ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «бейорганикалық химия»

Түзілген молекуланың ішінде ортақ электрон жұбының орналасу симметриясына байланысты ковалентті байланыстың екі түрі: полярлы (полюсті) және полярсыз (полюссіз), яғни таза ковалентті, байланыс болады. Полярсыз молекулаларда электрон жұптары ядролар арасында симметриялы орналасады: НН, СІСІ, ал полярлы молекулаларда ядроаралық электрондық тығыздық электртерістігі жоғарырақ атомға қарай ығысады: Н СІ, Н О Н. Зарядтардың ауырлық орталығы (+) және (-) сәйкес келмейді , екі мәндері бірдей, бірақ зарядтар белгісі қарама-қарсы жүйе (электр диполі) пайда болады: + және - , бұл зарядтардың ара қатынасы диполь ұзындығы l деп аталады. Байланыстың полярлылығының дәрежесін дипольдың электр моментінің мәнімен анықтайды ():  = q I. q – электрон заряды, мәні 1,6010^-19 Кл.

Тәжірибе арқылы дипольдың электр моментін анықтап, сол мән бойынша диполь ұзындығын табады: l =  / q.

Диполь моменті – векторлық шама, яғни бағыттылығымен сипатталады (шартты түрде оң зарядтан теріс зарядқа қарай).

Ковалентті байланыстың поляризациялануы - сыртқы электр өрісі әсерінен полярлы болу қабілеттілігі.

Ионды байланыс. Ядроаралық электрон тығыздығы электртерістігі жоғары атомға қарай толық ығызса, диполь ұзындығы байланыс ұзындығына тең болады: l = d , сонда атомдар оң және теріс зарядты иондарға айналады, олардың араларында электростатикалық тартылу күші пайда болады. Осындай байланысты ионды деп атайды. Полярлылық дәрежесі не байланыс иондылығы ( і ) мына қатынаспен l/d анықталады: шеткі мәндері 0 мен 1 арасында, яғни таза ковалентті және таза ионды. Көп жағдайда ортадағы мәнде болады, мысалы, НСІ үшін d = 0.128 нм және l = 0,0225нм, сонда і = l/d = 0,0225/0,1280 = 0,18(0,2) . Сонымен, Н- СІ байланыс иондығы 20% ( 18%) , атомдардың эффективті заряды : +0,2 және -0,2.

Атомдар жұбы үшін электртерістік (ЭТ) мәндерінің айырымы , диполь ұзындығы және эффективті зарядтар мәні көп болған сайын , байланыс иондығы да көп болады. Толық, яғни 100% электрондық тығыздықтың ығысуы болмайды, себебі иондардың өзара поляризациясы әсер етеді, ең көп иондылық сілтілік металдардың галогандермен қосылыстарында.

Ионды байланыстың (ковалентті байланыстан айырмашылығы) 1) кесімді бағыты жоқ, ионды қосылыстарда иондарды шар тәрізді деп , олардың күш өрісі кеңістікте барлық жаққа біркелкі тараған деп , әрбір ион қарсы мәнді ионды қай жағынан келсе де өзіне тартып ала береді деп қарауға болады;

2) қанықпаған, қарсы мәнді екі ион кездескенде олардың күш өрістері бірін-бірі толығымен қанықтырмайды, сондықтан ол иондардың бос бағыттарының , қарсы мәнді басқа иондарды өзіне тарту қабілеті болады.

2.Ковалентті байланыс, қасиеттері;

3.Иондық байланыс, қасиеттері;

4.Сутектік байланыс, оның тірі табиғаттағы ролі.

5.Химиялық байланыстың сандық сипаттамаларын - байланыс энергиясы, байланыс ұзындығы, валенттілік бұрышы, байланыс реті - мысалдармен түсіндіру керек;

6.Химиялық байланыстың негізгі типтерін көрсетіп, -, - байланыстарды мысалдар арқылы түсіндіру керек.

NH₃ + HCl → NH₃•HCl → NH₄Cl

Комплекс қосылыстағы химиялық байланыстың түзілу механизмін қарастырып, комплекс қосылысқа анықтама беруге болады. Мысалы: NH₄Cl молекуласы қалай түзіледі

Барлық комплекс қосылыстарда донорлы-акцепторлы (д.-а.) байланыс болады. Комплексті қосылыстар дегеніміз донорлы-акцепторлы байланыс арқылы түзілетін жоғарғы ретті қосылыстар.

Комплексті қосылыстарда:

1.Комплекс түзуші, олар көбінесе оң зарядталған металл иондары болады, көбінесе d-элементтері жатады.

2.Комплекс түзушінің маңайында лигандтар орналасады, олар теріс зарядталған аниондар немесе электронейтрал молекулалар.

3.Лигандтар саны координациялық сан деп аталады.

4.Комплекс түзуші мен лигандтар комплексті қосылыстарының ішкі сферасын түзеді, ол квадрат жақшаға алынады.

5.Ішкі сфераға кірмеген иондар сыртқы сфераны құрайды.

2. Катионды комплексті қосылысты атағанда, алдымен катионның, одан соң анионның атын атайды. Ішкі сферада лигандалар түрінде электронейтрал молекулалар болса, олардың аттарын өзгеріссіз атайды. Мысалы: С₆Н₆- бензол, С₂Н₄- этилен, N₂Н₄- гидразин, Н₂О- аква, NН₃-аммин. Саны бірнешеу болса, олардың санын грек тілінде көрсетеді: 2-ди, 3-три, 4-тетра, 5-пента, 6-гекса, 7-гепта, 8-окта. Ішкі сфераға кіретін анион- лигандтарының аттарын атау үшін олардың әрқайсысының аттарына «О» жұрнағы қосылып айтылады. Мысалы, бромо-Br^-, О^2—оксо, N^3—нитридо, ОН^—гидроксо, СN^—циано, СО₃^2—карбонато, РО₄^3—фосфато, S₂O₃^2--тиосульфато, С₂О₄^2—оксалато т.б.

Осыдан кейін комплекс түзушінің атын ілік септігінде атап, оның атынан кейін рим сандарымен жақша ішінде комплекс түзушінің зарядын көрсетеді. Ең соңында сыртқы сфераның анионның атына «ы» деген жалғау қосып айтылады.

[Ag(NH₃)₂]Cl- диаммин күміс (І) хлориді;

[Cu(H₂O)₄]SO₄∙H₂O- тетрааква мыс (ІІ) сульфат гидраты;

[Pt(H₂O)(NH₃)₂OH]NO₃- гидроксодиамминаква платина (ІV) нитраты;

[Ru(SO₂)(NH₃)₄Cl]Cl- хлоротетраммин күкірт диоксид рутений (ІІ) хлориді.

K[Ag(CN)₂]- калий дицианоаргентаты (ІІ);

Na₃[Co(NO₂)₆]- натрий гексанитрокобальтаты (ІІ);

K₃[Ni(NO)₂(S₂O₃)₂]- калий дитиосульфатодинитрозилникеляты (ІІ).

[Co(NH₃)₃Cl]- трихлоротриаммин кобальт;

[Ru(H₂O)(NH₃)₄SO₃]- сульфиттетраамминаква рутений.

Комплексті қосылыстардың диссоциациясы.Тұрақсыздық константасы.

Комплексті қосылыстардың сыртқы және ішкі сфераларының арасындағы байланыстар иондық болғандықтан, суда еріткенде, олар комплексті ион мен қарапайым сыртқы сфераның иондарына ыдырайды:

[Ag(NH₃)₂]Cl→ [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^-

K[Ag(CN)₂] → K⁺ + [Ag(CN)₂]^-

Түзілген комплексті иондар өте аз мөлшерде өздерінің құрамына кіретін бөлшектерге (иондарға, молекулаларға) ыдырайды.

[Ag(NH₃)₂]⁺ ↔ Ag⁺ + 2NH₃

[Ag(CN)₂]^- ↔ Ag⁺ + 2CN^-

Комплексті иондардың диссоциациясы аз мөлшерде жүретін қайтымды процесс болғандықтан оларға массалар әсерлесу заңын қолдануға болады және процестер сан жағынан диссоциация константасы арқылы анықталады:

К_т.з.= ([Ag⁺]∙[NH₃]²)/[Ag(NH₃)₂]⁺ =6,8∙10^-8

К_т.з. = ([Ag⁺]∙[CN^-]²)/[Ag(CN)₂]^- =1,0∙10^-21

Келтірілген комплекс иондарының диссоциациялану константаларын тұрақсыздық константасы К_т.з. деп атайды. Тұрақсыздық константаларының сандық мәндері комплексті иондардың тұрақтылығын немесе беріктігін көрсетеді. К_т.з. пайдаланып, комплексті қосылыстың арасындағы реакция қай бағытта жүретінін анықтауға болады.

Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :

Ішкі, сыртқы сфералар; комплекс түзгіш, лигандалар, дентаттылық, тұрақсыздық константасы ұғымдарын және комплексті қосылыстардың қолданылу облысын білу керек.
Өзін- өзі тексеру сұрақтары:

1.Комплекс түзуші заттың тотығу дәрежесі мен координациялық санын көрсетіңдер. Комплекс қосылыстарды атаңдар: K[AuBr₄], K₂[Cd(CN)₄], [Pt(NH₃)₂Cl₂], K[Cr(SO₄)₂], Na₃[Ag(S₂O₃)₂]. Комплекс қосылыстың диссоциацияларын жазыңдар.

2.Комплекс қосылыстар жазып, оларды атаңдар: PtCl₄∙6NH₃, PtCl₄∙5NH₃, PtCl_4∙∙4NH₃, Co(NO₃)₃∙6NH₃, Co(NO₂)₃∙KNO₂∙2NH₃.

3.Қай негіз күштірек: [Cu(NH₃)₄](OH)₂ не Cu(OH)₂ ме?

4.Қай комплекс ион тұрақтырақ: [Zn(NH₃)₄]²⁺ не [Cd(NH₃)₄]²⁺?

[Co(NH₃)₄]²⁺ не [Co(NH₃)₄]³⁺?

7.1 Металдардың жалпы қасиеттері;

7.2 Бейметалдардың жалпы қасиеттері
Металдардың жалпы қасиеттері

Дәрістер 23-26. ПЕРИОДТЫҚ ЖҮЙЕНІҢ s және d – ЭЛЕМЕНТТЕРІ
Химиялық элементтерді оқығанда олардың периодтық жүйедегі жалпы сипаттамаларын, жай қосылыстарының құрылысын, олардың алыну жолдарын, элементтер қосылыстарының қышқылдық-негіздік және тотығу-тотықсыздану қасиеттерін оқумен қатар, элементтердің табиғатта таралу формалары мен адам өміріне қолданылуын, қатынасын қарау керек.

Адам ағзасында периодтық жүйенің 70-ке жуық элементі табылған. Мына 6 элемент: С, О, Н, N, P, S- ағза массасының 97,4% құрайды. Тірі заттағы химиялық элементтердің мөлшеріне байланысты оларды макро- және микроэлементтер деп бөлуге болады. Макроэлементтерге С, О, Н, N жатады. Бұлардың үлесіне тірі зат массасының 96% және І, Сl, Fe, N, Mo, Cu, Co, Zn (1% массасының) жатады.

Биологиялық неғұрлым керек металдарға (биометалдарға) мына 10 элемент: К, Nа, Са, Мg, Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Mo; бейметалдардан О, Н, S, С, N, Р, Сl, І жатады.
ПЕРИОДТЫҚ ЖҮЙЕНІҢ s – ЭЛЕМЕНТТЕРІ
ІА элементтерінің жалпы сипаттамалары. Элементтердің физикалық және химиялық қасиеттері . Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері
I топтағы I A және I В топша элементтері бір- бірінен химиялық қасиеттері бойынша айырмашылықтары үлкен. . I A топшадағы Li элементі қалған сілтілік металлдардан бөлектeу. Ол Mg-мен диагоналдық ұқсастықта (Диагоналдық ұқсастық Na мен Ca арасында да бар). Э-1е^-→Э⁺

J( иондану энергиясы),эВ :

5,39; 5,14; 4,34; 4,18; 3,89 Li ; Na; K ; Re ; Cs ₃Li )₂ )₁ 1s²2s¹2p p-орбиталда электрондар жоқ, соңдықтан басқа I A топша элементтерінен айырмашылықта. Бұл элементтердің тотығу дәрежелері +1. Тек Li ғана комплекс түзгіш қасиет көрсетеді. Осы қасиеті бойынша оның электродтық потенциалы -3,02 в екендігі түсіндіріледі, яғни литийдің аква қосылысы [Li(H₂O)₄]⁺ өте берік. Li⁺ - литий катионы гидратациясының энтальпиясы жоғары (ΔН⁰₂₉₈= -468,6 кДж/моль). Оттегімен тотыққанда тек литий Li₂О түзеді, ал қалған I A топша металдары пероксидтер, супероксидтертер түзеді. Ауада тотыққанда тек литий оксидімен қатар, нитридін де (Li₃N) түзеді. Тек литийдің ғана фториді, карбонаты, фосфаты суда нашар ериді. Тек Li магний сияқты литийорганикалық қосылыс түзеді.

Кездесу, алу. Жер қыртысында литий мөлшері 3,4х 10^-3% , көптеген минералдарда, көмірде, теңіз суында, тірі ағзалар мен өсімдік құрамында кездеседі. Өңдірістік минералы LiAl[Si₂O₆]- полисиликат, сподумен .

Аса таза литийді балқымасының электролизінен алады:

LiCl _{балқыма} →^эл-з Li+СІ₂. Сонымен бірге оны сподуменнен немесе оксидінен АІ (Si) тотықсыздандырғыштарын қолданып алады.

Физикалық және химиялық қасиеттері : ақ жылтыр металл, ауада Li₂О мен Li₃N қабаттарымен жабылып тұрады, сұр түсті болады. Ең жеңіл металл, жұмсақ, иілгіш, 0⁰С температурада ρ=0, 54 г/см³. I A металлдары ішіндегі қайнау және балқу температурасы ең жоғары: 1327 ⁰С және 180,5⁰С. Химиялық активтігі I A металлдар ішіндегі ең төмені, себебі 2s¹ электроны ядроға жақын, соңдықтан берік байланысқан. Литийдің суда еру реакциясы 2Li +2H₂O→2LiOH+H₂ баяу жүреді. Li +O₂(N₂)→^бөлме_t0 Li₂O, Li₃N түзіледі.Температура 200⁰C – ден жоғары болса, жанады. Галогендермен, сутегімен, күкіртпен бөлме температурасында әрекеттесіп, стехиометриялық қосылыстар түзеді: Li +Г₂→ LiГ; Li +H₂, S → LiH₂, Li₂S.

Қосылыстары: Li₂O –ионды байланыс,ол негіздік оксид. Литий оксиді суда жақсы ериді, қышқылдармен әрекеттеседі:

Li₂O+қышқыл→ тұз +су; Li₂O+ H₂O→2 LiOH ; Li₂O+қышқылдық оксидтер → тұз түзіледі: Li₂O+СО₂ → Li₂СО₃ ;

Карбонатын, нитратын ( құрғақ сутегі қатысында), гидроксидін айырып, литий оксидін алуға болады: Li₂СО₃ → Li₂O+СО₂ ; 2LiNO₃→^Н2газ Li₂O+ 2NH₃+H₂O; LiOH – түссіз кристалл зат,күшті негіз, басқа I A металдарының гидроксидтерінен айырмашылығы ол 600⁰ айрылады: 2 LiOH→ Li₂O+H₂O ; IB топшаның ЭОН гидроксидтеріне ұқсас:

CuOH→ ^t0 Cu₂O+H₂O; AgOH→ ^t0 Ag₂O+ H₂O ; LiOH литий хлориді ерітіндісін электролиздеп алады: 2H₂O + 2LiCl(ерітінді)→^эл-з 2LiOH + H₂ + Cl₂ ; Галогенидтер LiF→ LiCl→LiBr→LiJ. Балқу температуралары ( Т_б ) осы қатар бойынша → азаяды, олай болса, химиялық байланыс беріктігі де азаяды. LiF –дың Т_б (870⁰С) жоғарылығы энтальпиясының жоғарылылығынан ΔН(-612 кДж/моль) және ЭТ_F мәнінің үлкендігінің және атомдарының мөлшерлерінің (өлшемінің) кішілігінің әсері. LiF суда аз ериді, кристаллогидрат түзбейді, қалғандары суда ериді, көптеген кристаллогидраттар түзеді.

2Li+H₂→^{балқытып} 2LiH 2 LiH+2H₂O → H₂ + 2LiOH

6Li+N₂→ ^t0 2Li₃N 2 LiH+ O₂ → Li₂O + H₂O

Li+C→ ^t0 Li₂C₂ Li₃N +3 H₂O →3 LiOH + NH₃

2Li+S→ ^t0 Li₂S Li₂S+ H₂O ↔ LiOH + LiHS

3Li+P→ ^t0 Li₃P Li₃P+ H₂O ↔ 3 LiOH + PH₃
Тұздары: 2 LiNO₃→Li₂O+ 2NО₂+1/2O₂, ал басқа сілтілік металдар нитраттары былай айрылады: 2МеNO₃→2MeNO₂+O₂.

Li₂СО₃ – суда ерімейді, басқа ІА металдардың карбонаттары Ме₂СО₃ – ериді.

LiOH- сілтілік аккумуляторларда қолданылады. LiF-оптикалық құралдарда қолданылады.

2 Na₂S+2О₂ +Н₂О = Na₂S₂O₃+2NaOH ; Сілтілік металдар полисульфидтер де түзеді:

2 Me+2S→ Me₂S₂-полисульфидтер. Нитридтер азот атмосферасында электр разряды әсерімен түзіледі: 6 Me+N₂→ ^t0 2 Me₃N; Суда гидролизге ұшырайды: Me₃N+3Н₂О↔3 MеOН+NH₃ ; Фосформен әрекеттесіп, фосфидтер түзеді: Me+P→Me₃P ; Тұздары: MeNO₃, Me₂CO₃, Me₂SO₄ -табиғатта кездеседі, Na₂CO₃ – химия өңдірісінің негізгі қосылысы, оны аммиакты әдіспен алады: NaCl(конц.ерітінді) + NH₃(газ)+CO₂+H₂O→NaHCO₃+NH₄Cl, гидрокарбонатты қақтап, карбонат алады: 2NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂+H₂O ; K₂CO₃-поташ , табиғи КСІ- дан және өсімдік жапырақтарының күлінен алады.

Қолданылу: Rb, Cs - фотоэлементтерде қолданады. Na₂CO₃ – шыны өңдірісінде. NaHCO₃- тамақ өңдірісінде, медицинада; NaNO₃ – тыңайтқыш ретінде, тамақ өңдірісінде , NaCl – тамақ өңдірісінде және Na₂CO₃ алуға,

KNO₃-тыңайтқыш (К,N₂ ), оқ-дәрі алуға ; 2Na₂O₂ (K₂O₂)+2CO₂=2Э₂СО₃+О₂ реакциясы арқылы регенерация О₂ (су асты қайықтарда, ұшатын аппаратураларда оттегіні алады).

1.Жалпы сипаттамалары ;

2.Литийдің басқа сілтілік металдардан айырмашылығын көрсететін теңдеулер;

3. Табиғатта кездесуі, алу, қасиеттері;

4. Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері, қолданылуы;

5. Тұздары, алу, қасиеттері, тұздарының гидролиз теңдеулері .