Лекция №1 Аналитикалық химия пәнінің негіздері және оның әдістері
Лекция № 7 Аналитикалық химиядағы қышқылдар және негіздер
жүктеу/скачать 0,56 Mb.
|
Лекция №1 Аналитикалы химия п ніні негіздері ж не оны дістер
Резюме Касенов А.Е.
| Лекция № 7
Аналитикалық химиядағы қышқылдар және негіздер Лекцияның жоспары: 1. Қышқылдардың және негіздердің протолиттік теориясы. 2.Судағы протолиттік тепе-теңдік. 3.Ерітінділердегі рН-нің мәнін анықтау. 4.Сулы емес ерітінділердегі протолиттік тепе-теңдік. 5.Қышқылдардың және негіздердің күші. Қышқылдықтың және негіздіктің константасы. 6.Қышқылдардың және негіздердің сулы ерітінділеріндегі рН-нің және рОН-нің мәндерін есептеу. Заттардың қышқылдық және негіздік қасиеттері іс жүзінде барлық талдау барысындағы аналитикалық реакциялардың өтуіне әсерін тигізеді. Заттардың қышқылдық және негіздік қасиеттер көрсетуі – олардың маңызды аналитикалық сипаттамалары болып табылады. Бұл қасиеттерді білу, есептеу және анализдің мақсаттарында қолдану химик-аналитиктің жұмысының негізгі бөлігі болып табылады. Қышқылдар және негіздер туралы классикалық түсініктер электролиттік диссоциация теориясына негізделген. Бұл теоияны шветің көрнекті химигі Сванте Аррениус жасаған. Бұл теорияға сәйкес қышқылдар – диссоциациялану барысында оксоний (гидроксоний) ион бөлетін заттар, ал негіздер – гидроксид-ион бөлетін заттар. Яғни, судың ионизациялануы барысында бөлінетін иондар: Н2О ↔ Н+ + ОН- Қышқыл: НСІ ↔ Н+ + СІ- Негіз: NаОН ↔ Nа+ + ОН- Электролиттік диссоциация теориясы органикалық қосылыстардың (мысалы, аминдердің, амидтердің ж.т.б.) қышқылдық немесе негіздік қасиеттерін түсіндіре алмайды. Сонымен бірге, қай заттарды сулы емес еріткіштерде қышқылдар және негіздер деп есептелетіндігі түсініксіз. Жоғарыда аталған фактыларға жалпылама жауап беретін қышқылдардың және неігзідердің толығырақ теоиясын дат химигі Д. Бренстед және онымен бір уақытта ағылшын химигі Т. Лоури 1923 жылы жасады. Бұл теория қышқылдардың және негіздердің протолиттік теориясы деп аталды. Себебі, ол заттардың протондарға – сутегінің иондарына қатынасына негізделген. Қышқылдардың және негіздердің протолиттік теориясы ионизациялану барысында протондарды бөлетін заттарды қышқылдарға, ал протондарды бөлетін заттарды негіздерге жатқызады. Протолиттік теория сонымен қатар қабысқан қышқылдар және негіздер түсініктерін енгізеді. Мысалы, НСN қышқылы протон Н+ бөледі және қабысқан негіз СN- түзеді. Қышқыл ортада СN- негіз протонды Н+ қосып ала алады және онымен қабысқан НСN қышқылын түзе алады. Қабысқан негіздің заряды әр уақытта қышқылдың зарядынан бір бірлікке теріс. Көптеген заттар протондарды қосып алуға да, бөлуге де қабілетті. Мысалы, НСО3- - анионы сілтілік ортада протонды бөледі және өзін қышқыл ретінде көрсетеді. Ал басқа жағдайларда (қышқыл ортада) ол протонды қосып негіздің қасиетін көрсетеді: НСО3- ↔ Н+ + СО32- ; НСО3- + Н+ ↔ Н2СО3 ; Мұндай заттарды амфотерлік қосылыстар немесе амфолиттер деп атайды. Қышқылдардың және негіздердің өз ара әрекеттесуін жартылай реакциялар түрінде көрсетуге болады. Бұл реакцияларды бір қышқылдық-негіздік реакцияға біріктіруге болады: Қышқыл1 ↔ негіз1 + Н+ Негіз2 + Н+ ↔ қышқыл2 --------------------------------------- Қышқыл1 + негіз2 ↔ негіз1 + қышқыл2 Мысалы: НСО3- + ОН- ↔ СО32- + Н2О ; Протондардың тасымалдануымен жүретін реакцияларды протолиттік деп атайды. Ал сәйкесінше тепе-теңдікті протолиттік тепе-теңдік деп аталады. Протолиттік теорияда еріткіштердің протолизі маңызды орын алады. Мысалы, су келесі теңдеу бойынша протолизденеді 2Н2О ↔ Н3О+ + ОН- Бұл жағдайда судың бір молекуласы протонды бөліп қышқыл ролін атқарады. Ал басқа молекуласы протонды қосып негіз ролін атқарады. Бұл жағдайда жаңа қышқыл Н3О+ және жаңа негіз ОН- түзіледі. Қышқылдардың және негіздердің протолиттік теориясы анағұрлым кең таралған. Оның дамуына Н.А. Измайлов көп үлес қосты. Ол сулы емес ерітінділердегі протолиттік тепе-теңдіктің негізін жасаған. Сулы емес еріткіштер де су сияқты сольватталған протонға және анионға протолизденеді: 2СН3ОН → СН3ОН2+ + СН3О- Қышқылдарды және негіздерді еріткіштерде еріткенде олардың және еріткіштің молекулаларының арсында протолиттік реакция жүреді НСІ + СН3ОН ↔ СН3ОН2+ + СІ- Сулы емес орталардағы қышқылдық-негіздік реакцияларды қарастыру барысында мұндай протолиттік тепе-теңдіктерді ескеру маңызды. Алайда протолиттік теория протондармен әрекеттеспейтін қосылыстардың қышқылдық-негіздік қасиеттерін түсіндірмейді. Мысалы, сұйық күкірттің диоксиді өздігінен ионизациялануға бейім. Алайда бұл реакцияға протондар қатыспайды. Бұл реакцияда типтік қышқылдық-негіздік реакция жүреді. Нәтижесінде еріткіштің молекуласы бөлінеді: 2SО2 ↔ SО2+ + SО32- SОСІ2 + [(CH3)4N]2SO3 ↔ 2(CH3)4NCl + 2SO2 Осыған байланысты қышқылдардың және негіздердің бір қатар жалпы теориялары құрастырылды. Анағұрлым белгілі теориялар: Г. Льюистің электрондық және М.И. Усановичтің теориялары (ОСӨЖ). Льюистің теориясы бойынша электрон жұбын қосып алып коваленттік байланысатын заттар қышқылдар және керісінше. Осы жағдайға келетін қосылыстар Льюистің қышқылдары және негіздері деп аталады. Мысалы, сутек-ион және аммиак сәйкесінше Льюистің қышқылы және негізі деп аталады: Н Н + Н+ + :N:Н → Н :N:Н Н Н Электрондық теория бойынша қышқылдық-негіздік реакцияларға көтеген басқа да реакциялар жатқызылады. Мысалы, кешен түзу және тотығу-тотықсыздану. Мұндай ауқымды түсініктер Льюистің теориясының кемшілігі болып табылады. 2.Судағы протолиттік тепе-теңдік. Судың молекулалары сутектік байланыстарды түзуге қабілетті. Сондықтан да суда бірнеше молекулалардың ассоциаттары, яғни кластерлер болады. Кластердің ішіндегі жылулық қозғалыстың әсерінен О-Н байланысының бірі әлсізденуі мүмкін. Бұл байланыстың үзілуі нәтижесінде протонның судың молекуласына қосылуы байқалады. Нәтижесінде сутектік байланыс донорлық-акцепторлық байланысқа өзгереді де, Н3О+ оксоний ионы және гидроксид-ион ОН- түзіледі. Оксоний және гидроксид-иондар бір-біріне жақын аймақта судың 3 молекулаларымен қоршалады (сольваттанған) және аква-кешендер түрінде болады. Судың ионизациялану реакциясы нәтижесінде судың бір молекуласынан протон келесі басқа молекулаға тасымалданады: Н2О → Н+ + ОН- (қысқартылған күйде) Мұндай үрдістерді автопротолиз деп атайды. Судың автопротолизінің тепе-теңдік константасы 1,8·10-16 тең екендігі эксперименттік түрде анықталған. Жүйедегі судың концентрациясын тұрақты шама деп санап (55,55 моль/дм3), автопротолиздің константасын (КW) алады, немесе судың иондың туындысы: КС= Автопротолиздің барысында судың молекуласынан бір сутек-ион және бір гидроксид-ион түзіледі. Суда басқа заттар болмаған кезде бұл иондардың концентрациялары өз ара тең болады: 3.Ерітінділердегі рН-нің мәнін анықтау. рН және рОН шкаласы көмегімен анализге алынған ерітінділердегі Н+ және ОН- концентрацияларын есептеу, олардың ерітіндідегі тепе-теңдікке әсерін анықтау мүмкіндігі бар. Ерітінділердегі рН-нің мәнін екі жолмен анықтайды: химиялық және аспаптық. Ортаның рН-нің мәнін есептеу – химик-аналитиктің ең бір көп орындайтын есептеулерінің бірі. Оны есептеу арқылы анализдің орындалу жағдайларын, қажетті индикаторлардың түрін, титрлеу қисықтарының түрін, тұнбаны алу немесе керісінше тұндыру жолдарын анықтайды. Сулы ерітінділердегі ортаның рН-нің мәнін есептеу жолдары қышқылдардың немесе негіздердің күшіне байланысты. Күшті қышқылдардың ерітінділерінде қышқылдың толық ионизациялануы жүреді және түзілген Н3О+ - иондардың мөлшері іс жүзінде қышқылдардың еріген молекулаларының мөлшеріне тең болады. Бақылау сұрақтары: 1.Қышқылдардың және негіздердің қасиеттерін білу химик-аналитик үшін қаншалықты қажет және маңызды ? 2.Судың автопротолизінің тепе-теңдік константасы 1,8·10-16 және судың иондық туындысының арасында қандай байланыс бар ? 3.рН-нің мәнін анықтау қандай әдістермен орындалады ? 4.Таза судың концентрациясы қаншаға тең ? жүктеу/скачать 0,56 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|