Кунашева З. Х. – химия ғылымдарының кандидаты, доцент, М.Өтемісов атындағы БҚму утепкалиева Г. И
жүктеу/скачать 209,15 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тірек сөздер
- Кунашева З.Х . , Утепкалиева Г.И. , Маханова Н.К .
- Ключевые слова
- Kunasheva Z. , Utepkalieva G., Machanova N.
| ӘОЖ: 372.854+543.257.2
Кунашева З.Х. – химия ғылымдарының кандидаты, доцент, М.Өтемісов атындағы БҚМУ Утепкалиева Г.И. – М.Өтемісов атындағы БҚМУ магистранты Маханова Н.К. – М. Өтемісов атындағы БҚМУ магистранты Е-mail: gulnura_west@mail.ru ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ МАМАНДЫҚТАРЫН МЕҢГЕРУДЕ ТАЛДАУДЫҢ ФИЗИКА-ХИМИЯЛЫҚ ӘДІСТЕРІН ОҚЫТУДЫҢ ФОРМАЛАРЫН ЖЕТІЛДІРУ ЖОЛДАРЫ Аннотация. Мақалада химия және химиялық технология мамандықтарының бакалавр дайындау бағытындағы таңдау пәні болып табылатын физика-химиялық әдістер курсын меңгеруде студенттердің оқу-зерттеу жұмыстары мен ғылыми-зерттеу жұмыстарын ұйымдастырудың маңызы көрсетілген. Физика-химиялық әдістер пәнін оқытуды жетілдірудің бір жолы ретінде потенциометрия тақырыбы бойынша студенттердің зерттеу жұмыстарын жүргізудің әдістемесі және нәтижелері келтірілген. Студенттердің зерттеу жұмыстарын жүйелі түрде орындауға ынталандыру олардың зияткерлік қабілеттерін іске асырудың және жоғары нәтижелерге жетудің негізі болып табылатындығы анықталды. Тірек сөздер: химияны оқыту әдістемесі, оқыту формалары, оқу-зерттеу жұмысы, ғылыми-зерттеу жұмысы, ынталандыру, физика-химиялық әдіс, потенциометрия, индикаторлық электрод, электродтық функция. Соңғы онжылдықта білім беру саласында Қазақстанның мемлекеттік саясатының қазіргі заманғы концепциясының маңызды қағидасының бірі отандық жоғары мектептің әлемдік білім беру кеңістігіне белсенді бірігуі болып табылады. Болон конвенциясына қосылу нәтижесінде жоғары оқу орнының оқытушылары берілетін пәндердің аудиториялық сағаттарының қысқаруы, осыған қарамастан оқу материалдарының бұрын берілген толық көлемін сақтау мәселелерімен ұшырасты. Бұл жаратылыстану және технология саласындағы мамандарды 5 жыл бойына дайындаудан 4 жылдық бакалавр дайындауға көшудің салдары. Нәтижесінде оқу материалдарының біраз бөлігі студенттердің өзіндік жұмысына ауыстырылды. Оқу процесін жоспарлаудың мұндай тәсілі студенттердің оқу сапасы мен нәтижесіне теріс әсер етеді, себебі олар мектепте меңгеретін материалдың көп бөлігін сабақта мұғалімнің қадағалауымен үйренуге әдеттенген. Онымен қатар төменгі курс студенттерінің жоғары оқу орнының жағдайларына әлеуметтік тұрғыда бейімделу мәселелері де олардың оқу процесін күрделендіреді. Осыған байланысты студенттердің пәндерді меңгерудегі аудиториялық сабақтары мен өзіндік жұмыстарын ұйымдастыруға жаңаша формалар мен тәсілдер қалыптастыру осы саладағы өзекті мәселенің бірі болып саналады. Зертханалық сабақтар тақырыбы әдетте 2 сағатқа жоспарланғандықтан талдаудың физика-химиялық әдістерін толығымен меңгеру және дағды қалыптастыру мүмкін емес. Нәтижесінде дәріс кезінде аудиториялық уақыттың тапшылығына орай мейлінше қысқартылып берілетін теориялық оқу материалдары зертханалық-практикалық сабақтармен бекімегендіктен бакалаврдың өндірістік тәжірибеге бағдарлану деңгейі де төмен болатынын күтуге болады. Осы орайда химия және химиялық технология мамандықтарының бакалавр дайындау бағытындағы таңдау пәні болып табылатын физика-химиялық әдістер курсын меңгеруде студенттердің оқу-зерттеу жұмыстары мен ғылыми-зерттеу жұмыстарын ұйымдастырудың маңызы жоғары. Себебі, жалпы зерттеу жұмыстары студенттің де, оқытушының да жауапкершілігін, ізденушілігін жоғарылататыны сөзсіз. Талдаудың физика-химиялық әдістері курсы студенттердің зерттеу жұмыстарын ұйымдастыруда ерекше пән болып табылады. Себебі физика-химиялық әдістер химия және химиялық технология мамандықтарының студенттері үшін практикалық жағынан кең қолданылады. Зерттеу жұмыстарын жүргізу тақырыптар таңдаудан басталады. Студенттермен ол тақырыптың өзектілігін, жаңашылдығын, пратикалық маңыздылығын талдау қажет. Көп жағдайда оқу-зерттеу жұмыстары мен ғылыми-зерттеу жұмыстары студенттер үшін дипломдық, одан әрі магистратурада оқыған жағдайда диссертация тақырыптарына жалғасады. Осыған байланысты бұл мақалада физика-химиялық әдістер пәнін оқытуда «Потенциометрлік әдістер. Индикаторлық электродтар» тақырыбы бойынша студенттермен жүргізілетін зерттеу жұмыстарының нәтижелері берілген. Талданатын материалдардың, өнімдердің, қоршаған орта нысандарының қауіпсіздігін және сапасын бақылаудың қажеттілігі аналитиктерді заттардың мөлшерін ең төменгі концентрацияда және күрделі матрицада анықтауға мәжбүр етеді. Алайда, химиялық талдау әдістерінің көптүрлілігіне қарамастан аналитикалық бақылауларды жүргізуде қолданатын әдістің тиімділігіне, қарапайымдылығына аппаратураның арзандығына және т.с.с. қарай таңдау жасалады. Талдаудың физика-химиялық әдістерінің бірі болып табылатын потенциометрлік әдістің басты артықшылығы - өлшеудің шапшаңдығы және қарапайымдылығы. Активтік және рН-ты анықтаумен қатар потенциометрлік әдіс қышқылдар мен негіздердің жалпы концентрациясын анықтауға да қолданылады. Сонымен қатар потенциометрияның ерекшеліктерінің ішінде индикаторлық электродтардың тепе-теңдік потенциалының орнау уақытының аздығын, оның реакция кинетикасын зерттеуге және технологиялық процестерді автоматты түрде бақылауға ыңғайлылығын атап айтуға болады. Потенциометрлік әдіс лай және боялған ерітінділерде, тұтқыр пасталарда және осы жағдайларда сүзу және айдау операцияларын қолданбай-ақ анықтаулар жүргізуге мүмкіндік береді. Потенциометрлік өлшеулер бақылаудың бұзбайтын тәсілдер тобына жатады және талданған ерітінділер әрі қарай зерттеулерде қолданыла алады. Алайда, потенциометрлік әдістерді жүзеге асыру үшін индикаторлық электродтарды дұрыс таңдау қазіргі кездегі өзекті мәселелердің бірі болып табылады. Индикаторлық электродтардың ішінде тиімді, арзан, коррозияға берік, қолдану уақытының ұзақтығымен ерекшеленетін материалдан жасақталған электродтық заттарды іздеу және қолдану кеңеюде. Осыған байланысты зерттеу үшін таңдап алынған титан металынан жасақталған электрод потенциометрияда аз қолданылған электродтық материал болып табылады. Ионометрияның қарқынды дамуына байланысты индикаторлық электродтар келесі түрлерге жіктеледі [1]. Электродтар фазалар бөліну шекарасында жүретін процестердің сипатына қарай:
Бірінші және екінші текті электродтар. Тотығу–тотықсыздану электроды (редокс–электрод) І - текті электрод деп өзінің ионы бар ерітіндіге батырылған Ме немесе НМе. Мұндай электродтың сызбанұсқасы: электрод Меz+/ Ме Электродтық процесс: МеZ+ + zḕ ↔ Ме (Ох) (Red) Бұл электродтардың потенциалы Нернст теңдеуімен ерітіндідегі катион активтілігіне байланысты: EMez+/Mе = E0 + RT/zF + lnaMе2+ Бейметалл – анионды электродтар анионға қатысты қайтымды: HMe + zḕ ↔ HМеz- Электродтық потенциал анион активтілігіне байланысты: EHMеz-/HMе = E0- RT/zF + lnaHMе2- Екінші текті электродтар деп сол металдың аз ерігіш қабатымен қапталған және сондай анионы бар электролитке батырылған электродтарды атайды. Стехиометриялық түрде бұл электродты келесі күйде жазуға болады: Аz/МА,М. Екінші текті электрод потенциалының шамасы тұрақты, сондықтан оларды стандартты электрод ретінде қолданады. Ионселективті электродтарда негізгі активті элемент ретінде қатты мембрананы қолдану мүмкіндігі 1921 жылы ашылған болатын. Бастапқы кезде қатты мембраналы электродтарды қолдану, жаңа салада эксперимент дағдысы және теориялық білімнің жетіспеуіне байланысты, сәтті болмады. Қазіргі кезде бұл бағыт жетілдіріліп, әртүрлі қатты материал негізінде модифицирленген электродтар қолданыла бастады [2]. Тотығу – тотықсыздану электродтарына заттың тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш формасы бар ерітіндіге батырылған инертті металл жатады. Металл электродтарының ішінде жүйенің тотығу–тотықсыздану потенциалын өлшейтін редокс электродтар ерекше орын алады. Бұндай электродтардың потенциалы қос редокс формасының тотыққан және тотықсызданған концентрациясының қатынасына байланысты. Редокс-жүйеде металл электроды электронды тасымалдау функциясын атқарады, ал. электродтық процесс иондар арасындағы тотығу–тотықсыздану процесі болып табылады. Металдық және олардың қоспаларынан дайындалған индикаторлық электродтарды теориялық және тәжірибелік жағынан пайдалану электрохимияда әртүрлі жағдайларда қарастырылған. Классикалық металл электродтарын электрохимиялық талдауда қолдану туралы көптеген авторлардың ғылыми еңбектерінде келтірілген. Көптеген электродтардың металл орнына оның амальгамасы немесе модификаторлар қолданса қайталанғыштығы жоғарылайды. Зерттеулерде көбінесе екінші текті электродтар қолданылады. Бұлар сол металдың аз ерігіш қоспасының қабатымен қапталған және сол анионнан тұратын жақсы ерігіш ерітіндіге батырылған металдан тұрады [3]. Ең аз концентрацияны анықтай алатын металдық индикаторлық электродтарға келесі талаптар қойылады: 1) тұрақтылық және қайталанғыштық, 2) көп компоненттерге жоғары сезімталдық, 3) ерітіндімен әрекеттескеннен кейін электорд тұрақты потенциалды сақтауы керек. Электрохимиялық зерттеулерде металдық титан электродын қолдану туралы әдеби ақпараттар тек бірнеше мысалдармен шектелетіні анықталды. Негізінен электрод конструкциясы және оларды дайындауға қолданылатын материалдар электрохимияның бөлек тарауына арналған монографияларда қарастырылған. Потенциометрлік титрлеуде металдық титан электродын қолдану мүмкіндігі туралы ең алғаш материалдың бірі Иванованың еңбегінде келтірілген [4]. Автордың пікірінше табиғаты бойынша оң электрлі болмайтын бөгде иондарды тұндыру реакциясына металл индикаторлық функция көрсетсе, оны ІІІ-текті электрод деп атайды. Сонымен қатар келесі шарттар сақталуы керек: титрант пен металл электродының катионынан түзілетін тұнба ерігіштігі титрант және анықтаушы ион тұнбасынан аз болуы қажет. Бұл жағдайда титранттың аз ғана мөлшері металл электродтарының катиондарымен әрекеттесіп, электрод бетінде катиондардың ерітіндіге өтуіне кедергі жасайтын қиын еритін тұз түзеді. Титан негізіндегі RuO2, Co3O4, MnO2 сияқты электродтарды тәжірибелік зерттеу [5] жұмыста көрсетілген. Марганец оксидінің жоғары адсорбциялық қасиеті бар, олар зерттелген ортада химиялық тұрақты. Зерттелген тәжірибе нәтижесінде оксидті материал негізіндегі индикаторлық электродтар хлорсутекті анықтауда электрохимиялық сенсор ретінде қолданылды. JUMO кондуктометрлік ұяшығына арналған таттанбайтын шойын және титаннан электрод дайындалды. Кондуктометрлік ұяшықтар арнайы өлшегіш құралдармен сұйықтықтын шартты электрөткізгіштігін өлшеуге қолданылады. Бұл жұмыста металдық титан электродының электроаналитикалық, физика–химиялық сипаттамаларын зерттеуде мыс, қорғасын катиондарын ацетон, этил спирті, диметилформамид және олардың қоспалары ортасында потенциометрлік өлшеулер жүргізілді. Металдық электродтардың электродтық қызметін электрохимиялық тізбектің металл/металл ионы бөлімі шекарасындағы ЭҚК-ті өлшеу арқылы зерттейді: Ti│Зерттелетін ерітінді│ КCI (қан.)│ AgCI/ Ag Мыс нитраты диметилформамидте өте жақсы еритіндігін көрсетті. 1−суретте титан электродының диметиформамидте еріген мыс (II) ионы бар потенциаланықтаушы ионының концентрациясына тәуелділігі келтірілген. Суретте көрсетілгендей 1,0·10-5-1,0·10-1 моль/л концентрация интервалында титан электроды Cu2+-ионын жоғары сезгіштігімен ерекшеленеді және электрод үшін электродтық функцияның сызықтығы кең концентрация аралығында сақталады. Электродтық функцияның иілуінің тангенс бұрышы 70,5 ± 2 мВ, нернсттік тәуелділіктен әлдеқайда жоғары екендігін көруге болады. Зерттелген электродтың сезгіштігі 1,0·10-6 моль/л концентрациясында нашарлап, электродтық потенциалдың мәні күрт төмендейді. Электродтық потенциалдың тұрақтану уақыты 1 мин шамасында. Бұл нәтиже титан электродын зерттеудің тәжірибелік бөлімінің барлық дерлік жағдайында қайталанды. Тәжірибе нәтижелері титанның электродтық функциясы сусыз еріткіштердің 1,0·10-5-1,0·10-1 моль/л концентрациясында сызықтылығын сақтайтындығын көрсетті. 
Сурет-1. Титан электродының диметиформамидте еріген мыс (II) ионының концентрациясына тәуелділігі Титан электродының сусыз еріткіштер ацетон – этанол қоспасының 1:1 қатынастағы ерітіндісінде еріген мыс иондарына электродтық функциясы зерттелді. Зерттеу нәтижелері 2-суретте көрсетілген. Бұл еріткіштер қоспасында титан электродының мыс (II) ионын сезуі диметилформамид еріткішінен де жоғары, оны тангенс бұрышының мәнінен көруге болады, ол мән 80 ± 2 мВ құрайды, зерттелетін электродтың сусыз еріткіш қоспасындағы потенциаланықтаушы ионға қатысты потенциалдың тұрақтану уақыты диметилформамидпен зерттеу нәтижесімен салыстырғанда жоғары, 2-2,5 мин құрайды. 
Сурет-2. Титан электродының ацетон – этанол қоспасында (1:1) еріген мыс (II) ионының концентрациясына тәуелділігі
Диметилформамид еріткішінде еріген Cu2+-иондары ерітіндісі шекарасында Гиббс энергиясын есептеу нәтижелері 1-кестеде келтірілген. Кесте 1 – Титан электроды/ Cu2+ -иондары диметилформамид еріткіші шекарасындағы электродтық процесте Гиббс энергиясының (DG) өзгеруі
Осындай зерттеулер қорғасын иондарымен жүзеге асырылды. Алайда зерттеулер барысында қорғасынның қандай да болмасын тұздарының этанолдан басқа сусыз еріткіштерде ерімеуі анықталды. Бұл зерттеу жұмыстарының нәтижелері осыған дейінгі жарияланымдарда көрсетілді. Сондықтан титан электродының этанол мен диметилформамид қоспаларындағы Pb2+-ионын сезгіштігі зерттелді. Зерттеу нәтижелері 3-суретте көрсетілген, электродтық функцияның иілу бұрышының мәні 55±2 мВ құрайды, тұрақтану уақыты 1-1,5 мин. 
Сурет-3 Титан электродының диметилформамид – этанол қоспасында (1:1) еріген қорғасын (II) ионының концентрациясына тәуелділігі 2-кестеде берілген талдау нәтижесінде металл иондары/сусыз еріткіштер қоспалары шекарасында тепе-теңдік Pb2+ ионы қатысында жеңілірек орнығатынын көруге болады. Кесте 2 – Титан электроды/ Pb2+ ДМФ:этанол (1:1) қоспасы шекарасындағы электродтық процесте Гиббс энергиясының (DG) өзгеруі
Титан электродын сусыз еріткіштер мен олардың қоспаларында тура потенциометрлік зерттеулер негізінде алынған нәтижелер потенциометрлік титрлеулерді жүргізуге мүмкіндік беретіндігін көрсетті. Сондықтан зерттеу жұмысында титан электродының көмегімен стандартты ерітінділердегі Cu2+-, Pb2+-иондарын потенциометрлік титрлеу жүргізілді. Зерттеулер нәтижесінде ең жақсы титрленген стандартты ерітінділер алынды.Титрант ретінде Трилон Б және 8-оксихинолин ерітінділері қолданып мыс-ионының 1,0.10-3 моль/л концентрациялы ерітіндісін титрлеу қисықтары 4, 5–суреттерде келтірілген. 4-суретте титан электродымен диметилформамид ортасында еріген Cu2+ - ионының 1,0.10-3 моль/л концентрациясы титрлеу қисығы келтірілген. Титрлеу үшін титрант ретінде 0,001 М Трилон Б ерітіндісі қолданылды. Титрлеу секірісі 120±2 мВ тең. Осының нәтижесінде мыс (II) ионын органикалық орта объектілерде титрлеу арқылы анықтауға болады деген тұжырым жасауға болады. 
Сурет-4 1,0.10-3 моль/л Cu2+ - ионын диметилформамид ортасында Трилон Б ерітіндісімен титрлеу қисығы Pb2+- ионын диметилформамид ортасында Трилон Б ерітіндісімен титрлеу қисығы 5-суретте берілген. Бұл қисықтан көрінгендей 4-суретпен салыстырғанда электродтық потенциалдар мәні төмен төмендейді және титрлеу секірісі 35±2 мВ шамасында. 
Сурет-5 1,0.10-3 моль/л Pb2+ ионын диметилформамид ортасында Трилон Б ерітіндісімен титрлеу қисығы Титан металынан жасалған индикаторлық электродтың сусыз ортада (этил спирті, ацетон, диметилформамид) және олардың бір-бірінің қоспаларында еріген Сu2+, Pb2+ - иондарына потенциометрлік өлшеу арқылы электроаналитикалық сипаттамаларын анықтау және фазалар бөліну шекарасындағы электрохимиялық процестің Гиббс энергиясының өзгеруін есептеу жүзеге асырылды. Гиббс энергиясының өзгеру нәтижелерін талдау қортындысы бойынша титан – катион ерітінділері шекарасында ең тиімді процесс қорғасын (II) иондарымен жүретінін көрсетті. Сусыз ерітінділерде еріген катиондар үшін электродтық функцияның орындалатындығын, титан электродын қолданып әртүрлі еріткіштерде катиондарды титрлеуге мүмкін екендігін және Гиббс энергиясының өзгеру мәндерімен электродтық процестерді сипаттауға болатындығы көрсетілді. Сонымен cтуденттердің зерттеу жұмыстарын жүйелі түрде орындауға ынталандыру олардың зияткерлік қабілеттерін іске асырудың және жоғары нәтижелерге жетудің негізі болып табылады. Әдебиеттер: 1. Корыта И., Штулик К. Ионселективные электроды. – М.: Мир, 1989. – 272 с. 2. Кимстач В.А. Металлические электроды с модифицированной поверхностью в осадительном и комплексометрическом потенциометрическом титровании / Дисс. … доктора хим. наук. – Ростов-на-Дону, 1986. – 428 с. 3. Comprehensive analytical chemistry. Electrochemical sensor analysis / Eds. S. Alegret, A. Merkoci. – Amsterdam: Elsevier, 2008. – 593 p. 4. Иванова З.И. Исследования в области применения ртутного и других металлических электродов в потенциометрическом анализе / Автореф. … докт. хим. наук: 02.071. Ростов-на-Дону. – 1968. – 40 с. 5. Заверач Е.М., Чвирук В.П., Линючева О.В. Поведение газодиффузионных электродов с кислородной деполяризацией в сенсорах хлороводорода // Тезисы докл. V Всеросс. конф. «Электрохимические методы анализа - 99». – М., 1999. – С. 79-80. Кунашева З.Х., Утепкалиева Г.И., Маханова Н.К. Пути совершенствования форм обучения физико-химических методов анализа при освоении специальности химии и химической технологии В статье показана важность организации учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентов при изучении курса физико-химические методы анализа, который является предметом по выбору по направленияю подготовки бакалавра химии и химической технологии. В качестве примера одним из путей совершенствования преподавания дисциплины приведены методика проведения исследовательских работ студентов и их результаты исследований. Определено, что мотивированность студентов к систематическому выполнению исследовательских работ является основой для получения высоких результатов и реализации их интеллектуальных способностей. Ключевые слова: методика преподавания химии, формы обучения, учебно-исследовательские работы, научно-исследовательская работа, мотивированность, физико-химический метод, потенциометрия, индикаторный электрод, электродная функция. Kunasheva Z., Utepkalieva G., Machanova N. Ways of improving the forms of training of physical-chemical analysis methods in the development of the specialty of Chemistry and Chemical Technology The article shows the importance of the organization of teaching research and scientific - research work of students while studying physical and chemical methods of analysis, which is the subject of choice Bachelor of Chemistry and Chemical Technology. The methodology of research work of students and their research results are given as one of the ways of improving the teaching of discipline. It was determined that the motivation of students to the systematic implementation of research is the basis for high performance and the realization of their intellectual abilities. Keywords: methods of teaching chemistry, forms of learning, teaching and research work, research work, motivation, physical and chemical methods, potentiometer, indicator electrode, the electrode function. . жүктеу/скачать 209,15 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||