ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «бейорганикалық химия»

 _ = k _ C^c  D^d тепе – теңдік кезінде _ =  _ , олай болса,

k_ A^a  B^b = k _ C^c  D^d сонда, k_ / k _ = К _т – реакцияның тепе-теңдік константасы болады. Тепе-теңдік константасына кіретін концентрацияларды тепе-теңдік концентрациялары деп атайды. Сонымен, тепе-теңдік константасы сол температурада тұрақты шама , реакция нәтижесінде түзілген заттардың тепе-теңдік концентрациялары көбейтіндісінің реакцияға түскен заттардың тепе-теңдік концентрациялары көбейтіндісіне қатынасын көрсетеді: К _т = C^c  D^d / A^a  B^b . Тепе-теңдік константасы - реакцияның маңызды сипаттамасы, оның мәні көп болған сайын, реакция «тереңірек» жүреді, яғни реакция нәтижесінде түзілген заттардың шығымы жоғары болады. Гетерогенді реакциялар үшін тепе-теңдік константасы мәніне де қатты заттардың концентрациясы кірмейді, реакциялар жылдамдығы мәніне кірмеген сияқты.

Химиялық тепе-теңдік кезінде реакциялар тоқтамайды, тек қарама-қарсы реакциялардың жылдамдықтары теңеседі, уақыт бірлігінде түзілген заттар молекулаларының саны реакцияға түскен заттар молекулалары санына тең болады. Олай болса, химиялық тепе-теңдік динамикалық, жылжымалы болады. Химиялық тепе-теңдік кезінде жүйеде Гиббс энергиясы өзгермейді, G = 0, H = TS , G =  RT ln K , G₂₉₈ (кДж) =  5,71 lg K₂₉₈ не G₂₉₈ (кДж) =  19,1 Т lg K - тепе-теңдік константасы мен Гиббс энергиясы арасындағы қатынас. Тепе-теңдік константасы реакцияласатын заттар табиғатына және температураға тәуелді , ал концентрацияларына тәуелді емес. Эндотермиялық реакциялар үшін температураны көтерсе, тепе-теңдік константасы жоғарылайды, ал экзотермиялық реакцияларда – азаяды. Тепе-теңдік константасы (егер қысым онша жоғары болмаса) қысымға тәуелді емес. Тепе-теңдік константасының энтальпиялық және энтропиялық факторларға тәуелділігі оған реагенттер табиғаты әсер ететіндігін көрсетеді. Сонымен бірге, тепе-теңдік костантасы мәніне катализатор қатысы да әсер етпейді, ол тура және кері реакциялардың активтену энергияларын бірдей өзгертетіндіктен олардың жылдамдықтарын да бірдей өзгертеді. Катализатор тек жүйенің тепе-теңдік жағдайына келуін тездетеді, бірақ реакция нәтижесінде түзілетін заттардың шығымына әсер етпейді. Әлсіз электролиттердің ( электролиттік диссоциация) диссоциация константасы, комплекс иондардың тұрақсыздық константасы, судың иондық көбейтіндісі, ерігіштік көбейтіндісі – бұл шамалар қайтымды процестерді сипаттайтындықтан тепе-теңдік константалары болады.

Тепе-теңдіктің екі жағындағы молекулалар саны бірдей болса, N₂ + O₂  2NO , онда қысымды өзгерту тепе-теңдікке әсер етпейді.

Реакция нәтижесінде түзілген заттар айрылмас үшін оларды (не біреуін)реакциядан шығарса, тепе-теңдік сол шығарылған заттың орнын толтыратын жаққа қарай ығысады, яғни реакция аяғына дейін жүреді. Мысал 1: 2СО₂  2СО + О₂ реакциясы үшін 2000С температурада тепе-теңдіктегі қоспадағы заттардың көлемдік үлестері, % : 85,2 СО₂ ;

9,9 СО және 4,9 О₂ болса, жүйенің жалпы қысымы 1,01310⁵ Па болса, а. реакцияласатын заттардың парциалды қысымдары арқылы көрсетілген (К_р ) ; б. молярлы концентрациялары арқылы көрсетілген ( К_с) тепе-теңдік константалары нешеге тең? Шешуі: газдың парциалды қысымы жалпы қысымды қоспадағы газдың көлемдік үлесіне көбейткенге тең:

а) р(СО₂) = 1,01310⁵ 0,852 = 0,86310⁵ Па;

б) р( СО) = 1,01310⁵ 0,099 = 0,110⁵ Па; в) р( О₂) = 1,01310⁵ 0,049 = 0,05010⁵ Па;

К_р = р (СО)²  р (О₂) / р(СО₂)² = 67,1 Па; К_с = К_р / RT = 67,1/ 8,312273 = 3,610^3 моль/л. К_р мен К_с арасындағы байланыс идеал газдар үшін Менделеев – Клапейрон теңдеуі арқылы көрсетіледі: К_р = К_с (RT)^n мұндағы n – реакция нәтижесінде түзілген газ тәріздес заттардың моль саны мен реакцияға түскен газ тәріздес заттардың моль сандарының айырымы, осы реакция үшін ол n = 3 – 2 = 1 болады. Мысал 2: Газ тәріздес мына заттар А + 2 В = C әрекеттескенде, тепе-теңдік ол заттардың концентрациялары сәйкесінше мына сандарға тең болғанда 0,06 моль/л, 0,12 моль/л, 0,216 моль/л орнаған болса, реакцияның тепе-теңдік константасын және А мен В заттарының алғашқы концентрацияларын табу керек. Шешуі: К =  С / А В²; К = 0,216 / 0,06(0,12)² = 2,5. 1 моль А және 2 моль В заттарынан 1 моль С заты түзіледі. Есеп шарты бойынша жүйенің әр литрінде 0,216 моль С заты түзіледі, сонда 0,216 моль А және 0,2162 = 0,432 моль В заты түзіледі. Олай болса, алғашқы концентрациялар А₀ = 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л;

В₀ = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л. Мысал 3: Егер НІ қышқылының белгілі бір температурада диссоциация константасы 6,2510^2 болса, осы температурада қышқылдың қанша пайызы диссоциацияға түседі? Шешуі: 2НІ  Н₂ + І₂ қышқылдың диссоциациялану реакциясы. Егер қышқылдың алғашқы концентрациясын С,моль/л деп белгілеп тепе-теңдік орнаған кезде қышқылдың әр С мольдерінен х моль диссоциациаланса, онда теңдеуден көрініп тұрғандай 0,5 х моль Н₂ және 0,5х моль І₂ түзіледі. Олай болса, тепе-теңдік концентрациялар:  НІ = (С- х) моль/л ;  Н₂ =  I₂ = 0,5 x моль/л. Тепе-теңдік константасы К =  Н₂   I₂ /  НІ² ; 6,25 = 0,5х 0,5х / ( С - х)² , одан х = 0,333 С . Олай болса, тепе-теңдік орнағанда иодты сутектің алғашқы мөлшерінің 33,3% ыдыраған. Сонымен, cыртқы жағдай (температура, қысым, концентрация) өзгермесе, химиялық тепе-теңдік ұзақ уақыт сақталады. Сыртқы жағдайлардың өзгеруі тура реакция мен кері реакцияның жылдамдығына түрліше әсер ететіндіктен, тепе-теңдік реакция тура реакцияның немесе кері реакцияның бағытына қарай ығысады. Сыртқы жағдайдың өзгеруіне байланысты химиялық тепе-теңдік белгісі бір бағытқа ығысуын Ле-Шателье принципі анықтайды.

ТЕПЕ-ТЕҢДІК КҮЙДЕ ТҰРҒАН ЖҮЙЕНІҢ СЫРТҚЫ ЖАҒДАЙЛАРЫНЫҢ БІРІ ӨЗГЕРСЕ ТЕПЕ-ТЕҢДІК СОЛ ӨЗГЕРІСКЕ ҚАРСЫ ӘСЕР ЕТЕТІН ПРОЦЕСТІҢ БАҒЫТЫНА ҚАРАЙ ЫҒЫСАДЫ.

N₂(г) + 3H₂(г) ↔ 2NH₃ (г) + Q

Тура реакция жылу бөліп шығара жүретін (экзотермиялық), ал кері реакция жылу сіңіре жүретін (эндотермиялық) екені көрсетілген. Сондықтан температураны жоғарылатса, Ле-Шателье принципі бойынша, химиялық тепе-теңдік бұл өзгеріске қарсы әсер ететін бағытта, яғни температураны төмендететін эндотермиялық реакцияның бағытына қарай ығысады. Егер жүйенің температурасын төмендетсе, онда химиялық тепе-теңдік оны төмендететін, яғни жылу шығара жүретін NH₃-тің түзілу бағытына қарай ығысады.

Ле-Шателье принципі бойынша, жүйенің қысымын жоғарылатса, химиялық тепе-теңдік осы қысымды азайтатын, яғни газдардың көлемдері немесе моль сандары аз заттар түзілетін реакцияның бағытына қарай ығысады, яғни NH₃ түзілу бағытына қарай ығысады.

Ле-Шателье принципі бойынша бір заттың концентрациясының кебеюі химиялық тепе-теңдікті сол заттың концентрациясын азайтатын реакцияның бағытына қарай ығысады.

Ле-Шателье принципіне сәйкес аммиакты алу реакцияны тура бағытта, яғни қайтымсыз етіп жүргізу үшін, оны жоғары қысымда, төмен температурада және N₂ мен H₂ жеткілікті мөлшерде, ал NH₃-ті бөліп алу арқылы азайта отырып, жүргізу керек.

1.Қандай реакцияларды гомогенді, гетерогенді деп атайды?

2.Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз не?

3.Гомогенді, гетерогенді реакциялардың жылдамдығы қандай факторларға байланысты?

4.Массалар әсерлесу заңын оқыңдар. Жылдамдық қонстантасының мәнін анықтаңдар.

5.Химиялық реакциялардың жылдамдығы температураға байланысты неге және қалай өзгереді?

6.Активтену энергиясы деген не?

7.Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не? Тепе-теңдіктің ығысуына қандай факторлар әсер етеді? Мысал келтіріңдер.

8.Ле-Шателье принципінің маңызы.

Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу керек:

1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір», 2008. 330--360 беттер.

2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной технологии/ Алматы: 2012. 121-138 стр.

3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 24-34 беттер.
Модуль 4. Ерітінділер

4.1 Ерітінділер, концентрациялары;

4.2 Электролиттер, диссоциация;

4.3 Тұздар гидролизі;

4.4 Бейэлектролиттердің сұйытылған ерітінділері
Дәрістер №13-16. Ерітінділер

4.1 Ерітінділер. Ерітінділер концентрациясы . Заттар ерігіштігі.

4.2 Күшті және әлсіз электролиттер диссоциация. Сутектік көрсеткіш

4.3 Тұздар гидролизі;

4.4 Бейэлектролиттердің сұйытылған ерітінділері
Ерітінділер. Ерітінділер концентрациясы. Заттар ерігіштігі

Ерітінді - екі не одан көп компонентерден (құрамына кіретін заттар) тұратын гомогенді жүйе. Ерітінділер сұйық , қатты, газ тәріздес болады. Ең маңызды ерітінділер –сұйық ерітінділер, олар газ, сұйық, қатты заттардың сұйықтағы ерітіндісі. Адам, жануарлар, өсімдіктер ерітіндісіз өмір сүре алмайды (ас қорыту – көректік заттар ерітіндіге айналады; қан, лимфа – ерітінді). Химиялық процестермен байланысты өндіріс салаларының барлығы ерітіндіні пайдаланады. Ерітінді еріген зат пен еріткіштен тұрады . Еріткіш еріген заттан көп болады. Көбінесе еріткіш ретінде су алынады. Ерітінділердегі бөлшектердің мөлшеріне қарай ерітінділер жүзгін (суспензия, эмульсия) , бөлшек мөлшері (радиустары) – 10^5 - 10^3 см; коллоидты ерітінділер –10^7 - 10^5 см; шын (нағыз), молекулалық ерітінділер –

10^8 - 10^7 см аралығында болады. Нағыз ерітінділерде таралып жүрген зат жеке молекулаларға не жеке иондарға дейін ұсақталады. Олар өте тұрақты, ұзақ уақыт дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаға ыдырамайды. Біз нағыз сулы ерітінделерді қарастырамыз. Ерітінділердің қасиеттері ерітіндіні құрайтын компоненттердің концентрациясына тәуелді болады.

Концентрация – еріген заттың ерітіндідегі мөлшерін көрсетеді. Егер ерітіндінің концентрациясын сандық мөлшермен көрсетпесе, оларды қанықпаған , қаныққан, аса қанық , сұйық , қою, концентрленген деп бөледі.

Қанықпаған ерітінді – еріген заттың жаңа мөлшерін әлі еріте алатын ерітінді.

Қанық ерітінді – белгілі бір температурада затты одан әрі еріте алмайтын ерітінді.

Аса қанық ерітінді – сол температурадағы ерігіштігіне сәйкес еруге тиісті мөлшерден артық затты еріген күйде ұстай алатын ерітінді. Аса қанық ерітінді тұрақсыз, еріген заттың аз мөлшерін ғана ерітіндіге салса, артық еріген зат тез кристалданады.

Сұйық ерітінді – еріген зат аз ерітінді.

Қою ерітінді – еріген зат көп ерітінді.

Концентрленген ерітінді - өте қою ерітінділер.

Ерітіндідегі еріген заттың мөлшерін өлшемсіз бірлікпен – үлес не пайызбен, не өлшемді шамамен – концентрациялармен көрсетеді:

Массалық үлес (С) – еріген заттың массасының ерітіндінің жалпы массасына қатынасы;

Мольдік үлес (N_i) – еріген заттың (не еріткіштің) мөлшерінің ерітіндідегі барлық заттар мөлшерлерінің қосындысына қатынасы, егер n₁ және n₂ - еріткіш пен еріген зат мөлшері болса (тек бір ғана зат еріген болса), онда N₂ = n₂ /(n₁ + n₂) ; N₁ = n₁ / ( n₁ + n₂ ) мұндағы

N₂ және N₁ еріген зат пен еріткіштің мольдік үлесі.

300 г ерітінді ----------- 100%

50 г кристаллогидрат --- х% х = 16,7%.

50 г кристаллогидраттағы сусыз тұздың массасы 278 г/моль ----- 152 г /моль

50 г ------------- х х = 27,4 г сусыз тұз массасы. 300 г ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесі сонда : С = 27,4 100 / 300 = 9,1%.

Мысал 2. 8% (масс.) сусыз тұздың бір литр ерітіндісін дайындау үшін қанша су және мыс(ІІ) купоросын алу қажеттігін есептеу керек , ерітінді тығыздығы 1,084г/л. Шешуі:1 литр ерітіндінің массасы 1,084  1000 = 1084 г. Осы ерітіндіде 8% сусыз тұздың массасы 1084  0,08 = 86,7 г. CuSO₄ 5 H₂ O 86,7 г сусыз тұзы бар массасын пропорциядан анықтайды:

249,7 : 159,6 = х : 86,7; Одан, х = 135,6 г. Ерітінді дайындау үшін қажет су массасы 1084 – 135,6 = 948,4 г. Мысал 3. 15% күкірт қышқылының ерітіндісінің ( = 1,10 г/мл) моляльді, нормальдылығын , молярлылығын табу керек. Шешеуі: 1000 г суға санағанда келетін күкірт қышқылының моляльдығын анықтау үшін қажет қышқыл массасы 1000 : 85 = х : 15; х = 176,5 г. Күкірт қышылының мольдік массасы 98 г/ моль, сонда

m = 176,5 / 98 = 1,80 моль / кг.

Молярлы және нормальды концентрациясын анықтау үшін 1000мл

(яғни 1000  1,1 = 1100г) ерітіндідегі қышқыл массасын табады: 1100 : 100 = у : 15; у = 165г. Күкірт қышқылының эквивалент массасы 49 г /моль, олай болса,С_н = 165/49 = 3,37 моль/л , С_м = 165/98 = 1,68 моль/л,

Мысал 4. 42 мл күкірт қышқылын бейтараптау үшін 14мл 0,3н. сілті қажет болса, қышқыл ерітіндісінің молярлылығын анықтау керек. Шешуі : заттар өзара эквивалентті мөлшерде әрекеттесетіндіктен , былай жазуға болады:

С_{н ,қ}  V_қ = С_{н ,с} V_с , мұндағы қышқыл мен сілті концентрациялары мен көлемдері.

Олай болса, С_н,қ  42 = 14  0,3 ; С_{н ,қ} = 0,1 н. Қышқылдың эквиваленті 0,5 моль , сонда молярлылығы 0,1  0,5 = 0,05 моль/л болады.

100 мл  1,10 г/ мл = 110г.

16,5г күкірт қышқылы бар 96% -ті ерітінді көлемін табу керек, ол үшін 1мл ерітінді массаы 1,84г болғандықтан, онда 1,84  0,96 = 1,77г H₂SO₄ болады. Олай болса, H₂SO₄ ерітіндісінің табу керек көлемі 16,5 / 1,77 = 9,32мл.

Сонымен, 100мл 15% -ті H₂SO₄ ерітіндісін дайындау 9,32мл 96% -ті ерітінді және 110 – 16,5 = 93,5г су алады.

Ерітіндідегі НСІ – дың жалпы мөлшері 1,5 моль болатындықтан, былай жазамыз: 6х + 2(0,5 - х) = 1,5; х = 0,125 л .

Олай болса, қажет ерітіндіні дайындау үшін 125мл 6М және 375 мл 2М НСІ ерітінділерін алып, араластырады.

Ерігіштік. Қаныққан ерітіндідегі еріген заттың шамасы – ерігіштік деп аталады.Заттардың ерігіштігі еритін зат пен еріткіштің табиғатына, температураға, ал газдар үшін қысымға да тәуелді болады. Қатты және сұйық заттың ерігіштігін ерігіштік коэффициентімен (К) көрсетеді, яғни 100 г еріткіште қанық ерітінді түзгенге дейін ери алатын заттың массасы.

Газдардың ерігіштігін абсорбция коэффициентімен сипатталады, ол - еріткіштің бір көлемінде қанық ерітінді түзілгенге дейін еритін газдың көлемі көрсетеді. Генри заңы бойынша тұрақты температурада сұйықтың берілген көлемінде еріген газ массасы сол газдың парциал қысымына тура пропорционал. Оның математикалық өрнегі : с = k  P , мұндағы с – газдың ерігіштігі, моль/л; Р – газдың парциал қысымы, атм; k – пропорционалдық коэффициент, не Генри коэффициенті, моль/латм. Генри заңынан газдың еритін көлемі (яғни абсорбция коэффициенті) сол (берілген) температурада газдың парциал қысымына тәуелді емес екендігін көруге болады.

Газдар қоспасының еруі Дальтон заңына бағынады: қоспадағы әр газдың ерігіштігі оның парциал қысымына тура пропорционал.

Қатты заттардың суда еруі көбінесе эндотермиялық процесс, себебі көп жағдайда гидратация кезінде кристалдық торларды бұзуға жұмсалатын энергиядан аз энергия бөлінеді. Осы екі шаманың қатынасы ерудің жалпы жылу эффектісін (  Q) анықтайды. Егер Q мәні оң болса, қатты заттардың ерігіштігі температураны көтергенде , азаяды, теріс болғанда - артады. Ерігіштіктің температураға тәуелділігін график түрінде бейнелесе – ерігіштік қисығы тұрғызылады , одан заттарды қайта кристалдап тазалағанда алынған заттың шығымын не жоғалтылған мөлшерін анықтайды. Мысал 1. 500г калий селитрасын қайта кристалдап тазалау үшін 600г суда қыздырып еріткен. Алынған ерітіндіне 0С температураға дейін суытқан. Сонда алынған таза тұздың және тұздың жоғалған мөлшерінің массалық үлестерін қанша болатынын есептеу керек. Шешуі: Ерігіштік қисығы графигінен бұл тұздың 100 г суда 0С температурада 17 г еритіндігін табады. Олай болса, кристалданған соң ерітіндіде 17 6 = 102 г тұз қалады.

Тазаланған тұз массасы ( шығымы) 500 – 102 = 398г болады, ол тазалауға алынған селитра массасының 398  100/500 = 79,6% құрайды.

0С температурада еру әсерінен тұздың жоғалған шамасы 102 100/500= 20,4% . Мысал 2. 1л суда 20С температурада және 1,01310⁵ Па қысымда H₂ S газының 2,91л көлемі ерісе, сонда оның қанық ерітіндідегі массалық үлесі нешеге тең? Шешуі: қ.ж. күкіртті сутектің көлнмі 2,91273/293 = 2,71л, ал осы көлемдегі массасы 342,71 /22,4 = 4,11г.

Алынған ерітіндінің массасы: m (H₂O) + m (H₂ S) = 1000 + 4,11 = 1004,11г, сонда H₂ S осы ерітіндідегі массалық үлесі 4,11100/1004,11 =0,4%.

Мысал 3. 60С температурада калий селитрасының қанық ерітіндісінде 52,4% (масса бойынша) тұз болса, осы температурадағы тұздың ерігіштік коэффициентін табу керек. Шешуі: Мына пропорция бойынша

47,6 г суға ------- 52,4 г KNO₃ келеді

100 г суда ------- х, сонда х = 110г. Сонымен тұздың 60С температурада 100г судағы ерігіштігі 110г болады.

Мысал 4. 15% -ті 300 г ерітіндіні суытқанда еріген заттың бір бөлігі тұнбаға түскен соң, ерітінді концентрациясы 8% болған. Заттың тұнбаға түскен массасын анықтау керек. Шешуі: 300 г 15% -ті ерітіндіде 45 г еріген зат және 255г еріткіш бар. Ерітіндіні суытқанда еріткіш мөлшері өзгермейді. 255 г еріткіштегі еріген затты пропорция құрып анықтайды:

92 г еріткіште -------- 8 г еріген зат бар

255 г еріткіште -------- х г х = 22,2 г. Сонымен, ерітіндіні суытқанда

45 – 22,2 = 22,8 г еріген зат тұнбаға түскен.

1. Ерітінділер дегеніміз не?

2. Концентрацияның өлшем бірліктері қандай?

3. Заттардың ерігіштігінің температураға тәуелділігі;

4. Сұйытылған, концентрлі, қаныққан, қанықпаған ерітінділердің айырмашылықтары.