ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік материалы

(Студент өз еркі бойынша осы 2 жұмыстың біреуін орындайды).

1. Сульфат-ионын анықтау үшін барий хлориді ерітіндісімен ти-

трлеп , тұнба алу керек:SO₄^2-+BaCI₂BaSO₄  + 2CI^-.Зерттелетін

ерітіндіде қанша сульфат-ионы бар екенін анықтау керек, егер

кондуктометриялық титрлеуге 0,2н. 2,8мл барий хлоридінің

ерітіндісі жұмсалған болса:

А.0,0280г/мл; В.0,0795г/мл; Е.0,044г/мл

С.0,0536г/мл; D.0,0397г/мл;

2. Кондуктометриялық өлшеу жүргізу үшін қолданылатын құрал:

А.Уитстон мостигі; В.фотоэлемент;

С.монохроматор; D.призма; Е.детектор.

3. Кондуктометриялық титрлеу әдісінде эквивалент нүктені анықтау үшін:

А.ерітіндінің электр өткізгіштігін өлшейді;

В.ерітіндінің жарық жұтуын өлшейді;

С.тоқ күшінің өзгеруін өлшейді;

D.потенциал мәнінің өзгеруін өлшейді;

Е.полярограмма алады.

4. Кондуктометриялық анализ әдісінің негізі:

А.тоқтың өзгеруін өлшеу;

В.ерітіндінің электрөткізгіштігін өлшеу;

С.потенциал өзгерісін өлшеу;

D.концентрация өзгеруін өлшеу;

Е.оптикалық тығыздықты өлшеу.

5. Мына ерітіндідегі екі компоненттің де концентрацияларын натрий гидроксиді ерітіндісімен

кондуктометриялық титрлеу арқылы анықтауға болады:

А.HCI+H₂SO₄; B.HNO₃+HCI; C.HNO₃+H₂SO₄;

D.HCI+CH₃COOH; E.H₂SO₄+Na₂SO₄.

6. HCI ерітіндісімен кондуктометриялық титрлеу арқылы мына ерітінділерден екі

компонентті де анықтауға болады:

А.NaOH+NH₄OH; B.KOH+NaOH; C.KOH+Ba(OH)₂;

D.NaOH+NaCI; E.KCI+KOH
Зертханалық сабақтың тақырыбы № 13

МЫСТЫ АМПЕРОМЕТРИЯЛЫҚ ТИТРЛЕУ

Зертханалық сабаққа әдістемелік нұсқаулар

Жұмыстың мақсаты:

Мыс (ІІ) анықтау оның иодид- ионымен тотықсыздануына және мыс мөлшеріне эквивалентті мөлшерде бөлінген I₂ тиосульфат ерітіндісімен титрлеуге негізделген.

2Cu²⁺ + 4I^- = Cu₂I₂ + I₂

I₂ + 2S₂O₃^2- = 2I^-+ S₄O₆^2-

Бұл әдіс арқылы мыстың өте аз мөлшерін (10^-3 мг) анықтауға болады. Реостатқа +0,53 В потенциал мәнін қойып, платина және хлоркүміс электродтарын ерітіндіге салады. Платина электродында йод тотықсызданады.

Жұмысты орындау.

Амперометриялық құралда барлық бөліктері дұрыс қосылып тұрғанын тексереді.

Титрлейтін стаканға 10 мл мыс (ІІ) ерітіндісін құйып, 25 мл күкірт қышқылын қосады, электродтарды салып, тізбекті қосады. Сол кезде катодта мыстың тотығуы жүреді. Гальванометр стрелкасы бір жаққа қарай бұрылады.

0,3-0,5 г калий иодидін салып, магнит араластырғышты қосады. Бұл кезде диффузиялық тоқ бірден азайып, гальванометр нольді көрсетеді. Бұл жағдай мыс ионының толық иодидпен Cu₂I₂ қосылысын бергенін көрсетеді. Бұдан соң бос йодтың бөлінуі байқалады, тоқ күші өсе бастайды, тоқ күші максимумға келгенде ерітіндіде йод толық бөлініп бітеді. Тағы да 2-5 минут реакция аяқталғанын тосып, титрлеуді бастайды.

Тиосульфат ерітіндісінен 1 мл қосып, ерітіндіні араластырып отырып, тоқ күшін жазып отырады. Титрлеу соңында тоқ күші өзгеріссіз қалады.

V, мл
I, мА

q = V  N  m_экв.Cu m_экв.Cu = 63.64 г/ моль

Титрлеуді екі рет жүргізеді.
Сабақтан алған білімді тексеру (тест) сұрақтары

1. Индикатор қатысында амперометриялық титрлеудің артықшлығы:

А.титрлеу дәлірек болады; В.артықшылығы жоқ;

С.оңырақ потенциалда титрленеді;

D.терісірек потенциалда титрленеді;

Е.дұрыс жауабы жоқ.

2. Жарты толқын потенциалы неге тәуелді?

А.тотықсызданатын ион концентрациясына,

В.тотықсызданатын ион табиғатына,

С.индиферентті ерітінді концентрациясына,

D.электрод табиғатына,

Е.дұрыс жауабы жоқ.

3.Тотықсызданатын ионның валенттілігін қалай анықтайды?

А.I=605D^1/2*m^2/3*t^1/6*c теңдеуі бойынша;

B.Е_1/2 арқылы анықтауға болады;

C.lgI/I_d-E тәуелділігі қисығының тангенсіне кері мән бойынша;

D.lgI_d/I_d-I-E тәуелділігі қисығының тангенсіне кері мән бойынша;

E.дұрыс жауабы жоқ.

4. Полярографияны және амперометриялық титрлеуді неге индиферентті фон-электролит

қатысында жүргізеді?

А.cутегінің толқынын жоғалту үшін;

В.I-ші ретті максимумді жоғалту үшін;

С.миграциялық толқынды жоғалту үшін;

D.қайталанатын поляризациялық қисық алу үшін;

Е.дұрыс жауабы жоқ.

5. Полярографиялық анализ әдісі неге негізделген?

А.электродтық потенциалдарды өлшеуге;

В.электродтардың поляризациялану құбылысына, яғни берілген кернеу әсеріне ұяшық

арқылы өткен тоқ күшінің тәуелділігін зерттеуге;

С.ерітінді электрөткізгіштігінің құрамына тәуелділігіне;

D.ерітіндінің кедергісін өлшеуге;

Е.осы көрсетілгендердің барлығына.

6. Илькович теңдеуі:

А.I=605 nD^1/2*m^2/3* ^1/6*C_m ;

B.I_d=605 nD^1/2*m^2/3* ^1/6*C_m ;

C.I_d= nD^1/2*m* *C;

D.I=605 D^1/2*m^2/3* ^1/6*C;

Е. Дұрыс жауабы жоқ.

7. Поляризациялық қисықтар деген:

А.тоқ күші-кернеу тәуелділігінің қисығы;

В.тоқ күші-кедергі тәуелділігінің қисығы;

С.кедергі-көлем тәуелділігінің қисығы;

D.lg I/I_dI-E тәуелділігінің қисығы;

Е.дұрыс жауабы жоқ.

Темір (ІІІ) қызыл түсті роданидті комплекс түзуі үшін 0,05-5,0 г/ л роданид-ионы және 0,05-0,2 М қышқылдық орта керек. Бұд әдістің сезімталдығы жоғары 2,5 мкг/50 мл темір анықтауға болады. Комплексті қосылыстың жарық сіңіру максимумы 480-483 нм-де болады, молярлық сіњіру коэффициенті  = 710³. Бұл әдісте комплекс түзу сатылап жүреді, сондықтан әр уақытта темірді анықтау үшін бірдей жағдай саќтау керек. Ерітіндіде анализге кедергі келтіретін заттар, яғни роданид-иондармен комплекс түзетін элементтер, темірді тотықсыздандыратын заттар, роданидті комплексті бұзатын күшті тотықтырғыш заттар болмауы керек.

Түсті роданидті комплекс түссіз хлоридті комплекске ауысады. Роданид- ионының артық мөлшерін құйса, хлорид- комплексі түзілмеуі мүмкін.

Темірді анықтауға фторид-, фосфат-, арсенат-, тартрат- иондары да кедергі жасайды, яғни роданидті комплекстің т‰сін єлсіретеді. Азот қышқылының әсірінен роданид темірсіз де түсті қосылыс береді.

Темір тұзының гидролизін болдырмау үшін сұйытылған азот қышқылымен ерітіндіні қышқылдау керек.

Темір роданидінің ерітінділерін бірден фотометриялау қажет, себебі ерітінділер тұрып қалса, түссіздіне бастайды.

1. темір (ІІІ) тұзының стандартты ерітіндісі, Т = 0,1 мг/мл. Темір – аммоний ашудасын суда ерітіп, 5 мл азот ќышќылын ќосып, өлшегіш 1 л колбада дистильденген сумен сұйылтады.

2. 10% - калий не аммоний роданидінің ерітіндісі.

3. азот қышқылы (1:1)

1. 
   стандартты кобальт (ІІ) тұзының ерітіндісі Т_Cо²⁺ = 0.1 мг/мл.
   
2. 
   тұз қышқылы (1:1).
   
3. 
   азот қышқылы (1:1).
   
4. 
   нитрозо-R тұзы 0,1н.
   
5. 
   натрий ацетаты, 40 % - ерітінді.
   

Көлемі 50мл өлшегіш колбаларға кобальт (ІІ) тұзының стандартты ерітіндісін 1;2;3;4;5мл мөлшерде құйып, алтыншы колбаға анализденетін ерітінді алып, әрбір колбаға 0,5мл тұз қышқылын, 2-3 тамшы азот қышқылын, 3 мл нитрозо-R тұзын, 3мл натрий ацетатын қосып, қайнағанға дейін қыздырып, 1 минуттай қайнатады, ерітінділерді суытып, тағы да 2 мл азот қышқылын қосады да, жақсылап араластырып тағы 1 минут қайнатады. Ерітінділер суыған соң, колбалар белгілеріне дейін дистильденген су құйып, ерітінділерді жақсылып шайқайды. Қызыл түсті ерітіндінің оптикалық тығыздығын 550нм спектр облысында өлшейді. Кювета қылындығы 1,0см. Салыстырмалы ерітінді - су. Кюветаға ерітінділерді концентрациясы ең төменінен бастап құю керек. Ерітіндіні құймай тұрып, кюветаны дистильденген сумен және ерітіндінің өзімен шайқап жіберу керек. Градуирлік график сызып, одан анықталатын зат концентрациясын табады.

Мыс қышқыл сулы ерітіндіде көгілдір түсті аквакомплекс [Cu(H₂O)₆]²⁺ түзеді. рН  7 мыс (ІІ) гидроксидін Cu(ОН)₂ тұнбасы түзіледі. Аммиак ерітіндісімен мыс (ІІ) көк түсті аммиакат түзеді.

Cu²⁺ + 4NH₄OH ↔ [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O

Әдіс сезімталдығы 0,2 мг/50 мл, комплекстің максимум жарық жұтуы 550-570 нм маңында. Мысты (ІІ) анықтауға Ni²⁺, Co²⁺ және аммиакта ерімейтін ауыр металдар иондары кедергі жасайды. Ерітінді қышқылдығы артық болса, NH₃ пен Н⁺ қосылып NH₄⁺ түзіледі де мыс (ІІ) аммиакаты бұзылады, ерітінді көгілдір түске көшеді, яғни [Cu(H₂O)₆]²⁺ .

Реагенттер.

1.Концентрлі NH₄ОН ерітіндісі, 25%.

2.Мыс (ІІ) тұзының стандартты ерітіндісі, Т_Cu2+ = 2 мг/мл 7,8540 г мыс (ІІ) сульфатын CuSO₄  5H₂O дистильденген суда ерітіп, 10 мл концентрлі H₂SO₄ ( =1,84 г/мл) қосып, 1 литрге дейін сұйылтады.

Жұмысты орындау.

Градуирлік график құру үшін бес 50 мл өлшегіш колбаға стандартты мыс (ІІ) ерітіндісінен 1; 2,5; 4; 5,5; 7,0 мл құйып, алтыншы колбаға оқытушыдан зерттелетін ерітінді алып, барлық колбаға 5 мл-ден концентрлі аммиак қосып, белгісіне дейін дистильденген су құяды. Колбадағы ерітінділерді жақсылап шайқап, фотометрлейді. Жарық фильтрі мен кюветаны алдын ала таңдап алу керек. Салыстыратын ерітіндіге дистильденген су алуға болады. Градуирлік график сызу үшін ординатаға оптикалық тығыздық (Д не А) мәндерін, абциссаға мыс (ІІ) мөлшерін (мг/мл) көрсетеді. Графиктен зерттелетін ерітіндідегі мыс концентрациясын табады.

Сабақтан алған білімді тексеру(тест) сұрақтары

1. Фотоэлемент деген:

А.жарық энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрал;

В.эмиссионды спектроскопия;

С.спектральді анализ;

D.фотографиялық анализ;

Е.химико-спектральді анализ.

2.Жарық жұтудың (фотометрияның) негізгі заңы:

А.Бугер заңы; В.Ламберт заңы; С.Бер заңы;

D.Бугер-Ламберт-Бер заңы; Е.оптикалық тығыздық.

3. Фотометрияның негізгі заңы:

А.T=I/I₀; B.T=I₀/I; C.A_=_l*c; D.-lgT=A; E.A=lC.

4. Монохроматизатор ретінде қолданылады:

А.призмалар; В.фотоколориметрлер;

С.спектрофотометрлер; D.спектроскоптар;

Е.детекторлар.

5.Фотометриялық әдістің дәлдігі жоғары болу үшін оптикалық

тығыздық (A) мына мәнді қабылдауы керек:

А.0,034; В.0,055; С.0,435; D.2,004; Е.1,555.

6. Фотометриялық әдіс анықтайтын заттың минимал концентрациясы мына формуламен

көрсетіледі:

А.С_min=A_*l; B.C_min=A_min/l; C.C_min=_*A_;

D.C_min=l/A; E.C_min=_/l*A_min.

7. Фотометриялық титрлеу әдісінде эквивалент нүктені анықтау үшін:

А.ерітіндінің жарық жұтуын өлшейді;

В.титрант көлемін өлшейді;

С.жарықтың молярлық жарық жұту коэффициентін өлшейді;

D.ерітіндінің титрін анықтайды;

Е.инфрақызыл спектрді өлшейді.

8. Ерітіндінің оптикалық тығыздығы жарық жұтудың қалыңдығы артқан сайын:

А.артады; В.кемиді;

С.алдымен артып, кейін кемиді; D. 2 есе артады;

Е. 2 есе кемиді.

9.Бес тексерілетін ерітіндінің оптикалық тығыздықтары 0,10; 0,44; 0,80; 2,00; 1,50

болса, мына жағдайда өлшеудің салыстырмалы қатесі аз болады:

А.0,10; В.0,44; С.2,00; D.0,80; Е.1,50.

10. Мына заттың жұту спектрі көрінетін облыста болады (400- 700нм арасында):

А.NaCI; B.HCI; C.H₂SO₄; D.H₂O; E.KМnO₄.

11. Висмуттің (III) түсті ерітінділерін фотометриялағанда мына жағдайда

С_min (минимал концентрациясы) анықталады:

А.=9*10³; В.=3,5*10³; С.=4,5*10⁴; D.=350; Е.=540.

12. Оптикалық анализ:

А.полярография; В.амперометрия; С.фотометрия;

D.титриметрия; Е.гравиметрия.

( Студент өз еркі бойынша осы 3 жұмыстың біреуін орындайды).

ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚТЫҢ ТАҚЫРЫБЫ № 15

Тамақ өнімдерінің (сүт, айран, сорпаның ) қышқылдығын потенциометриялық анықтау және оны ион алмасу хроматографиясы арқылы төмендету

ЗЕРТХАНАЛЫҚ САБАҚҚА ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ

Жұмыстың мақсаты: жұмысты жасау әдісін және ерітіндінің рН-ын анықтауды рН-метрде үйрену, рН-тың жоғарылауы және төмендеуі кезіндегі ион алмасу процесін, АВ-17 анионитінің регенерациясын түсіндіру және олардың теңдеуін жазу. Тура потенциометрияны және ион алмасу хроматографиясын қолдануды үйрену.

Жұмысты орындау:

1. 
   рН-метр 20-30 минут қыздырылады. «Температура» деген шкала арқылы қажет температура қойылады, бұл кезде рН-метрдің «t» деген кнопкасын басады.
   
2. 
   Буфер ерітінділер арқылы рН-метрдің дұрыс көрсетуін қадағалайды.
   
3. 
   Электродтарды алдын ала жақсылап дистильденген сумен жуып, фильтр қағазымен құрғатады.
   
4. 
   Сүттің қышқылдығын рН₁ анықтайды.
   
5. 
   рН₁ мәнін жазып алған соң, электродтарды сүттен алып, жақсылап жуып, дистильденген суы бар стақанға салып, рН-метрдің «t» кнопкасын басып қою керек.
   
6. 
   АВ-17-ОН^- түріндегі аниониттің бетіндегі суын төгіп тастап, оған сүтті құйып, екеуін 1 сағаттай араластырады.
   
7. 
   АВ-17 анионитінен сүтті бөліп, сүттің рН₂ мәнін рН-метрде өлшейді, сонда рН₂  рН₁ (Неге?).
   
8. 
   рН-метрді өшіріп, электродтарды жуып, стақандағы дистильденген суға салып қояды.
   
9. 
   АВ-17 анионитінің регенерациясын жүргізеді: оны 20 мл 1М натрий гидроксиді ерітіндісімен 15 минуттай шайқайды да сілті ерітіндісін төгіп тастап бірнеше рет дистилденген сумен жуады. Сумен жуылып болғанын метилоранжбен тексереді, яғни түсі сары болғанша. Анионит үстіне су құйып , лаборантқа өткізеді.
   
10. 
    Алғашқы және АВ-17 анионитімен контактта болған сүттерді жеке-жеке қайнатып, нәтижесін салыстырыңдар.
    

Анықталатын иондармен түсті тұнба түзетін тұндырғыш ерітіндісін алдын ала сорбентке сіңіріп қоюға болады. Мысалы, Al₂O₃ сорбентіне сілті ерітіндісін сіңіреді. Сонда, егер колонкаға Hg²⁺, Cu²⁺, Ag⁺ иондар қоспасын енгізсе, түрлі-түсті тұнбалар зоналары түзіледі:жоғарыда – сары зона – Hg(ОН)₂ тұнбасы, төменірек – көгілдір зона - Cu (ОН)₂ тұнбасы, ең астында – қоңыр зона - Ag₂О тұнбасы. Тұнбалық хроматографияны иондарды бөлу үшін, сапалық анықтау үшін қолданады. Сандық анықтау үшін бірнеше стандартты ерітінділерді хроматографиялау керек. Нәтижесі бойынша градуирлік график салады. График зона биіктігі мен концентрация арасында салынады. Сосын зерттелетін ерітіндіні хроматографиялап, графиктен концентрациясын анықтайды.

1М никель нитратының ерітіндісіне дистильденген суды қосу жолымен никель тұзының ерітінділерін дайындау.

Ерітіндіні сұйылту техникасы:

Он пробирка алып, әрқайсысына 1мл берілген ерітінді концентрациясын енгізеді. Мысалы, 1М ерітіндіден, сонан соң әрбір пробиркаға таблицада көрсетілген белгілі бір су мөлшерін енгізеді.

Дайындалған сорбенті бар колонкаларға берілген концентрациялы ерітінді бар пробиркадан 0,2 мл енгізеді. Ерітінді толық сіңіп, 3 минут өткеннен кейін, никель диметилглиоксиматының алқызыл зонасының биіктігін өлшейді. Градуирлі графикті ордината осі бойынша зона биіктігі (мм), абцисса осі бойынша – никель иондарының концентрациясы (М) координатасында құрады.

Никель иондарын анықтау үшін дайындалған хроматографиялық колонкадағы белгісіз концентрациясы бар ерітіндіден 0,2 мл құю керек. 3 минут өткеннен кейін хроматограммадағы зона биіктігін өлшейді. Құрылған калибровкалық (градуирлік) график арқылы және зона биіктігін біле отырып, экстраполяция әдісімен белгісіз ерітіндідегі никель концентрациясын анықтайды. Хроматографиялық колонкаларды оқытушыға көрсетіп, лаборантқа өткізу керек.

Сабақтан алған білімді тексеру(тест) сұрақтары

1. Заттар жақсы бөліну үшін R_f мәні мына аралықта болу керек:

А.0,01-0,02 В.0,055-0,85 С.0,9-0,12

D.0,12-1,0 Е.1,0-10,0

2.Ионалмасу хроматография әдісі арқылы күкірт қышқылындағы хром(ІІІ) және фосфат-

иондарын қай сорбентте бөлуге болады?

А.Al₂O₃ “хроматография үшін”;

B.КУ-2 катионитінде; С.целлюлозада;

D.СаСО₃-те, Е.дұрыс жауабы жоқ.

3.Кермектігі 7 мэкв/л 2л суды катиониттен өткізген. Кермектікті2мэкв/л дейін төмендету

үшін қанша сорбент алу керек? Құрғақ сорбент сыйымдылығы 4,5мэкв/л,

ылғалдылығы 17%:

А.2,68г. В.3,45г. С.4,54г. D.6,22г. Е.3,00г.

4.КУ-2 катионитінің сиымдылығы 5мэкв/1г құрғақ сорбентке қатысты. 3г ылғал ионитті

(W=17%) темір ионы мен толық қанықтыруүшін 0,004н темір(ІІІ) хлоридінің қандай

көлемін өткізу керек?

А.1,65л; В.3,11л; С.4,42л; D.5,84л; Е.3,16л.

5. Колонкаға тұнбаға түсіргіш ретінде натрий гидроксиді құйылған. Егер

ЕК_Cu(OH)2=5,6*10^-20; EK_Fe(OH)3=32*10^-38 болса,колонкада мыс және темір гидроксидтері

қалай орналасады?

А.Cu(OH)₂ жоғарыда, Fe(OH)₃ төмен;

B.Fe(OH)₃ жоғарыда, Cu(OH)₂ төмен;

C.Fe(OH)₃ және Cu(OH)₂ бірге;

D.кезекпен– Fe(OH)₃ –Cu(OH)₂ –Fe(OH)₃ –Cu(OH)₂; Е. Бөлінбейді

6.Тұнбаға түсіргіш ретінде алынған хлор-ионымен қаныққан анионит арқылы натрий-

және кальций- иондарын бөлуге бола ма?

А.болады; В.болмайды; С.аздап бөлуге болады;

D.қыздыру қажет; E.натрий ериді.

( Студент өз еркі бойынша осы 3 жұмыстың біреуін орындайды).

ХИМИЯЛЫҚ ЗЕРТХАНАДА ЖҰМЫС ІСТЕУ ЕРЕЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАР ЕСЕБІН ӨТКІЗУ ТӘРТІБІ

Химиялық зертханада жұмыс істеу ережелерін дұрыс орындау қажет.

Жұмыс орындау алдында студент сол жұмыстың әдістемелік нұсқауларын дұрыс оқып, қажетті оқулықтармен танысып, осы жұмысқа байланысты барлық сұрақтарына дұрыс жауап беруі керек.

Тәжірибеге қатысты ыдыстарды, зертханалық құралдарды лаборанттан алып, жұмыс аяқталған соң қайта лаборантқа өткізу керек.

Жұмыстың есебін әр студент мына көрсетілген нұсқа бойынша өткізеді.

Күні «____» _____________ 20 _ ж. Жұмыс № ______________

Жұмыстың атауы: _______________________________________

_______________________________________________________

Жұмыс мақсаты: ________________________________________

_______________________________________________________

Тапсырма_______________________________________________

Негізгі құралдар (аты, типі, суреті, кестесі, негізгі құралдардың қысқаша сипаттамасы) ___________________________________

_______________________________________________________

________________________________________________

________________________________________________

Физика-химиялық процесс (әдіс, қандай физика-химиялық процеске негізделген, химиялық реакциялар теңдеуі т.б.)

Есептеулер (таблицалар, формулалар, графиктер т.б.) _______

________________________________________________

Қорытынды

Оқулық

Студент (фамилиясы, аты, тобы)

Химиялық термодинамика – химиялық процестер мен химиялық құбылыстардың өту заңдылықтарын зерттейді.

Мақсаты – химиялық процестердің заңдылықтарын ашу, осы процестердің бағытын, жылдамдықтарын зерттеу, химиялық процестердің тепе-теңдік қалыпын зерртеу, заттардың реакцияға түсу қабілеттілігін зерттеу болып табылады.

Термодинакимиканың зерттейтін құбылыстары

1. 
   Энергияның бір денеден екінші денеге және бір түрден екінші түрге ауысуы.
   
2. 
   Әр түрлі жағдайларда өтетін физикалық немесе химиялық проестердің энергиялық эффекті.
   
3. 
   Процестің өту немесе өтпеуі, олардың бағыты және шегі.
   

Термодинамика жүйенің макроқасиеттерін№ микропроцестерді зарттейді№ бірақ процесс өтуінің себептерін ашпайды, олардың микробөлшектер қасиеттерінің өзгерісіне байланысты екннін мүлде қарастырмйды.

Термодинамика – энергияның сақталу заңыны сүйенеді.
2 ДӘРІС

Термодинамиканың бірінші заңы. Термохимия

d U= b Q - b A

Жүйе параметрлері шексіз аз шамаға өзгергендегі ішкі энергияның өзгерісі толық дифференциал болып табылады.

U₁ - U₂ =b Q - b A

b Q - b A=0; d U=0; U=const

Оқшауланған жүйенің ішкі энергиясы тұрақты.

Термодинамиканың 1 заңының негізгі мағынасы тек энергия сақталуын ғана емес, сонымен қатар энергияның бір түрден екінші түрге айналу мүмкіндігін көрсетуі.

Энергия дененің, иә жүйенің күй функциясы.

Жүйеге берілген жылу ішкі энергияның өзгеруіне және жұмыс жасауға жұмсалады

b Q = d U + b A

U= f (T,V); P=const десек, ішкі энергияның өзгерісі толық дифференциалы арқылы көрсетуге болады.

U= f (T,P); V =const десек, ішкі энергияның өзгерісі толық дифференциалы арқылы көрсетуге болады.

3 ДӘРІС
Тұрақты қысымда және тұрақты көлемде жүретін процестердің жылуы. Жылу эффектілердің температураға тәуелділігі.

Термодинамикалық жүйе қоршаған ортамен жылу алмасып өзінің көлемін өзгертуі мүмкін, яғни жұмыс жасайды. Сондықтан оны кейбір жылу машинасының бір бөлігі ретінде қарастыруға болады. Жылу машинасын қыздырғыш пен суытқыштан тұратын жұмыскер дене жұмыс жасау үшін қыздырғыштан Qқ жылу алу керек. Осы кезде жұмыскер дене бір күйден екінші күйге а жолымен өтіп жұмыс жасайды.

Қыздырғыштың ішкі энергиясының кемуі есебінен өндірілген жұмыс, жылудан жұмысты жұмыскер денені суыту арқылы ғана алуға болмайды. Клаузиус постулаты бойынша жылу өздігінен, яғни ешқандай теңесусіз суық денеден ыстық денеге ауыспайды. Теңесу деген жұмыскер дененің немесе жүйе бөліктерінің термодинамикалық өзгеріске ұшырауы. Жылу суық денеден ыстық денеге ауыспайды, ал ауысатын болса, міндетті түрде жүйеде қосымша өзгерістер болады. Жылудың жұмысқа айналуымен қоса басқа да процестер өтеді. Оларды Клаузиус компенсациялау деп аталады. Егер мұндай компенсациялау болмаса табиғатта кездесетін жылу көздерін, суытып алынған жылудың есебінен жұмыс істейтін машиналарды жасау мүмкін еді.

4 ДӘРІС

Термодинамикалық қайтымды және қайтымсыз процестер. Максималды жұмыс. Энтропия және термодинамикалық ықтималдылық. Қайтымды және қайтымсыз процестер үшін термодинамиканың екінші заңының

Т

Қайтымды процесс кезінде оның жолына тәуелсіз. Сондықтан мұндай процестер үшін элементарлы келтірілген жылу күй функциясының толық дифференциалы.

Т

Бұл функцияны Клаузиус жүйенің энтропиясы деп атады. Термодинамиканың екінші заңымен энтропияның абсолютті шамасы емес, тек оның өзгерісі анықталады.

Энтропия термодинамиканың екінші заңының негізгі функциясы.

Энтропия өзгерісі процестің өту жолына тәуелсіз, тек алғашқы және соңғы күйіне байланысты. b Q = Т b S
Егер қайтымды процесс оқшауланбаған жүйеде өтетін болса оның энтропиясы өзгереді, бірақ мұндай да айналадағы ортаның энтропиясы да өзгеруге тиісті. Қайтымсыз процестегі жұмыспен салыстырғанда қайтымды процестің жұмысы артық болғандықта оны максимальды жұмыс деп атайды.

b Q қайтымды = b Амах

Статистикалық механика заттардың қасиетін осы заттарды құрайтын атомдар, иондар, бос радикалдар, комплексті қосылыстардың қасиеттердің негізін түзеді.

Макромолекулалар микробөлшектерден құралады. Микрокүйді құрайтын микрокүйдің саны термодинамикалық ыктималдылық деп аталады. Термодинамикалық ықтималдылықтың мәні бірден артық және шексіз үлкен сандарға тең болады.

Энтропия мен ықтималдылық арасындағы байланыс Больцман теңдеуімен өрнектеледі

k- Больцман тұрақтысы

5 ДӘРІС

Энтропияның өзгерісі оңашаланған жүйелердегі жүретін процестердің бағытын анықтайтын критериі. Планк постулаты. Энтропияны есептеп шығару. Изобар-изотермиялық және изохор-изотермиялық потенциалдар (Гибсс және Гельмгольц энергиялары).

1. 
   Термодинамиканың ІІ заңының анықтамалары.
   
2. 
   Карно циклі.
   
3. 
   Термодинамиканың ІІ заңының математикалық формулалары.
   
4. 
   Энтропия
   
5. 
   Әртүрлі энтропиялардың өзгерісін есептеу.
   
6. 
   Термодинамикалық потенциалдар.
   
7. 
   Гибсс және Гельмгольц энергиялары.
   

Термодинамикалық потенциалдардың қолданылуы.

1. 
   Химиялық потенциал
   
2. 
   Идеал және реал газдардың химиялық потенциалы
   
3. 
   Ұшқыштық-фугитивтілік, оның коэффициенті.
   
4. 
   Стандарттың қалыпты жағдайда реакцияның бағытын анықтау.
   
5. 
   Изобаралық потенциал өзгерісінің температураға тәуелділігі
   

6. Химиялық реацияларда характеристикалық функциялардың өзгерісі химиялық потенциал және процестің бағыттылығы.

7. 
   ДӘРІС
   

1. 
   Химиялық реакциялардың кейбір қасиеттері
   
2. 
   Химиялық реакция изотермасының теңдеуі.
   
3. 
   Гиббс – Гельмгольц көзқарастары
   
4. 
   Химиялық ынтықтылық.
   
5. 
   Де-Донде – Пригожин теориясы
   
6. 
   Химиялық константасының (изохорасының) теңдеуі, оны интегралдау
   

7. 
   ДӘРІС
   

1. 
   Жалпы түсініктер. Фазалар тепе-теңдігі шарттары
   
2. 
   Фазалар ережесі
   
3. 
   Гиббстың фаза-аралық тепе теңдік заңы
   
4. 
   Фаза-аралық өту жылуы, температура және қысым арасындағы байланыс
   
5. 
   Клаузиус Клайперон теңдеуін қорыту және оны интегралдау.
   

Гиббстың фазалар ережесі

1. 
   Гиббстың фазалар ережесін бір компонентті жүйе күйінің диаграммасына қолдану.
   
2. 
   Су күйінің диаграммасы.
   

Ерітінділер.

1. 
   Ерітінділер
   
2. 
   Екі, үш компо-нентті жүйелер
   
3. 
   Экстракция. Идеал, реал ертінділер
   
4. 
   Екі, үш компонентті жүйелер диаграммалары
   

1. 
   Химиялық кинетиканың реттілігі
   
2. 
   І,ІІ,ІІІ ретті кайтымсыз реакциялар
   

Химиялық кинетика

3. 
   Химиялық кинетиканың негізгі түсініктері
   
4. 
   Химиялық кинетиканың негізгі постулаттары
   
5. 
   Химиялық кинетиканың реттілігі
   
6. 
   І,ІІ,ІІІ ретті кайтымсыз реакциялар
   

Тақырыбы: Күрделі реакциялардың кинетикасы

Мақсаты: Күрделі реакциялардың кинетикасы, түрлері туралы мәліметтерді толық, жан-жақты жеткізу.

Міндеттері:

• 
  күрделі реакциялардың түрлері: І және ІІ ретті қайтымды, тізбектелген, параллель, түйіндес реакцияларды келтіру;
  
• 
  осы реакциялардың кинетикалық теңдеулерін келтіру;
  
• 
  реакция реттілігі бойынша жылдамдық константасын анықтау.
  

1. 
   Күрделі реакцияға жалпы сипаттама;
   
2. 
   Бірінші ретті қайтымды реакциялар;
   
3. 
   Екінші ретті қайтымды реакциялар;
   
4. 
   Параллель реакциялар;
   
5. 
   Тізбектелген реакциялар;
   
6. 
   Түйіндес реакциялар.
   

Күрделі реакцияларға қайтымды, параллель, тізбектелген, түйіндес реакцияларға жатады. Күрделі реакциялардың кинетикасын зерттегенде тәуелсіздік принципін (қатар өмір сүру принципі) пайдаланылады. Бұл принцип бойынша, егер жүйеде қатар бірнеше реакция жүретін болса, әрбір реакция өзге реакцияларға тәуелсіз жүреді, және реакция жылдамдығы әрекеттесетін заттардың концентрацияларына тура пропорционал болады. Әр заттың концентрациясының қорытынды өзгерісі күллі тәуелсіз өзгерістердің нәтижесі болады. Бұл принцип – химиялық кинетика постулаттарының бірі. Осы аталған принцип қайтымды, параллель және тізбектелген реакциялар үшін дәлелденген. Дегенмен бұл принципті жалпылама қолдануға болмайды, өйткені реакциялардың өзара бір-біріне әсерін ескеру қажет, айталық түйіндес реакцияларда.

Тәуелсіздік принципімен қатар күрделі реакциялар үшін лимиттеуші сатысы принципі пайдаланылады.

Бұл принцип бойынша, бірнеше тізбектелген сатылардан құрасқан күрделі реакциялардың жалпы жылдамдығы ең баяу өтетін сатының жылдамдығымен анықталады.

2. Бірінші ретті қайтымды реакциялар

Бірінші ретті қайтымды реакцияның стехиометриялық теңдеуін жалпы түрде жазайық: А↔В

Қарама-қарсы жүретін екі реакцияның әрқайсысының реттілігі бірінші.

А және В заттарының бастапқы концентрацияларын а және b арқылы белгілейік. Реакция басталғаннан τ уақыт өткеннен кейінгі А затының концентрациясының кемуін бұрынғыша х арқылы белгілейік. Тура бағыттағы реакцияның жылдамдық константасын k₁, кері бағыттағы реакцияның жылдамдық константасын k₂ арқылы белгілейік. Тәуелсіздік принципі бойынша реакцияның қорытынды жылдамдығы тәуелсіз жүретін тура және кері бағыттағы реакциялар жылдамдықтарының айырымына тең болады:

dx/dt = k₁(a –x) – k₂(b +x) (1)

Қайтымды реакциялардың қайтымсыздардан негізгі айырмашылығы әрекеттесуші заттар реакция өнімдеріне толық айналмай (τ→∞ болғанда), белгілі бір тепе-теңдік күйіне дейін өтетіндігінде. Бұл күйде реакцияның жалпы жылдамдығы нольге тең болады:

dx/dt = k₁(a –x_∞) – k₂(b +x_∞)=0 (2)

Мұндағы x_∞ - А заты концентрациясының жүйеде тепе-теңдік күйі орнағанға дейінгі кемуі. (2) – теңдеуді мынадай түрде жазуға болады:

(b +x_∞)/(a –x_∞) = k₁/ k₂ (3)

Бұл (3) – теңдіктің сол жағы тепе-теңдік күйдегі зат концентрацияларының қатынасы болғандықтан, оң жағы тепе-теңдік константасы (К_С) екені анық. Сөйтіп, тепе-теңдік константасы тура және кері бағыттағы реакциялардың жылдамдық константаларының қатынасына тең. Қайтымды рекциялардың кинетикасын зерттеуде тепе-теңдік қатынастарын қолданған тиімді.

Жоғарыдағы (1) – теңдеуді мына түрге келтіруге болады:

dx/dt = k₁a – k₁x – k₂b – k₂x =

= k₁+ k₂ [(k₁a– k₂b)/( k₁+ k₂) –x] (4)
Жүйеде тепе-теңдік күй орнағанда, яғни dx/dt нольге тең болғанда

(k₁a– k₂b)/ ( k₁+ k₂) = x_∞

Осыдан бірінші реттілікпен жүретін қайтымды реакциялардың дифференциалдық кинетикалық теңдеуін былай жазуға болады:

dx/dt =( k₁+ k₂)( x_∞–x) (5)

Теңдеудің айнымалы шамаларын айырып жазып, 0-ден t-ға дейін және 0-ден x-ке дейін интегралдасақ

ln[x_∞/( x_∞–x)] = ( k₁+ k₂) t

немесе

k₁+ k₂ =1/ t ln[x_∞/( x_∞–x)] (6)

3. Екінші ретті қайтымды реакциялар

Бір-біріне қарама-қарсы жүретін екі реакцияның кемінде біреуі екінші реттілікпен өтетін болса, жалпы реакция да екінші ретті қайтымды реакцияға жатады. Екінші ретті реакциялардың жылдамдығы екі заттың концентрацияларының көбейтіндісіне, не біреуінің концентрациясының квадратына пропорционал болады.

Екінші ретті қайтымды реакциялардың кинетикалық тұрғыдан алып қарағанда барлық мүмкін болатын түрлері мынадай: 1) тура бағытта өтетін реакция бірінші реттілікпен, кері бағыттағы реакция екінші реттілікпен жүреді; 2) тура бағыттағы реакция екінші реттілікпен, кері бағыттағы реакция бірінші реттілікпен жүреді; 3) тура және кері реакциялардың екеуі де екінші ретті реакциялар болады. Біз тура реакцияның және кері реакцияның да жылдамдығы әрекеттесуші екі заттың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал жағдайын қарастырайық:

А+В↔С +D

Бұл реакцияның дифференциалдық кинетикалық теңдеуі мынадай:

Тепе-теңдік константасы

Мұнда, x_∞ - жүйеде тепе-теңдік орнағанға дейінгі концентрацияның өзгеруі.

4. Параллель реакциялар

Параллель жүретін реакцияларда бір немесе бірнеше бастапқы заттар бір мерзімде бірнеше реакцияға қатысып, бірнеше түрлі өнім береді.

Параллель реакциялардың төменде көрсетілгендей үш түрлі жиі кездеседі.

1. 
   Бастапқы зат (А заты) бір мезгілде екі бағытпен реакцияға түсіп, екі түрлі затқа (В және С заттары) айналады:
   

А

С

2. 
   Тұрақты А заты бір мезгілде В затымен реакцияласып С затын, D затымен реакцияласып Р затын түзеді:
   

А + D →Р

3. 
   Тұрақсыз А заты бір мезгілде айырылу реакциясына ұшырайды және басқа бір немесе бірнеше бастапқы заттармен әрекеттеседі:
   

А + С → D

Параллель реакциялардың жоғарыда аталған ең қарапайым түрі – бірінші түрін қарастырайық. Бұл екі реакцияның екеуі де бірінші реттілікпен жүреді дейік.

Рекция басталмай тұрғанда (t =0) жүйеде тек А заты болып, оның концентрациясы а-ға тең, ал реакция басталғаннан t уақыт өткеннен кейін оның концетрациясы а – x болады.

Бірінші реакцияның жылдамдығы: dx₁/dt = k₁(a –x) (9)

Екінші реакцияның жылдамдығы: dx₂/dt = k₂(a –x) (10)

Күрделі реакцияның тәуелсіздік принципі бойынша А затының екі бағытта әрекеттесуінің жалпы жылдамдығы әр бағытта өтетін реакция жылдамдықтарының қосындысына тең:

dx/dt = k₁(a –x) – k₂(a –x) =( k₁+ k₂) (a –x) (11)

Бұл теңдеуді интегралдасақ:
k₁+ k₂=(1/t) ln[a /( a –x)]

немесе

Реакция өнімінің түзілуі бір немесе бірнеше аралық заттардың пайда болуы арқылы өтетін болса, мұндай реакцияларды тізбектелген реакциялар деп атайды.

Демек, тізбектелген реакциялар бірнеше аралық сатылардан тұрады. Химиялық реакциялардың көбі аралық сатылар арқылы жүреді.

Тізбектелген реакциялардың кинетикасы өте күрделі, оны жалпы түрде зерттеу қиын. Сондықтан олардың ең қарапайым түрі – бірінші ретті екі тізбектелген қайтымсыз реакцияны қарастырайық: А→В→С

Реакция басталмай тұрғанда (t =0) А затының концентрациясы a- ға тең, ал В және С заттары бастапқы қоспада жоқ болсын. Реакция басталғаннан t уақыт өткенннен кейін А затының концентрациясы ( a –x), В затының концентрациясы (x –у), ал С затының концентрациясы у дейік.

Кинетиканың негізгі заңы мен күрделі реакцияларға тәуелсіздік принципін ескере отырып төмендегі дифференциалдық теңдеулер жүйесін құрамыз:

dx₁/dt = k₁(a –x) (13)

dу/dt = k₂ (x –у) (14)

Бірінші өрнек бірінші ретті қайтымсыз реакцияның теңдеуі. Оның шешімі мынадай:

х= a(1 - е^{- k}₁^t) (15)

x-тың бұл мәнін (14)-өрнекке қойсақ, у-тың өзгеру жылдамдығын беретін дифференциалдық теңдеу аламыз:

dу/dt =- k₂у + k₂a(1 - е^{- k}₁^t) (16)

Бұл теңдеу Лейбниц теңдеулері тобына жатады. Ол оң жағындағы екінші мүшені уақытша нольге теңеу әдісімен шығарылады: сонда dу/dt =- k₂у + lnz (17)

Мұнда lnz – интегралдау константасы.

Алынған теңдеуді төмендегі түрге келтіруге болады: у=z е^{- k}₂^t (18)

6. Түйіндес реакциялар

Өздігінен жүретін реакция екінші бір (бірінші реакциясыз) жүрмейтін реакцияның жүруіне себепші болатын құбылыс химиялық индукция деп аталады.

Сөйтіп қатар жүретін 2 реакцияны (бір реакция 2-ші реакцияның жүруіне себеп болады) түйіндес реакциялар деп атайды.

Түйіндіс механизммен өтетін көптеген тотығу реакцияларындағы химиялық индукция құбылысын зерттеген орыс ғалымы Шиловтың көзқарасы бойынша химиялық индукцияның болуы түйіңдес 2 реакцияның екеуіне де ортақ активті аралық заттардың әсері деп түсіндіріледі.

Түйіндес реакциялардың қарапайым сызбасы мына түрде жазылады:

А + I → P

P + mI → (m+1)B

P + nA₁→B + B₁

Бұл жерде А – актор, I – индуктор, А₁ – акцептор, Р – аралық активті бөлшек, В – индуктордан шыққан өнім, В₁ – акцетормен шыққан өнім, m – аралық бөлшектермен әрекеттесуге жұмсалатын индуктор молекуласының қосымша саны, n – активті аралық бөлшектердің бірімен әрекеттесетін акцептор молекуласының саны.

Реакцияласатын 2 заттың бірімен әрекеттесу арқылы 2-ші заттың реакцияласуына себеп болатын компонентті индуктор деп атайды.

Индуктормен әрекеттесетін бастапқы затты актор деп атайды.

Химиялық индукция нәтижесінде ғана актормен әрекеттесе алатын затты акцептор деп атайды.

Жоғарыдағы қарапайым сызба бойынша түйіндес реакциялар 2 жолды процестерде жатыр. 1-ші жол (индукциялаушы) – акцептордың қатысуынсыз жүретін актор n индуктор арасындағы реакция, 2-ші жол (индукцияланатын) – акцептордың әрекеттесуі.