206-беттің сі казақстан республикасы білім және ғылым министрлігі

Ерітіндінің ортасын индикаторлар көмегімен анықтайды. Индикаторлар – ерітіндіге тамызғанда немесе батырғанда сутегі не гидроксид иондарының әсерінен түсін өзгертетін органикалық заттар

1. Ерітінділер дегеніміз не?

2. Концентрацияның өлшем бірліктері қандай?

3. Электролиттік диссоциация дегеніміз не?

4. Көмір қышқылының диссоциациялану сатылап теңдеулерін жазындар.

Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу керек:

1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір», 2008. 400--428 беттер.

2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной технологии/ Алматы: 2012. 138-170 стр.

3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 34-40 және 45-55 беттер.

Дәріс № 6. Тұздар гидролизі

6.1 Гидролиз,өндірістік маңызы

6.2 Гидролиз түрлері. Гидролиз дәрежесі және константасы

6.1 Гидролиз, өндірістік маңызы
ГИРОЛИЗ ДЕГЕНІМІЗ ӘР ТҮРЛІ ЗАТТАРДЫҢ СУДЫҢ ӘСЕРІНЕН ЫДЫРЫАУ РЕАКЦИЯСЫ. Гидролиз процесіне көптеген химия өнеркәсібі негізіделген: сабын алу, глицерин, май қышқылын алу, крахмалдың қанттануы, гидролиз нәтижесінде тау жыныстары бұзылады.Көптеген тұздарды суда еріткенде кей тұздардың ерітіндісі сілтілік орта, кейбірі қышқылдық орта, енді бірі нейтрал орта көрсетеді. Бұл фактілерді тұздар мен су арасындағы әрекеттесуге байланысты түсіндіруге болады. Мысалы натрий ацетатын суда ерітсе, бұл тұз күшті электролит болғандықтан суда толық диссоциацияланады: СН₃СООNa → СН₃СОО^- + Na⁺

Аздап су да диссоциацияға түседі: Н₂О↔ Н⁺ + ОН^-

Сонымен, СН₃СООNa ерітіндісінде су молекуласы Н₂О және Н⁺, ОН^-, Na⁺, СН₃СОО^- иондары болады. Na⁺ және СН₃СОО^- иондары Н⁺ және ОН^-, иондарымен әрекеттеседі. Бірақ Na⁺ ионы өзіне ОН^- ионын қосып ала алмайды, себебі NaОН күшті электролит, сондықтан ерітіндіде тек иондар түрінде болады. СН₃СОО^- ионы Н⁺ ионын қосып алып сірке қышқылын- әлсіз электролит түзеді, сондықтан судың жаңа молекулалары диссоцоацияға түседі. Сонымен мына екі процесс тепе-теңдік болғанға дейін жүреді: СН₃СОО^- + Н⁺ ↔ СН₃СООН; Н₂О↔ Н⁺ + ОН^-

Осы екі процестің қосынды теңдеуі былай болады:

СН₃СОО^- + Н₂О↔СН₃СООН + ОН^-

Бұл теңдеуден әлсіз электролит СН₃СООН түзілгендіктен, судың диссоциациялануының иондық тепе-теңдігі ығысып, ОН^- ионының артық иондары пайда болады, сондықтан ерітінді сілтілік реакция көрсетеді. Сонымен тұздар гидролизі деп («гидро»-су, «лизис»- айрылу, грек тілінен) тұз иондарымен су иондары әрекеттескенде әлсіз электролит түзіле жүретін реакцияны айтады. Гидролиз жүру үшін нәтижесінде нашар диссоциацияланатын зат, ұшатын зат, не тұнба түзілуі керек. Тұз гидролизі нейтралдау реакциясына кері процесс.

Гидролиз

МА + Н₂О ↔ МОН + НА

бейтараптау

Тұздардың табиғатына байланысты гидролиздің үш жағдайы бар:

а)күшті негіздің катионымен әлсіз қышқылдың анионынан түзілген тұз.

А^- + Н⁺ОН^- ↔ НА + ОН^- рН>7

әлсіз қышқыл

б)әлсіз негіз катионы мен күшті қышқыл анионынан түзілген тұз:

М⁺ + Н⁺ОН^- ↔ МОН + Н⁺ рН<7

әлсіз негіз

в)әлсіз негіз және әлсіз қышқыл иондарынан түзілген тұз:

М⁺ + А^- + Н⁺ОН^- ↔ МОН + НА

әлсіз негіз әлсіз қышқыл

Реакция ортасы реакция нәтижесінде түзілген негіз бен қышқылдың күшіне байланысты, яғни қайсысы көбірек диссоциацияға түсуіне байланысты. Сонымен гидролизге тек құрамында әлсіз электролит қалдығы бар тұздар түседі. Сондықтан күшті негізбен күшті қышқыл қалдығынан түзілген тұздар гидролизге түспейді.Көп негізді қышқылдар мен көп қышқылды негіздерден түзілген тұздар гидролизге сатылап түседі. Бірінші сатысы көбірек, жүреді. Саты саны катион пен анионнның зарядына байланысты. Гидролизді жазғанда (сатылы гидролиз үшін де) үш теңдеу жазу керек:

1.гидролиздің қысқаша иондық теңдеуі;

2.толық иондық теңдеуі;

3.молекулалық теңдеуі.

Өте әлсіз қышқыл мен негіздерден тұрған тұздар гидролизі аяғына дейін жүреді:

Cr₂S₃ + 6 HOH ↔ 2 Cr(OH)₃↓ + 3H₂S↑

2Cr³⁺ + 3S^2-+ 6 HOH ↔ 2Cr(OH)₃↓ + 3H₂S↑

К_гидр = К_с /( К_қышқыл∙ К_негіз)

К_с- судың иондық көбейтіндісі, К_қышқыл және К_негіз – қышқылдың және негіздің диссоциациялану дәрежесі.Бұл теңдеуден К_қышқыл/ К_негіз аз болған сайын, К_гидр көп болатыны көрініп тұр, яғни қышқыл не негіз неғұрлым әлсіз болса, соғұрлым тұз көбірек гидролизге түседі. Егер тұз сатылап гидролизге түссе, онда әр саты гидролиз константасымен сипатталады. Гидролиздің қаншалықты толық жүретіндігін гидролиз дәрежесі көрсетеді.

ГИДРОЛИЗ ДӘРЕЖЕСІ ДЕП ГИДРОЛИЗГЕ ТҮСКЕН МОЛЕКУЛА САНЫНЫҢ ЕРІГЕН МОЛЕКУЛАЛАРДЫҢ ЖАЛПЫ САНЫНА ҚАТЫНАСЫН АЙТАДЫ.

Һ=√К_С/К_қышқыл∙С_тұз Һ=√К_С/К_негіз∙С_тұз Һ= √К_С/К_негіз∙К_қышқыл

Бұл теңдеулерден:

1.К_с көп болған сайын, яғни температура үлкен болған сайын (К_с температура өссе, өседі);

2.К_қышқыл, К_негіз аз болған сайын (неғұрлым әлсіз қышқыл және әлсіз негіз болса);

3.Тұз концентрациясы (С_тұз) аз болған сайын не ерітінді көбірек сұйылған сайын, гидролиз дәрежесі көп болады. Сонымен һ жоғары температурада және сұйытылған ерітіндіде һ_max жетеді.

1.Төмендегі тұздардың гидролиз реакциясының теңдеуін иондық және молекулалық түрде жазыңдар: K₂S, Na₃PO₄, Mg(NO₃)₂, ZnSO₄, AlCl₃, CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃, Cu(CH₃COO)₂, Al₂S₃. Бұл тұздардың ерітіндісіндегі реакция ортасын көрсетіңдер.

2.Гидролиз деген не? Қандай тұздар гидролизге көбірек түседі?

Қандай тұздар гидролизге түспейді?

3.Гидролиз дәрежесі деген не және ол неге байланысты?

4.Қайтымсыз гидролиз деген не? Мысал келтіру керек.

7.1 Тотығу тотықсыздану реакциялар. Жіктелуі

7.2 Электрондық баланс әдісімен химиялық реакциялар теңдеулерін құру.

7.3 ТТР жүруіне факторлар әсері

Кальций фосфаты Ca₃(PO₄)₂ қосылысындағы кальцийдің тотығу дәрежесі +2, оттегінікі -2. Осы мәліметтерді пайдаланып, теңдеу құрамыз да фосфордың тотығу дәрежесін табамыз.

(+2)∙3 + 2х + (-2)∙8=0 ; 2х=+10; х=+5

Фосфордың кальций фосфатындағы тотығу дәрежесі +5.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары жүруінің басты шарты оған міндетті түрде тотықзыздандырғыш пен тотықтырғыш қатысуы қажет.

Реакция кезінде электрондарын беретін бөлшектерді (атомдарды, ионды немесе молекуланы) тотықсыздандырғыш дейді, ал электронды қосып алатын бөлшекті тотықтырғыш деп атайды. ТТР кезінде тотықсыздандырғыш тотығады, ал тотықтырғыш тотықсызданады. ТТР молекулааралық, молекула ішінде жүретін, диспропорцияланатын болып үш топқа бөлінеді:

1.Молекулааралық ТТР әр түрлі молекулалардағы элементтердің тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүреді. Мысалы: Mn⁴⁺O₂ + 4HCl ↔ Mn²⁺Cl₂ + Cl₂⁰ + 2H₂O

2.Молекула ішіндегі ТТР бір молекула ішіндегі әр түрлі элементтердің тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүреді. Мысалы: 2KCl⁵⁺O₃^2- ↔ 2 KCl^- + 3O⁰₂

3.Диспропорциялану ТТР бір элементтің тотығу дәрежесі әрі жоғарылау, әрі төмендеу арқылы жүреді. Мысалы: 4KCl⁵⁺O₃ ↔ 3 KCl⁷⁺О₄ + KCl^-

7.2 Электрондық баланс әдісімен химиялық реакциялар теңдеулерін құру

Тотықсыздандырғыштың берген электрондарының жалпы саны тотықтырғыштың қосып алған электрондарының жалпы санына тең. Теңдеуді құру бірнеше сатыда жүреді:

1.Реакция теңдеуін коэффициентсіз жазады: Br₂ + H₂S + H₂O → HBr + H₂SO₄

2.Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың тотығу дәрежелерін көрсетеді:

Br₂⁰ + H₂S^2- + H₂O → HBr^- + H₂S⁶⁺O₄

3.Электрондық теңдеу құрады, яғни тотығу және тотықсыздану процестерін көрсетеді:

Br₂⁰ +2ē → 2Br^- - тотықсыздану процесі, Br₂- тотықтырғыш.

S^2- - 8 ē → S⁶⁺ - тотығу процесі, S^2- - тотықсыздандырғыш.

4.Тотықсыздандырғыш берген электрон саны тотықтырғыштың қосып алған электрон санына тең болу керек.

4 Br₂⁰ +2ē → 2Br^-

1 S^2- - 8 ē → S⁶⁺

Осылай тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш үшін коэффициенттерді анықтайды.

5.Реакцияға қатысқан басқа қосылыстар үшін коэффициенттерін іздейді:

4Br₂ + H₂S + 4H₂O ↔ 8HBr + H₂SO₄

Тотықсыздандырғыш пен тотықтырғыш бір-бірімен өздерінің тотығу-тотықсыздану эквиваленттері қатысында әрекеттеседі. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың эквивалентінің молярлық массасы былай есептеледі: тотықтырғыштың не тотықсыздандырғыштың молярлық массасын (М(В) эквиваленттік факторға (f_экв(В)) көбейтеді:

М(f_эквВ)= f_экв(В)∙М (В)

f_экв(В) эквиваленттік фактор, ол тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа ауысқан электрон санының кері мәніне тең. Мысалы: М(f_экв KMnO₄)= 1/5 ∙158 = 31,6 г/моль

7.3 ТТР жүруіне көптеген факторлар әсері

Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың химиялық табиғаты, олардың активтіктері, рН, температура т.б.

ТТР жүру-жүрмеуін изобаралық-изотермиялық потенциалды (ΔG) есептеу арқылы анықтайды. ΔG=ΔH- TΔS немесе ΔG= -RT lnK.

ΔH, ΔS- энтальпия мен энтропия өзгеруі,

К – қайтымды реакцияның тепе-теңдік константасы,

R – универсалды газ тұрақтысы, 8,31 л∙кПа (моль∙К)

T – абсолютті температура, К.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :

Тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш, олардың эквиваленті, эквивалент массалары туралы ұғымдарды, тотығу-тотықсыздану потенциалы, теңдеулерді құру әдістері (электронды баланс әдісі, ионды-электронды әдіс) туралы ұғымдарды білу керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:

1.Тотығу дәрежесі деген не? Оны қалай анықтайды?

2.Реакция кезінде тотықтырғыштың және тотықсыздандырғыштың тотығу дәрежесі қалай өзгереді?

3.Периодтық жүйедегі қай топта және қай топшаларда тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш орналасқан?

4.Элементтердің тотығу-тотықсыздану қасиеттері:

а)период бойынша (солдан оңға қарай)

б)негізгі топшаларда (жоғарыдан төмен қарай) қалай өзгереді?

5.Эквиваленттің молярлық массасын тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш үшін қалай есептейді?

Металдар тотықсыздандырғыштар, бірақ әр металдың электрон бергіштігі әр түрлі. Металдардың тотықсыздандырғыш қабілетін Н.Н.Бекетов зерттеп, олардың бұл қабілетінің азаюына байланысты орналастырып, металдардың кернеулік қатарын құрған.

Металды суға батырғанда полюсті су молекулалары әсерінен металдардың беті ептеп ериді. Осынын нәтижесінде электрондар металл пластинкасының бетінде қалып, ал катиондар ерітіндіге көшеді. Бірақ металдардың еру процесі көпке бармайды, аздан кейін тепе-теңдік күй орнайды, яғни белгілі бір уақыт ішінде қанша катион ерітіндіге көшсе, сонша катион қайтадан металл пластинкасына ауысады: Ме + mH₂O ↔ Meⁿ⁺ ∙ nH₂O + nē

Металдардың бетінде қалған электрондардың есебінен металл пластинкасы теріс зарядталады, ал ерітіндіге көшкен металл катиондары оны оң зарядтайды. Судың орнына металдардың өз тұздарын да алуға болады. Бұл жағдайда активті металдар тұздар ерітінділеріне батырғанда еріп, теріс зарядталады, ал активтігі кем металдар тұздар ерітінділеріне батырғанда, металл ерімейді, керісінше, ерітінділердегі катиондар металдың бетіне көшеді де оны оң зарядтайды, ал қалған аниондар оң пластинкаға тартылып, ерітіндіні теріс зарядтайды. Сонымен, металл мен ерітіндінің жанасқан бетінде потенциалдар айырмасы пайда болады, оны металдардың электродтық потенциалы (Е⁰) деп атайды. Е⁰ мәні аз болған сайын, металдың тотықсыздандырғыш қабілеті көбірек болады. Е⁰ сандық мәні металдардың табиғатына (активтігіне), ерітіндідегі иондардың концентрациясына, температураға байланысты болады.

Е⁰ абсолюттік мәндерін тікелей өлшеу осы уақытқа дейін мүмкін болмай отыр, тек салыстырмалы потенциалдарын өлшейді. Салыстырмалы электрод ретінде стандартты сутектік электрод қолданылады да оның потенциалы нольге тең деп алынады.

Электродтық потенциал мына Нернст теңдеуі арқылы табылады:

Е= Е⁰ + (0,059/n) lgC _Me ⁿ⁺

C _Me ⁿ⁺ - металл иондарының молярлы концентрациясы

n- металл иондарының заряды.

Гальвани элементтері - химиялық электр энергиясының көзі, электр тогы ТТР нәтижесінде пайда болады. Гальваникалық элементтерде тотығу процессі бір электродта (анодта), тотықсыздану процесі екінші электродта (катодта) жүреді. Мұның өзі электродтарда әр түрлі потенциалдар айырмасы болып тұруын қамтамасыз етеді

8. 2 Электр қозғаушы күш және оның өлшем бірлігі

Элементтің электр қозғаушы күші (э.қ.к.)-де сол потенциалдар айырмасына байланысты болады. Анод ретінде электродтардың потенциал мәні төменірек металды алады: Е_а < Е_к.

Мысалы: мыс-мырыш элементінде немесе Даниель-Якоби элементтерінде

(-)Zn/Zn²⁺ ║Cu²⁺/Cu (+)

Cu- оң электрод, катод. Элементте мына процесс жүреді:

(A) Zn -2ē → Zn²⁺- тотығу процесі

(K) Cu +2ē → Cu⁰- тотықсыздану процесі

Zn- анод, электрондар көзі.

Э.Қ.К. табу үшін мәні үлкен электродтық потенциалдан (оң электродтың потенциалы) мәні кіші /терісірек/ потенциал алынады: Э.Қ.К. = ΔЕ= Е_к - Е_а

ΔЕ=Е⁰_Cu2+/Cu – E⁰_Zn2+/Zn

Δ= 0,34 – (-0,76) =1,10 В

Сонымен мыс-мырыш гальвани элементі 1,10 В электр тогын береді. Екі бірдей электрод концентрациясы әр түрлі ерітінділерге салынған болса, концентрациялы гальвани элементін құрайды. Мысалы, мыс электродының концентрациясы әр түрлі (С¹_Cu2+< С^ІІ_Cu2+) мыс сульфаты ерітіндісіне батырса, схеманы былай жазуға болады: (-)Cu/Cu²⁺_С1 ║ Cu²⁺_СІІ /Cu (+)

Осылай гальвани элементін алуға болады. Мұндай гальвани элементінде анод концентрациясы төмен ерітіндідегі электрод болады. Гальвани элементі жұмыс істегенде:

(А) Cu⁰ -2ē → Cu²⁺ (K) Cu²⁺ +2ē → Cu⁰

Концентрациялық гальвани элементінің электролит иондарының концентрациясының қатынасына байланысты: ΔЕ= (0,059/n) lgC^ІІ/С^І

Химиялық тоқ көзі ретінде гальвани элементі техникада көп қолданылады. Бірақ гальвани элементтері өте аз уақыт жұмыс істейді, себебі электродтардың потенциалдары өзгереді, поляризациаланады. Мысалы, мырыш пен мыс пластиналары күкірт қышқылына батырылып жасалған Вольт элементтеріндегі мыс электроды потенциалының азаюы оның бетінде сутегінің адсорбцияланып, сутегі электроды сияқты жұмыс істеуіне байланысты, ал мырыш электроды потенциалының оңға қарай ауысуы, оның ерітіндідегі иондарының көбейіп, мырыштың еруінің азаюына байланысты. Электродтардың поляризациясын жою үшін оған әр түрлі заттар - деполяризаторлар қосады.

1.Гальвани элементі мен стандартты сутек электрод схемаларын көрсетіп, қалай жұмыс істейтінін түсіндіріңдер.

2.Гальвани элементі жұмыс істеу үшін қандай реакциялар қолданылады?

3.Металл электродтарының потенциалына қандай факторлар әсер етеді?

4.Гальвани элементтерінің э.қ.к. қалай өлшенеді?

5.Концентрациялық гальвани элементі қалай жасалады?

Электролиттің балқымасы немесе электролиттің ерітіндісі арқылы тұрақты электр тоғы өткенде жеке электродтарда жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларын ЭЛЕКТРОЛИЗ дейді. Катодта (теріс электрод) тотықсыздану процесі, анодта (оң электрод) тотығу процесі жүреді.Электролиз жүргізуге көбінесе металл электродтары және металл емес электродтар да (мысалы графит) қолданылады. Металдан жасалған анодтар еритін (мысалы, мыстан, никельден жасалған) және ерімейтін (платинадан жасалған) болып бөлінеді.

Сұйытылған су ерітінділерінің электролизі кезінде КАТОДТЫҚ ПРОЦЕСС катионның электродтық потенциалымен анықталады.Оны судан тотықсызданатын сутегі ионының потенциалымен (-0,41 В) салыстырады:

1.Потенциалдары бұл саннан кем болса, металл ионы тотықсызданбайды. Катодта сутегі судан бөлінеді.

2 Н₂О + 2 ē = Н₂ + 2 ОН^-

2.Потенциалдары бұл саннан көп болса, катодта металдар ионы тотықсызданады: Меⁿ⁺ + nē → Me⁰

3.Металл потенциалы (-0,41 В) жақын болса, катодта сутегі де металл да тотықсызданады.

Анодтық процесс: Анод ерімейтін болса, онда анодта оттегісі жоқ қышқыл қалдығы(I^-, Cl^-, Br^-, S^2-, CN^-) тотығады. Егер ерітіндіде оттегісі бар қышқыл қалдығы болса (SO₄^2-, SO₃^2-, NO₃^-, CO₃^2-) онда анодта су молекуласы тотығады: 2 Н₂О + 4 ē = О₂ + 4 Н⁺

Егер анод еритін болса, онда анодтың өзі тотығады: Cu - 2ē= Cu²⁺. Электродта бөлініп шығатын заттардың массасын (m) Фарадей заңы бойынша, мына формуламен есептейді:

m= (I∙τ∙M (f_экв.B))/ F

I- тоқ күші, А; τ- электролит арқылы өткен тоқтың уақыты, с; M(f_экв.B)- затының эквивалентінің молярлық массасы, г/моль; F- Фарадей тұрақтысы, 96500 Кл/моль;

Электролиз кезінде электродта түзілген заттың мөлшері әр уақытта Фарадей заңдары бойынша алынуға тиісті теориялық мөлшерінен аз болады. Оның себебі электродтық ТТР қатар қосымша процестер де жүреді. Сондықтан электролиз кезінде негізгі өнімді алуға кеткен тоқ мөлшерін анықтау үшін тоқ бойынша шығым (Т_ш) деген түсінік қолданылады. Ол электролиз жағдайында алынған зат массасын (m₁) Фарадей заңы бойынша алынуға тиісті массаға (m) қатынасына тең:

Т_ш =m₁/m∙100

Осы формула бойынша тоқтың неше проценті негізгі затты алуға жұмсалғаны анықталады.

Өзін- өзі тексеру сұрақтары:

1.Электролиз деген не?

2.Анод және катодта жүретін процестерді түсіндіріңдер.

3.Металды рафинадтау деген не? Ол қалай жүреді?

4.Электролиз заңдары?