Химиялық теңдік дейтініміз-

О

а) реакцияға қатынасушы заттардың формулалары жазылып, арасына қосу белгісі, соңына стрелка қойылады, оның оң жағына реакциядан шығуға тиісті заттардың формулалары жазылады, мысалы:

Ғе₂О₃ +Н₂СО₃ → Ғе₂(СО₃)₃ + Н₂О

Әрине, бір теңдікті үш рет көшіріп, жазудың қажеттігі жоқ, бірақ қиын теңдіктерді жазғанда қателеспес үшін осы айтылған тәртіпке әдеттену керек.

Химиялық теңдік бойынша, реакцияласушы заттардың масса қатынастарын есептеуге болады, ондай есептердің оқу жұмысында, әсіресе өндірістік маңызы зор.

Лекция 17

Химиялық элементтердің даму тарихы

Жоспар:

1. 
   Химиялық элементтердің пайда болуы
   
2. 
   Химиялық элементтердің дамуына үлес қосқан ғалымдар
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

Химиялық элемент дегеніміз-ядроларының заряды бірдей атомдар жинағы. Барлық жай және күрделі заттар осы элементтерден түзіледі.

Адамды айнала қоршаған түрлі заттардан неден тұрады, қандай бастапқы элементтерден құралады деген ой өте еррте заманнан ақ туған. Біздің жыл санауымыздан 15 ғасыр бұрын үнді философтары элементті материя деп қарамай, бастауыш рухани тектен туады деп санаған. Олардың “вед”, берірек заманында “упанишад” деп аталатын шығармаларында от, жер, су сияқты материялық заттар “тад экам”, “браман”, “атман” деп аталатын рухани тектерден, солар түрліше құдайлардың бейнесіне айналып барып, өзінен-өзі қызып өзгеруінен туады деген.

Грек философиясы натурфилософиялық тұрғыда болған, адамға тікелей әсер ететін дүниені түсіндіруге тырысқан.

Илиада мен Одиссеяда күллі дүние мұхиттан, судан жаралған деген пікірге кездесеміз. Грек философиясының негізгі элементтер-су, ауа, от және жер деуі, дүниенің негізгі материялық екендігін мойындаудан шыққан. Бірақ Аристотель бұл төрт элементке, материялық емес, бесінші элемент-квинтэссенция эфирді қосқан және оны ең бастысы деп санаған.

Орта ғасырларда, әсіресе Европада, Аристотельдің элемент жайындағы ілімі кең тарады, ол 2000 жылға жақын уақыт үстемдік етіп, алхимиктердің металдарды трансмутациялау (жай металды алтынға айналдыру) жұмыстарына теориялық негіз болды. Алхимия дәуірінде Аристотельдің элементтеріне тағы үш элемент қосылды: сынап- металдық қасиеттің, күкірт-жанғыштық пен бейметалдық қасиеттің, тұз-ерігіштік қасиеттің иелері. Кейбір алхимиктер-спирт, май, флегма сияқтыларды элементтер санына қосуды ұсынды.

17-ғасырдың орта шегінде химиялық өзгерістер жайында мәлімет көбейген сайын, элмент деген түсінікке ойша емес, эксперимент қорытындысына сүйеніп ғылыми анықтама беру керек деген пікірлер туды. Химияға “элемент” деген сөзді енгізіп, оған жаңа түсінік берген Р. Бойль (1661 жылы “Химик скептик” деген кітабында). Бойльдың пікірінше, элемент дегніміз қарапайым, өзінен басқа еш затпен қосылмаған, басқа барлық заттарды түзетін, күрделі заттар айрылғанда ақтығында шығатын зат. Бұл анықтама дұрыс болғанменен, ол кезде эксперимент жасаудың дәрежесі төмен болғандықтан, қай заттарды элементтер қатарына жатқызу керек екені анықталмаған.

18 ғасырда, химиялық тәжірибеде таразы жетекші орын алып, анализ бен минтез деген түсініктер ажырап, сапалық анализбен қатар, сандық анализ жасау күшейген кезде, элемент деген түсінікке Бойльдың берген анықтамасын дәлелдейтін эксперименталдық материалдар көбейді. Сөйтіп, бұрын күмәнді болып жүрген біраз заттар элемент қатарына кірді, жаңадан сутек, оттек, азот, хлор сияқты газ түрінде кездесетін элементтер табылды. Бұл жөнінде Лавуазье бірқатар еңбектер сіңірді. Лавуазье 1789 жылы жасаған химиялық элементтердің бірінші тізімінде 33 заттың аты бар. Ол тізімде жарық, жылу сияқты элемент еместер болды, әк, глинозем, кремнезм сияқты оксидтер және радикалдар да кірді, нақты элементтер 23 қана еді.

Химия тарихында ерекше табысты ғасыр, химияның теориялық негіздері-атом-молекулалық теория және элементтердің периодтық жүйесі ашылған ХІХ ғасырда химияда элемент жайындағы білім аса көбейді. Ескі заманнан және орта ғасырлардан белгілі заттардың қайсысы химиялық элемент екендігі анықталды. Бұл жөнінде химиялық элемент деген түсінік пен байланыстырудың үлкен маңызы болды. Ломоносовтың, әсіресе Дальтонның пікірінше әрбір химиялық элементке атомдардың нақтылы бір түрі сәйкес келеді, олардың өзіне тән салмағы болады. Атом және молекула деген түсініктерді ажыратып түсінумен байланысты, элемент және жай зат деген түсініктерді де ажыратып түсінуге мүмкіншілік туды. Атомдық массаны табудың әдістері жақсаруы, ақтығында Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесінің өзі жаңа химиялық элементтерді ашуға зор мүмкіншіліктерді туғызды.

ХІХ ғасырдың басында белгілі химиялық элементтер саны 28 болса, Д.И. Менделеевтің заманында 63, ғасырдың аяғында 83 болды. Осы кезде 109 элемент белгілі.

1. 
   Добериеейнердің еңбектері
   
2. 
   Бегье де Шанкуртуа мен. Ньюлендс еңбектері
   
3. 
   Лотар Мейердің элементтер кестесін жариялауы
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

1817 жылы неміс химигі Добериейнер өзіне белгілі элементтердің қасиеті ұқсастарын үш-үштен тіркестіріп, триада деп ат беріп, оларды байланыстыратын математикалық заңдылық тапқан:

K Ba Sb Te I

әрбір триаданың ортаңғы элементінің атомдық массасы шеткілерінің атомдық массаларының арифметикалық санына тең болады:
7 (Li) +39 (К)/ 2 = 23 (Na)↓ 35,5 (СІ) + 127 (І) /2═ 80 (Вr)

Ол уақыттағы белгілі элементтердің барлығы мұндай триада түзе алмаған.

1863 жылы француз ғалымы Бегье де Шанкуртуа 50 элементтің тізімін, атомдық массаларына сәйкес, белгілі машстаб бойынша цилиндрдің сыртына винт сызығының бойымен орналастырған. Сонда ұқсас элементтердің көбі бірінің астына бірі келеді.

1864 жылы ағылшын ғалымы Ньюлендс, элементтерді атомдық массаларының өсу ретімен орналастырған, сонда әрбір сегізінші элемент бірінші элементтің қасиетін қайталайтындығын байқаған. Бұл музыкада сегізінші нотаның қайталайтындығына ұқсас болған соң Ньюлендс оны “октава заңы” деп атаған. Бірнеше “октаваларды ” келтірейік:

Ғ Na Mg AI Si P S

Сол 1864 жылы неміс ғалымы Лотар Мейер 28 элементтен тұратын кестені жариялады. Мейердің не негізге алғаны элементтердің атомдық массалары мен валенттілігі мына кестеде келтірілген:

Мейер бұл элементтердің атомдық массаларының айырымды есептеген атомдық көлемдердің атомдық массаға периодты түрде байланысты екенін көрген, бірақ одан ешбір керекті қорытынды шығаруға батылы бармаған. Мейер де периодтық заңды қолына ұстап отырып, уысына шығарып алған.

Менделеевке дейінгі барлық химиялық элементтенрді классификациялаушылар бір топтағы элементтердің арасында байланыс барлығын, олар барлығы бүтін бір жүйе екендігін көре алмаған.

Периодтық заңды ашу приоритетін француздар- Бегье де Шанкуртуаға, ағылшындар-Ньюлендске, немістер-Л. Мейерге бермек болған. Бірақ жер жүзілік химиялық әдебиетте бұл заңды ашқан Д.И менделеев деп танылған.

1. 
   Периодтық заң және периодтық жүйе
   
2. 
   Периодтық заң және атомның күрделілігі
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

Менделеев элементтерді жүйелеуге негіз етіп, элементтің шешуші қасиеті масса деп түсініп, массаның көрсеткіші атомдық массаны алады. Масса-материға тән қасиет. Менделеевтің массаны негізге алуы оның ғылыми ойлау жүйесі материалистік екенін көрсетеді.

Менделеев сол кезде өзіне белгілі 63 элементті, жеке-жеке қағазға олардың таңбасын, атомдық массасын, валентілігін және басқа да басты қасиеттерін көрсете отырып жазып шығады. Бұларды элементтердің атомдық массасы өсу ретімен вертикаль бойына орналастырғанда, белгілі, бірақ бірдей емес интервалдерде, элементтердің қасиеттерінің анық қайталайтындығын байқаған.

Менделеев 1869 жылы ақпанда жүйенің бірінші нұсқасын ірі ғалымдарға таратып, жариялайды, және сол жылы периодтық заңның негізгі тезистерін жазады:

1. 
   элементтерді атомдық массасы өсу ретімен орналастырса, қасиеттері периодты түрде қайталайтындығы байқалады;
   
2. 
   атомдық масса элементті сипаттайды;
   
3. 
   бұрын белгісіз жаңа элементтердің ашылуын күту керек;
   
4. 
   элементтің атомдық массасын оның ұқсас элементтері белгілі болса, түзетіп дәлірегін табуға болады;
   

Бұл нұсқаға сүйеніп Менделеев:

1. 
   12 элемент тағы ашылу керек деп болжап, оларға бос орын қалдырады, ол осы күні табылған- скандий, галлий, германий, технеций, рений, гафний, полоний, астат, франций, радий, актиний, протактиний; бұлардан басқа лантаноидтар мен ураннан кейінгі элементтер табылуы мүмкін деген пікір айтқан;
   
2. 
   10 элементтің атомдық массаларын 1,5-2 есе түзеп өзгертеді, олар берилий, индий, ванадий, торий, уран, лантан, церий және басқа лантаноидтар осылардың валенттіліктерін өзгертеді;
   
3. 
   10 элементтің атомдық массаларын түзетеді;
   
4. 
   8 элементті, ол уақытта ұқсас деп жүрген элементтерден басқа элементтермен ұқсастығын тауып солармен бір топқа орналастырады.
   
5. 
   Осындай жұмыстардың ақтығында 1871 жылы Менделеев периодтық заңның анықтамасын береді:
   

Элементтердің атомдарының қасиеттері период тсайын қайталайтындығы, ол атомдарының құрылымында да бір ұқсастықтардың қайталайтындығын көрсетеді.

Бірақ бұл периодтық жүйенің нұсқап көрсетіп отырған атом құрлымындағы ортақтықты, тектестікті, ұқсастықты іздеу, басқаша айтқанда, атомның құрылысын зерттеу бірден басталмады. ХІХ ғасырдың аяғына дейін химияда да, физикада да атом материяның бөлініп болған ең кіші бөлігі, одан әрі бөлінбейді деген метафизикалық жалған пікір үстем болған.

Бұл пікірдің бір жақты, қате пікір екенін кейбір дана ғалымдар ерте-ақ түсінді. Мысалы, Москва университетінің профессоры М.Г. Павлов 1819 жылы барлық зат материядан тұрады, материяда электр зарядтары болады, ең кіші бөлшек атом оң және теріс зарядтардан түзілген, элементтердің атомдары планетарлық құрылысты болады деген. Бұл атомның күрделі жүйе екендігі айтылған ең алғашқы пікір еді. Осы жайында А.М. Бутлеров 1886 жылы былай деген: «Атомдар... жаратылысы бойынша бөлінбейді емес, қазіргі біздің қолымызда бар тәсілдермен ғана бөлінбейді... кейін ашылатын жаңа процестерде бөлінуі мүмкін....»

Осы жылдарда Н.А. Морозов атомның күрделі екендігін айтумен қатар оның орталық бөлімі және жеңіл электр бөлшектері болады деген. Морозовтың есебінше, атомның құрылымында массасы бірге, екіге, және төртке тең бөлшектер, олардың оң әрі теріс зарядтары болады. Олар осы кездегі-α-бөлшектер, дейтрон, протон, нейтрон, электрон, позитрондар сияқты. Морозов бұл пікірлерін периодтық жүйеге сүйене отырып айтты.

Орыстың көрнекті химигі Б.Н. Чигерин 1888жылы математикалық есептеулер арқылы атомның құрылымын күн жүйесі сияқты деген қорытындыға келген.

Д.И. Менделеев өзі де былай жазған болатын: «... Периодтылық заңы өте түсінікті болғанымен, оның себебін анықтап түсірудің біз әзір болжауымыз да қиын....

Жорамалдауымызға өте қолайлы, әттең әзір дәлелдеуге мүмкіншілігіміз жоқ... бірақ жай заттардың атомдары-күрделі заттар, олар өзінен де кішірек бөлшектердің қосылуынан түзілген: біз атом бөлінбейді дегенде кәдімгі химиялық жолмен бөлінбейтіндігін ғана айтамыз...»

Ағылшын ғалымы Дж. Томсон 1904 жылы атомның ішіндегі оң заряд бір жерінде емес бар жерінде бірдей орналасқан, ал оларды нейтралдай»тын электрондар осы оң зарядтардың арасында, концентрлі шеңберлер сияқты болып орналасқан; периодтық жүйеде ұқсас элементтердің шеңберлеріндегі электрондардың орналасуы ұқсас деп, периодтылықты түсіндіруге тырысқан.

Лекция 20

ХІХ-ХХ ғасырлардың аралығындағы химиядағы үлкен жаңалықтардың ашылуы...
Жоспар:

1. 
   Электронның ашылу тарихы
   
2. 
   Рентген сәулесі мен радиоктивтіліктің анықталуы
   

8. 
   Атомның ядролық моделі
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

Әзір электронннан кіші бөлшек табылған жоқ, бірақ электрон да мәңгі емес, айталық соңғы кезде электронның жарық материясына айналатындығы және онан түзілетіндігі тәжірибе жүзінде байқалған.

Радиоактивтік-1896 жылы француз физигі Анри Беккерель рентген сәулелерін зерттегенде уран деген металдың тұздары да рентген сәулесіне ұқсас бір сәуле шығаратындығын байқаған. Бұл құбылысты Мария Складовская-Кюри күйеуі Пьер Кюримен бірге зерттеп, радиоактивтік деп атаған. Қазіргі кезде радиоактивтік ауыр атомдардың ядроларының өздігінен ыдырауы екендігі мәлім.

Бұл уақытқа дейінгі эксперимент нәтижесінде зат ішінен, атомнан, электрондар бөлініп шығатындығы анық болды, атомның ішінде оларды нейтралдайтын оң зарядтар болуы мүмкін.

Міне, осы оң зарядтарды, олардың орналасқан жерін, Резерфорд α-бөлшектерімен тәжірибе жасау арқылы тапқан.

Резерфорд өз тәжірибелерінде бір шоқ α-бөлшектерін жұқа металға бағыттап жібергенде, олардың басым көпшілігі жұқа металдан өтіп, түзу бағытта жүретін экраннан көрген. Сонымен қатар α-бөлшектерінің біразы әуелдегі бағытынан ауытқып, әртүрлі бұрыш түзіп бұрылғанын байқаған. Кейбір өте сирек жағдайда жеке α-бөлшектерінің кейін қайтқаны да байқалды. Соңғы айтылған α-бөлшектерінің бұлайша кейін тебілуі, сірә атомның ішінде, оның жолында бір жерге жиналған өте көп онымен аттас, яки оң зарядтардың болуына байланысты.

Осы тәжірибелерге сүйеніп Резерфорд атомның моделін ұсынған. Модел бойынша оң зарядтардың барлығы атомның орталығында ядроға жиналған, оны айналып электрондар жүреді. Ядроның оң заряды мен электронның саны тең, сондықтан атом нейтрал бөлшек. Атқыланған 8-10 мың α-бөлшектерінің біреуі ғана кейін қайтуы, ол ядроның өте кішкене екенін көрсетеді.
Лекция 21

Аналитикалық химия пәні және оның әдістері
Жоспар:

1. 
   Аналитикалық химия пәні
   
2. 
   Аналитикалық химияның әдістері
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

Сапа анализі заттардың қандай элементтерден, иондардан тұратынын ғана анықтайды.

Сан анализі кезінде заттар құрамындағы элементтердің, иондардың сандық мөлшері анықталады.

Заттардың құрамын зерттеген кезде алдымен оның қандай элементтерден не иондардан тұратынын, яғни сапасын анықтайды. Содан кейін оның құрамындағы элементтердің не иондардың сандық мөлшерін табады. Демек бірінші сапа, содан соң анализі жүргізіледі.

Заттардың сапалық және мөлшерлік құрамын ол заттарды анализ жасау арқылы анықтау мүмкін. Халық шаруашылығындағы әртүрлі материалдар және өнімдердің сапасы олардың өздерінің сапалық және мөлшерлік құрамына өте байланысты болады. Бұлардың сапалық және мөлшерлік құрамын жалғыз анализ жолымен анықтау мүмкін. Бұдан басқа әртүрлі геологиялық зерттеулер, биологиялық зерттеулер, қоршаған ортаның жағдайларын бақылау және қорғау, ғылыми зерттеулерді дамыту жұмыстары әртүрлі объекттерді сапалы және мөлшерлі анализ жасау жұмыстарымен тығыз байланыста болады. Демек заттарды анализ жасау әртүрлі методтары турасындағы ғылым – Аналитикалық химия деп аталады. Анализ жасалатын объект қандай да материал заттар араласпасы немесе индивидуал зат болуы мүмкін.

Химиялық анализді жүргізу үшін анализ жасалынып жатқан зат немесе оның құрамдық бөліктері аналитикалық қасиеттер немесе аналитикалық сигнал хабар деп аталатын химиялық немесе физикалық қасиеттерге еге болуы керек. Анықтаушы аналитикалық қасиеттерге : рең, иіс және химиялық реагенттермен өзара әсерлескенде бояулы қосылыстар, тұнба- шөкпелер, газдар пайда ету қабілеттерін енгізу мүмкін.

Аналитикалық эффекттер пайда ететін химиялық реакциялар аналитикалық химиялық реакциялар деп аталады. Аналитикалық реакцияларды өткізу үшін керек болған реактивтер – Аналитикалық реагенттер деп аталады.

Аналитикалық химияның шешетін мәселелеріне төмендегілер кіреді :

1. 
   Заттардың аналитикалық қасиеттерін реакцияларын таңдау, зерттеу
   
2. 
   Заттардың қасиеттері мен түзілісі арасындағы өзара байланысты зерттеу
   
3. 
   Заттарды ажырату методтарын жасау және үйрену физ сапалы және мөлшері
   
4. 
   Химиялық анализ методтарын жасау
   

2.Қазіргі кезде қолданылып жүрген аналитикалық химия әдістерін жалпы үш топқа бөлуге болады: Химиялық, физикалық және физика-химиялық әдістер:

Химиялық әдіс заттар арасында жүретін химиялық реакцияға негізделген. Бұл реакциялар кеезінде әр затқа тән айрықша не тұнба, не түсті қосылыс, не газ түзілуі тиіс. Айрықша қосылыс түзетін реакциялар аналитикалық деп аталады. Химиялық әдіспен анализ жүргізу үшін қажет реактивтер мен ыдыстар болса болғаны.

Физикалық әдіс элементтің, ионның физикалық тұрақты қасиеттеріне-түр-түсіне, спектріне, тығыздығына негізделген.

Физика-химиялық әдіспен анализ жасаған кезде, алдымен химиялық реакцияға жүргізіп анықталатын затқа тән айрықша қосылыс алынады. Содан соң оны физикалық әдіспен зерттейді.
Лекция 22

Аналитикалық химия даму тарихы
Жоспар:

1. 
   Аналитикалық химия дамуының бірінші кезеңі
   
2. 
   Аналитикалық химия теориясының даму тарихы
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

Ерте заманнан адам әр нәрсенің түр-түсі, иісі, дәмі, қаттылығы бойынша қарапайым тәсілдер қолданып заттарды ажырата алған. Сол кездің өзінде заттарды қайта кристалдау, сүзу және қайта айдау арқылы тазарта білген.

Алғаш «химиялық анализ» терминінін ағылшын ғалымы Бойль 17-ғасырдың басында енгізді. Ол күкірт және тұз қышқылдарын кальций мен күміс-тұздары көмегімен анықтауды және индикаторды енгізді.

Аналитикалық химия жеке ғылым ретінде М.В. Ломоносовтың массалардың сақталу заңын ашып, сол бойынша есептеулер жүргізгеннен бері дами бастады. М.В. Ломоносовпен қатар өмір сүрген академик Т.Е. Ловиц микрокристаллоскопиялық анализдің негізін салды.

Зат массасының сақталу заңын пайдаланып француз ғалымы Лавуазье оксидтерге химиялық анализ жүргізді.

18-19 ғасырда аналитикалық химияның дамуына швед химиктері Бергман мен Берцелиус жұмыстарының маңызы зор болды. Ал француз ғалымы Гей-Люссак заттарға титрометрия әдісімен анализ жасауды алғаш іске асырды. 1859 жылы неміс ғалымдары Бунзен мен Кирхгоф спектрлік анализдің негізін қалады. Аналитикалық химияның ең көрнекті даму белесі- Д.И. Менделеевтің периодтық заңды ашуы мен период жүйесін жасауы еді.

Алғаш сапа және сан анализінің теориялық негізін Н.Н: Меншуткин 1871 «Аналитикалық химия» деген кітабында жазды. Онда сапа анализінің күкіртті сутегі әдісі алғаш қолданылған.

Аналитикалық химияның келесі даму белесі атом құрылысының ашылуы мен, ерітінділер теориялары және электролиттік диссоциация теорисымен байланысты.

1903 жылы орыс ғалымы М.С. Цвет хромотографиялық анализді ашты. Совет үкіметі орнағаннан соң аналитикалық химияның теориялық және іс жүзінде дамуына үлес қосқан ғалымдар саны өте көп болды. Қазір халық шаруашылығының аналитикалық химия қолданылмайтын бірде-бір саласы жоқ десе болады. Аналитикалық химияхалықаралық бірлік жүйесіне 1982 жылы енді.
Лекция 23,24

Органикалық химияның даму тарихы

Жоспар:

1. 
   Органикалық химияның дамуы
   
2. 
   Витализм теориясы
   
3. 
   Радикалдар теориясы
   
4. 
   Типтер териясы
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

Көптеген органикалық заттар адам баласына көне заманнан бері белгілі. Ертедегі адамдар құрақ қантын пайдалануды, жүзім шырынын ашытып шарап алу жолдарын жақсы білген. Сонымен қатар олар сірке қышқылының ерітіндісін, өсімдіктер мен жануарлар майларын өз тұрмыстарында өте ертеден – ақ пайдаланған, майдан сабын өндіруді білген. Римдықтар мен египеттіктер әртүрлі маталарды көк түсті етіп индиго арқылы бояудың тәсілдерін меңгерген.

Бұдан кейін бояғыш заттар ализарин, пурпур белгілі болды. Біздің эрамыздың ІХ ғасырында скипидар алынды. XVI – XVII ғасырларда заттарды құрғақтай ажырату жолдары игеріліп, соның нәтижесінде метил спирті, ацетон, янтарь және бензой қышқылдары, т.б. көптеген заттар белгілі болды.

1769 – 1786 жылдар аралығында стокгольмдік дәруші өз бетімен білім алған ғалым Карл Вильгелм Шееле (1742 - 1786) өсімдіктер мен жануарлардың шырындарынан шарап, лимон, алма, галло, сүт, қымыздық қышқылдарын бөліп алудың жолдарын тапты; өсімдік пен жануар майларының негізгі құрамдық бөлігі глицерин екенін көрсетті. Бұл кезде басқа ғалымдар өсімдік пен жануарлардан мочевинаны, холестеринді, морфин және т.б. көптеген алкалоидтарды бөліп алды. Басқа сөзбен айтқанда, XVІI – XVIIІ ғасырларда өсімдік пен жануарлар организмдерінен немесе олардың қалдықтарын ыдыратып, ажыратудан құрамдары мен қасиеттерінде көптеген ұқсастықтары бар, алайда сол уақытта дейінгі барлық белгілі минералды заттардан мүлдем ерекше тұратын жүздеген жаңа заттар бөлініп алынды және бұның өзі сол заттардың басын біріктіріп, бір жүйеге келтіруді, олардың ерекше қасиеттерін зерттеуді талап етті – ғалымдардың химиялық заттарды жіктеуі басталды.

1675 жылы Н. Лемери барлық заттарды үш топқа:

1. 
   Өсімдік текті заттар.
   
2. 
   Жануар текті заттар.
   
3. 
   Минералды заттар, - деп бөлген.
   

Бұл ұғымды ең алғаш 1807 жылы швед ғалымы Якоб Берцелиус (1779 - 1848) ұсынды.

Ол барлық тірі организмдерден алынатын заттарды «органикалық заттар» дей келе, бұл күрделі заттар белгілі бір «құпия күштердің» қатысуымен тек тірі клеткаларда ғана түзіледі деп көрсетті. Сөйтіп, ол бейорганикалық заттардың, органикалық заттардан негізгі айырмашылығы: бейорганикалық заттарды лабораторияларда синтездеп алуға болады, ал органикалық заттарды синтездік жолмен жай заттардан алу мүлдем мүмкін емес деді. Мұндай «құпия күшке» сенушілердің өз дәуірінде дүние тануда в и т а л и з м теориясын туғызғаны белгілі. Алайда, неміс химигі Фридрих Велердің 1824 жылы дицианнан қымыздық қышқылын, ал 1828 жылы аммонийдің цианатынан мочевинаны алуы – органикалық заттарды синтездік жолмен алуға болатындығын толық дәлелдеп, витализм теориясын тас – талқан етті.
NH₄OCN CO(NH₂)₂

аммоний мочевина

цианаты

Витализм теориясының мүлдем күйреуіне өткен ғасырдың алпысыншы жылдарында майлардың (1854 ж., М. Бертло), қанттың (1861 ж., А.М. Бутлеров) синтездік жолмен алынуы үлкен себеп болды. Осы уақыттан басталып органикалық химияның өте күшті қарқынмен дамуы басталады.

Органикалық заттардың табиғатын, олардың өзіндік қасиеттерін түсініп білу – олардың молекулалық құрамын, құрылысын зерттеуден басталуы керектігі – ендігі жерде ғалымдар ізденісінің қажеттігіне айналды. Ғалымдар органикалық заттардың қасиеттерін олардың молекулаларының құрылысында деп біліп, әртүрлі ұсыныстар, теориялар жасай бастады. Сөйтіп, ХІХ ғасырдың ортасынан бастап органикалық химия өз алдына жеке ғылым ретінде біржола қалыптасты.

Өз алдына ғылым болып дами бастағанына жүз елу жылдай уақыт болған органикалық химия кейінгі 20 – 30 жыл ішінде өте қарқынды дамыды. Оған себеп, органикалық химиямен тығыз байланысты басқа жаратылыстану ғылымдарының зор жетістіктерге жетуі. Атап айтқанда: кванттық химияның есептеу әдістерін, молекулалық механиканың жетістіктерін, заттар құрамын анықтауда физика – химиялық жаңа әдістерді пайдалану, сонымен қатар күрделі органикалық синтездеу стратегиясының мүлдем өзгеріп кетуі, міне, осының бәрі, органикалық химияның әлі де қалыптасқан ұғымдарына, түсініктеріне бүгінгі күннің ғылыми – техникалық дәрежесінде сын көзбен қарап, өзгертулер, жаңа мағыналы түсініктер енгізуді талап етеді.

Бүгінде органикалық химияны молекулалық құрылымы және соған сәйкес қасиеттері, көміртегінің осы заттың молекуласын құрудағы ерекше қасиеттерімен (тізбек, сақина, қос немесе үш байланыс түзудегі конфигурациялық өзгерістері, көміртегі мен көміртегі немесе көміртегі мен басқа элемент аралығындағы химиялық байланыстар, молекуладағы көміртегі атомдарының бір – біріне, немесе көміртегіне басқа атомдар, атомдар топтарының әсері, т.б.) сипатталатын күрделі заттардың химиясы дегеніміз жөн. Ал, қазірде органикалық химия – көміртекті қосылыстар химиясы дей салу, органикалық заттар туралы ұғымның шеңберін тым тарылтып жібереді. Олай дейтініміз, құрамында көміртегі бар толып жатқан органикалық емес заттардың да бар екенін ескерсек те жеткілікті.

Органикалық химияның негізгі объектісі - көміртегінің басқа элементтермен қосылыстары және олардың қасиеттері. Бұл мәселені шешуде органикалық химия ғылым ретінде зерттеулерін заттардың молекулалық құрылыстарын анықтаудан бастайды.

Заттардың құрылысын зерттеудегі органикалық химияның даму тарихын мына төмендегідей кезеңдерге бөлуге болады:

а) органикалық заттардың құрылыс теориясына дейінгі кезең (ХІХ ғасырдың 30 – 40 жылдар аралығы);

ә) заттардың химиялық құрылыс теориясы және стереохимия туралы классикалық теорияның дәуірі (ХІХ ғасырдың 40 – 60 жылдар аралығы);

б) заттар құрылысы туралы электрондық және квант – механикалық көзқарастардың қалыптасқан кезі (ХІХ ғасырдың 60 – жылдарынан бастап, бүгінгі күнге дейін).

Бұл кезеңдердің біріншісінде органикалық заттар жөніндегі сол кездегі барлық ұғымдарды біріктіруге тырысқан радикалдар теориясы пайда болды.

РАДИКАЛДАР ТЕОРИЯСЫ
Радикалдар теориясының негізін қалаушылар Якоб Берцелиус, неміс ғалымдары Юстус Либих (1803 - 1873), Фридрих Велер (1800 - 1882) және т.б. Теорияның тууына тікелей себеп болған, соңғы екі ғалымның бензой қышқылы және оның туындыларымен жүргізген жұмыстарының қорытындылары еді. Олар бензой қышқылының бірнеше туындыларын зерттей отырып, бұл қосылыстардың барлығының молекулалық құрамында белгілі бір атомдардың жиынтығы С₇Н₅О үнемі кездесіп отыратындығын байқаған. Мысалы, мынадай қосылыстарда:
С₇Н₆О немесе С₆Н₅СНО ( бензальдегид),

О

С₇Н₅ОСІ немесе С₆Н₅С (хлорлы бензоил),

СІ

С₇Н₅ООН немесе С₆Н₅СООН (бензой қышқылы),

О

С₇Н₅ОNН₂ немесе С₆Н₅С (бензой қышқылының амиді).

NН₂

Өзгеріссіз бір заттан екінші заттың құрамына ауысып отыратын атомдар тобының жиынтығын олар « р а д и к а л » деп атаған. Радикалдар қатарына олар сонымен қатар СН₃СО немесе С₂Н₃О – ацетилді, т.б. қалдықтарды жатқызған. Басқаша айтқанда, олар: барлық органикалық заттардың молекулалық құрамында екі түрлі бөлшек бар:

- оның бірі бір қосылыстың құрамынан екінші қосылыстың құрамына химиялық реакциялар кезінде өзгеріссіз ауысып отыратын бөлшек (радикалдар), ал екіншісі химиялық өзгеріске ұшырайтын бөлшектер деп ұқты.

Радикалдар теориясының тұжырымын былай деп көрсетуге болар еді.

а) барлық органикалық заттардың құрамында әрдайым оң зарядталған

радикалдар бар;

ә) радикалдар әрдайым тұрақты, олар бір заттан екінші заттың құрамына ешқандай өзгеріске ұшырамай ауысып отырады;

б) радикалдар бос күйінде, ешбір заттардың құрамына кірмей – ақ, өз алдына өмір сүре алады.

Алайда, аз уақыттан соң – ақ радикалдар теориясының тұжырымдарына қарама – қарсы келетін фактілер тым көбейіп кетті. Олардың ішіндегі ең бастысы Француз ғалымы Жан Батист Дюманың (1800 - 1884) жұмыстарының қорытындысы болды. Жан Дюма қазірде « м е т а л е п с и я » деп жүрген реакцияны ең алғаш ашқан химик. Ол органикалық заттардың көпшілігіне хлорды әрекеттестіргенде, хлор атомдарының әлемдегі заттың құрамындағы « р а д и к а л » деп саналатын бөлшектеріндегі сутегінің атомдарын реакция кезінде біртіндеп ығыстырып шығаратынын байқаған. Сонымен қатар, әрбір реакцияға түскен хлордың бір эквивалентіне сәйкес, реакциядан бір эквивалент сутегі хлорсутек (НСІ) түрінде бөлініп шығатыны және жаңадан алынған заттардың жалпы қасиеттеріндегі реакцияға дейінгі алынған заттың қасиеттеріне ұқсастық, аса үлкен айырмашылықтың болмауы.

Мысалы, Ж. Дюманың іске асырған мына төмендегідей реакцияларын қарастырайық:
СІ₂ СІ₂

СН₃СООН СІСН₂СООН

- НСІ - НСІ

сірке қышқылы монохлорсірке қышқылы

СІ₂

СІ₂СНСООН СІ₃ССООН

• 
  НСІ
  

Ендігі жерде, заттардың қасиеттерін анықтайтын сол заттың молекуласын құрастырып тұратын атомдардың түрі немесе сапасы ғана емес, сонымен бірге атомдардың молекуладағы орналасу тәртібі, олардың бір – бірімен байланысу типтері деген ұғым орнығып, қалыптаса бастады.

Радикалдар теориясы өзінің кемшіліктеріне қарамастан, органикалық химияның дамуында келелі із қалдырды: химия саласында « р а д и к а л » деген жаңа ұғым қалыптасты. Радикалдар жеке өз алдына өмір сүре алатын бөлшектер деген болжау да өзін ақтады. Сонымен қатар, радикалдар теориясын негіздеушілердің: белгілі бір атомдар тобы ешбір өзгеріске ұшырамай бір заттың құрамынан екінші заттың құрамына ауысып отырады деген көзқарастары да осы күндері орасан көптеген химиялық реакциялардың қорытындыларымен дәлелденіп отыр.

Радикалдар теориясы тек қана химия емес, көптеген ғылымдардың дамуына ықпал - әсер еткен теория және керісінше, оның тууына себеп болған басқа жаратылыстану ғылымдары (әсіресе, физика). Радикалдар теориясының негізгі қалаушы Я. Берццелиустің: барлық органикалық заттардың молекуласы қарама – қарсы электр зарядтары бар екі бөлшектен тұрады, - деуіне себеп болған, - сол кезде үстем болған Фарадей заңдарының (әсіресе, электролиз заңдарының ) әсері еді.

Я. Берцелиустің кезінде әлемге әйгілі болған элементтердің химиялық тектестігінің э л е к т р о х и м и я л ы қ т е о р и я с ы н дамытушы, химия саласында дуалистік (дүниенің негізі бір – біріне бағынбайтын, тең праволы екі нәрседен – «рухтан» және «материядан» басталады деп танып, материализм мен идеализмді үйлестіруге тырысатын ) ағымды уағыздаушы болғанын айта кету қажет. Олай болса, дүние танудағы бұндай қате көзқарастың радикалдар теориясының кемшіліктерін қоюлата түскені белгілі.
ТИПТЕР ТЕОРИЯСЫ

Типтер териясының пайда болуына әсер еткендер мыналар еді:

а) Ж.Дюманың жұмыстары;

ә) ХІХ ғасырдың 40 – жылдарында пайда болған «г о м о л о г и я » туралы ілімнің табыстары;

б) органикалық заттардың орасан көп жаңа түрлерінің ашылуы және олардың көпшілігінің қасиеттеріндегі тектестіктің болуы. Олай болса, осы заттардың арасындағы тектестік ненің себебінен туады деген сұрақтың тууы;

в) заттарды қасиеттерінің тектестігіне қарап жіктеудің басталуы;

г) өзгеріске ұшырамайды дейтін радикалдарды бөліп алу жолында жасалған тәжірибелердің сәтсіздікпен аяқталуы.

Бұл теория ХІХ ғасырдың қырқыншы жылдарынан басталып, алпысыншы жылдарға дейін органикалық химияға тиянақты қызмет атқарды. Негізін қалаушылар француз ғалымы Шарль Фредерик Жерар (1816 - 1856), неміс химигі Август Кекуле (1829 - 1896) және т.б.

Олар заттарды біртұтас қалпында (радикалшылдар сияқты зат екі түрлі бөлшектен тұрады демей) қарастырып, өз жұмыстарында заттарды молекулалық құрамына қарай түрлі – түрлі типтерге бөлді және тек олардың өзара өзгерістері мен химиялық реакцияларын сипаттауға тырысты. Кейінірек бұл теория Ш. Жерардың «т и п т е р д і ң у н и т а р л ы т е о р и я с ы» деп аталып кетті. Оның негізі мынада еді:

а) органикалық және бейорганикалық заттардың реакцияларының арасында бір типтестік, яғни тектестік бар, оның себебі – олардың молекулалық құрылыстарының тектестігі. Кейбір органикалық заттардың молекуласы судың молекуласының типімен, қайсы біреулері – хлорсутектің, ал енді біреулері сутегінің молекуласы типінде құрылған. Олай болса, заттың құрамындағы сутегінің орнына басқа атомды, не атомды тобын қою арқылы жаңа зат алуға болады, - деп көрсетті. Мысалы, бұл тұжырымды мынадай схемамен көрсетуге болар еді:

О О

Н Н

қышқылы эфирі СУ

Сутегі типіне: көмірсутектерді, альдегидтер мен кетондарды жатқызған. Бұл заттардың формулаларын мынадай етіп жазу ұсынылды.

С₂Н₃О С₂Н₃О

СН

б) заттардың формуласы олардың құрылысын емес, осы заттың химиялық реакцияға қатысуын көрсетті.

Типтер теориясы да бір кездегі радикалдар теориясы сияқты органикалық химияның дамуында көрнекті роль атқарды. Атап айтқанда:

- бұл теория үстемдік еткен кезде (сол уақыт үшін) органикалық заттардың жүйелі түрдегі жіктелуі пайда болды. Сонымен қатар: бұл теория заттар туралы ғылыми болжаулар жасауға, әлі белгісіз көптеген жаңа қосылыстардың формулаларын синтездік жолмен алуға итеруші күш сияқты әсер етті. Заттардың химиялық түр өзгерістерге ұшырауын жан – жақты зерттеп, нәтижесінде олардың қасиеттерінтерең түсінуге мүмкіндік жасады.

Сол кездерде жаңа – жаңа естіліп келе жатқан в а л е н т т і л і к іліміне игі ықпалын тигізді. Органикалық заттар молекуласының стереохимиясы (кеңістікте орналасуы) туралы ілімнің шығуына, дамуына себепкер болды.

Типтер теориясының кемшіліктері де көп болды:

1) көптеген заттар үшін бір типтің ішінде екі, тіпті одан да көп формула жазуға тура келді. Мысалы сутегі типтес этан: С₂Н₅ СН₃

Н немесе СН₃ деп жазылуы керек еді;
2) аралас функциялы заттарды әртүрлі типтерге жатқызып қарастырды. Мысалы, хлорсірке қышқылын бірде су типіне жатқызып, оны

С₂Н₂СІО

Н деп жазса, енді бірде хлорсутек типіне жатқызып, формуласын С₂Н₃О

Сол сияқты сірке қышқылын да үш түрлі формуламен жазуға болатын еді:

4) изомерлерге мүлде түсінік бере алмай, ақырында көмірсутектерде изомерияның болу мүмкіндігіне күмән тудырды;

5) барлық органикалық заттардың табиғатта бейорганикалық аналогы бар деп көрсетті;

6) радикалдар теориясының жетістіктерін пайдаланудан бас тартып, тіпті «радикал» деген ұғымның орнына «қалдық» деген ұғымды енгізді;

Ендігі жерде осы көрсетілген кемшіліктерді ескерген жаңа теорияның шығуы органикалық дамуындағы тарихи қажеттілік еді.

Лекция 25

Химиялық құрылыс теориясы
Жоспар:

1. 
   Құрылыс теориясының алғы шарты.
   
2. 
   А.М. Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясы.
   

1. 
   Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органикалық химия. М. ВШ., 1981ж.
   
2. 
   Грандберг И.И. Органическая химия. М.,1974г.
   
3. 
   Бірімжанов Б. Жалпы химия. Алматы: ҚазҰУ, 2001ж.
   
4. 
   Бірімжанов Б., Нұрахметов Н. Жалпы химия. Алматы: Ана тілі-1992ж.
   
5. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.ВШ., 1988г.
   
6. 
   Усанович М.И. Из истории химии. Алматы: «Қазақ университеті»-2004ж
   
7. 
   Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы: «Білім», 2003ж.
   

ХІХ ғасырдың 40 – 50 жылдарында бүкіл химия ғылымы тарихи үлкен дағдарысқа ұшырады – ғылым дамуын өте тежеуілдетіп алды. Оған себеп болған сол кездегі химия ғылымындағы өзара түсініспеушілік, бір нәрсеге әртүрлі көзқараспен қарау еді. Мұның қырсығы органиканың да дамуына әсерін тигізбей қойған жоқ. Бір формуламен бірнеше затты өрнектеуге тура келді, көптеген қарама – қайшылығы мол сұрақтарға жауап беретін бірде – бір ғылыми теория болмады. Тіпті ертеден келе жатқан атом, молекула, эквивалент, атомдық және молекулалық салмақ деген сияқты ұғымдарын өзін әртүрлі талдап жүрді. Сонымен қатар бұл кезде «теорияның» шығуына игі ықпалын тигізген факторлар да жоқ емес еді. Атап айтсақ: А.Кеккуле типтер теориясы кезінде көмірсутектерінің молекулаларын өрнектеу үшін жаңа тип метан типін ұсынды:

- Кекуле өз жұмыстарының бәрінде в а л е н т т і л і к ұғымын толық пайдаланған және соның нәтижесінде ол: көміртегі органикалық қосылыстарда төртваленттік көрсетеді дей келіп, көптеген заттардың формуласын осыған сәйкес етіп көрсете білді. Бұл уақытқа дейін ағылшын Эдуард Франкландтың (1825 - 1899) металорганикалық заттармен жүргізген жұмыстарының арқасында, элементтердің т ұ р а қ т ы в а л е н т т і л і г і деген ұғым әбден қалыптасқан еді;

- А. Вюрцтің оқушысы А. Купер зат молекуласының құрылысын жазғанда, байланысушы элементтер арасына сызықшалар қоюды ұсынды. Сөйтіп, ол органикалық заттардың осы күнгі формулаларының алғашқы түп нұсқаларын жасады. Оның формулаларын осы күнгі формулаларға тым жақын:
Н

Н С О Н