында болатын бір бөлшектер қосылған қышқылдьщ қүрамындағы сутегі иондарын нейтралдайды, ал екінші бөлшектері қосылған сілтінің қүрамындағы гидроксид иондарын нейтралдайды да езінің буферлік қасиетін, яғни сутектік көрсеткішін түрақты күйде сақтап түрады. Күшті қышқылдың немесе күшті негіздің көп мөлшерін қосқанда ерітіндінің буферлік қасиеті жойыла-ды, яғни оның сутектік көрсеткіші өзгереді. Бір литр буферлік ерітіндінің сутегі көрсеткішін бір бірлікке өзгертуге жүмсалатын қышқылдың немесе сілтінің эквиваленттер санын И, буферлік сыйымдылық (БС) деп атайды және ол мына формула бойынша есеп-телінеді:
мүндағы рНа ерітіндінің алғашқы, ал рНс — ерітіндіге қышқыл немесе сілті қосылғаннан кейінгі сутектік көрсеткіштері. Ерітіндінің буферлік сыйымдылығы оның қүрамын-дағы қосылыстардың концентрацияларыныц артуына
240 241 және олардың айырмасы аз болуына байланысты өседі. Ерітіндідегі қоспаның біреуінің 10% ғана қалганда оның буферлік қасиеті жойылады. Буферлік ерітінділердің өсімдіктердің, жануарлардың, адамдардың тіршілік етудегі маңызы зор, тамақ, химия, т. б. өнернәсіптердегі технологиялық процестер сутегі көрсеткішінің белгілі бір мәндерінің аралыгында ғана жүреді. Өсімдіктердің көпшілігі сутектік көрсеткіштің белгілі бір шегінде ғана тіршілік ете алады. Мәдени өсімдік-тердің біразы (қызылша, картоп, сүлы, бидай т. б.) рН 4—8 аралығыңца емір сүреді. Адам қанының сутектік көрсеткіші 0,4-ке артса, ол өліммен аяқталады, ал адам азық арқылы қышқылдығы әр түрлі тамақтарды қабыл-дағавда, оларды организмде болатын буферлік ерітіндідер реттейді. Химиялық, электрохимиялық жолмен металл алу рН-тың белгілі бір мәндерінде ғана іске асады. §24. КОЛЛОИД ЕРГТШДІЛЕР Коллоид деген ат гректің "колла"— желім деген сөзінен шыққан. Коллоид ерітіңділердің көпшілігі желім тәрізді қоймалжыңдау болады. Коллоид ерітінділеріндегі еріген заттың бөлшектерінің диаметрі 1-ден 100 нм-ге дейін болады да жүзгіндер мен шын ерітінділердің ара-сынан орын алады. Коллоид ерітівділеріндегі дисперстік фаза мен дисперстік орта әр түрлі агрегаттық күйде бо-луы мүмкін. Дисперстік ортасы сүйық болатын коллоид-тык. жүйелерді коллоидты ерітінділер немесе зольдер деп атайды. Егер дисперстік орта су болса, коллоидты ерітівділер гидрокзольдер деп аталады. Қатты заттардыың көптеген механикалық қасиеттерін көрсететш ерекше коллоидтық жүйелерді гельдер дейді. Коллоидтық ерітінділер немесе зольдер дисперстік және ковденсациялық әдістермен алынады. Дисперстік әдіспен коллоид ерітінділерін даярлау үшін арнаулы коллоид диірмендерінде заттың ірі бөлшектерін диаметрі 10 нм болатын үсақ бвлшектерге айналдырады. Коиденсациялық әдіспен коллоид ерітін-дісін даярлау үшін химиялық реакциялардың көмегімен немесе басқа әдістермен атомдар мен молекулаларды ірі бөлшектерге біріктіреді. Әсіресе тотығу-тотықсыздану ре-акцияларының, гидролиздің, түнба түзілудің нәтижесівде түзілген заттар ковденсацияланып, коллоидты ерітінділер 242
түзеді. Мысалы; темір (III) сульфаты-ның ерітіндісін гидролизденуінің нәтижесівде түзілген темір (III) гид-роксидінің түнбасы шөгівдіге түспей, ерітінді көлемінде бір келкі тарап, коллоид ерітіндісін түзеді. 48-сурет. Тиндальдын эффектісі Коллоид ерітінділерінің бөлшектері шын ерітінділердегі еріген заттың бөлшектеріне қарағанда жүздеген не-месе мыңдаған есе үлкен болатын-дықтан, олар пергамент қағазынан немесе өгіз қуығынан өтпейді. Осы касиеттерін пайдаланып коллоид ері-тінділерді шын ерітівділердің қоспа-сынан бөледі. Табиғи немесе жасанды жарғақтар арқылы сүзіп, коллоид ерітівділерді шын ерітінділердің қос-пасынан тазарту әдісін диализ дейді. Шын ерітінділермен салыстырғавда коллоид ерітінділеріндегі еріген зат- тың бөлшектері көп ірі болғандықтан, олар нашар диф- фузияланады. Осы себептен коллоид ерітінділерінің осмос қысымының, қайнау температурасы жоғарылауының, қату температурасы төмендеуінің сандық мәвдері төмен болады. / Кәдімгі жарық түсіп түрғавда шын ерітівдімен салыс-тырғанда коллоид ерітінділерінің түсі бүлыңғыр болады. Егер осывдай коллоид ерітівдісіне сәуле шоғырын түсірсе, ерітіндіде анық көрінетін жарық конусы пайда болады (48-сурет). Бүл — Тиндаль эффектісі деп атала-ды. Тиндаль эффектісі кезівде ерітівдідегі әрбір колло-идтық бөлшек жарқырауық нүкте сияқты болады да сүйықтық арқылы еткен сәуленің бүкіл жолы көрінеді. Коллоидтық бөлшектер түнбаға түспейтіндіктен, кол-лоид ерітінділері өзінің күйін көп уақыт сақтап түрады. Оның себебі коллоид бөлшектерінің танбалары бір аттас болады. Мысалы металдардың, сульфиттердің бөлшек-терінің зарядтары теріс болса, оксидтер мен гидроксид-тер бөлшектерінің зарядтары оң болады. Зерттеулер коллоид бөлшектерінің қүрамы күрделі екенін көрсетті. Коллоид ерітівдісінің дисперстік фазасы — коллоид белшектері ядродан және оны қоршаган бір типті иовдардан түрады. Бүл иондар ездерінің табиғаты жағынан ядро белшектеріне үқсас болады және заряд тузуші иондар деп аталады. 243
Коллоид ерітіндісінің мысалы ретінде темір (III) хло-риды гидролизінің нәтижесіңде темір (III) гидроксиді золінің түзілуін қарастырайық: ҒеСЬ + ЗН20 = Ғе(ОН)3 І + ЗН+ + ЗСГ
Ғе(ОН)3 + Ғе(ОН)3 + Ғе(ОН)3 + ... = шҒе(ОН)3 Түзілген темір (III) гидроксиді ерітіндідегі темір (III) хлоридының ыдырауы нәтижесіңде түзілген темір (III) иондарын адсорбциялайды: шҒе(ОН)3 + пҒе3+ = шҒе(ОН)3 • пҒе3+ Адсорбцияланған темір иондарының заряды он болғандықтан, коллоид бөлшектерінін де заряды оң бо-лады. Қарсы иондарға темір (III) хлоридының ыдырауынан түзілген хлор иондары жатады. Олардың біразы ядроға адсорбцияланған оң зарядты темір иондарына тартылып, коллоид бөлшектерінің адсорбцияланған қабатының қүра-мына кіреді: шҒе(ОН)3 • пҒе3+ + х СГ = = [шҒе(ОН)3 • п Ғе3+ • х С1 ]<3п"х) + 244 Қарсы иондардың қалғандары коллоид бөлшектерінің иүр.імына кірмейді, коллоид бөлшектерін қоршап ерітінді /іг диффузиялық қабат түзеді. Коллоид бөлшектері диф-ф) іиялық қабатпен бірге мицелла түзеді: [т Ғе(ОН)з • п Ғе3+ • х сГ](3" ~ х) + • (Зп - х) сГ ядро Адсорбияланған нон- Адсорбцияланбаған Диффузиялык. дар қарсы иондар қабаттагы қарсы ион- -^»»———^——.-__>—————■"■»» дар коллоид бөлшектері м и це лла Коллоид бөлшектері мен диффузиялық қабаттағы иондардың зарядтарының аттас болуы немесе бүл ион-дврдың гидратты қабықтары коллоид ерітінділерінің түрақтылығын қамтамасыз етеді.
Коллоид ерітінділеріне электролит немесе бөлшек- інің заряды қарама-қарсы зольдер косқанда коагуля- иіанып, оның бөлшектерінің зарядтарының нейтралда- імен түсіндіруге болады. Коллоид ерітіндісін қыздыр- ча адсорбцияланған иондар десорбцияланып, бөлшек- зарядсызданып каогуляцияланады. Коллоид ерітінділерінде каогуляцияны болдырмау үшін оларға әр түрлі заттар, мысалы, крахмал, желім іды.
Каогуляцияға қарсы процесті пептизация дейді. Гүн-баны сумен жуғанда оны каогуляциялаған электро-дит иондары кетеді де, түңба қайтадан ерітіндіге көшіп і.ірядталады да, коллоид ерітіндісін түзеді. Коллоид ерітінділеріндегі дисперстік фаза мен дис-церстік ортаның зарядтары болғандықтан, түрақты ток-псіі жалғанған ерітіндіге электрондар батырғанда бөл-іпсктер электродтарға қарай жылжиды. Дисперстік фаза-нык электродқа қарай жылжуын электрофорез, ал дис-верстік ортаның жылжуын электросмос дейді. Қазір '-рофорез бен электроосмос ғылыми зерттеуде, зат-Тірды тазартуда т. б. қолданылады. 245
Көптеген химиялық реакциялардың жүруі кезінде оларға қатысатын заттардың қүрамындағы элементтердің тотығу дәрежелері өзгермейді. Бүларға электролит ері-тіңцілеріңдегі иондар арасында жүретін алмасу реакция-лары, сондай-ак күрделілігі жоғары заттардың күрделі-лігі кемірек заттарға ыдырау реакциялары, күрделі зат-тардың одан да күрделірек заттар түзу кезінде жүретін қосылу реакциялары жатады. Мысал ретінде магний нитраты мен натрий карбонатының арасындағы реакция-ны, темір (III) гидроксидінің айырылу реакциясын, фос-фор (V) оксиді мен судың қосылу реакциясын келтіруге болады: 2+ 5+ 2- 1+4+2- 2+ 4+2- 1+5+2- Ме(Шз)г + ИагСОз = М§СОз + МаЫОз 3+ 2- 1+ 3+ 2- 1 + Ғе(ОН)3 = Ғе20з + Н202- 5+ 1- 1+ 2- 1+ 5+2- Р205 + Н20 = Н3Р04 Бүл келтірілген мысалдардан әрбір реакцияға қатысатын және оның нәтижесінде түзілетін заттардың қүрамына кіретін элементтердің тотығу дәрежелерінің өзгермейтінін байқау қиын емес. Реакциялардың екінші тобына, яғни тотығу-тотық-сыздану реакцияларына заттардың қүрмындағы элемент-тердің тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүретін хи-миялық процестер жатады. Мысалы, мырыштың түз қышқылынан сутегін ығыстыру процесі тотыгу-тотық-сыздану реакциясына жатады: 2п + 2НС1 = гпСЬ + Нг
2п° - 2ё = 2п2+ (тотығу) + _ о 2Н + 2е = Н2 (тотықсыздану) 246 Реакция кезіңде электрондарын беретін бөлшекті і.момды, ионды немесе молекуланы) тотықсыздан-()ыі>,>ыш дейді, ал электрондарды қосып алатын бөлшекті тотыцтыргыш деп атайды. Тотыгу-тотықсыздану реакциясы кезінде тотықсыздан-лыргыш тотығады, ал тотықтырғыш тотықсызданады. Жоғарыда келтірілген реакциядағы мырыш то-гықсыздаңдырғыш, ал сутегі ионы тотықтырғыш қыз-Иетін атқарады. Тотығу-тотыксыздану реакцияларының теңдеулерін күру үшін реакцияға қатысқан және оның нәтижесінде түзілген заттардың қүрамыңдағы химиялық элемент-гердін тотығу дәрежелерін дүрыс анықтай білу керек. §2. ЖАЙ ЖӘНЕ КҮРДЕЛІ ЗАТТАРДАҒЫ ЭЛЕМЕНТТЕРДІҢ ТОТЫҒУ ДӘРЕЖЕСІ Жай және күрделі заттардағы элементтердің тотығу д.ірежелері нейтрал, он, теріс болуы мүмкін. Кез келген жай заттың молекуласы атомнан немесе бірдей атомдар-д.ін түратындықтан, олардың қүрмындағы элементтердің тотыгу дәрежесі нөлге тең болады. Мысалы, барлық ме-талдар жай заттары (1і°, К°, Ғе°, Си°, А§°) мен бейме-талл жай заттарындағы (СҺ, 02, Н2) элементтердің тотығу дәре^келері нөлге тен. Күрделі заттардың қүрамыңдағы элементтердің электр-терістігі бірдей болмайды, сондықтан олардың арасын-даіы кос электрон электртерістігі аз элементтерден электртерістігі көп элементке ауысады. Осының салдары-маи электроннан айырылып қалған элемент — оң тотығу дөрежесін, ал электрон қосьш алған элемент теріс то-туғы дәрежесін көрсетеді. Элемент неше электроннан айрылып қалса, оның тотығу дәрежесінің сандық мәні шнша оң болады, ал элемент неше электрон қосып ал-са, оның тотығу дәрежесінің сандық мәні сонша теріс болады. Элементтің қосылыстағы тотығу дәрежесін анықтау үшін мынадай жағдайларды есепке алу керек: Сутегінің бейметалдармен қосылыстарындағы тотығу дәрежесі 1+, метаддармен қосылысында (гидрадтерде) 1--ке тең, Косылыстағы сілтілік металдардың тотығу дәрежелері І+, сілтілік-жер металдарының тотығу дәрежелері 2+, алюминийдікі 3+. Оттегінің көпшілік қосылыстардағы тотығу дәрежесі 2-, пероксидтерде (мысалы Иа202 ) 1-.
БЗ т т.з. 44-сурет. Қайтымды реакцияньщ энергетикалық сызба-нусқасы
А.К. Активтелген кешен (АК) тура реакция жүргенде де, кері реакция жүргенде д<-түзіледі (44-сурет). Энергии жағынан бастапқы заттармеп (Б. 3) салыстырғанда актин телген кешеннің (АК) энер-гиясы тура реакцияны актии теуге кеткен энергияға (Е тр) артық болады, түзілген затаір мен (ТЗ) салыстырғанда кері реакцияны активтеуге жүм салған энергиядай (Б кр) ар-тық болады. Тура реакция мен кері реакцияны активте-уге кеткен энергиялардың айырмасы осы реакцияныц жылу эффектісіне (РЖЭ) тең болады. Активтену энтропиясы әрекеттесетін молекулалардыц бір-бірімен соқтығысар кезінде қолайды бағытталулары-ның сандық мөлшерін көрсетеді. Жүйедегі әрекеттесетін заттар молекулаларының өзара қолайлы бағытталулары неғүрлым көп болса, активтендіру энтропиясының сандық мәні де солғүрлым жоғары болады, яғни реакция жыл-дам жүреді. Активтендіру энтропиясы А5акт жүйедегі қолайлы бағытталулар санын жалпы бағытталулар сан-ына бөлгенге тең: д ^ . қолайлы багытталулар саны жалпы бағытталулар саны
Сонымен кез келген химиялық реакцияны жүргізу үшін оған қатысатын молекулалардың (бөлшектердің) энергия қоры жоғары болумен қатар бір-бірімеи соқтығысар кездегі өзара қолайлы орналасу реттерінің сандары да көп болулары керек. |9. ХИМИЯЛЫҚ РЕАКЦИЯНЫҢ ЖЫЛДАМДЫҒЫНА ӘРЕКЕТТЕСУШІ ЗАТТАРДЫҢ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫНЫҢ ӘСЕРІ 1'еакцияласушы заттардың арасында жүретін химия-Пмк әрекеттесулердің саны активтелген молекулалардың м.і іыгысуларының жалпы санына пропорционал екені когарыда (§43) айтылды. Белгілі бір көлемде әрекетте-і үші заттардың концентрациясы артқан сайьш олардың мпж-кулаларының (атомдарының) саны да артады, ал мүның өзі бөлшектердің соқтығысуларының санын артты-іі.пыңдықтан, реакцияның жылдамдығы да артады. Химиялық реакциялардың жылдамдықтарының кон-ін-нтрацияға байланысты артуының мәнін химиялық ки-пі гиканың негізгі заңы түсіңцірш береді. Бүл заң туралы ғылыми болжауды 1865 жылы орыс галымы Н. Н. Бекетов айтты, ал 1867 жылы норвег хи-миктері К. Гулдьберг пен П. Вааге оны дәлелдеді. Химиялық кинетиканың немесе әрекеттесуші масса-лар заңының қазіргі кездегі анықтамасы мынадай:
Мынадай гомогендік реакцияның жалпы түрдегі теңдеуін жазайық: тА + пС = АС Химиялық кинетиканың заңы бойьшша бүл реакция жылдамдығының математикалық өрнегі мынадай болады: у = К[АГ- [с ]\ мүңцағы V — реакция жылдамдығы, К — жылдамдық константасы, [А] мен [С] сәйкес А және С заттарының концентрациялары, т және п — А және С заттарының стехиометриялық коэффициенттері. Жылдамдық константасының мәні әрекеттесетін зат-тардың табиғатына, температураға, катализаторға байла-нысты, бірақ концентрацияға байланысты емес. Егер әрекеттесетін заттардың концентрацияларының әркайсысы бірге тең болса, жылдамдық константасы ре-акция жылдамдығына тең болады, мысалы: 176 177
[А ] = [С ] = 1 моль/л болса, V = К. Соңғы теңдеу жылдамдық константасьшың физика-лық мәнін көрсетеді, яғни жылдамдық константасы де-геніміз әрекеттесуші заттардың концентрациялары біргс-тең болғандағы реакция жылдамдығы. Нақты мысал ретіңде көміртегі (II) оксидінің оттегі арқылы тотығын көміртегі (IV) оксидіне айналу реак-циясының теңдеуін келтіріп, оның жылдамдыгын химия лық кинетикалық заңын қолдану арқылы көрсетейік: 2С0 + 02 = 2С02 У = К[СО]2. [02] Химиялық кинетиканың негізгі заңы немесе әрекеттесуші массалар заңы бір сатыда жүретін газдар арасындағы немесе сүйытылған ерітінділердегі реакция-ларға қолдаиылады. Бірнеше сатыдан түратын күрделі реакция үшін бүл заң оның әрбір сатысы үшін жеке қолданылады.
Температураның жоғарылауына байланысты химия-лық реакцияның жылдамдығы ете кеп артады. Мысалы, сутегі мен оттегі кәдімгі температура (20°С шамасында) іс жүзінде әрекеттеспейтіні, ал 630°С мелшерінде ете тез қопарылыс бере әрекеттескені жоғарыда айтылды (§ 42). Мүның өзі реакция жылдамдығына температураның әсері өте үлкен екенін көрсетеді. Реакция жылдамдығына температураның әсерін жуық мөлшермен Я. Вант-Гофф ережесі анықтайды. Температураны 10£ -қа өсіргенде реащия жылдам дыгы 2—4 есе артады. Бүл заңның математикалық өрнегін былай көрсетуге болады: Мүндағы V, және ь2 сәйкес и және Һ температурала-рындағы реакция жылдамдықтары, ү — температуралық коэффициент. Температуралық коэффициент тәжірибе 178 іиде анықталады және оның мәні 2, 3, 4 болуы Мысалы, реакцияның температуралық козффициенті тең болып температураны 100°-қа арттырғанда ре-ц ч жылдамдығы 1024 есе артады: 100 V, = і\, • ү ю = уц ■ 2 = Уц • 1024. Температураның жоғарылауына байланысты реакция ♦ илдамдығының артуын әрекеттесетін заттар молекула-
♦ уық артатынын көрсетеді. Температураны арттырудың іі.ігижесінде әрекеттесетін молекулалардың соқтығысуы- кын жиілеуі реакция жылдамдығын арттыруға аздап .нср етеді, бірақ шешуші фактор бола алмайды. Температураның жоғарылауына байланысты реакция жылдамдығының артуына активтену энергиясы үлкен осер етеді. Химиялық реакциялардың жылдамдығына температу-раның әсерін швед ғалымы С. Аррениустың теңдеуі то-лыгырақ және дәлірек түсіндіреді: К = 2 ■ е *Т ■ е « мүндағы Еп — активтену энергиясы, Д5„ — активтену эн-тропиясы, К — жылдамдық константасы немесе әрекет-тесуші заттар концентрациялары 1-ге тең болғаңдағы реакция жылдамдығы, 2 — бір секундта молекулалар ирасында болатын соқтығысулардың жалпы саны, Л — уііиверсал газ түрақтысы, Т — абсолютті температура, е — натурал логарифмнің негізі. Бүл теңдеу жылдамдық константасының мәніне (ре-акция жылдамдығына) белшектердің соқтығысуларының жалпы саны, әсіресе, активтену энергиясы, активтену :>нтропиясы әсер ететінш көрсетеді. Мүнда тепература дәреже көрсеткішінің қүрамына кіретіндіктен температу-раның өзгеруі реакция жылдамдығына күшті әсер етеді. Түрліше реакциялардың әр түрлі жылдамдықпен жүруі олардың табиғатына байланысты. Реакцияға катысатын заттардың табиғаты олардың активтену энер-
гаясы (£») мен активтену энтропиясына (А5„) байланы-сты болады. Реакцияға қатысатын заттардың қолайлы бағытталуы неғүрлым көп болса, олардың активтену энтропиясы да (А 8а) көп болады, соған сәйкес реакцияның жылдам-дығы да артады. Әр түрлі реакциялардың активтену энергиялары да түрліше болады. Активтену энергиясы аз реакциялардыц жылдамдығы жоғары болады, ал активтену энергаясы көп реакциялардың жылдамдығы төмен болады немесе кәдімгі температурада іс жүзінде әрекеттеспейді. Активтену энергаясы 40 кДж/моль-ден аз болатыи реакцияларды активтену энергаялары төмен реакциялар дейді. Мүндай реакцияға қатысатын бөлшектердің ара сындағы соқтығысулардың кебі химиялық әрекеттесумен аяқталды да реакцияның жылдамдығы жоғары болады. Бүларға иондық реакциялар жатады, мысалы: Ва2++ 2С1~ + 2Ка++ ЗО*. = Ва504і + 2№++ 2СГ Активтену энергиясы 120 кДж/моль-ден кеп болатын процестер активтену энергиясы жоғары реакцияларға жатады, олардың жылдамдығы ете темен болады. Мысал ретінде су молекуласы синтезін келтіруге болады: 2Н2 + 02 = 2Н20 Активтену энергиясы 40 кДж/моль мен 120 кДж/моль арасында болатын процестерді активтену энергаясы орта-ша реакциялар деп атайды. Мүндай реакциялар орташа жылдамдықпен жүреді, олардың жылдамдығын өлшеуге болады. Мысал ретінде натрий тиосульфаты мен күкірт кышқылының әрекеттесуін келтіруге болады: Ка23203 + Н2504 = Ма2804 + Зі + 802* + Н20 §11. КАТАЛИЗ Химиялық реакциялардың жүру жылдамдықтарын арттыру әдістерінің біріне катализ жатады. Катализ деп арнаулы заттардың әсерінен химиялық реакциялар жылдамдыгының арту қубылысын айтады. Реакция жылдамдығын езгертетін, бірақ реакция нәтижесінде түзілген заттардың қүрамына кірмейтін за-ттарды катализаторлар дейді. Кейбір катализаторлар ре-акция жылдамдығын азайтады, ал кептеген ката-
і юрлар реакция жылдамдығын арттырады. Осыған іт реакция жылдамдығын арттыратын катализатор-пнрды—он, ал оны темендететін катализаторларды — и|ін деп атайды. Мысалы, сутегі мен хлордан хлорсу-тгк алу реакциясы кезінде оттегі қатысса, ол теріс ка-Гвлизатор ретінде әсер етеді, яғни хлорсутек түзілу рг.ікциялар жылдамдығын темендетеді. Теріс катализа-т|)іардан басқа реакциялар жылдамдығын темендету үиііп ингибиторлар қолданылады. Теріс катализаторлар-л.ш ингибиторлардың айырмасы сол — олар реакция и.иижесінде түзілген заттардың қүрамына кіреді. Мыса-цы, кальций гадрокарбонаты темір коррозиясының инги-ішіоры болады, өйткені ол темірмен әрекеттесіп, оның бетінде ерімейтін темір (II) карбонатьшың тығыз КЯбатын түзеді де, оны ары қарай тотығудан сақтайды. Қазір химия енеркәсібінде, катализаторлар қатысуы-мен жүретін реакциялар кең қолданылады. Негізгі хими-илық өнімдер өндіру процестерінің 90 процентке жуығы к.ігалитикалық реакцияларға жатады.
Н2С=СН2 + Н20 I с.н^он/ 0
Реакцияға қатысатын заттардың және катализатор-лардың агрегаттық күйіне байланысты каталитикалық реакциялар гомогендік және гетерогендік катализ болып бөлінеді. Реакцияға қатысатын заттар мен катализатор бірдей агрегаттық күйде (газ немесе сүйық) болатын каталити-калық реакцияларды гомогендік катализ, ал қатысатын заттар және катализатор әр түрлі агрегаттық күйде бо-латын қаталитикалық реакцияларды гетерогендік ката-лиз дейді. Гомогендік катализде реакция белгілі бір көлем кеңістігінде жүреді, ал гетерогендік катализде ре-акция катализатордың бетінде жүреді. Гомогендік катализде катализатордың реакция жыл-дамдығына әсерін аралық қосылыс теориясы түсіндіреді. Бүл теория бойынша катализатор бастапқы заттың біруімен әрекеттесіп өте түрақсыз аралық қосылыс түзеді. Бүл аралық қосылыс бастапқы екінші затпен тез әрекеттесіп реакция нәтижесінде алынуға тиісті затты түзеді. Бүл айтылғандарды жалпы процесс түрінде көрсетіп, мынадай негізгі реакцияны жүргізу керек: А + В = АВ. Бүл реакция активтену энергиясы жоғары бол-ғандықтан өте баяу жүреді. Сондықтан реакцияны ртез-дету үшін, яғни, активтену энергиясын төмендету үшін катализатор К қолданылады. Катализатор К бастапқы заттың біреуімен мысалы, 2?-мен әрекеттесіп түрақсыз аралық қосылыс КВ түзеді. К + В = КВ (К + В = К...В) Түзілген аралық қосылыс КВ екінші бастапқы зат А-мен тез әрекеттесіп негізгі зат АВ-ны түзеді де, катали-затор жеке бөлініп шығады: А+КВ = АВ + К (А + КВ = А...В...К =АВ + К). Сонымен негізгі қосылысты алу процесі аралық қосылыс түзілу арқылы жүретін екі сатыдан түрады. Бүл екі сатыға қатысатын заттардың табиғаты әсер ететіндіктен (активтену энтропиясы) және екі процестің де активтену энергиялары азаятындықтан, катализатор қатысуымен жүретін жалгш реакцияның жылдамдығы артады. Жоғарыда келтірілген екі теңдеуді мүшелеп қосып реакцияның жалпы теңдеуін жазамыз: 182 К + В = КВ А + КВ = АВ + К А + КВ + К+В = АВ + К + КВ ' А + В = АВ . ■ Гомогендік катализдің нақты мысалы ретінде күкірт к,ыіііқылын нитроздық әдіспен өндіру кезінде күкірт (IV) окіидінің күкірт (VI) оксидіне тотығу реакциясын кслгіруге болады: 802 + 1/202 = 803 Бүл реакция өте баяу жүретіндіктен катализатор рстінде азот (II) оксидін N0 қолдану арқылы реакция жылдамдығын арттырады: Ж) + ±02 = Ы02 (К + В+КВ) 802 + Ж)2 = 50з + Ж) (А + КВ = АВ + Ю. Гетерогендік катализдің көпшілігшде әрекеттесетін ааттар не газ, не сүйық күйде, катализатор қатты күйде болады да әрекеттесу катализатордың бетінде жүреді. Сондықтан реакцияның жылдамдығының артуы катализа-тор бетінің ауданына, тазалығына, қүрылысына байланы-сты. Гетерогендік катализде, гомогендік катализдегі сияқты, катализатордың қатысуымен жүретін реакция-лардың активтену энергиясы төмендеуінің нәтижесінде негізгі реакцияның жалпы жылдамдығы артады. Гетерогендік катализде реакция жылдамдығына ката-лизатордың әсерін адсорбция теориясы түсіндіреді. Бүл теория бойынша катализатордың бетінде активті орта-лықтар болады да, оларда каталитикалық реакциялар жүреді. Әрекеттесетін заттар осы активті орталықтарда адсорбцияланудың нәтижесінде олардың катализатор бетіндегі концентрациялары артады, ал мүның өзі белгілі мөлшерде реакция жылдамдығын арттырады. Гетеро-гендік катализде реакция жылдамдығы артуыныц басты себебі — ол активтелген молекулалары катализатор атом-дары арасында белгілі тәртіппен орналасып жаңа химия-лық байланыстар түзу үпгін қолайлы түрде бағыт-талулары керек. Бүдан соң катализатор атомдарының әсерінен бастапқы молекулалардағы атомдардың арасын-дағы ескі байланыстар әлсіреп, түзілетін молекулалар атомдарының арасында жаңа байланыстар пайда бола бастайды, яғни катализатор атомдарымен әрекеттесетін 183 молекулалар арасында аралық қосылыс түзілш реакции ның активтену энергиясын төмендетеді. Активтену энер-гиясының төмендеуі реакция жылдамдығын көп есе арттырады. Түзілген молекулалар диффузия арқылы ка-тализатор бетінен кетеді де олардың орныи жаңадан әрекеттесетін молекулалар басады. Гетерогендік катализдің мысалы ретіңде күкірт қыш-қылыи контактылық әдіспен өндіруде күкірт (IV) оксидін күкірт (VI) оксидіне тотықтыру, азот пен сутегінен ам-миак синтездеу реакцияларьш келтіруге болады: У208(қатты) 2502(газ) + 02(газ) ► 2302(газ) Ғе(қатты) Ы2(газ) + ЗН2(газ) > 2гШ2(газ) Катализаторлардың активтігін арттыратын заттарды — промоторлар дейді. Мысалы, ванадий (V) оксиді катали-заторларының промоторы натрий сульфаты. Катализаторлардың активтігін кемітетін немесе жү-мысын мүлде тоқтататын заттарды — каталитикалық улар деп атайды, мысалы, аталған катализатордың ула-рына мышьяк (III) оксиді, циан қышқылы т. б. жатады. Гетерогендік катализде химиялық реакциялар қатты күйдегі катализаторлардың бетінде жүретіндіктен, ката-лизатор бетінің ауданы үлкен болуы керек. Сондықтан катализатор ретінде металдар мен олардың оксидтерін кесек күйінде қолданбайды, оларды үнтақтайды да кеуек заттыңң бетін қаптау арқылы ауданын үлкейтеді. Катализатордың беті неғүрлым үлкен болса, сол-ғүрлым адсорбция — процесі көбірек жүреді, көптеген молекулалар активтеледі және соған сәйкес реакция жылдамдығы да артады. Катализ тірі дүниеде — өсімдіктер, жануарлар, адам-дар организмдеріңде үлкен рөл атқарады. Адамдар мен жануарлардың тіршілігі үшін қажетті қан жүру, ас қорыту жүйелерінде, клеткаларда жүретін процестердін көбі каталитикалық реакцияларға жатады да биологиялық катализаторлардың — ферменттердің қа-тысуымен жүреді. Мысалы, сілекейде болатын фермент питалин тағамдық заттағы крахмалды кантка айналдыра-ды, ал қарында болатын фермент катализатор — пепсин белок заттарының ыдырауын тездетеді.
К.иализдің өнеркәсіпте, әсіресе, химия өнеркәсібінде өнімділігін арттыруға, заттардың өзіндік қүнын іомгндетуде маңызы зор. | 12. ХИМИЯЛЫҚ РЕАКЦИЯЛАРДЫҢ МОЛЕКУЛАЛЫҒЫ МЕН РЕТІ Қарапайым химиялық реакция жүру үшін бір, екі інмсте үш молекула қатысуы мүмкін. Осыған сәйкес бір мііплде әрекеттесетін молекулалар санына байланысты рг.ікциялар бір молекулалы, екі молекулалы, үш моле-кулалы болып бөлінеді. Іс жүзінде бір, екі молекулалы рг.ікииялар жиі кездеседі. Бір мезгілде үш молекуланың езара соқтығысу мүмкіңдігі өте аз, сондықтан үш моле-кулалы реакциялар өтё сирек кездеседі, ал төрт моле-кулалы немесе одан да көп молекулалы реакциялар (елгісіз. Реакциялардың молекулалығы реакцияға қатынасатын молекулалардың ғана санына байланысты болады, ал түзілетін заттардың санына байланысты болмайды. Мы-сал ретінде мынадай реакциялардың теңдеулерін келтірейік: һ = 1 = і (I) 2НС1 = Н2 + т2 (II) 2Ж) + 02 = 2Ж)2 (III) Реакцияға қатысатын молекулалардың санына сәйкес иодтың ыдырауы (I) бір молекулалы, иодсутектің ыды-рауы (II) екі молекулалы, азот (II) оксиді мен оттегінің ерекеттесуі (III) үш молекулалы реакцияларға жатады. Реакцияның реті кинетикалық теңдеу бойынша анықталады және ол әрекеттесетін заттар концентрация-ларының дәреже көрсеткіштерінің қосындысына тең. Химиялық реакциялардың реті нөлінші, бірінші, екінші, үпгінші және бөлшекті болып бөлінеді. Бөлшекті рет бірнеше сатылардан түратын күрделі реакцияларға тән. Нөлінпгі ретті реакцияның жылдамдығы уақыт откен сайын өзгермейді, яғни түрақты болады. Мүндай жағдай әрекеттесетін заттардың келтірілу (диффузия) жылдамдығы сол заттардың әрекеттесу жылдамдығынан бірнеше есе көп болатын гетерогендік реакцияларда байқалады.
Бірінші ретті реакциялардың кинетикалық теңдеуі мынадай болады: V = К • С, Бірінші ретті реакциялардың мысалдары ретінде иод-тың және азот (V) оксидінің ыдырау реакцияларын келтіруге болады: /2 = / + / V = К • СЬ
Азот (V) оксидінің ыдырау теңдеуіне қарап екінші ретті реакцияға жатады деп жорамалдауға болады, бірақ бұл реакция бірінші реттіге жатады. Оның себебі азот (V) оксидінен азот (IV) оксиді түзілуі мынадай екі са-тыдан түрады. К203 = Ы20з + 02 (I саты) Ш)5 + К20з=2М02 (II саты) Реакцияның жалпы жылдамдығын баяу жүретін І-са-тының жылдамдығы анықтайтыңдықтан, бүл бірінші ретті реакцияға жатады. Сонымен бүл реакция екі мо-лекулалы бірінші ретті реакцияға жатады. Екінші ретті реакцияларды мынадай кинетикалық теңдеу сипаттайды. V = К ■ С, • С2 Мүндай реакциялардың мысалы ретінде иод пен су-тегінің әрекеттесіп иодсутек түзу реакциясын келтіруге болады. Н2 + һ = 2Ш V = К • СН2 • С^2 Бүл реакцияның молекулалығы мен реті бірдей. Сутегі пероксиді мен иодсутектің әрекеттесу реакци-ясы да екінші реттіге жатады, өйткені реакция екі са-тыдан түрады да, оның жалпы жылдамдығын екінші
і»іи реакцияға жататын сатысының жылдамдығы анық- ІЙЙДЫ. V = К ■ [Н202ІШ Н202 + 2Ш = 2Н20 + һ V = К ■ Сн2о2 • Сш V = К ■ С2(Сі = С2) Үшінші ретті химиялық реакцияларды мынадай кине-іикалық теңдеу сипаттайды: V = К ■ С, • С2 • С3 немесе (С, = С2 = С3) V = К • С3. Үшінші ретті реакцияның нақты мысалы ретінде азот (II) оксиді мен хлор әрекеттесіп хлорлы нитрозил і ү.іілуін келтіруге болады:
Жай реакциялар бір ғана сатыда жүреді және кине-тикалық теңдеуінде бір ғана жылдамдық константасы бо- лады.
әрбір электрон мумкін дігінше жеке уяшыққа орналасу-еа тырысады. Мысал ретіңде көміртегі мен азот атомдарының элек-троңдық графикалық формулаларын келтірейік: п = 1 п = 2 1=0 1=0 Ше = 0 Ше = 0 11 = 2 1 = 1 Шс = 1,0, + 1 П = 1 1 = 0 Ше = 0 п = 2 1 = 0 Ше = 0 п = 2 1 = 1 Ше = 1,0, + 1
ТтЩН ■>5 25 2р 15 25 29 ііііІЗ ішннп 15 25 2Р І5 25 2? Келтірілген формулалардан көміртегі атомының р-ор-битальдарыңдағы электрон спиндерінің қосындысы 1-ге, азоттікі Іү-ге тең екенін көруге болады, ал егер олар- дын электрондары жүптасып түрса, көміртегінің нөлге, азоттікі х-ге тең болар еді, бірақ спектрлік зерттеу кеміртегінде -2, азотта -3 дара электрондар бар екенін дәлелдеді.
Атомның осы күйін, яғни бір деңгейдегі электрондар-мен толықтырылмаган энергиясы төмен деңгейше түрғанда электрондардың энергиясы көп деңгейшеде ор-наласуын атомның қозеан куйі дейді. Элемент атомдарының қалыпты күйінде де, қозған күйінде де үяшықтарға орналасқан дара электрондар сол элемент атомының мүмкін болатын валенттіктерін көрсе-теді. Осы айтылғандар түсінікті болу үшін оттегі және фтор элементтері атомдарының электрондық-графикалык формулаларын келтірейік:
Енді оттегі мен фтор атомдарын энергия жүмсау аркылы қоздырып электроңдарын энергиясы төмен денгейшеден энергиясы жоғары деңгейшеге көшіріп, дара электрондардың санын арттырьш, валенттіктерін өсіруге бола ма дегең сүрақ туады. Оттегі мен фтордың сыртқы екінші деңгейлері бас және қосымша квант сандарының мәндеріне сәйкес екі деңгейшелерден (5, р) түрады, ал ол деңгейшелерде бос үяшықтар жоқ екені олардың формулаларынан көрініп түр. Соңдықтан оттегі мен фтордың атомдарын қоздыру арқылы электрондарын энергиясы аз деңгейшеден энергиясы көбірек деңгейшеге көшіруге болмайды, сол себептен мүмкін болатын ва-ленттіктерінде өсіруге болмайды. Ал енді үшінші периодтағы оттегі топшасында түрған күкірт, фтор топшасында түрған хлорды қоздырып, сыртқы электрондарын энергиясы азырақ деңгейшеден энергиясы көбірек деңгейшеге көшіруге, соған сәйкес валенттіктерін арттыруға болады. Күкірт пен хлор атомдарының қалыпты және қозған күйдегі электрондық-графикалық формулаларын жаза-мыз: П-3 1-1 Ше = — 2, -1,0, + 1,+2 п- 1 п-2 п-2 п-3 п-3 1-0 1-0 1-1 1-0 1-1 Ше = 0 Ше = 1,0, + 1 Ше = - 1,0,+ 1 Ше = 0 Ше = 1,0,+ 1
82 83 п-1 п-2 п-2 п-3 п-3 п-3 1-0 1-0 1-1 1-0 1-1 1-2 ш,: = 1 ше = 0 те = 1,0,+1 те = 0 Шс = 1,0,+1 Ше- 2,-1,0, + 1 + 2 »» »...»...» ». цщэд«інниит і і р 5|Н>1Н|Н|Н|Н|НМЧ М 1 1 («* » з, » 3„ ШнІШЫтііһһІтІ 1 I 1 Келтірілген формулалардан қалыпты күйлерінде күкірт атомында екі дара, хлор атомында бір дара элек-трон бар екенін көруге болады, соған сәйкес күкірт екі валентті, хлор бір валентті. Сырттан энергия жүмсау арқылы күкірт атомының деңгейшесінде жүп электронның біреуін 3көшіріп валенттігін 4-ке (I), одан соң 3Сол сияқты хлор атомын қоздыру арқылы оның үш жүп (3$, Зр) электрондарын біртіндеп 3-үяшықтарьша көшіру арқылы валенттігін 3-ке (I), 5-ке (II), 7-ге (III) өсіруге болатынын оның электрондық-графикалық фор-муласынан анық көрініп түр. §9. АТОМДАРДЫҢ ЭЛЕКТРОНДЫҚ Қ¥РЫЛЫСЫ МЕН ПЕРИОДТЫҚ ЖҮЙЕ АРАСЫНДАҒЫ БАЙЛАНЫС Атомдағы электрондар өздерінің түрақтылығына сәй-кес келетін энергиясы ең аз энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерге орналасуға тырысады және Паули принципіне сәйкес орналасады. Сонымен электрондар элементтердің ядро зарядтары-ның, яғни олардың реттік нөмірлерінің өсуіне сәйкес, энергиясы төмен энергетикалық деңгейлер мен деңгей-шелерден бастап энергиясы жоғарысына қарай біртіндеп орналасады. Сондықтан электрондар орналасу бірінші энергетикалық деңгейден басталып біртіндеп жетінші энергетикалық деңгейге қарай жүреді, ал энергетикалық деңгейшелердің электрондармен толықтырылуы 5 — р — й — / бағытында біртіндеп жүреді. Атомдағы электрондардың энергия қорын бас және орбиталь квант сандарының мәндері анықтайтыны жоға-рыда айтылды. Сондықтан кезекті электронның энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерде нақты орналасуы бас және орбиталь квант сандарының мәндерінің қосындысымен (п + I) анықталады.
Клечковскийдіқ бірінші ережесі. Элемент атомы-ның электрондары оның энергетикалық деңгейлері мен деңгейшелерінде бас және қосымша квант сандары қосындысының (п + I) өсуі ретімен орналасады. Клечковскийдіқ 2-ережесі. Егер екі деңгейше ушін бас және қосымша квант сандарының қосындысы (п + I) бірдей болса, онда электрон алдымен 1-нің мәні кіші п-дің мәні улкен деңгейшеде, одан соң п-нің мәні улкен 1-дің мәні кіші деңгейшеде орналасады. Клечковскийдің ережесіне сәйкес энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерде электрондардың орналасу тәртібі 5-кестеде келтірілген. 5-к е с т е 
Енді элементтер атомдарының деңгейлері мен деңгейшелерінде электрондардың орналасу реті мен пе-риодтық жүйедегі элементтердің орналасуы арасындағы байланысты қарастырайық. Элемент атомдарында электрондардың орналасу реті Клечковский ережелеріне бағынатыны жоғарыда айтыл-ды. Олай болса, алғашқы электрондар (п + /) = 1 сәйкес келетін 1-деңгейдің 5-деңгейшесіне орналасады. Паули принципіне сәйкес 1 орбитальдан түратын х-деңгейшеде 1 немесе 2 электрон орналасады. Бүл екі электронға пе-риодтық системаның 1-периодындағы екі элемент сутегі мен гелий сәйкес келеді. Бірінші қабаттың 5-қабықша-сында сутегінде 1 электрон, ал гелийде 2 электрон бо-лады. М 85 Сонымен 1-қабатта электрондар орналасу аяқталады, ал 1-периодта элементтер орналасу аяқталады. Келесі (л + I) = 2-ке сәйкес клетін 2-деңгейдің 5-деңгейшесінде 1 немесе 2 электрон бола алады. Бүл 2-электронға 2-периодтың элементтері литий мен берилий сәйкес келеді, яғни литийдің 2 қабатының 5-қабатшасында 1 электрон (І52 2«'), берилийде 2 элект-рон (І$г 2$2) болады. (п + /)= 3-ке 2-деңгейдін р-деңгейшесі, 3-деңгейдің 5-деңгейшесі сәйкес келеді. Клечковскийдің ережелері бойынша кезекті электрон алдымен я-нің мәні кіші деңгейшеде орналасатындықтан 2р-деңгейшеде электро-ндар орналасу басталады. Бүл деңгейше үш орбитальдан түратындықтан оларда барлығы 6 электрон орналаса алады. Бүл электрондарға 2-периодтың р-элементтері В, С, N. О, Ғ, Ңе сәйкес келеді. Олардың кезекті элект-рондары 2-қабаттың о-қабатшасында мынадай түрде ор-наласады: І522522р' . Мысалы, бордың электроңдық формуласы \822$г2р\ ал неоңдікі \$г2$22рь. Сонымен 2-қабат электроңдармен толықтырылып бітеді, ал 2-пери-одта элементтердің орналасуы да аяқталады. Бүдан кейінгі 2 электрон 3-деңгейдің 5-деңгейшесіне орналасады. Бүл екі электрон 3-перриодтың екі эле-ментін натрий (І522522р63х') мен магнийдің (\$г2$22р6Ъ$2) пайда болуын қамтамасыз етеді (п + I) = 4-ке 3-дең-гейдің р-деңгейшесі, 4-деңгейдің 5-деңгейшесі сәйкес ке-леді. Ереже бойынша алдымен ір-деңгейшеде электрон-дар орналасады. Бүл деңгейшеде орналасатын 6 элект-ронга 3-периодтың 6 элементі келеді және оларда элект-рондар орналасу мынадай схема бойынша жүреді: І522522р63523/>1_<\ Сонымен 3-период аяқталады, ал 3-деңгей аяқтал-майды, өйткені оның әлі электрон орналаспаған д.-деңгейшесі бар. Бүдан кейінгі 2 электрон 4-периодтың элементтері калий мен кальцийдің 4-деңгейінің 5-деңгейшесіне орналасады: і9К Із^гр^Зр^з1; гоСа І522522р63523р6452 Біз 20 элементтің атомдарында электрондар орналасу реті мен сол элементтердің периодтық жүйеде орналасу-ының арасындағы байланысты қарастырдық. Бүл элемен-ттердің барлыгы негізгі топшаларда орналасқан. 86 Сонда атом қүрылысы түрғысынан қарағанда негізгі топшалар деген не және олардың саны неге 8-ге тең? Негізгі топша элементтеріңде кезекті электрондар сыртқы қабаттың х-немесе р-деңгейшелеріне орналасады. х-деңгейшесінде 1-орбиталь, р-деңгейшесінде 3-орбиталь барлығы 4 орбиталь болады. Бір орбитальда ең көбі 2 электрон ғана орналасатындықтан, сыртқы қабатта 8 электроннан артық болмайды. Осыған байланысты негізгі топшалардың саны да 8-ге тең. 5-кестеден (я + /) = 5-ке, 3-денгейдің ^-деңгейшесі, 4-деңгейдің р-деңгейшесі, 5-деңгейдің р-деңгейшесі сәйкес келеді. Ережеге сәйкес осы ретпен көрсетілген деңгейшелер электроңдармен толықтырылады. Келесі 10 электрон 3-деңгейдің орбитальдарьша орналасады. Бүл электрондарға 4-период-тың 10 элементтері сәйкес келеді. Бүлардың электрон-дық формулаларының схемасы мынадай және барлығы да қосымша топшаларда орналасқан: \$22$22р63$гЗр64$24р64Я'-ю. Атом қүрылысы түрғысынан қарағанда қосымша топ-шаларды және олардың саны неге 10-ға тең екенін калай түсіндіруге болады? Қосымша топша элементтерінің кезекті электрондары сырттан санағанда екінші деңгейдің с/-деңгейшелеріне ор-наласады, ал — деңгейше 5 орбитальдан түрады. Паули пршщипі бойынша бір орбитальда 2 электрон орналаса-тындықтан, г/-деңгейшесінің 5 орбиталында 10 электрон орналасады. Осыған сәйкес периодтық жүйедегі қосымша топшалардың саны да 10-ға тең. Келесі 6 электрон 4-дең-гейдің р-деңгейшелеріне орналасады да, оларга 4-период-тың бр-элементтері сәйкес келеді. Осымен 4-период аяқталады, ал 4 энергетикалық деңгей аяқталмайды, оның әлі электрондар орналаспаған й- және /-деңгей- шелері бар. 5-кестедегі схема бойынша келесі 2 электрон 5-деңгейдің 5-деңгейшесіне орналасады, оларға 5-период-тың 5-элементтері рубидий мен стронций, ал келесі 10 электрон 4-деңгейдің с/-деңгейшесіне орналасады, оларға 5-периодтың косымша топшаларының 10 элементі сәйкес келеді. Келесі 6 электрон 5-деңгейдің р-деңгейшесіне орналасады да 5-периодтың 6 элементін "дүниеге" әке-леді. Сонымен 5-период аякталады, ал 5 энергетикалық деңгей түгіл 4-деңгей де аяқталмайды, оның әлі бос /-деңгейшесі бар. 87 Бесінші период элементтері атомдарының кезекті электрондардың орналасу схемасы төмендегідей болады: 1522* ^З* 23р64*23^04р65*'"2 49'-|05р'^ Элементтер атомдарының деңгейлері мен деңгейше-леріңде электроңдар орналасу ретін ары қарай қарасты-рамыз. Келесі екі электрон (№ 55, 56) алтыншы дең-гейдің 5-деңгейшесіне орналасады да, оларға алтыншы периодтың негізгі топшаларында орналасқан цезий мен барий сәйкес келеді. Келесі кезекті электрон 5-дең-гейдің й?-деңгейшесіне орналасады да, оған периодтық жүйедегі № 57 элемент лантан сәйкес келеді. 5-кестедегі схема бойынша (« + /) = 7-ге 4-деңгейдің /-деңгейшесі, 5-деңгейдің деңгейшесі, 7-деңгейдің я-деңгейшесі сәйкес келеді. Клечковскийдің ережесіне сәйкес электрондардың орна-ласуы да осы ретпен жүре береді. Келесі 14 электрондар 4 деңгейдің /-деңгейшесіне орналасады да, олар 6-пери-одтың 14 /-элементтерін, ягни лантаноидтарды тудыра-ды.. Бүдан кейінгі кезекте 9 электрондар 5-деңгейдің */-деңгейшесінде орналасады да оларға 6-периодтың 9 і-элементтері сәйкес келеді. Келесі кезекті 6 электрондар 6-деңгейдің р-деңгейшесіне орналасады да 6 периодтың 6 р-элементтерінін болуын қамтамасыз етеді. Осымен 6-период аяқталады. 6-периодта бүрынғы қарастырылған 5, р, й-элементтерінен басқа 14 /-элементтер орналасады. Бүл элементтерде кезекті электрондар сырттан санағанда 3 деңгейдің /-деңгейшесіне орналасады. Олардың ва-ленттік электрондары сыртқы қататтың 5-деңгейшесінде сырттан санағанда екінші қабаттың қабаттың /-кабатшаларында орналасады. Бүл элементтер екінші қосымша тошпаларды, яғни 14 /-элементтер топ-шаларын түзеді. 6 периодта электрондардың орналасуы мынадай ретпен жүреді: іі2ИР*зізРл4із^04р65і4^05ріб5,^зі^4/і-м Келесі 2 электрон 7-деңгейдің 5-деңгейшесіне орнала-сады да оларға 7 периодтың I және II топтарының негізгі топшаларының элементтері франций мен радий сәйкес келеді. (л + 1)=8, 5-деңгейдің /-деңгейшесі, 6-деңгейдің келеді. Кезекті электрондар орналасуы да осы ретпен жүреді. Келесі бір электрон 7-периодтағы актинийдің 6-қабатының «/-қабатшасьша орналасады, онан кейінгі 14 электрондар осы периодтың /-элементтерінің 5 қабаты- 88 ның /-деңгейшесіне орналасады, онан кейінгі 2*/-электро-ндар курчатовий мен нильсборийдің 6 қабатының й-қабатшаларына орналасады. 7-период аяқталмаған, онда не бары 14 элемент бар. Сонымен Клечковский ережелеріне сәйкес элемент атомдарьшың деңгейлері мен деңгейшелерінде электро-ндар мынадай ретте орналасады: і **і**гр+ъі-*&-- 645'-2з^-10 З^бр^і^Ш/^М Элементтердің электрондық типтері. Периодтық жүйедегі барлық элементтер соңғы кезекті электронда-рының қай қабатшаға орналасуына байланысты 4 элект-рондық типке бөлінеді. Элементтердің соңғы кезекті электрондары я-, р-, й-, /-қабатшаларға орналасуына байланысты $-, р-, й-, /-типтерге жатады. Мысалы, натрийдің соңғы кезекті электроны сыртқы 3-қабаттың 5-қабатшасына орналасқандықтан, 5-типке, күкірттің соңғы кезекті электрондары сыртқы кабаттың р-қабатшасының орбитальдарына орналасқандықтан, р-типке, темір атомының соңғы кезекті электрондары сырт-тан санағанда екінші қабаттың қандықтан, «/-типке, церий элементінің атомының ке-зекті соңғы электрондары сырттан санаганда 3-кабаттың /-қабатшасына орналасқандықтан, /-типке жатады. Бүл айтылғандарды олардың электрондық формулаларынан айтқын көруге болады: „Ыа І5г2522р63х' ,65 І522522р62х23р4 26Ғе І522р22р63523р64х23г звСе 1 ^'г^^гр^З^^Зр6^^2^^'0^^6^^2^^'^6^^2^/2 Д. И. Менделеевтің периодтық системасындағы I, II негізгі топшалардың элементтері 5-типке, III—VIII негіз-гі топшалардың элементтері р-типке, барлық қосымша топшалардың элементтері ^/-типке, лантоноидтар мен ак-тиноидтар /-типке жатады. § 10. ХИМИЯЛЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕР ҚАСИЕТТЕРШІҢ ПЕРИОДТЫ ТҮРДЕ ӨЗГЕРУІ Элементтердің химиялық қасиеттері олардың бір-бірімен реакцияласқан кездерінде байқалады. Элемент- 89 9-сурет. Атомдар радиустарының элементтердіц ретгік нөмірлеріне байланыстығы
тердің периодтық жүйесі бүл қасиеттердің заңды түрде өзгеретінін көрсетеді. Элементтердің қасиеттері олардың атомдарының ра-диустарына, иондану потенциалдарына, электрон қосып алғыштығына және электр терістігіне байланысты. Атомдар радиустары. Әлектрондардың толқындық қасиеттеріне байланысты атомдар мен иондардың нақты шегі болмайды. Сондықтан кристалдағы бір-бірімен хи-миялық байланыстар арқылы қосылған атомдар мен ион-дардың шартты радиустарын анықтайды. Атомдар радиустарының мөлшері элементтердің ма-ңызды қасиеттеріне жатады. Элементтер атомдарының радиустары неғүрлым үлкен болса, оның сыртқы ва-ленттік электроңцары ядроға әлсіз тартылып оңай үзіліп кетеді, керісінше, элементтер атомдарының радиустары неғүрлым кіші болса, электрондар ядроға күшті тарты-лып түрады. • Әр периодта элементтердің ядро зарядтарының өсуіне байланысты олардың радиустары кішірейеді, оны мына 2-период элементтерінің атомдары радиустарын мысалга алып көруге болады: Ы Ве В С N О Ғ Ядро заряды: +3 +4 + 5 + 6 +7 +8 +9 Атом радиусы нм 0,157 0,110 0,088 0,077 0,074 0,066 0,064 Бүл мысаддардан период бойынша элементтердің яд-ро зарядтарының өсуіне байланысты электрондардың яд-роға күшті тартылып атом радиусының кішірейетінін көруге болады.
Сонымен периодтарда солдан онға қарай элемент-тердің радиустарының кішіреюіне байланысты олардың металдық қасиеттері азайып, бейметалдық қасиеттері ар-тады. Топшалар бойынша элементтердің ядро зарядтарының өсуіне байланысты олардың радиустары үлкейеді, өйткені жоғарыдан төмен қарай электрондық қабаттардың саны артады. Оны VII негізгі топша элементтерінің радиуста-рының мысалынан көруге болады: 90 
Ядро заряды Атом радиусы, нм Периодтық жүйеде элементтердің ядро зарядтарының өсу ретімен олардың атомдарының радиустары да пери-одты түрде өзгеріп отырады (9-сурет). Периодтардың ба-сына орналасқан сілтілік металдардың радиустары үлкен болады да, ал элементтердің реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты периодтардың аяғына қарай радиустары кішірейеді. Мысалы 2-периодта радиусы ең үлкен эле-мент литий, ал онан кейінгі элементтердің радиустары неонға қарай біртіндеп кішірейе береді, 3 периодтың ба-сындағы натрийдиң радиусы литийдікі сияқты үлкен бо-лады, ал осы периодтың аяғына қарай радиустары тағы да периодты түрде кішірейе береді т. с. с. Элемент ионының радиусы оның атомының радиусы-нан өзгеше болады. Өйткені атом электрондарын беріп жіберуінен түзілген оң ионның радиусы кіші болады да, атом электрон қосып алудың нәтижесінде түзілген теріс ионның радиусы атом радиусынан үлкен болады. Эле-менттердің реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты олар-дың иондарының радиустары да периодты түрде өзгеріп отырады. 91
Орыстың ұлы ғалымы Д. И. Менделеевтің еңбектерінің химия гылымын дамытудағы маңызы орасан зор. Ол 1869 жылы аса маңызды табиғат зацы — пери-одтық заңды ашып, химиялық элементтердің ғылыми жүйесін жасады. Өзінің "химия негіздері" еңбегіңде ол бірінші рет химияны периодтық заң негізінде баяндады. Д. И. Менделеев көп жылдық еңбектерінің нәтижесінде ерітінділердің химиялық теориясын жасады. Орыстың аса көрнекті ғалымы А. М. Бутлеров 1861 жылы органикалық қосылыстардың химиялық қүрылыс теориясын жасады, бүл теория есепсіз көп органика-лық косылыстарды белгілі бір жүйеге келтіруге және органикалық химияның жедел дамуына жағдай жаса-ды. А. М. Бутлеров орыс химиктерінің ғылыми мектебінің негізін салды. Бүл мектептен Н. Д. Зелин-ский, В. В. Марковников, С. В. Лебедев т. б. сияқты аса ірі ғалымдар шықты. Химия ғылымын дамытудағы Н. Н. Зининнің, А. А. Воскресенскийдің, Е. А Фаворскийдің, И. С. Кур-наковтың, Л. А. Чутаевтың, Г. И. Гесстің т. б. еңбек-тері зор болды.
/ БӨЛІМ. ХИМИЯНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕПЗДЕРІ І-ТАРАУ. ХИМИЯНЫҢ НЕГІЗГІ СТЕХИОМЕТРЛІК ЗАНДАРЫ МЕН ТҮСШІКТЕРІ §1. ХИМИЯНЫҢ НЕПЗГІ СТЕХИОМЕТРЛІК ЗАҢДАРЫ Стехиометрия — әрекеттесетін заттардың арасыңдағы массалық және көлемдік қатынастарды қарастыратын хи-мияның бір бөлімі. "Стехиометрлік мелшер" деген үғым химиялық реакцияның теңдеуіцдегі немесе формуладағы заттың мөлшеріне сәйкес келеді. "Стехиометрлік есептеу-лерге" заттардың түрлері мен олардыц арасыцца жү-ретін реакция теңдеулері бойынша әр түрлі есептеулер және оған заттардың түрлері мен химиялық реакциялар-дың теңдеулерін қүрастыру да жатады. Стехиометрияның негізін стехиометрлік заңдар қү-райды. Бүларға заттар массасыныц сақталу заңы, қүрам түрақтылық зацы, эквиваленттер заңы, еселік қатынас заңы, көлемдік қатынас заңы, Авогадро заңы жатады. Бүл зацдар заттардың атомдар мен молекулалардан түратынын және атом-молекулалық ілімнің дүрыс екенін дәлелдесе, ал атом молекулалық ілім стехиометрлік заңдардың мәцдерін толық түсіндіріп берді. Жоғарыдағы айтылған сипаттарына байланысты аса ірі табиғат заңы — Д. И. Менделеевтің периодтық заңы стехиометрлік заңдарға жатпайды. Стехиометрлік заңдардың ішінде зат массасынын сақ-талу заңы барлық қосылыстардың арасындағы реакция-ларға, ал басқалары тек молекулалық қүрылысы бар химиялык қосылыстарға қолданылады. §2. ЗАТ МАССАСЫНЫЦ САҚТАЛУ ЗАҢЫ Орыстың үлы ғалымы М. В. Ломоносов 1748 жылы материяның сақталу заңын немесе энергия мен массаның сақталу заңын ашты: "Табигатта болып жататын өзгерістердің мәні бір денеден қанша нәрсе кетсе, басқа денеге сонша барып қосылады; бір жерде біраз материя азайса, басқа жер- 9 де сонша материя көбейеди Бул табигаттың жалпы заңына қозгалу (ережелері) қубылыстары да багынады". 1905 жылы А. Эйнштейн материяның кез келген түрі үшін масса мен энергиянын арасындағы байланысты мына формуламен дәлелдеді: Е = тс 2, мүндағы Е — энергия, т — масса, с — вакуумдағы жа-рықтың жылдамдағы, ол 2,9979 • 108 м/с-қа тең. Бүл формула бойынша эндотермиялық реакциядан түзілген заттар массасы қатысқан заттардың массасынан көп бо-луы, ал экзотермиялық реакциялар кезінде түзілген зат-тардың массасы қатысқан заттар массасынан аз болуы тиіс. Бірақ қандай да болмасын жылуды аса көп сіңіретін немесе көп бөлетін реакция жүрсе де сіңірілетін немесе бөлінетін энергия аз болғандықтан, ол әрекеттесетін заттардың жалпы массасына әсер етпейді. Мысалы, энергияны көп бөлетін реакцияларға нитрогли-цериннің қопарылуы жатады. 1 г нитроглицерин СзШЮгТОгһ қопарылыс бергенде 8 ■ 103 Дж энергия бөлінеді, ал оған сәйкес келетін массаның азаюы т = Е/с2 = 0,89 ■ 10"|0 г немесе 10*% тең болады. Бүдан химиялык реакцияларға қатысатын заттардың массасы өзгермей қалатынын көруге болады. М. В. Ломоносов жабық түтіктерде металдарды то-тықтыру тәжірибелерінің нәтижелерін қорытындылай келіп, реакцияга түсетін заттардың массасы реакциядан кейін өзгермей қалатынын дәлелдеп, материя сақталу заңының жеке түрі — заттар массасы сақталу заңын аш-ты. Заттар массасы сақталу заңының казіргі амықтамасы былай айтылады: Реащияга тускен заттардың массасы реакция нәтижесінде тузілген заттардың массасына тең бола-ды. Заттар массасы сақталу заңының мәнін былай түсіндіруге болады. Реакцияға қатысқан заттардың қүра-мында қандай атомдар қанша мөлшерде болса, реакция нәтижесінде шыққан заттардың қүрамында да сондай атомдар сонша мөлшерде болады. Химиялық реакциялар кезінде атомдар массалары өзгермейтіндіктен, реакцияға қатысқан заттардың массасы түрақты болады. Барлық 10 химиялық реакциялар заттар массасы сақталу заңына бағынады. Заттар массасы сақталу заңының мысалы ретінде ли-тийдің оттегі арқылы тотығу реакциясының теңдеуін келтірейік: 41і + 0 г = 2Іі 20 6,94 ■ 4 + 15,999 ■ 2 = 6,94 ■ 4 + 15,999 • 2 59,758= 59,758 Бүл теңдеуден реакцияға төрт атом литий, екі атом оттегі қатысатынын, ал реакция нәтижеснде түзілген ли-тий оксидінің қүрамында да терт атом литий, екі атом оттегі бар екенін көруге болады. Олай болса, реакцияға қатысқан заттар мен шыққан заттардың қүрамындағы атомдардың түрлері мен сандары өзгермейтіндіктен, ре-акцияласқан заттардың массасы (59, 758) одан түзілген заттардың массасына (59, 758) тең болады. Заттар массасының сақталу заңы химияның негізгі заңдарының бірі және оны пайдаланып, химиялық теңдеулер бойынша есептер шығарылады. §3. ҚҰРАМ ТҰРАҚТЫЛЫҚ ЗАҢЫ Заттар массасы сақталу заңы ашылуының химияны дамытудағы маңызы өте зор болды. Осы заңға сәйкес көптеген заттардың сапалық және сандық қүрамдары зерттеліп анықталды. Заттың қүрамы түрақты, әлде айнымалы бола ма деген мәселе төңірегінде XIX ғасырдың басында екі ғылыми пікір айтылды. К. Л. Бертолле заттың қүрамы айнымалы болуы тиіс десе, Ж. Л. Пруст заттың қүрамы түрақты болады деді. Бүл ғылыми айтыс жеті жылға созылып (1801—1808 ж.) негізінен молекулалық қүрылысты заттар зерттел-гендіктен, Ж. Л. Прустың пікірі қабылданып, ол қүрам түрақтылық заңын ашты. Ол заңның қазіргі анықтамасы былай айтылады. Алыну жолына қарамастан молекулалық құрылыс-ты әрбір химиялық таза заттың сапалық және сан-дық қүрамы түрақты болады. Мысалы, аммиакты мынадай әр түрлі әдістермен алуға болады: п
Ш 4С1 + ИаОН = ИНз + Н 20 + ЫаСІ ЬГН 4С1 = ЫН з + НСІ Бүл реакциялар теңдеулерінен аммиак қандай әдістермен альшса да сапалық қүрамы жағынан азот пен сутегінен, сандық қүрамы жағынан бір атом азоттан және үш атом сутегінен түратынын көреміз. Сондықтан оның массасы және қүрамындағы элементтердің про-центтік мелшерлері де түрақты болады. Кейінгі зерттеулер қүрамы молекулалық газ және сүйық заттардың қүрамы түрақты, ал көптеген қатты заттардың (оксидтер, сульфидтер, хлоридтер т. б.) алы-ну жағдайына қарай қүрамы айнымалы екенін көреміз. Сонымен қазіргі кезде қүрамы түрақты заттарды даль-тонидтер, ал қүрамы айнымалы заттарды бертоллид-тер дейді. Сондықтан қүрам түрақтылық заңы қатты заттарға қолдануға келмейді. Мысалы титан (II) оксиді алыну жагдайына қарай ТіО о,в-ден ТіО ід-ге өзгереді, яғни қүрамы түрақты емес.
1803 жылы ағылшын ғалымы Д. Дальтон еселік қатынас заңын ашты. Ол былай айтылады: егер екі эле-мент бір-бірімен бірнеше молекулалық қосылыс тузетін болса, онда бір элементтіқ белгілі бір түрақты масса-сына келетін екінші элементтіқ массаларынық өзара қатынасы кіші бутін сандардық қатынасындай болады. Көміртегі оксидтері СО мен СО г-дегі көміртегінің 12 масса мөлшеріне келетін оттегі массалары өзара 16 : 32 = 1 : 2 қатынаста оттегінің 2 атомы болады. Қүрамы айнымалы болып келетін молекулалық қүрылысы жоқ мына титан оксидтеріндегі ТіО ол - ізз ТЮ іі45 - ^ ти-танның бірдей мөлшеріне келетін оттегі массаларының өзара қатынасы бүтін сандар болмай бөлшек сандар болып ке-леді. Бүл айтылғандардан еселік қатынас заңын қүрылы-сы молекулалық емес қосылыстарға қолданыла-тынын байқаймыз. , §5. ГАЗ КҮЙШІҢ ЗАҢДАРЫ Газ күйін оның температурасы, қысымы және көлемі сипаттайды. Кез келген газ бөлшектерінің (атомдар мен молекулалар) өзіндік мөлшері, кеңістікте алатьш белгілі 12 бір көлемі болады және олар бір-біріне белгілі дәрежеде әсер етеді. Газ бөлшектерінің арасындағы өзара физика-лық әрекеттесу олардың қозғалу қабілетін азайтады. Газ зандары тек бөлшектерінің өз мөлшерлеріне қарағанда олардың ара қашықтықтары өте үлкен болатын және белшектері өзара әрекеттеспейтін сиретілген газдар үшін ғана қолданылады. Сондықтан ғылымда идеал газдар де-ген түсінік енгізілген. Бүл түсінік бойынша газдар бір-бірімен әрекеттеспейтін, мөлшері нөлге тең геометрия-лық ноқаттар деп есептелінеді. Реал газдарда молекула-лар арасындағы өзара тартылу мен тебісу қүбылыстары болады. Әрбір реал газ жеткілікті мөлшердегі жоғары температурада және төмендегі қысымда идеал газдарға жақындайды. Сондықтан идеал газ дегеннің орнына газ-дың идеалдық күйі деген дүрыс. Газдың физикалық күйін газ заңдары — Бойль-Мариотт және Гей-Люссак заңдары анықтайды. Бойль-мариотт зақы. Түрақты температурада газдың массасындағы көлемі оның қысымына кері пропорционал тәуелділікте: — = ^г немесе РУ = сопзі. Уг Р\ Гей-люссак зақы. Түрақты қысымда газдың осы массадағы көлемі оның абсолюттік температурасына тура V і Т пропорционал тәуелділікте болады: ■— = — немесе - = сопзі. Көлемі түрақты (жабық ыдыстағы газ) газдың қысымы оның абсолюттік температурасына тура пропор-ционал тәуелділікте:
Кез келген газдың бір молі үшін -ү-^ қатынасы түрақты шама, сондықтан оны универсал газ турақтысы деп атап, К әрпімен белгілейді. Олай болса,
соңғы теңдеуге Я әрпін қойып, былай жазамыз: РУ = ЯТ. Бұл теңдеу 1 моль газ үшін қолданылады, ал зат мөлшері п моль газ үшін былай жазылады: РУ = пЯТ. Зат мөлшері зат массасын (т) оның мольдік массасына (М) бөлгенге тең болғандықтан, оны былай жазуға болады: РҮ = -£ ЯТ. м Теңдеудегі универсаль газ түрақтысышың дан мәні қысым мен келемнің қаңдай өлшем бірліктерімен алыну- ына байлансты. Егёр көлем текше метрмен, ал қысым паскальмен альшса, /? = 8,31 Дж/моль • К. Егер көлем литрмен, қысым мегапаскальмен (МПа = 106 Па) алынса, Я = 0,083 л.МПа/Моль ■ К болады. Теңдеудегі Кельвин- мен (К) өлшенген абсолюттік температура (Т) мен Цельсия (°С) арсындағы байланыс: Г(К) = (СС) + 273. Кейде есептеулер жүргізу үшін лаборатория жағдайында альшған газдың көлемін қалыпты жағдайға келтіру ке- рек болады (температура 273 К, қасым 101,325 КПа). Бүл жағдайда жоғарыдағы Клапейрон теңдеуін былай жазады:
Үлестік (парциальдық) қысым. Кей жағдайда зерт-теліп отырған газ түтіктегі су бетінде жиналады да су буларымен канығады. Сондықтан да газдың нақты қысымын табу үшін су буы қысымын есепке алу керек. Мүндай газ қоспасында әр газдың өзінің үлестік (парци-альды) қысымы болады, ол Дальтонның үлестік қысымы заңына багынады: газ қоспасының қысымы оны қурай-пгын және бір-бірімен әрекетптеспейтін газдар қысым-дарының қосындысына тең. Бүл заңнан шығатын қорытынды: су бетіне жи-налган газдың қысымы жалпы атмосфералық қысым-нан су буы қысымын алып тастаганеа тең. Осыны есепке алып жоғарыдағы газ көлемін қалыпты жағдайға келтіру формуласын былай жазамыз: Уо = (Р ,тм - Р субуы) • V ■ Т0/РоТ. §6. КӨЛЕМДІК ҚАТЫНАС ЗАҢЫ. АВОГАДРО ЗАҢЫ Реакцияға қатынасқан және оның нәтижесінде түзілген газдардың көлемдерін зерттей келіп, француз ғалымы Гей-Люссак газдардың келемдік қатынас заңын ашты. 14 Реакцияга қатынасқан газдардың көлемдерінің өза-ра қатынасы және олардың реакция нәтижесінде тузілген газдардың көлемдеріне қатынасы кіші бутін сандардың қатынасындай болады. Мысалы 1 көлем сутегі мен 1 көлем хлор әрекет-тесіп, 2 көлем хлорсутегін түзеді, екі көлем сутегі мен бір көлем оттегі әрекеттесіп, 2 көлем су буын түзеді т. б. Гей-Люссак Дальтонның қандай заттар болса да атомдардан түрады деген қағидасын пайдаланып: бірдей жагдайда газдардың бірдей көлемдеріндегі атомдар са-ны бірдей деп қорытынды жасады. Осы түрғыдан алып қарағанда хлордың 1 көлемі мен сутегінің 1 көлеміндегі атомдар саны бірдей болса, олардың әрекеттесуінен 1 көлем хлорсутегі түзілген болар еді, бірақ реакция нәтижесінде 2 көлем хлорсутегі түзіледі. Сөйтіп, Гей-Люссактың жорамалы тәжірибе арқылы дәлелденбеді. Дегенмен заңы Италян физигі А. Авогадроға газдар мо-лекулалардан түруы мүмкін деген ой салды. 1811 жылы А. Авогадро кейін заңға айналған гипо-тезасын үсынды: Бірдей жагдайда (бірдей температура мен қысым-да) әр турлі газдардың бірдей көлемдеріндегі молекула-лар саны бірдей болады. Авогадро газ тәрізді жай заттардың молекулалары екі атомнан түрады деп көрсетті. Авогадро заңы бойынша газдардың қарапайым кө-лемдік қатынастары оңай түсіндіріледі. Мысалы, сутегі мен хлор молекулалары екі атомнан түратындықтан, 1 көлем сутегі мен 1 келем хлордың әрекеттесуінен 2 көлем хлорсутегі түзіледі: Н 2 + С1 г = 2НС1 1:1:2 §7. АТОМ-МОЛЕКУЛАЛЫҚ ІЛІМНІҢ НЕГІЗП ҚАҒИДАЛАРЫ Атом-молекулалық ілімнің ғылыми негізі XVIII ғасырдың ортасы мен XIX ғасырдың басы аралығында жасалды. Орыстың үлы ғалымы М. В. Ломоносов өзінің 1741 жылы шыққан "Математикалық химия" деген еңбегінде атом-молекулалық ілімнің негізгі қағидаларын былай түжырымдады: 15 
1. Барлық заттар корпускулалардан (молекулалар- дан) турады. 2. Корпускулалар (молекулалар) элементтерден (атомдардан) турады. 3. Бөлшектер — молекулалар мен атомдар унемі қозгалыста болады. 4. Жай заттардың молекулалары бірдей атомдар- дан, курделі заттың молекулалары әр турлі атомдар- дан турады. М. В. Ломоносов өмір сүрген кезден кейінгі көп жылдардың ішінде ол үсынған ілім жан-жақты тек-серіліп, оның дүрыс екендігі дәлелденді. Атом-молекула-лық ілім химияға толықтай XIX ғасырдың орта кезінде енді. 1860 жылы Карлсруэде өткен химиктердің Хал-қаралық съезінде молекула мен атомның анықтамалары қабылданды. Молекула дегеніміз осы заттың химиялық қасиет-терін сақтап туратын ең кіші бөлшегі. Молекуланың өзі атомдардан турады. Атом элементтің химиялық қасиеттерін сақтап туратын ең кіші бөлшегі. Элементтің химиялық қасиеттері оның қүрылысына байланысты. Осы түрғыдан казір атомға мынадай анық-тама беріледі. Атом — оң зарядталган атом ядросынан және теріс зарядталган электрондардан туратын электр-нейтрал бөлшек. Әр түрлі молекулалардың қүрамына әр түрлі санды атомдар кіреді. Мысалы инертті ғаздардың молекулалары бір атомнан, оттегі, фтор молекулалары екі атомнан, көміртегі (IV), күкірт (IV) оксидтері үш атомнан түра-ды. Қазіргі кездегі көзқарас түрғысынан караганда газ тәрізді және бу күйіндегі заттар молекулалардан түрады. Мысалы, су, аммиак, көптеген органикалық заттар мо-лекулалық қүрылысты. Көптеген анорганикалық қатты және сүйық заттардың молекулалық қүрылысы болмай-ды, олар иондардан немесе атомдардан түрады. Мысалы, түздар мен оксидтер иондардан, алмаз бен кремний атомдардан түратын макроденелер. Бүл заттардың қасиет-тері олардың қүрамына кіретін иондардың немесе атом-дардың жиынтық қасиеттеріне байланысты болады.
Күрделі заттар әр түрлі элементтердің атомдарынан түрады. Мысалы, күкірт қышқылы Н28О4 күрделі зат, өйткені ол әр түрлі элементтердің — сутегі, күкірт және оттегінің атомдарынан түрады. Химиялық элементті жай заттан айыра білу керек. Мысалы жай заттар: мыс қызыл түсті, оттегі түссіз газ, ал осы екі жай затты кыздырғанда әрекеттесіп күрделі зат мыс (II) оксидін түзеді. Бүл мыс (II) оксидінің қүрамына кірген мыс өзінің қызыл түсін, соғылғыштығын жояды, сондай-ақ оттегі оксидте газ күйінде болмайды. Мыс (II) оксидінде мыс — мыс элементі, оттегі — оттегі элементі түрінде бо-лады. Тиісті реакциялардың жәрдемімен мыс (II) ок-сидінен мыс және оттегі жай заттары бөлінеді. Көптеген химиялық элементтер бірнеше жай заттар түзеді. Бүлар бір-бірінен өздерінің қүрылысы және қасиеттері арқылы ажырайды. Бір элементтің бірнеше жай заттар түзуін аллотропиялық қубылыстар дейді, ал түзілген жай заттарды аллотропиялық тур өзге-рістер дейді. Мысалы, көміртегі химиялық элементі алмаз, гра-фит, карбин деп аталатын үш жай зат түзеді. Алмаз — мөлдір, ете қатты, графит — сүр түсті, майлы тәрізді, үйкегенде із қалдыратын жүмсақ, ал карбин — аморфты күйе тәрізді заттар. Үшеуі де көміртегінен түратын бүл жай заттардың физикалық қасиетіндегі айырмашы-лықтар, олардағы көміртегі атомдарының орналасу ретіне байланысты. §9. ЭЛЕМЕНТТЕРДЩ САЛЫСТЫРМАЛЫ АТОМДЫҚ МАССАСЫ Қазіргі ғылым дамуының нәтижесінде абсолюттік мәні өте аз атомдық массаларды анықтау мүмкін болды. Атомдардың массаларын өзіміз жиі қолданатын (грамм, мемлекеттік #і ҒЫЛЫМИ К! 1А килограмм) өлшемдерімен көрсетсек, олар өте кіші сан- дар болар еді. Мысалы сутегі атомының массасы 1,67 • 10 кг, көміртегінікі—19,93 • 10 ~27 кг, от- тегінікі — 26,60- 10~2Г кг. Элементтер атомдары масса-сының мұндай аз мәндерін еске үстау және оларды пайдаланып әр түрлі есептер шығару өте қолайсыз. Со-ндықтан химияда атомдар массаларының абсолюттік мәндерінің орнына салыстырмалы атомдық массалары қолданылады. 1961 жылы халықаралық келісім бойынша атом мас-сасының өлшемі ретінде массаның атомдық бірлігі (қысқаша м. а. б.) қабылданды. 1 массаның атомдық бірлігі көміртегі атомы массасының 1/12 бөлігіне тең, яғни, 1,66- 10 ~ ' кг-ға тең. Элемент атом массасының абсолюттік мәнін массаның атомдық бірлігіне бөлу неме-се онымен салыстыру арқылы оның салыстырмалы атом-дық массасын табады. Мысалы, осы әдіспен табылған сутегінің, көміртегінің, оттегінің салыстырмалы атомдық массаларын (Аг) жазамыз: Аг(Н)= 1,66 • 10 кг 1,66 • 10 ~2 А_/Гк\ 26,60 • 10 КГ 1Л. Аг(О) = г-27— = 16; 1,66 10 КГ Барлық химиялық элементтің салыстырмалы массала-рьш осы әдіспен табады. Элементтің салыстырмалы атомдық массасы сол элемент атомы массасының кө-міртегі атомы массасының 1/12 бөлігінен неше есе ауыр екенін көрсететін сан. Элементтің салыстырмалы атомдық массасы елшемсіз сан және оның Аг әріптерімен белгіленетін себебі ағылшынша геіаііуе деген сөз, "салыстырмалы" деген үғым береді. Массаның атомдық бірлігімен (м. а. б.) көр-сетілген элемент атомының массасынан оның салыстыр-малы атомдық массасының өлшемсіз шамасын ажырата білу керек. Элемент атомының массасын (та) оның са-лыстырмалы атомдык массасын (Аг) массаның 1 атом-дық бірлігіне көбейту арқылы табады. Мысалы, жоға-рыда келтірілген элементтер үшін оны былай табады: т„(Н) = 1-1 м. а. б. =1 м. а. б; т„(С) =12 1 м. а. б. = 12 м. а. б т„(0) = 16 • 1 м. а. б. = 16 м. а. б. !8 Элементтің салыстырмалы атомдық массасы — оның негізгі сипаттамаларының бірі. Элементтердің салыстыр-малы атомдық массалары Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесінде келтірілген. § 10. ЗАТТАРДЫҢ САЛЫСТЫРМАЛЫ МОЛЕКУЛАЛЫҚ МАССАСЫ Заттың салыстырмалы молекулалық массасы дегеніміз оның молекуласы массасының көміртегі атомы массасы 1/12 бөлігінен неше есе ауыр екенін керсететін сан. Зат-тың салыстырмалы молекулалық массасы оның қүрамына кіретін элементтердің салыстырмалы атомдық массалары-ның қосындысына тең. Содндықтан да заттың формуласы арқылы оның са-лыстырмалы молекулалық массасын есептеп шығару қиын болмайды. Мысал ретінде ортофосфор қышқылы-ның салыстырмалы молекулалық массасын анықтайық: Аг(Н) =1-3 = 3 Аг(Р) = 31 - 1 = 31 Аг(О) = 16 • 4 = 64 Мг(Н3РО„) = 3 + 31 + 64 = 98. Ал заттың молекулалық массасын (тт) табу үшін оның елшемсіз санмен алынған салыстырмалы молекула-лық массасын массаның 1 атомдық бірлігіне кебейтеді. Мысалы осы әдіспен ортофосфор қышқылының молеку-лалық массасын былай табады: тга(Н3Р04) = 98 • 1 м. а. б. = 98 м. а. б.
Массасы 0,012 кг кеміртегінде 6,02 • 1023 атом бола-тыны анықталды. 6,02 ■ Ю23 белшекті Авогадро саны 19 Каталог: pdf -> foreign pdf -> - pdf -> Бағдарламасы 6М010300 «Педагогика және психология» pdf -> ТүсуГе арналған емтихан бағдарламасы pdf -> Қабылдау емтиханы бағдарламасы pdf -> МагистратурағА Қабылдау емтиханының бағдарламасы pdf -> Г. К. Шахажанова 20 ж pdf -> Бюллетень «Новые книги» Вып. 4 Павлодар 2014 Құрастырушылардан foreign -> Ә. Т. Мейірбеков., Т. П. Раимбердиев., Г. Ю. Башбенова тіршілік қауіпсіздік негіздері foreign -> Лекция: 30 сағ. СӨЖ: 30 сағ. ОбсөЖ 30 сағ. Барлық сағат: 90 сағ. Қорытынды бақылау: емтихан іvсеместр foreign -> «физика» ПӘні бойынша оқУ-Әдістемелік кешен 050113 – «Биология» мамандығы үшін жүктеу/скачать 5,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|