ОҚулық Өқделіп, толықтырылып 2-басылуы а алматы санат* 1999 алғы сөЗ
§4. ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕРДІҢ ЭЛЕКТР ҚОЗҒАУШЫ КҮШІ (Е)
жүктеу/скачать 5,53 Mb.
|
| §4. ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕРДІҢ ЭЛЕКТР ҚОЗҒАУШЫ КҮШІ (Е)
Металдардың стандартты электродтық потешщалда-рын немесе электродтық потенциалдарын пайдаланып олардан қүрастырылған гальваникалық элементтің электр қозғаушы күшін есептеп шығаруға болады. Ол үшін оң электродтың потенциалынан теріс электродтың потенциа-льш алып тастайды. Мысалы, жоғарыда келтірілген (86) мырыш-мыс гальваникалық элементінің электр қозғаушы күшін мы-рыш пен мыстың стандартты электродтық потенциалдары арқылы былай табады: Ф 2+ = + 0,34 В Сонда Егп-сц = + 0,34 - (-0,76) = 1,10 В Егер мырыш пен мыс иондарының концентрациялары әр түрлі ерітінділерге батырылған болса, онда Неристің теңдеуі бойынша әр металдың электродтық потенциалын жеке-жеке тауьш алып, содан кейін олардан қүралган гальваникалық элементтің электр қозғаушы күшін есеп-теп шығарады. Мысалы, осы мыс-мырыш гальваникалық элементіндегі мырыштың концентрациясы 0,01 моль/л, ал мыстың концентрациясы 1,5 моль/л болса, металдар-дың электродтық потенциалдарын былай табады:
Е = «>2+ -<рг+ = 0,350-(-0,817) = 1,167 В. 2п-Си ГСи /Сц Г2ч /2п §5. ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ЭЛЕМЕНТПҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ Химиялық ток көзі ретінде гальваникалық элемент техникада кең қолданылады. Бірінші гальваникалық эле-ментті итальян физигі А. Вольта жасады. Бүл элемент 276 мырыш пен мыс пластинкалары батырылған күкірт кышкылынан түрады және ете аз уақыт жүмыс істейді. Окын себебі теріс электрод мырыштың потенциалы үл-ксиеді, мыстың потенциалы кемиді. Осының нәтижесінде алементтің электр қозғаушы күші азаяды. Гальваника-лык элементтің жүмыс істеу кезінде электродтарының потенциалдарының өзгеруін поляризация дейді. Мысалы, ІОЛьта элементіндегі мыс электроды потенциалының іа&юы оның бетінде сутегінің адсорбцияланып, сутегі :>лсктроды сияқты жүмыс істеуіне байланысты, ал мы-рыш электроды потенциалының оңға қарай ауысуы оның ерітіндідегі иондарының көбейіп, мырыштың еруінің .і іаюына байланысты. Сондықтан электродтардың поляризациясын жою үшін, оған әр түрлі заттар — деполяризаторлар қосады. ІНіресе, оң электродтың поляризациясын жоюдың прак-тикалық маңызы зор. Катодтың поляризациясын жою үшін ерітіңдіге деполяризатор ретіңде мыс катиондарын (Си2+), марганец (IV) оксидін (Мп02) оттегі (Ог) калий дихроматын т. б. қосады. Бүл заттардың қатысуымен мынадай реакциялар жүріп катодтың поляризациясы жойылуы мүмкін: Си2 + 2ё = Си 02 + 4ё" + 2Н20 = 40Н" 2Мп02 + 2ё + Н20 = Мп203 + 20Н- §6. ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ ПОТЕНЦИАЛДАРЫ Кез келген электродтық реакция тотығу-тотықсызда-иу реакциясына жатады. Бірақ тотығу-тогықсыздану по-тенциалы деген түсінік өзі езгермейтін инертті электрод (мысалы платина) пен ерітіндінің шекарасында түзілетін потенциадды айтады. Мысалы, платина электродын темір (III) хлориды ерітіндісіне батырғанда платина өзгермейді, ал оның ерітіңцімен жанасқан бетінде мынадай процесс жүреді: Ғе3+ + ё = Ғе2+
2Ғе3+ + 2Г = 2Ғе2+ + І°г рҒе3+/ғс2+ = 0,77 В; <р,2/21 = 0,53 В; Е = 0,77 - 0,53 = 0,24 В. Мүндағы Ғе3+/Ғе2+ жүйенің потенциалы көбірек болгандықтан ол тотықтырғыш, сондықтан Ғе3+ ионы }~ ионынан электрон қосып алады да реакция тек тура бағытта жүреді. 278 Бүл реакцияның электр қозғаушы күші оң бол-і.шдықтан, ол тура бағытта жүреді және Ғе3+/Ғе2+ жүйенің потенциалы көбірек болғандықтан тг-ге қарағанда Ғе3+ ионының тотықтырғыштық қабілеті жогары болады, яғни I" ионы тотығады, ал Ғе3+ ионы тотықсызданады. Кейбір жүйелердің тотығу-тотықсыздану потенциалда-ры кітаптың соңындағы қосымшадағы 11-кестеде кел-тірілген. Тотығу-тотықсыздану потенциалдарының қатысуымен жүмыс істейтін гальваникалық элемент қайтымды жүйеге жатады. Гальваникалық элементте жүретін тотығу-то-тықсыздану реакциясының нәтижесінде істелетін пайдалы жүмыстың көбеюі сол реакцияның изобаралы-изотермия-лық потенциалының (АС) азаюына тікелей байланысты болады. Гальваникалық элементтің сыртқы тізбегін түй-ықтаганда, яғни тізбекпен ток өткенде реакция энергия-сының бір бөлімі джоуль жылуы түрінде бөлінеді де пайдалы жүмыс істеуге қатыспайды, ол процесс қай-тымсыз бір бағытта жүреді. Гальваникалык элемент ең көп пайдалы жүмысты жүйе тепе-теңдік күйде түрып реакция қайтымды түрде жүргенде істей алады. Ол үшін гальваникалық элементтің электр қозгаушы күшін сыртқы ток көзінен келетін мелшері бірдей таңбасы қарама-қарсы кернеу жіберу арқылы жойып отыру ке- рек.
Гальваникалық элементтің істейтін ең кеп пайдалы жүмысы оның электр қозғаушы күші мен мынадай бай-ланыста болады: А = пҒЕ , мүндағы А — элементтің істейтін ең көп пайдалы жүмы-сы, п — қарапайым тотығу-тотықсыздану реакциясында қа гысатын электрондардың саны, Ғ — Фарадей саны не-месе түрақтысы, Е — гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші. Түрақты температура мен қысымда гальваникалық элементтің істейтін ең көп пайдалы жүмысы теріс таңбамен алынған изобарлы-изотермалық потенциалға ДС тең: - ДС = Лмк = пҒЕ Гальваникалық элементтегі процесс стандартты жағдайда (температура —25°С, қысым 1 атм) жүрсе, жоғарыдағы тендеуді былай жазуға болады: 279
ДС°= - пҒЕ Осы формуланы қолданып жогарыда (—) 2Г / Һ\\ Ғе3+/ / Ғе2+ (+) келтірілген жүйелердің қатысуымен жүмыс істейтін гальваникалық элементтің стандартты изобарлы- изотермалық потенциалының азаюын есептеп шығаруға болады:
Олай болса, гальваникалық элементтің электр қоз-ғаушы күші ондағы жүретін реакцияның тепе-теңдік константасымен мынадай байланыста болады: КТ ІпК = пҒЕ немесе ЛГІеКгэ* = пҒЕ° Осы формулаларды пайдаланып гальваникалық эле-менттің электр қозгаушы күші онда жүретін реакцияның изобарлы-изотермиялық потенциалын және тепе-теңдік константасын есептеп шыгаруга болады. §7. ОТЬШ ЭЛЕМЕНП Гальваникалық элементтің бір түр өзгерісіне отьш элементі жатады. Мүнда отынының жануы нәтижесінде жүретін тотығу-тотықсыздану реакция энергиясы элект-рохимиялық жолмен электр энергиясына айналады. Отын элементінде отын ретінде сутегі, көміртегі (II) оксиді, су немесе генератор газы, ал тотықтырғыш ретінде таза от-тегі немесе ауа қолданылады. Отын элементінің ерек-шелігі ол үздіксіз жүмыс істейді — отын керегіне қарай жіберіліп отырады, реакциядан түзілген заттар үздіксіз шыгарылып отырады.
280
53-сурегп. 54-сурет. Отын элементің Хлорсутек қышкылы сызба-нүсқасы электролизінің сызба-нүсқасы Қазіргі кезде әр түрлі қүрылысты отын элементтері үсынылып отыр. Олардың ішіндегі аса көп тарағаны және тиімдісі сутекті-оттекті отын элементі (53-сурет). Мүнда өзі электрод сілті ерітіндісіне батырылған. Олар-дыц біреуінің бетінде үздіксіз сутегі (отын), ал екін-шісінің бетіне үздіксіз оттегі (тотықтырғыш) жіберіліп отырады. Электр тізбегін түйықтағанда теріс электродта сутегі тотығады: 2Н2 + 40Н - 4е~ = 4Н20. Түзілген электроңцар сыртқы тізбекпен жылжьш оң электродтағы (катодтағы) тотықтырғышты (оттегін) то-тықсыздандырады. 02 + 2Н20 + 4е~ = 40Н". Бүл теңдеулерді жиынтық түрде былай жазуға бола-ды: 2Н2 + 02 = 2Н20. Түзілген су үздіксіз шыгарылып отырады. Отын эле-менттері төменгі кернеулі түрақты ток түзіп отырады. Ол дыбыссыз жүмыс істеиді, зиянды зат түзбейді. Сон-дықтан оны транспортта, электротехникада, әскери тех-никада қолданудың келешегі зор. 281
§8. ЭЛЕКТРОЛИЗ Электролиттіқ балқымасы немесе ерітіндісі арқылы электр тогы өткенде жеке электродтарда жүретін тотыгу-тотықсыздану реакциясын электролиз деп атайды. Гальваникалық элементте химиялық реакцияның энергиясы электр энергиясына айналатын болса, электро-лиз жүргенде, керісінше, сыртқы ток көзінің электр энергиясы химиялық энергияға айналады. Электролиз кезінде гальваникалық элементтегі сияқты анодта то-тығу, катодта тотықсыздану процесі жүреді. Бірақ, элек-тролиз процесі гальваникалық элементтің жүмыс істеу принципіне қарама-қарсы болғандықтан, электролиз кезінде теріс электрод катодтың, ал оң электрод анод-тың қызметін атқарады. Электролизді іске асыру үшін ваннаға электролиттің балқымасын немесе ерітіндісін қүяды. Бүдан кейін екі электродтың біреуін түрақты ток көзінің теріс полюсімен жалғайды — оны катод деп атайды, екіншісін теріс по-люспен жалгайды, оны анод деп атайды. Енді осы элек-тродтарды электролиттін балқымасьша немесе ерітіндісіне батырады. Теріс электродқа — катодқа электролиттің катионда-ры тартылып оздеріне керекті электрондарды қосып алып тотықсызданады, ал анодқа тартылып өздерінің ар-тық электроңдарын беріп жіберіп тотығады. Электролиз жүргізуге көбінесе металл электродтары және бейметалл электродтар да (мысалы, графит) қолданылады. Металдан жасалган анодтар еритін және ерімейтін болып екі топқа бөлінеді. Мысалы, мыстан, никельден жасалған анодтар ериді, ал платинадан жа-салған анод ерімейді, ол тек электрондарды өткізу қызметін атқарады.
2Н+ + 2£ = 2Н = Н2. Анодқа хлорид — иондар электрондарын беріп жіберіп шгыгады да хлор газ күйінде бөлініп шығады: 2СГ - 2ё = 2С1 = С12. Сонымен бір электрод сутектік электрод ретіңце, гкіишісі хлор электроды ретінде жүмыс істейді. Осы екі •лсктродтан қүралған гальваникалық элементтің электр коиаушы күшін олардың стандарттық потенциалдары .іркылы есептеп шығаруға болады: Ғс/асГ = +1.36В. ^/н_ = 0,00 В. Е - <Ра2/га--<Р2»+,нг = 1,36-0,00 = 1,36 В. Сейтіп электролиз жүрудің алдында электролиттік нлнна сутегі мен хлор электродтдарынан түратын гальва-никалық элемент ретінде жүмыс істейді және оның :>лектр қозғаушы күші 1,36 В-қа тең. Электролиз бен гальваникалық элементтің жүмысы қарама-қарсы проце-ігср болғандықтан, сыртқы ток кезінің қарама-қарсы багытталған кернеуі арқылы гальваникалық элементтің электр қозғаушы күшін (1,36 В) жойғанда электролиз процесі басталуы керек. Бірақ іс жүзінде хлорсутек кышқылының электролизі жүруі үшін сыртқы ток козінен жіберілетін кернеу 1,36-дан кебірек болуы керек. Өйткені сырттан ток жібергеннен кейін сутегі электроды-ның потенциалы теріс жаққа, ал хлор электродының по-тснциалы оң жаққа қарай ығысады да сутегі терісірек потенциалда (0 кемірек), ал хлор оң потенциалда (1,36 В-тен кебірек) белінеді. Сонымен электролиз кезінде катод потенциалының теріс жаққа қарай ығысуын катодтық асқын кернеу, ал анод потенциалының оң жаққа қарай ығысуын анодтық аскын кернеу дейді. Катодтық асқын кернеу — катодқа жіберілетін, анодтық асқын кернеу анодқа жіберілетін қосымша кернеу. Бүл қосымша кернеулердің қажет бо-ллгын себебі катодта катиондардың тотықсыздануынан, анодта аниондардың тотығуынан ғана емес, иоңдардың :»лектролиттің кедергісін жоюынан болады. Ал иондардың лі-і идраттануы, иондардың адсорбциялануы, зарядсызда-нуы, десорбциялануы қосымша энергия қажет етеді. Электролиз кезіндегі асқьш кернеу (£эл) электродтарға жіберілген кернеу мен СЕ,Л) кері бағытта жүретін галь-
282 283
ваникалық элементтің электр қозғаушы күшінің (/•.') айырмасына тең: ц = Езл - Е. Катодтық, анодтық асқын кернеу де электродтар жа-салған материалға, зарядсызданатын иоңцардың та-биғатына, электрод беті ауданының бірлігіне келетін ток күшіне байланысты. Әсіресе катодта сутегі иоидары то-тықсыздануы асқын кернеушің маңызы зор. Мысалы, платина қатодында сутегі иондары тотықсыздануының асқын кернеуі нөлге жақын, ал мырышта 1,0 В-ке тең. Сондықтан мырыш түзының қышқыл ерітіндісінде стан-дартты потенциалы оң (0) бола түрса да катодта сутегі иондары тотықсызданбай, стандартты потенциалы теріс (-0,76 В) мырыш иондары тотықсызданады. Сонымен ерітіндіде бірнеше катиондар болған жағ-дайда электролиз кезінде катодта электродтық потенциа-лы мен асқын кернеуінің қосындысы ең көп болатын катион тотықсызданады. Металдар иондарының катодта тотықсыздану асқын кернеуі онша көп емес. Мысалы, мырыш, кадмий, күміс, алтын металдарының асқын кернеуі нөлге жақын, ал темір мен никельдікі сәйкес 0,24 В, 0,23 В. Электролиттің балқымасын электролиздегенде ваннада екі түрлі ион болатындықтан, катодта катиондар то-тықсызданады, ал анодта аниондар тотығады. Мысалы, натрий хлориды балқымасын электролиздегенде катодта натрий катиондары тотықсызданады, анодта хлорид — иондар тотығады: Катодта 2Ка+ + 2ё = 2№ Анодта 2СГ - 2ё = С12 Электролит ерітінділерінің электролизін қарастырған-да ваннада электролит иоңцарынан басқа су иондары бо-латынын естен шығармау керек. Сондықтан катодта электролиттің немесе сутегінің иондары тотықсыздануы, ал анодта электролит анионда-ры немесе судың гидроксид иондары тотығуы мүмкін. Жүру мүмкіндіктері бар бірнеше процестердің ішінде электродтарда энергиясы аз жүмсалатын тотықсыздану және тотығу процестері іске асады. Мүның мәнісі катод-та потенциалының мәні ең көп жүйенің тотыққан түрі 284 юіықсызданады, анодта потенциалының мәш ең аз күйенің тотықсызданған түрі тотығады. )лектролиз кезінде катодта жүретін катиондардың іо-іықсыздану ретін қарастырғанда сутегі катиондарынын іотықсыздану потенциалдарын еске алу керек, мысалы, млиқыл орта үшін сутегінің стандарттық потенциалы (І,(И) В болса, нейтрал орта үшін—0,41 В тең. Сондықтан қүрамындағы металл катионының стаңдар-гі ы электродтың потенциалдары —0,41 В-тан кеп бола-н.111 түздардың ерітінділерін электролиздегенде катодта мсііілл катиондары тотықсызданады. Мүндай металдар Нрнеу қатарында сутегінің маңайында (қалайыдан бас-і.ш) және сутегінен кейін орналасады. Егер электролит-пмі катиондардың электродтық потенциалдары—0,41 II ке тең немесе одан кем болса, онда катодта сутегі иондары тотықсызданады. Бүл металдар кернеу катарыңда шамамен титанға дейін орналасады. Ең іоңында, егер металдардың потенциалдары—0,41 В-ке жлқын болса, мысалы, Сг, №, Со, Ғе, онда ерітіндінің ионцентрациясына және электролиз жүргізу жағдайына блйланысты катодта металл катиондары да, сутегі кати-ондары да катар тотықсыздануы мүмкін. Ерітіңдіде әр түрлі аниондар болған жағдайда срімейтін анодта ең алдымен потенциалы аз, яғни элек-тронын оңай беретін анион тотықсызданады. Ол үшін нейтрал ортада судың гидроксид аниондарының тотығу потенциалының +0,82 В екенін еске үстау керек. Мыса-лы, ерітіндіде болатын мына жүйелердің потенциалдарын Илыстырайық:
*>ад>і-/но5 = +2,00В. Осы керсетілген иондар бар ерітіндіні электролизде-іч-нде потенциал аз болғандықтан, (0,54 В) т_ иондары тотыгады: 2Г - 2е = һ Ерітіндіде иод иондары біткен соң судың гидроксид иондары тотығады: 40Н" - 4е = 02 + 2Н20. 285 Осы айтылғандардан оттексіз қышқылдарды және олардың түздарын электролиздегенде анодта электро-литтің анионы, ал оттекті қышқылдарды және олардың тұздарын, сонымен бірге сілтілерді электролиздегенде анодта судың гидроксид иондары оттегін бөле тотығады. Енді ерімейтін анодты пайдаланып электролит ерітінділерін электролиздеуге мысалдар келтірейік. Натрий иодиді ерітіндісінің электролизі. Бұл түздың ерітіндісінде мынадай иондар түзіледі: N81 «? №+ + Г Н20 *? Н+ + ОН" Катодқа келетін натрий иондарының потенциалына қараганда (Е° = - 2,71 В) сутегі катиондарының потен-циалы көбірек болғандықтан, катодта сутегі иондары то-тықсызданады. 2Н+ + 2ё = Н°. Анодқа келетін гидроксид иондарының потенциалынан (+0,82 В) иод иондарының потенциалы (+0,53 В) аз болғандықтан, анодта иод иондары тотығады: 2Г - 2е = һ. Ерітіндіде қалған №+ және ОН" иондары су-алтқаннан кейін аОН кристалдарын түзеді. Си804 ерітіндісінің электролизі. Бүл ерітіндіде Си2+, 804 , Н+ және ОН~ иондары бо-лады. Сутегі потенциалынан (-0,41 В) мыс потенциалы көбірек болғандықтан, катодта мыс катиондары то-тықсызданады: Си2+ + 2ё = Си Анодқа келетін иондардан 804 потенциалына (2 В) қарағанда потенциалы (+0,82 В) аз болғандықтан, анодқа гидроксид аниондары тотығады. 40Н" - 4е = 02 + 2Н20 Калий сульфаты ерітіндісінің электролизі. Калий сульфаты ерітіндісіңде К+, Н+, 804 , ОН" иондары бола- ды. Калий иондарының потенциалынан (-2,92 В) «уигінің потенциалдары (-0,41 В) көбірек болғандықтан, цатодта сутегі катиондары тотықсызданады: 2Н+ + 2ё = Н2.
40Н" - Лё = 02 + 2Н20. Сөйтіп калий сульфаты ерітіндісін электролиздегенде іү< иондары өзгеріссіз қалады да, шын мәнісінде су мо-/н-кулалары ыдырауының нәтижесінде катодта сутегі га-;ш, анодта оттегі газы бөлінеді. Бүл реакцияның халық іііаруашылығында көп қолданылатын сутегі мен оттегі ондіруде маңызды. Өйткені таза су электр тогын «ткізбейді, ал оны өткізгіш ету үшін оған сілті немесе гіліілік металдардың катиоңцары мен күшті оттекті қышқылдардың қалдықтарынан түратын түздар қосу лрқылы электролиздейді.
Енді еритін анодтарды пайдаланып, электролиз про-іііч ііі жүргүзуді қарастырайық. Мысалы, еритін анод 286 287
„ . [СНзСООНҢН ][ОН ] *"" " [СН3СОО~] [Н+] Бүл теңдеудегі судың иондық көбейтіңдісінен басқа үш концентрациялардың қатынасы сірке қышқылының диссоциация константасына кері мәнге тең болады: 1 . [СНзСООН] КСНзСООН " [СНзСОО"] [Н+] Сонымен гидролиз константасын судың иондық көбейтіндісінің әлсіз қышқылдың диссоциация константа-сына Ккыш қатынасы түрінде жазуға болады: К-ик
Бүл теңдеуді әлсіз қышқыл мен күшті негізден қүралған түздар үшін жалпы түрде былай көрсетуге бо-лады: Кик
Әлсіз негіз бен әлсіз қышқылдан түратын түздар гидролизінін константасы мынадай қатынастар арқылы көрсетіледі: \Г — К-ик К-нег ' Кқыщ Гидролиз қонстантасы алынған түздың гидролиздену мүмкіндігін көрсетеді, яғни оның мәні неғүрлым көп болса, түз солғүрлым көбірек гидролизденеді. Гидролиз константасы жоғарыдағы теңдеулерден көрініп түрғанын-дай, әлсіз негіз бен әлсіз қышқылдың диссоциация кон-станталарына байланысты. Сондықтан гидролиз нәтиже-сінде түзілетін қышқыл мен негіздің диссоциация кон-станталары аз болған сайьга түздардың гидролизі көбірек жүреді. Туздардың гидролиздену дәрежесі аг деп гидролиз-денген түздар концентрацияларының (Сг) жалпы 234 ерітіндідегі туздар концентрациясына (С) қатынасын айтады. аг = £ немесе аг = ^ • 100% Түздың гидролиздену дәрежесі ерітілген қосылыстың табиғатьша, оның концентрациясына, температураға бай-ланысты болады. Ерітілген түздың табиғаты гидролиз дәрежесіне константасының әсерін есепке алады. Ерітін-дінің концентрациясы азайған сайын түздың гидролизде-ну дәрежесі арта береді, өйткені ерітінді сүйылған сайын түздың гидролизденуіне кедергі болмайды, ал гидролиз нәтижесінде түзілген бөлшектердің езара соқтығысып қайтадан түз түзу мүмкіндіктері азая береді. Температу-ра жоғарылаған сайын түздың гидролиздену дәрежесі ар-тады, ейткеш түзбен әрекеттесетін су молекулаларының сутегі және гидроксид иондарға ыдырауы эндотермиялық процестер. Түздардың гидролиздену дәрежесі мен гидролиздену константасының арасындағы байланысты, бүрын әлсіз электролиттер диссоциация дәрежесі мен диссоциация константасын қарастырғандағы сияқты, қорытып шығару-ға болады, ал оның ақырғы түрін былай көрсетеді: *-# Сонымен түздар гидролизін толығырақ жүргізу үшін ерітіндіні сүйылтады және оны қыздырады. Түздардан басқа да көптеген аноргоникалық және органикалық заттар гидролизге үшырайды. Бүл жағдайда заттардың қүрамды бөліктерінін сумен әрекеттесуі нәтижесінде жаңа заттар түзіледі, оларды жалпы атпен гидролиз дейді. Әр түрлі боридтерді, карбиттерді, нит-риттерді, галидтерді т. б. гидролиздеу арқылы көптеген жаңа заттар алуға болады, мысалы: М&В2 + 6Н20 = ЗМе(ОН)21 +2В2Н4 (диборан) СаС2 + 2Н20 = Са(ОН)2 + С2Н2 (ацетилен) Ва3К2 + 6Н20 = ЗВа(ОН)2 + 2ЫН3 (аммиак) РСІз + ЗН20 = Н3РОз + ЗНСІ (хлорсутегі)
ретінде мыс пластинкасы батырылған мыс (II) хлориды ерітіндісі арқылы ток өткенде ерітіндідегі хлорид СГ және гидроксид ОН~ иондары потенциалдарьшың мәңцері көбірек (сәйкес +1,36 В және +0,82 В) болғандықтан, анодта тотыға алмайды, қайта потенциалының мәні аа болғандықтан (+0,34 В), мыс аноды еріп тотығып, мыс катиондарына айналып ерітіндіге көшеді: (А) Си° - 25 - Си2+ Катодта сутегі потенциалына (-0,41 В) қарағанда потенциалының мәні көбірек (+0,34 В) болғаңдықтан мыс қатиондары екі электроннан қосып алып, то-тықсызданып мыс металына айналады: (К) Си2+ + 25 = Си° Сонымен еритін мыс анодын пайдаланып, мыс түзы ерітіндісін электролиздеудің нәтижесінде анод-мыс еріп мыстың катионына айналып ерітіндіге көшеді де, ол осы катиондар катодта тотықсызданып мыс металына айнала-тындықтан, ерітіндінің концентрациясы езгермей қалады. Еритін анодтарды пайдаланып металл түзы ерітіндісін электролиздеу өте таза металл алу үшін қоданылады. Мысалы металлургия өнеркәсібінде қоспасы бар мысты анод ретінде пайдаланып оның түзын электролиздегенде катодта өте таза мыс алынады, ал қоспалар ерітіндіде қалады. Еритін анодтарды пайдаланып металл түзын электро-лиздеу бір металды екінші металмен қаптау үшін де қолданылады. Сыртқы жабын ішкі металды бүзылудан сақтайды және сәнділігін арттырады. Мысалы көптеген металдан жасалған бүйымдарды ни-кельмен қаптағанда (самаурын, тесек т. б.) катод ретінде никельмен қаптайтын бүйымды, ал анод ретінде никель пластинкасьш пайдаланады. Анод никель еріп >!, түрінде ерітіндіге көшеді, ал катодта никель катион-дары металға айналып бүйымның бетін қаптайды. §9. ЭЛЕКТРОЛИЗ ЗАҢДАРЫ Электролит арқылы өткен ток мөлшері мен электро-лиз кезінде бөлінген заттардың арасындағы сандық бай- ОХысты электролиз заңдары немесе Фарадейдің бірінші Мне екінші заңдары керсетеді.
мүндағы т — электродта бөлінген заттың массасы, г; Е - апектрохимиялық эквивалент, ол электролит арқылы бір кулон ток өткенде түзілетін заттың массасы, г; С? — ток күші мен (I) уақыттың і көбейтіңцісіне тең электр молшері. Фарадейдің екінші заңы: электролиз кезіңце элект-ролит арқылы еткен токтың бірдей мөлшерлері элект-родтарда әр түрлі заттардың эквивалентті массаларын боледі. Электродта кез келген заттың 1 эквива-лснттік массасын бөлу ушін электролит арқылы бірдей ток мөлшері, ягни 96500 кулон электр мөлшері отуі керек. Бүл түрақтыны Фарадей саны Ғ деп ітайды.
мүндағы Э — заттың химиялық эквиваленті. Фарадейдін екі заңын біріктіріп, мынадай теңдеумен көрсетуге бола-ды: Э • _ ЭН т = ~г Т~ • Бүл теңдеуді пайдаланып электролизге байланысты ор түрлі есептер шығаруға болады. Электролиз кезінде электродтарда түзілген заттың мөлшері әр уақытта Фарадей заңдары бойынша алынуға тиісті теориялық мөлшерінен аз болады. Оның себебі иеіізгі электродтық тотығу-тотықсыздану процестерімен қатар қосымша процестер де жүреді. Мысалы, түзілген заттың электродпен немесе электролитпен әрекеттесуіне немесе металмен қатар сутегінің бөлінуіне қосымша электр мөлшері жүмсалады. Сондықтан электролиз кезінде негізгі өнімді алуға кеткен ток мөлшерін анықтау үшін ток бойынша шығым деген түсінік колданылады.
288 10—1443 289 Ток бойынша шыгым (Тш) деп электролиздің осы жағдайында алынған зат массасын (гпд Фарадей заңдары бойынша алынуға тиісті массасына қатынасын айтады. Гш = эІгГғ ■ 10° = ^ • 10° = Осы формула бойынша токтың неше проценті негізгі затты алуға жүмсалатынын есептеп шығарады. § 10. ЭЛЕКТРОЛИЗДЩ ҚОЛДАНЫЛУЫ Электролиз халық шаруашылығының көп салаларын-да қолданылады. Түздарының балқымаларын электролиз-деу арқылы сілтілік, сілтілік — жер металдарын өндіреді, ал ерітінділерін электролиздеу (гидрометаллургия) арқылы мыс, мырыш, никель, кобальт, марганец т. б. металдар алынады. Еритін анодтарды қолданып түздарын электролиздеу арқылы мысты, никельді рафинадтайды, яғни тазартады. Электролизді металдарды және пласт-массаларды әр түрлі металдармен қаптау үшін қолдана-ды. Химия өнеркәсібінде электролиз арқылы сутегі, оттегі, хлор және әр түрлі тотықтырғыштар алуға қолданады. §11. АККУМУЛЯТОРЛАР Қайтымды жүмыс істейтін және соған сәйкес көп рет колданылатын гальваникалық элементтерді аккумулятор-лар дейді. Аккумуляторлар жиналған химиялық энергия-ны электр энергиясына (разрядталу кезінде), ал зарядталған кезде электр энергиясын химиялық энергия қорына айналдырады. Сонымен аккумулятор дегеніміз оны сыртқы түрақты ток көзі арқылы зарядталған кезде электр энергиясын химиялық энергия түрінде жи-нақтайтын, ал разрядталған кезде оны электр тогына айналдырып беретін құралдарды айтады. Практикада қолданылатын аса маңызды аккумулятор-ларға қышқылдық (қорғасын) және сілтілік (мысалы, темір-никельді, кадмий-никельді, күміс-мырышты) акку-муляторлар жатады. 290 К.ышк,ылдық немесе қорғасын аккумуляторлары. Коргасын аккумуляторлары тор тәрізді етіп жасалған екі ► оргасын пластинкадан түрады. Бүл пластинкалардың іорларының тесіктеріне қорғасын (II) оксиді (РҺО) тол-іырылган. Осындай пластинкалар тік бүрышты қорапқа күиылған 25—30%, тығыздығы 1,18—1,20 г/см3 болатын рт қышқылының ерітіндісіне батырылады. Пластинка-м.ірдагы қорғасын оксидінің күкірт қышқылымен .ірскеттесуі нәтижесінде екі пластинканың беті ерімейтін коргасын (II) сульфатымен қапталады: РЬО + Н2804 = РЬ804 + Н20
Катодта РЬ2+804 - 2е = РЬ° + 80°4 Лнодта РЬ2+804 - 2е + 2Н20 = РЬ4+02 + 4Н+ + 804~ Жиынтық теңдеуі: 2РЬ/+804 + 2Н20 = РЬ° + РЬ4+02 + + 4Н+ + 2804 Келтірілген теңдеулерден аккумуляторды зарядтаған кезде катодта — теріс электродта РЬ + иондары екі элек-чюннан қосып тотықсызданып қорғасынға айналады, ал аиодта оң электродта иондары екі электроннан беріп жіберіп РЬ4+ айналып қорғасын (IV) оксидін түзеді. Потенциалы оң болса да (0,00 В) сутегінің қорға-і ындағы асқын кернеуі кеп болғандықтан, сутегі ионда-ры тотықсызданбай қорғасын иондары тотықсызданады. Сонымен зарядталып болғаннан кейін қоргасын акку-муляторының бір пластинкасы (электроды) металл күй-дегі қорғасынмен, екішпі пластинкасы (электроды) қор-гасын (IV) оксидімен қапталады. Осы себептен аккуму-мягордың металл күйдегі қорғасынымен қапталған элект-родының потенциалы теріс — ал қорғасын (IV) оксидімен щталған электродының оң зарядтары басымырақ бо- 291 лып, олардың біріншісінің тотықсыздандырғыштық, екін-шісінін тотықтандырғыштық бейімділігі артады. Басқаіи;і айтқанда, зарядтаганнан кейін қорғасын аккумуляторы-ның қорғасынмен қапталған пластинкасы теріс электрод, ал қорғасын (IV) оксидімен қапталған пластинкасы оң электрод болатын гальваникалық элементке айналады. Окың сызба-нүсқасьш былай жазуға болады. (-) РЬ / Н2804 / РЬ02 (+) Осы зарядталған аккумулятордың теріс және оң электродтарын өткізгішпен қосқаңда электрондар теріс электродтан он электродқа қарай жылжып химиялық энергия электр энергиясына айналады да сыртқы тізбек бойында электр тогы пайда болады. Мұны аккумулятор-дың зарядсыздануы дейді және бүл кезде электродтарда мынадай процестер жүреді: Теріс электродта РЬ° - 2ё + 804~ = РЬ2 + 5_04 Он электродта РЬ4 + 02 + 2е + 4Н+ + 504 = = РЬ804 + 2Н20 Жиынтық теңдеуі: РЬ° + РЬ4+02 + 4Н+ + 2504~ = = 2РЬ2+804 + 2Н20 Қорғасын аккумуляторының электр қозғаушы күшін гальваникалық элементтің электродтарында жүретін про-цестердің стаңдартты тотығу-тотықсыздану потенциалда-ры арқылы табуға болады: Е — т + 2- 2+ _ ,„ 2+ 0 2 _ — ГРЬОг + 2Н + 804 / РЬ 504 + 2НгО (РРЬ 504 / РЬ + Х04 _ = 1,68- (-0,36) Сілтілік аккумуляторлар. Сілтілік аккумуляторлар-дың ішінде темір-никель аккумуляторларының практика-лық маңызы зор. Бүл аккумулятордың теріс электроды аздаған сынап (II) оксиді қосылған кеуек темірден, ал оң электроды никель (III) гидроксидінен түрады. Олар 30% калий гидроксиді ерітіндісіне батырылған. Аккуму-лятордың сызба-нүсқасы мынадай: (-) Ғе | КОН | №(ОН)3 (+) 292 Аккумуляторда химиялық энергия электр энергиясы- ■ .иіиалғанда, яғни ол электр тогын бергенде сыртқы
тродтарда мынадай процестер жүреді: Теріс электродта Ғе° - 2ё + 20Н" = Ғе2 + (ОН)2
>олады:
зарядталу Ғе° + 2№3+(0Н)3 «? Ғе2+(ОН)2 + 2№2+(ОН)2 зарядсыздану Соңғы кезде күміс-мырыш аккумуляторы жиі к.олданылып келеді. Оның бір электроды күмістен, екінші электроды мырыш гидроксидінен түрады да, элек-тролит ретінде тығыздығы 1,4 г/см3 болатын калий гид-інжсиді қолданылады. Аккумуляторды зарядтау және зарядсыздандыру кезінде жүретін электрохимиялық процестерді мынадай тендеумен көрсетуге болады: Ае° + 2п2+(ОН)2 «? А82+0 + 2п° + Н20 Аккумулятор беретін токтың кернеуі 1,85 В. Аккумуляторлар телефон, телеграф, радио станцияла-ріліда ток алу үшін, тепловоздарда, сүңгуір қайықтарда, антомашиналарда, поездарда, мотоциклдерде қолданыла-ДЫ. §12. МЕТАЛДАРДЫҢ КОРРОЗИЯСЫ Коррозия деп металдардың өзін қоршаған ортамен химиялық немесе электрохимиялық жолмен әрекеттесуі імтижесінде бүлінуін айтады. Коррозия гетерогендік то-тигу-тотықсыздану реакциясына жатады. 293 Металдар бүлінуінің ме- ^+ гнх0+4е->чон"^ ханизміне қарай коррозия- -т> * те ны химиялық және элек- т  рохимиялық деп екі топқа
бөледі. Жүйеде электр то- гы түзілмей металдардың бүлінуін химиялық корро- зия дейді. Химиялық кор- розия кезіңде металдар 55-сурет. өзін ҚОршаған әр түрлі Мыспен жанасқан темірдік элект- газдармен, электролиттер- рохимиялық коррозиясы мен әрекеттесіп бүлінеді. Металдардың бүлінуіне химиялық коррозияның бір түрі — газ коррозиясы, яғни металдардың ауадағы оттегімен тотығуы көп зиян келтіреді. Бгер металдардың бетіндегі оксид кабығы мықты, берік және түтас болса, ол оны ары қарай бөлінуден сақтайды. Мысалы, алюминийдің, бериллийдің, танталдың бетіңде түзілетін оксидтер тығыз болады да оларды ары қарай тотығудан — бүлінуден сақтайды. Бірақ көптеген металдардың бетіндегі оксидтер тығыз берік болмайды да, оларды ары қарай тотығудан сақтай алмайды. Жоғары температура металдардың тотығып, бүлінуін тездетеді. Мысалы, темірді 300—600°С дейін қыздырғанда бетінде оксидтер қабаты пайда болады. Бүл оксидтер борпылдақ және олардың кептеген тесіктері мен жарықшақтары болатындықтан, темірдің тотығуы температураның жоғарылауына сәйкес (800°С дейін) ар-та береді. Металдардың бейэлектролиттерде бүлінуі сүйық отын пайдаланатын техника салаларында жиі кездеседі. Мыса-лы, отын ретіңце сүйық көмірсутектерін пайдаланатын іштен жанатын двигательдердің бүзылуы жиі кездеседі. Металды сүйық көмірсутектері бүддірмегенімен олардың қүрамында кездесетін қоспалар жанғанда түзілетін күкірт оксидтері т. б. газдар оксидтерін коррозиялайды. Электрохимиялық коррозия деп жүйенің ішінде электр тогы түзілу арқылы электролиттерде металдар-дың бүлінуін айтады. Бүл коррозия дымқыл ауада неме-се электролиттермен жанасатын металдарда жүреді. Техникада қолданылатын металдарда әр уақытта қоспалар болады. Сондықтан мүндай металдар электро-литпен жанасқанда көптеген микрогальваникалық эле-менттер жүмыс істеп активті металл электрондарын беріп бүлінеді. 294 Мысал ретінде мыспен жанасқан темірдің дымқыл і электрохимиялық коррозия арқылы бүлінуін I тырайық (55-сурет). Дымқыл ауада болатын әр Гүрлі оксидтер, мысалы С02, 802, 50з т. б. сумен әре- іесіп, мыспен жанасқан темірдің бетінде электролит-Гер түзуі мүмкін. Бүл жағдайда мынадай гальваникалық ілемент түзіледі: (-) Ғе (электролит) Си (+) Осыңдай гальваникалық элементгің жүмыс істеуі н.)[ижесінде активті металл — темір еріп тотығады: Ғе - 2ё = Ғе2+ Темірдің электрондары мыска қарай ауысып, оның бетінде электролит еріген оттегін тотықсыздандырады. 02 + 2Н20 + 4е = 40Н" Темір (II) иондары гидроксид иондарымен •рекеттесіп, темір (II) гидроксидін түзеді. Ғе2 + 20Н~ = Ғе(ОН)2 Түзілген темір (II) гидроксиді ауадағы оттегімен то-илып, темір (III) гидроксидіне айналады: 4Ғе(ОН)2 + 02 + 2Н20 = 4Ғе(ОН)3 Егер металмен жанасқан электролиттің қышқылдық қасиеті басым болса, онда катодта (мысалы, мыста) от-ітктің орнына сутегі иондары тотықсызданады: 2Н+ + 2ё = Н2 Сонымен бірге бір металдың өзі де электролитпен жанасқанда көптеген микрогальваникалық элементтердің жүмыс істеуі нәтижесіңде электрохимиялық коррозияға үшмрайды. Өйткені металл анод қызметін атқарып сриді, ал қоспалар потенциалы оң болғаңдықтан, катод кы.іметін атқарып, оның бетінде не сутегі иондары неме-I | оттегі тотықсызданады. Бүған мысал ретінде шойынды 295 келтіруге болады, ондағы темір анод, ал цемент (Ғе3С) катод болып жүмыс істейді. Сөйтіп электрохимиялық коррозия кезінде активтігі жоғары металл еріп коррозияланады да, оның электрон-дары активтігі кем металдың бетіне ауысып, оттегі не-месе сутегі иондарын тотықсыздандырады, ал пассив металл бүзылмай сақталып қалады. Жер асты коррозиясы. Топырақта еріген заттардың әсерінен газ, су, мүнай жүретін қүбырлар мен кабельдер бүлінеді. Топырақ неғүрлым ылғал болса, жер асты кор-розиясы да тез жүреді. Кезеген токтар арқылы коррозиялану электр корро-зия деп аталады. Түрақты ток көзінен жүмыс істейтін трамвайлардан, метролардан, электропоездардан және әр түрлі электр қондырғылардан шығатын кезеген токтар жер астындағы металл конструкцияларын, қүбырларды, электрокабельдерді бүлдіреді.
Металдарды коррозиядан қорғаудың әр түрлі тәсілдері бар. Ортаның құрамыи өзгерту. Көптеген металдардан жасалған заттардың коррозиялануын суда немесе түздар-да еріген оттегі тездетеді. Соңдықтан олардың қүрамын-дағы оттегін азайту керек. Мысалы, судағы еріген оттегін азайту бу қазандарының үзақ жүмыс істеуіне жағдай жасайды. Қышқылмен жанасатын металдардың коррозиясын азайту үшін оларға ингибиторлар деп аталатын заттар қосады. Ингибитор қосылған қышқыл металға әсер ет-пейді, бірақ оның оксидтерін, карбонаттарын жақсы ерітеді. Сондықтан ингибитор қосылған қышқылдар бу қазандарын металл қақтардан тазарту үшін қолданыла-дн. Қорғаныш жабындары. Металдарды әр түрлі затпен қаптау арқылы сыртқы ортаның әсерінен қорғайды. Кебінесе бір металды коррозияға тезімді басқа бір ме-талмен қаптайды. Егер сыртқы металдың механикалық әсерден бір жері бүлінсе, онда екі металл ылғал ауамен жанасып гальваникалық элемент түзілу нәтижесінде негізгі қорғайтын металл коррозияланады. Егер сыртқы жабын металл активті болып, ал қорғайтын металдың активтігі кем болса, онда коррозия кезіңде сыртқы металл анод қызметін атқарады. Со- 296 мдмқтан мүндай қаптауды анодтық қаптау дейді. Мы-||ЛЫ, мырышпен қапталған темір сыртқы ортамен жа-іі.цс.і, мырыш анод қызметін атқарып коррозияланады д.і. негізгі металл — темір сақталып қалады. Егер темір-ді қалайымен қаптаса, сыртқы ортамен жанасқанда ак-тив металл темір еріп коррозияланады, ал қаптаған мп.ілл қалайы катод қызметін атқарады. Сондықтан бір мп.ілды басқа бір активтігі кем металмен қаптауды ка-т<н)тық қаптау дейді. Электрохимиялық қорғау. Бұл әдіспен металдан жа-іалган қүрылысты коррозиядан қорғау үшін оны түрақты ток көзінің катодымен жалғайды. Осының нәтижесінде қоргайтын заттың өзі катод қызметін атқарады, анодпен .♦.і/панған металл кесектері бүлінеді, ал катод қорғай-гілі металл сақталып қалады.
Электрохимиялық тәсілдің тағы бір түріне протектор-лмқ қорғау жатады. Бүл әдіс бойынша қоргалатын ме-ііілл конструкциясына активтігі одан жағары металл Івсегін жалғайды. Осы активті металл протектор деп .и.ілады да анод қызметін атқарып коррозияланады, ал Цвгізгі металл конструкциясы сақталып қалады. Коррозиядан электрохимиялық қорғау әдістері жер лгімндағы судағы металл конструкцияларын қорғауға қолданады. Коррозияға төзімді құймалар қолдану. Коррозияға юіімді қүймаларды металға басқа металдардың немесе бейметалдардың белгілі бір мөлшерін қосу арқылы дай-мидайды. Қазіргі кезде қүрамы әр түрлі және түрліше орта-ларга төзімді көптеген қүймалар қолданылады. Көптен келе жатқан және арзан әдіс — металдарды лактау және сырлау арқылы коррозиядан қорғау. Соны-мги бірге металдарды эмальдармен, битуммен, ре-Иякемен, каучукпен т. б. заттармен қаптау арқылы коррозиядан қоргау кең қолданылады. 10-ТАРАУ. МЕТАЛДАРДЫҢ ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ. ҚҮЙМАЛАР Осы кезге дейін белгілі болып отырған 105 химия-лық элементтердің 80-нен астамы металдарға жатады. Д. И. Менделеевтің периодтық системасында орна-ласқан барлық /-элементтер (I және II негізгі топша-лар), барлық ларда орналасқан. Бүл топшалардың жоғаргы жағына бейметалдар, ал төменгі жағына металдар орналасқан. Егер бордан астатқа дейін түзу сызық жүргізсе III—VIII негізгі топшалардың р-бейметалдары шамамен сызықтың жоғары жағьгаа, металдары төменгі жағына, ал сы-зықтың маңайына металдық та, бейметалдық та қасиеттері бар р-элементтер орналасады. "Металл'' деген атау металл элементі үшін де, олардың қасиеттерін көрсететін металл жай заттары үшін де қолданылады, ал техникада бүл атау металл жай заты үшін гана емес, сонымен қатар металдардың қасиеттерін көрсететін барлық материалдарға, қүймаларға да қолданылады. Металдардың және олардың қосылыстарының қасиеттері периодтық системадағы олар орналасқан топ-шалар бойынша қарастырылады. § 1. МЕТАЛДАРДЫҢ ШІКІ ҚҰРЫЛЫСЫ МЕН ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ Металдарға тән қасиеттер металдардың соғылғыш-тығы, созылғыштығы, электр тогын, жылуды жақсы өткізгіштігі. Бүл олардың ішкі қүрылысына байланысты болады. Металл кристалында атомдар, иондар және бос электрондар болатыны дәлелденіп отыр. Атомдар мен иондар кристалда белгілі бір тәртіппен орналасып осы металға тән металдық кристалдық тор түзеді. Металдардың кристалдық торының түйіндерінде металл атомдары мен иондары орналасады, ал олардыц арасымен бос электрондар "электрон газы" қозғалып жүреді. Кристалдық торда металл иоңдары тығыз орна-ласқан. Әрбір ионды 8-ден 12-ге дейін басқа иондар қоршайды. Техникалық маңызы бар металдардың кри-сталдық торлары мынадай негізгі 3 топқа бөлінеді (42-суретті қараңыздар). 298
1. Қырлары орталықтанған куб. Бүған А1, РЬ, №, Ли, Са, Ра, Рі, К.Һ, Тһ металдарының кристалдық Юрлары жатады. 2. Ористалдық торлары көлемі орталықтанған куб болатын металдарға Іі, гіа, Сз, V, Мо, >У, Ва, Та, Ғе Катады.
3. Гексогональды кристалдық торлары мына мета- Лдарға тән: Ве, Са, М§, Ті, Т1, 2п, Н§, Оз, Ки. Металдардың жоғарыда аталған жалпы физикалық иеттері олардың ішкі қүрылыстарының үқсастығымен түиндіріледі. Барлық металдардың кесек күйінде металдық ♦ ірқылы болады, оның себебі түскен сәуле металл чщегі электрондардан шағылысады. Металдардың соғылғыштығы және созылгыштығы олардың кристалдық торларындағы атомдар немесе ион-дар қабаттарының бір-бірінен жеңіл ығысып орын луыстыруына байланысты. Мүның өзі металдардың і оі ылғыштығын кемітіп, оның қаттылығын арттырады.
Барлық металдар кәдімгі жағдайда қатты күйде, іқу температурасы—38,9°С болатын сынап қана к.ідімгі температурада сүйық күйде болады. Металдардың қаттылығы әр түрлі. Сілтілік металдар жүмсақ, оларды пышақпен кесуге Гнілады, ал ауыр металдар (хром, вольфрам) ете қатты. Металдардың тығыздығы да әр түрлі. Тығыздығы 5 і/см3-ке дейін болатын металдарды жеңіл, қалғаңдарын вуыр металдар дейді. Ең жеңіл металл литий, оның 299
Металдардың балқу температуралары да әр түрлі. Көбінесе жеңіл металдар оңай, ал ауыр металдар қиын балкиды. Мысалы, цезий 28°С-да, вольфрам 3880°С-да балкиды. Металдардың қайнау температуралары өте жоғары болады. Мысалы, мыстың қайнау температурасы 2277°С. Техникада металдарды қара және түсті деп бөледі. Қара металдарға темір мен оның қүймалары жатады. Түсті метаддар сілтілік, сілтілік-жер, бағалы (Аи, Ае. т. б.), сирек кездесетін (титан, германий, ванадий, рений т. б.) металдар болып бөлінеді.
Металдардың сыртқы электрондық қабатыңда 1-ден 4-ке дейін электрондар болады. Соңцықтан металдар хи-миялық реакцияларда электрондарын біршама оңай беріп тотыгады да тотықсыздандырғыш қызметін атқарады. Металдардың тотықсыздаңдырғыштық қабілеті электрохи-миялық кернеу қатарындағы стандарттық электродтық потенциалдарының мәндеріне байланысты. Электрохимиялық кернеу қатарында стандартты элек-тродтық потенциалының мәні теріс металл потенциалы оң металды оның түзынан ығыстырады, мысалы: Ғе° +Си2+804 = Ғе2+504 + Си° Си° + Нг2+(Шз)2 = Си2+(Шз)г + Н8° Кернеу қатарында сутегіне дейін орналасқан метал-дар сутегін сүйытылған қышқылдардан ығыстырады: Мп° + 2НС1 = МпСЬ + Н° Электрохимиялық кернеу қатарында сутегінен кейін орналасқан металдар сүйытылған қышқылдарда ерімейді. Олардың кейбіреулері тотықтырғыш қышқылдарда — кон-центрациялы күкірт қышқылында және кез келген кон-центрациялы азот қышқылында ериді, мысалы: Си° + гНгЗО^шнц) = Си504 + 502 + 2Н20 ЗАё° + ^НМОзссуйыг) = ЗАеШз + N0 + 2Н20 300
Алтын мен платина концентрациялы күкірт қышқылы мі-н азот қышқылында да ерімейді. Алтын сүйықтық патшасы деп аталатын бір көлем .і юг қышқылы мен үш көлем түз қышқылының мкиасында ериді: Аи° + НЫОз + ЗНСІ = АиСЬ + N0 + 2Н20 Аса активті металдар, атап айтқанда, сілтілік, илтілік-жер металдар, лантаноидтар, антиноидтар сумен врекеттесіп сутегін ығыстырады, мысалы: Ва° + 2Н+0Н = Ва2+(ОН2) + Н2() 2Ьа + 6Н+0Н = 2Ьа3+(ОН)3 + ЗН2 Амфотерлі металдар қышқылмен де, сілтімен де дрекеттесіп, сутегін бөліп шығарады: $п° + 2НС1 = гп^СЬ + Нг0 0 5п° + 2МаОН+ = Ыа25п3+02 + Н2 Металдар оттегімен әрекеттесіп оксидтер түзеді. Сілтілік, сілтілік-жер металдар оттегімен негіздік оксид-тер түзеді. Кейбір металдар, мысалы, мырыш, алюминий, қалайы, қорғасын т. б. амфотерлік оксидтер түзеді. Әр түрлі тотығу дәрежесін көрсететін металдар әр түрлі сипатты оксидтер түзеді, мысалы СгО негіздік, Сг20з амфотерлік, СгОз қіяшқылдық оксидтер. 8 3. МЕТАЛДАРДЫҢ АЛЫНУЫ Табиғатта бос күйіңде активтігі өте кем, электрохи-миялық кернеу қатарында сутегінен кейін орналасқан металдар: мыс, сынап, күміс, алтын, платина ғана кез-деседі. Практикалық маңызы бар көпшілік металдар жер кыртысыңда әр түрлі қосылыстар түрінде кездеседі. Өндірістік көлемде металл алуға жарайтын табиғи шикізаттарды кен деп атайды. Кендерден металдарды металлургия өнеркәсібінде өндіреді. Кендерден металдар өндіру үшін алдымен оларды байыту фабрикаларында бос жыныстардан тазартып бай-ытады.
Металлургия өнеркәсібінде кендерден металдар алу үшін пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометал-лургия әдістері қолданылады. Пирометаллургия. Бүл әдіс бойынша кендерден мета-лдар өндіру жоғарғы температурада жүргізіледі де, то-тықсыздандырғыштар ретінде көміртегі (II) оксиді, алюминий, сутегі т. б. қолданылады. Металдарды олардың оксидтерін көміртегі (II) ок-сидімен тотықсыздандыру арқылы алады. Мысалы, осын-дай әдіспен домна пешінде темір оксидтерінен темір алады: Ғе20з + ЗСб = 2Ғе° + ЗС02
2А1° + Сг20з = АЬОз + 2Сг° Сульфидтерді жагып, түзілген металл оксидтерін ары қарай тотықсыздандыру арқылы металдар алу. Мысалдар ретінде қорғасын сульфидінен қорғасын және молибде-ниттен молибден алу реацияларын келтіруге болады. I 2РЬ52_ + 302 = 2РЬ02_ + 2502 2РЬО + С° = 2РЬ° + С02
СиО + Н2504 = Си504 + Н20 Си504 + Ғе° = Си° + Ғе2+504 302
Екі немесе одан да көп металдардан немесе металдар мсн бейметалдардан түратын жүйелерді қүймалар дейді. К,азіргі кезде техникада таза металдарға қарағанда қүймалар көп қолданылады. Өйткені қүймалардың таза металдармен салыстырганда көптеген техникалық бағалы касиеттері бар. Металдарға тән электр және жылу өт-кініштік қасиет қүймаларда да сақталады, бірақ таза металдарға қарағанда төмендеу болады. Қүймалардың балқу температурасы оның қүрамына кіретін металдар-дың балқу температураларынан төмен болады, ал қүйма-КЫҢ қаттылығы өзінің қүрамына кіретін ең жүмсақ металдың қаттылығынан жоғары болады. Көптеген металдар балқыған күйде бір-бірімен арала-сады да, суытқанда қүйма түзеді. Балқыған күйдегі металдарды араластырудан алынған біртекті массаны салқындатудан түзілген қатты қүйма-иың табиғаты оның қүрамына кіретін металдардың қасиеттеріне байланысты болады. 1. Балқыған күйдегі металдар сүйық күйде бір- бірінде ерігенмен қатты күйде ерімейді және бір-бірімен әрекеттеспейді. Мүндай қүймалар оның қүрамына кіретін металдардың жеке-жеке кристалдарынан түрады. Балқыған күйде бір-бірінде жақсы еріген металдар қатты күйде бір-бірінде еріген түрде болады. Мүндай қүймалар олардың қүрамына кіретін металдардың кри-сталдык торлары үқсас және атомдардың радиустары жақын болған жағдайда түзіледі. Мүндай қүйманы қатты ерітіңці дейді және оның кристалды торында екі мета-лдың да атомдары болады. Мүндай қүймаларда немесе қатты ерітінділерде металдар бір-бірінде шексіз ериді не-месе белгілі бір мөлшерде ғана ериді. Кейбір металдарды балқытып араластырғанда және і алқындатқанда бір-бірімен әрекеттесіп химиялық қосы-лыстар түзеді, оларды интерметалдық қосылыстар дейді. Бүл қосылыстардың формулалары (мысалы Си52пв) хи-миялық элементтердің кәдімгі валенттіктері туралы түсінікке сәйкес келмейді. Бүл қосылыстар қүрам түрақтылық заңына бағынбайтын, қүрамында айнымалы болатын бертоллидтерге жатады. 303 
100% 100% Ві Ы 56-сурет. Ві-Ссі жүйесінің кристалдану қисық сызықтары (а) мен балқығыштық (б) диафаммасы §5. МЕТАЛДАР ҚҮЙМАЛАРЫН ФИЗИКА-ХИМИЯЛЫҚ ТАЛДАУ Қүймалардың қүрамын зерттеуге физика-химиялық талдау қолданылады. Бүл талдау бойынша қүйманыц қүрамының өзгеруіне байланысты оның бір физикалық қасиетінін, мысалы балқу температурасының немесе электр өткізгіштігінің өзгеруі зерттеледі. Осыдан алынған мәліметтерге байланысты қүрам-қасиет диаграммасын жасайды. Абсцисса всінде қүйманың проценттік қүрамын көрсетеді, ал ординат өсіне оның қасиетінің саңдық мәндерін көрсетеді. Қүймалардың қасиеттерін зерттеуде, әсірессе, терми-ялық анализ жиі қолданылады. Бүл жағдайда диаграмма қүйманың балқу температурасының оның қүрамына кіретін металдардың проценттік мөлшерлеріне байланы-стылығын көрсетеді де бащыеыштық диаграммасы деп аталады.
нолшері оңнан солга қарай, ал кадмийдікі солдан оңға карай есептеледі. Әр нүктедегі екі металдың проценттік міі/тіерлерінің қосындысы 100%-ке тең. Суреттегі 1 Вкық сызығына таза висмут сәйкес келеді. Бүл қисық іышқтың горизонталь кесіндісі висмуттьщ балқу темпе-ратурасы 27ГС-ға сәйкес келеді де диаграммада 1 нүктесі болып белгіленеді. 2 қисық сызықтағы горизон-таль кесіңді сүйық қүймадан висмуттың кристаддарының болініп шыға бастағанын көрсетеді. Өйткені висмут сүйық күйден қатты күйге айналғанда жылу бөлінеді де жүйенің кристаддану жылдамдығын азайтады. 2 қисық сызығының горизонталь кесіндісі балқығыштық диағрам-масында 2 нүктесі түрінде көрсетіледі. Диаграммадағы 2 нүктесі сүйық қүймадан висмут кристалдарының бөліне бастайтын ордината бойынша температураны, ал абсцисса бойынша қүйманың қүрамын көрсетеді. Жүйенің температурасының ары карай төмен-деуіне байланысты висмуттың кристаддарының бөлінуі күшейді де сүйық қүймадағы кадмийдің проценттік мөлшері артады. Жүйенің температурасы төмендей келіп І40°С-ға жеткенде барлық қүйма түгелдей кристалдана-ды. Бүл қүймада 60% Ві, 40% Сё бар. Егер кадмийі көп сүйық қүйманы салқындатса, алдымен кадмийдің кристалдары бөлінеді де (7 қисық сызық) қүйманың қүрамы 60% висмуттан, 40% кадмийден түрған кезде 140°С-да толық кристалданады. Осындай екі металдан түратын қүйманың ең теменгі балқу температурасын не-месе сүйық қүйманың ең төменгі кристалдану темпера-турасын эвтектикалық температура, ал қүйманың осы температураға сәйкес келетін қүрамын эвтектика дейді. Қарастырылып отырған Ві-Ссі қүймасыньщ эвтектика-лық температурасы 140°С, ал эвтектикасы 60% висмут-тан, 40% кадмийден түрады. Суреттегі 3 қисық сызығының горизонталь кесіндісі сүйық қүймадан висмут кристалдарының бөлінетіндігін көрсетеді де, диаграммада 3 нүктесі түрінде көрсетіледі. 3 нүктесі висмут кристал-дары бөлінетін сүйық қүйманың қүрамы (абсциссада) мен температурасын (ординатада) көрсетеді. 4 қисық сы-зыгының горизонталь кесіндісі 140°С сәйкес келеді де тек эвтектиканың түзілетінін көрсетеді. 7 қисық сызығының горизонталь кесіндісі кадмийдің балқу температурасын көрсетеді, ал 6, 5 қисық сы-зықтарының горизонталь кесінділері түрлі температура-ларда және әр түрлі қүрамды сүйық қүймадан кадмийдің кристалдарының бөліне бастауын көрсетеді. 304 305
N1 Н6Г 
да#иі м і м і і і і і і 20 V 60 {0 ЦЮХм$ а зв 58-сурет. Си-М§ жүйесінің балқығыштык диаграммасы
57-сурет. Си-№ жуйесініц балқығыштық диаграм- масы
Олар диаграммада сәйкес 7, 6, 5 нүктелері түрінде көрсетілген. Висмут — кадмий балқығыштық диаграммасында 5 бөлім бар. I — екі металдың сүйық қүймасы, II — вис-мут кристалдары мен сүйық қүйманың қоспасы, III — кадмий кристалдары мен сүйық қүйманың қоспасы, IV — висмут кристалдары мен эвтектика қоспасы, V — кад-мий кристалдары мен эвтектика қоспасы. Қүрамындағы металдар қатты ерітінді түзетін жүйелердің балқығыштық диаграммасы. Мүндай қүйма-ның мысалы ретінде Си-№ жүйесінің балқығыштық ди-аграммасын келтіруге болады (57-сурет). Мыс пен никельді балқытып араластырудың нәтижесінде қатты ерітінді түзіледі. Сондықтан балқығыштық диаграммада эвтектикалық температура жоқ. Бірақ бүл жүйеде қүра-мы бірдей қатты ерітіндінің балқу температурасы сондай қүрамды сүйық қүйманың кристалдану температурасына тен болмайды. Соның нәтижесінде жүйенің балқығыштық диаграммасында екі қисық сызық бар — оның жогарғысы сүйық қүйманың кристалдану температураларын, ал теменгісі катты ерітіндінің балқу температурасын көрсе-теді. Немесе жоғарғы қисық сызық кристалдану темпе-ратураларын, төменгі қисық сызық кристалданудың аяқталу температураларын көрсетеді. Екі қисық сы-зықтың арасьшдағы кеңістік сүиық қүйма мен қатты ерітіндінің қатар болатын жағдайларын көрсетеді. Жоғарғы қисық сызықтан жоғары жақтағы нүктелер 306
іүйық қүйманың, төменгі қисық сызықтан төмен жатқан Вуктелер қатты ерітінді болатын жағдайларды көрсетеді. Интерметалдық қосылыстар түзілетін жүйелердің Гыілқмғыштық диаграммасы. Мүндай жүйелердің балқы-гыштық диаграммаларында түзілген интерметалдық қікылыстарға сәйкес келетін бірнеше максимумдары мен :>мтектикаларға сәйкес келетін бірнеше минимумдары бо-лады. Мысал ретінде Си-М^ жүйесінің балқығыштық ди-аграммасын келтіруге болады (58-сурет). Бүл диаграм-мада түзілген екі түрлі интерметалдық қосылыстарға юйкес келетін екі максимум бар, оларға 793°С және 570"С температуралар сәйкес келеді. Сонымен бірге ди-аграммада үш түрлі эвтектикаларға сәйкес келетін үш минимум бар. Бүл минимумдарға 730°, 555° және 485°С температуралар сәйкес келеді. Балқығыштық диаграмма-сындағы әр максимум соған сәйкес келетін қосылыстың балқу температурасын көрсетеді. Мысалы бірінші макси-мум (797°С) Си2М{» қосылысының балқу температура-сын, ал екінші максимум 570"С СиМ^ қосылысының балқу температурасын көрсетеді. Сонымен Си-М^ жүйесінің балқығыштық диаграмма-сы қүймада екі химиялық қосылыс түзілетіндіктен диаг-рамма бірінші типті үш диаграммадан түратын сияқты болып көрінеді.
Ғе504 + 7Н20 = Ғе504 • 7Н20 = [Ғе(Н20)6 ] 804 • Н20 Ғе(СК)2 + 4КСИ = Ғе(СК)2 • 4КСЫ = К4[Ғе(СЫ)6] 307 Заттар гидролизінің химия, жеңіл және тамақ өнеркәсібіндегі технологиялық процестерді іске асырудагы маңызы зор. Өндірісте ағашты, сабанды, басқа да органикалық қалдықтарды гидролиздеу арқылы метил спиртін, этил немесе шарап спиртін, глюкоза өндіруді іске асырады. Крахмалды, клетчатканы гидролиздеп жай қанттарға айналдырады, ал майлар мен күрделі эфирлердің гидро-лизденуі нәтижесінде сәйкес глицерин, спирттер және әр түрлі карбон қышқылдары түзіледі. Гидролиз процесін өндірісте су тазартуға, сабын өндіруге т. б. қолданады. §22. ЕРІГШІТГКТІҢ КӨБЕЙТШДІСІ Қатты заттардың ерігіштігінің әр түрлі болатыны бүрын айтылды. Бірақ табиғатта тіпті ерімейтін зат жоқ. Кез келген зат өте аз болса да ериді. Өте аз еритін электролиттердің концентрациялары жоғарыда келтіріл-геи, мысалы, молярлық концентрация арқылы белгілеу ерітіндінің нақты күйін көрсете алмайды, өйткені ерітіндідегі еріген зат молекула күйінде емес иондар түрінде болады, ал иондардың концентрациясы ерітінді-нің молярлық концентрациясына сәйкес келе бермейді. Сондықтан өте нашар еритін электролиттердің ерігіштігін көрсету үшін ерігіштіктің көбейтіндісі деген түсінік қолданылады. Кез келген өте нашар еритін электролиттің кристал-дарын суға салғанда ол аздап еріп, иондар түрінде ерітіндіге көшеді, ал біраздан кейін олардың концентра-цияларының артуына байланысты иондар ерітіндіден кри-сталға көше бастайды. Электролитгің еріп, иондар түрінде ерітіндіге көшу жылдамдығы иондардың қайтадан кристалға айналу жылдамдығына тең болғанда жүйе хи-миялық тепе-теңдік күйге көшіп, осы температурадағы қанық ерітінді түзіледі. Мысалы, барий сульфатының қанық ерітіндісінде қатты зат пен қанық ерітіндідегі иондардың арасында мынадай тепе-теңдік болады.
Келтірілген теңдеу нашар еритін электролиттің қанық ерітіндісіндегі оның иондарының көбейтіндісі осы температура үшін түрақты шама болатынын көрсетеді. Бүл шама ерігіштіктің көбейтіндісі деп аталады және оны ЕК әріптерімен белгілейді.
Ек = [Ва2+][50Г] = 1 • 10~ю Егер нашар еритін электролиттің қанық ерітіндісіндегі иондардыц концентрациясы оның ерігіштік көбейтіндісінеи (Ек) аз болса, онда мүндай қанықпаған ерітіндіде заттың әлі де біраз мөлшері ериді. Мысалы барий сульфаты ерітіндісінде [Ва+ ] [504 ] көбейтіндісі 1 • 10~'°-нан кем болса, әлі де біраз Ва504 ериді. Егер нашар еритін электролит ерітіндісіндегі иондар-дың көбейтіндісі ерігіштік көбейтіндісінен артық болса, онда бүл аса қаныққан ерітіндідегі иондар әрекеттесіп нашар еритін электролиттің түнбасын түзеді. Мысалы, егер барий сульфаты ерітіндісіндегі иондардың кебейтіндісі [Ва+][504 ] ерігіштік көбейтіндісінен көп болса, онда ерітіндіден белгілі мөлшерде Ва504 түнбаға түседі. Түнба түзілу ерітіндідегі иондардың көбейтіндісі 1 • 10~'°-ға тең болғанша жүреді. Нашар еритін электро-литтің ерітіндісіндегі иондардың көбейтіндісі түрақты ша-ма болатындықтан, ерітіндіге бір аттас ионды енгізу тепе-теңдікті түнба түзілетін жаққа қарай ығыстырады. Мысалы, барий сульфатының қанық ерітіндісіне біраз ЫагЗО^ қосса, [Ва+][504 ] көбейтіндісі түздың ерігіштік көбейтіндісінен, яғни 1 • 10~'°-нан артып кетеді де Ва$04 түнбасы түзіледі. Осының нәтижесінде ерітіндінің ерігіштік көбейтіндісі (Ек) қайтадан 1 • 10~'°-ға теңеседі. Нашар ерітін электролиттің ерігіштік көбейтіндісін біле отырып, оның ерігіштігін есептеп шығаруға болады: 1-мысал. Барий сульфатыныя ерігіштік көбейтіндісі 1 • 10~ болса, онық ерігіштігі қанша? 237 236 №СҺ + 4№Ь т №СЬ • 4№Ь = [№(МН3)4]СЬ Си(ОН)2 + 41Ш4ОН = Си(ОН)2 • 4гШ4ОН = = [Си(гШ3)4](ОН)2 + 4Н20 АиСЬ + НСІ = АиСЬ • НСІ = ЩАиСЩ Реакциялардың нәтижесінде түзілген оң жақтағы шеткі қосылыстар кешен қосылыстарының формулалары. Судағы ерітінділерінде кешен қосылыстар кешен ионына және қарапайым ионға ыдырайды, мысалы: ІС[Ғе(СМ)б] «? 4К+ + [Ғе(СМ)6Г~ [Си(№і3)4](ОН)2 «? [Си(МН3)4]2+ + 20Н~ Н[АиСЦ] «? Н++ [АиСЬГ Кристалда да, ерітіндіде де қүрамында кешен ионы болатын жоғары ретті қосылыстарды кешен қосылыстар деп атайды. Иондарға ыдырамайтын кейбір кешен қосы-лыстарына (мысалы [Рі(гШ3)2СҺ] бұл анықтама қолда-нылмайды. Барлық кешен қосылыстарын қамтитын толық анықтама беру үшін олардағы химиялық байланыстың түзілу механизмін еске алу керек (III тарау, 37). Бар-лык кешен қосылыстарда донорлы-акцепторлы байланыс болады. Осы түрғыдан алып қарағанда кешен қосылыс-тар дегеніміз қурамында бір немесе бірнеше донорлы-акцепторлы байланыс болатын жогары ретті қосы-лыстар. § 1. КООРДИНАЦИЯЛЫҚ ТЕОРИЯНЫҢ НЕПЗП ТҮСШІКТЕРІ Кешен қосылыстарының қүрылысы мен қасиеттерін Швейцария ғалымы Альфред Вернер үсынған (1893) ко-ординациялық теория жақсы түсіндіреді. Бүл теорияның негізгі қағидалары мынадай: Кешен қосылыстардағы басты орын кешен түзу-шінің үлесіне тиеді. Кешен түзуші көбінесе оң заряд-талған металл иондары болады. Кешен түзушінін маңайына теріс зарядталған ани-ондар немесе электронейтрал молекулалар — лигандалар орналасады. Кешен түзушінің маңайына орналасқан немесе ко-ординацияланған лигандалардың жалпы саны кешен тү-зушінің координациялық саны деп аталады. 308 4. Кешен түзуші мен лигандалар кешен қосылысының ішкі сферасын түзеді. 5. Ішкі сфераға сыймай калған иондар кешен қосылысының сыртқы сферасын түзеді. Кешен қосылыстарының формулаларын жазғанда ішкі сфера квадрат жақшаға алынып, сыртқы сферадан болінеді. Негізгі кешен түзушілерге Д. И. Менделеев период-тық симтемасының қосымша топшаларында орналасқан (/-элементтері жатады. Кейбір көп кездесетін кешен түзушілер және олар-дың координациялық сандары төменде келтірілген:
Полюсті молекулалар Н20, ЫНз, СО, N0, ЫН2ОН т. б. Иондар: , ,_ Ғ", СГ, ВГ, Г, 02_,ОН-, СЫ", СК8", 520з, С03, С204 . Кешен қосылысының сыртқы сферасында аниондар немесе катиондар болуы кешен ионының зарядына бай-ланысты. Егер қосылыстағы кешен ионының заряды оң болса сыртқы сферада аниондар орналасады, ал кешен ионының заряды теріс болса, сыртқы сферада катиондар орналасады. Кешен қосылысының формуласын қүрастыру үшін ке-шен түзушінің координациялық санын, оның зарядын, лигандалардың зарядтарын, кешен ионының зарядын, сыртқы сфераның зарядтарын анықтау керек. Мысалы кешен түзуші екі оң зарядты темір ионы-нан, теріс бір заряды циан қышқылы қалдықтары түріндегі лигандалардан және сыртқы сферасында калий катиондары болатын кешен қосылысының формуласын қүрастырайық. Жоғарыда келтірілген мәліметтерден Ғе2+ ионының координациялық саны 6 екенін білеміз, олай болса, ке-шен түзушінің маңайына 6СЫ орналасатының ескеріп, ішкі сфераны былай жазамыз: [Ғе(СИ)6] 309 Енді кешен ионының зарядын табамыз. Кешен ионы-ның заряды кешен түзушінің заряды мен лигандалардың зарядтарьшың алгебралық қосындысына тең: + 2 + (- 1) • 6 = -4 Кешен ионының заряды —4 болғандықтан, сыртқы сферада +1 зарядты калийдің ионы 4. Олай болса, бүл кешен қосылысының формуласы мынадай: К4[Ғе(СЮб]
Негізгі кешен түзушілер — периодтық жүйедегі қосымша топшалардың элементтері. Олардың көпшілігі-нің бос немесе босайтын орбиталдары бар. Кешен түзу-шілер сол бос орбиталдарына лигандалардың дайын жүп электрондарын қабылдап, донорлы-акцепторлы механизм бойынша көптеген сигма байланыстарын түзейді. Бірақ кешен түзуші лигаңцалардың дайын жүп электрондарын қабылдап алған сайын оның теріс зарядтарының саны артады, ал мүның өзі кешен түзушінің жаңа лиганда-лармен байланысуына (олардың дайын жүп электронда-рын қабылдап алуына) кедергі жасайды. Екінші жағынан кешен түзушімен байланысқан лигандалардың полюсті молекулалар мен иондардың өзара тебісуі нәтижесінде соңғылардың саны азаяды және соған сәйкес кешен түзушінің координациялық саны да азаяды. Сонымен ке-шен түзуші мен лигандалардың арасындағы электроста-тикалық тартылу мен лигандалардың өзара тебісуінің кешен түзушінің координациялық санын реттеуде белгілі бір әсері бар. Кешен түзушінің зарядының артуы оның координаци-ялық санын да және оның катысуымен түзілетін ке-шеннің түрақтылығын да арттырады, ал лигандалардың зарядтарының өсуі, керісінше кешен түзушінің координа-циялық санын кемітеді, өйткені лигаңцалардың өзара тебісуі күшейеді. Бір зарядты лигандалармен байланысқанда кешен түзушінің зарядының өсуіне байланысты оның координа-циялық саны артатынын мына мысалдардан көреміз: [Си(СМ)2Г, [Си(СМ)4]2", [РаСЦ]2", [РаС16]2" 310 Кешен түзуші заряды артуының кешеннің беріктігін арттыратындығын мына мысалдар далелдейді: [ҒеШгО^]2* комплекстегі кешен түзуші Ғе + пен лигандалар — су мо-лскулаларының арасындағы байланыс энергиясы 243 кДж болса, [ҒеШгОҺ]3* кешендегі кешен түзуші Ғе3* пен лигандалар Н20 арасындағы бір байланыстың энер-гиясы 485 кДж. Кешен түзушінің координациялық санының кемуіне лигандалар зарядының артуының әсерін мына мысалдар керсетеді: [ХпЛа]2", [2п02]2" Егер кешендегі лиганд-аниондарды лиганд-нейтрал молекулалармен ауыстырса, соңғылардың өзара тебісу аз болатыңдықтан, кешен түзушінің координациялық саны артады, мысалы [2п(гШ3)б]. Кешен түзушінің координациялық санына кешен түзуші мен лигандалардың мөлшерлері де әсер етеді. Кешен түзуші мен лигандалардың арасында химиялық байланыс түзілу үшін олардың бір-бірімен тиісті элект-рондық орбиталдарын қаптау керек, ал лигандалардың өзара тебісуінен олар белгілі бір қашықтықта орналасу-лары керек. Бүл айтылғандардан кешен түзуіпінің мөлшері (диаметрі) неғүрлым үлкен болған сайын, ал лигандалардың мөлшері неғүрлым кіші болған сайын ке-шен түзушінің ксюрдинациялық саны артады. Мысалы [А1Ғ6]3~ және [А1І4] кешендегі кешен түзуші алюминий-дің сәйкес координациялық сандары 6 және 4, өйткені алюминий ионымен радиусы кіші Ғ иондарының алтауы байланысса, радиусы үлкен I" иондарының төртеуі ғана орналаса алады. Кешен түзушшің электростатикалық өрісінде барлық аниондар 2полюстенеді, дегенмен күрделі аниондар (СЩ", 8202 т. б.) қиын, ал қарапайым аниондар (I", СГ, 82_ т. б.) оңай полюстенеді. Лигандалардың ра-диустары үлкейген сайын олардың сыртқы электрондары-ның ядромен байланысы азайып оңай полюстенеді және олардың кешен түзушімен химиялық байланысының (до-норлы-акцепторлы) беріктігі артады. Сондықтан Ғ", СГ, Вг", Г галогенид иондарынан кешен түзушімен Г ионы берік кешен түзеді. Мысалы [НіҒ4]2" < [НеСЬ,]2- < [НёВг]2" < [Н8І4]2" 311 Кешен түзуші Со3+ ионының қалған үш £/-орбиталь-дары (йху, йуг, йхг), яғни ^£-орбитальдары симметриясы сәйкес келмейтіндіктен, яғни лигандаларға бағыттал-мағандықтан, кыешендегі сигма байланыстарын түзуге қатыспайды. Олар энергиясы өзгермейтін, байланыстыр-майтын орбитальдар түрінде қалады. Кешен түзуші мен лагандалардағы 18 электрондардьщ 12-сі сигма байланы-стырушы орбитальдарға орналасады, ал екі дара элект-роны бір-бірден сигма босатушы орбиталдарда, ал қалған төртеуі (Ъйху, Мхг, Ъйуг ) (орбитальдар) байланыстыр-майтын л:-орбиталдарда орналасады. Төменгі спинді [Со(гШ3)б ]3+ кешенде Со3+ ионының 6 электрондары жүптасып л>симметриялы байланыстыр-майтын й?£-орбитальдарыңда орналасып, ал босатушы ор-биталдарында электрондар болмайтындықтан, энергия жағынан тиімді болады. Сонымен қатар кешен түзуге қатысатын 6 лигандадан (6>Шз молекуласынан) ауыса-тын 12 электрон түгелдей сигма байланыстырушы (ст6*") молекулалық орбиталдарға ауысып, жалпы жүйенщ энергиясын тиімді етеді. Жоғары спинді кешенге қараганда төменгі спинді кешен энергия жағынан тиімді, ейткені энергия жағынан жоғары жатқан й, орбитальдар мен лигандалар неғүрлым көбірек қапталса, кешен солғүрлым түрақты болады. // БӨЛІМ.
Сутегі сілтілік металдармен бірге бірінші топтың мсіі.ігі топшасына орналасқан. Өйткені оның жалғыз :>лектроны сілтілік металдардікі сияқты я-деңгейшесіне орналасады және химиялық қосылыстарда, атап айтқан-дл, металлеместермен қосылысында 1+, тең тотығу дәре-ВССіи көрсетеді. Сутегінің сілтілік металдардан елеулі айырмашылығы ■ бар. Ол біріншіден металлеместер, екіншіден күшті металдармен қосылысында 1-=ке тең теріс тотығу дирежесін керсетеді. Осындай қасиеттеріне сәйкес сутегін жііінші негізгі топшадағы галогеңдермен де бірге орна-ластырады, өйткені галогендер сияқты сутегі бір элект-|н>іі қосып алып, теріс тотығу дәрежесін көрсетеді. Галогендер сияқты сутегінің иондану энергиясы да жогары болады және жетінші негізгі тошпа элементтері іияқты екі атомы қосылып, молекула қүрайды да газ Куйдегі жай заттар түзеді. Сонымен сутегі қасиеттерін қарастырғанда оның гілтілік металдарға да галогендерге де үқсайтынын естен шыгармау керек. Сутегініқ табиғатта таралуы. Табңғи сутегінің 2үш |үрлі изотопы болады, оларға протий 2Н, дейтерий , Н, і II тритий жатады.
329 СНз - СН2 - СН = СН2 СН3 - СН2 = СН3 - СН3 - 0Н3 Бутен-1 Бутен-2 СНз-СН2=СН2-СН2 - ОН СНз - СН2 - СНОН - СНз Бутанол-1 Бутанол-2 §3. ГОМОЛОГТЫҚ ҚАТАРЛАР Толып жатқан органикалық қосылыстарды, үқсас қүрылыстарына және қасиеттеріне қарай топтар мен кластарға бөлінеді. Солардың ішінде ең қарапайым қосылыстар — қаныққан көмірсутектерінің бірнешеуінің формулаларын жазып, қүрамын және қүрылысын салыс-тырайық: Н Н Н Н Н Н I II III Н — С — Н;Н-С — С — Н;Н-С — С — С — Н; I II III
I I I I н—с—с—с—с—н I I I I н н н н бутан Бүлардың барлығының молекулаларындағы көміртегі атомдары өзара бір байланыс арқылы қосылған және әрбір келесі көмірсутек өзінің алдындағыдан СН2 тобыяа артық болады. Осындай әрбір қосылысты гомолог, ал косылыстардың тобын гомологтық, қатар, СН2 тобын гомологтық айырма дейді. Сонымен әрбір келесі қосылыс өзінің алдындағы қосылыстан СН2 тобына айыр-масы болатын химиялық қасиеттері жөнінен үқсас орга-никалық қосылыстар қатарын гомологтық қатар дейді. Гомолог, гомологтық қатар, гомологтық айырма де-ген терминдер барлық органикалық қосылыстардың клас-тарына қолданылатын түсініктер, мысалы: СНзОН СН3 - СН2 - ОН СН3 - СН2 - СН2 - ОН
Барлық органикалық қосылыстар ациклды (ашық тізбекті) және циклды ( түйық тізбекті) болып бөлінеді. Ациклды немесе ашық тізбекті қосылыстар түзу тізбекті және тармақталған тізбекті болып бөлінеді, мы-салы:
—С—С—С—С—С—С— —С—С—С—С—С— I I I I I I I I I I — с— I Ашық тізбекті қосылыстардағы көміртегі атомдары-ның арасыңда тек дара байланыстар болса, оларды қаныққан, ал көміртегі атомдарының арасында қос неме-се үш байланыстар болса, қанықпаеан деп атайды. Циклды немесе түйық тізбекті қосылыстар тізбектері тек көміртегі атомдарынан түратын карбциклды және көміртегі атомдарымен бірге басқа элементтердің де атомдары болатын гетероциклды болып бөлі-неді: \/
/~> Г" _» хч /V у/ с- /V/ \ I Іх /| II I \ " I с _ с с с- с _ < с^/< С— 8 N - _*. > карбоциклды гетероциклды Ашық тізбекті де, түйық тізбекті де қосылыстар қү-рамдары мен қүрылыстарына және соған сәйкес қасиет-теріне қарай кластарға бөлінеді. Бүл кластардың ең қарапайымы — көмірсутектер. Ор-ганикалық қосылыстардың басқа барлық кластарын кө-мірсутектеріндегі бір немесе бірнеше атом сутегі басқа 509 элементтердің атомдарына немесе атомдар топтарына ал-масудан шықкан деп қарастыру керек. Бір немесе бірнеше сутегі атомдарынан айрылып қалған көмірсутектердің қалдықтарын көмірсутек радик-лалдары дейді. Егер көмірсутек сутегінің бір атомынан айрылса, бір валентті радикалға К — , екі сутегі атомы-нан айрылса, екі валентті радикалға К = , үш сутегінен айырылса, үш валентті радикалға К= айналады. Көмір-сутектеріндегі сутегі атомдарымен алмасқан басқа эле-менттердің атомдары мен атомдар тобы функционалды топтар деп аталады. Осындай функционалды топтарына сәйкес органикалық қосылыстар қасиеттері үқсас белгілі бір кластарға жатады: 1. Көмірсутектер тек көміртегі мен сутегінің атомда- рынан түрады, мысалы: СН4 СНз —СН2 —СН3 Н2С = СН2 НС = НС 2. Галогентуындылар көмірсутектеріндегі бір немесе бірнеше сутегі галогендермен алмасқаннан шыққан зат- тар, мысалы: СНзСІ; СН3 — СН2Вг СНВг2 — СНВг2 3. Спирттер мен фенолдар көмірсутектеріндегі сутегі гидроксид ионымен алмасудан шыққан заттар, мысалы: ^ нс— нси с2н5он нс с — он этанол \ ,/ сн сн
фенол 4. Альдегидтер мен кетондар көмірсутектеріндегі суте- п альдегид немесе кетон функционалды С = О тобымен алмасудан шыққан заттар. 5. Карбон қышқылдарын көмірсутектеріндегі сутегі карбоксилтобымен(-^ — он ) алмасудан шыққан зат деп қарастыруга болады: ,0 .0 СН3 — С^" СНз — СН2 — С' "^он ^он сірке кышқылы пропион қышқылы 510
К —0 —К
7. Күрделі эфирлер спирт (К,) пен қышқыл радикал- дарынан түрады: К, — &— 0— К2 8. Нитроқосылыстарда көмірсутек радикалымен бай- ланысқан нитротоп — М02, ал аминоқосылыстарда ами- нотон болады, мысалы: К — Ш2 К — гШг нитроқосылыс аминоқосылыс §5. ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ЖҮЙЕЛІЛІК НОМЕНКЛАТУРАСЫ Қаныққан кемірсутектерінің алғашқы төртеуі тарихи қалыптасқан аттары бойынша аталады: СН4— метан, С2Н6-этан, СзН8— пропан,С4Ню — бутан. Түзу тізбекті басқа көмірсутектерінің аттарын атау үшін олардың қүрамдарындағы кеміртегінің санына сәйкес грек сан есіміне "ан" жүрнағын қосып айтады, мысалы: С^Ніг— пентан, СзН^— гексан.СюНгг — декан. Тармақталған тізбекті қаныққан көмірсутектің атын атау үшін оның сутегі атомдары көмірсутек радикалда-рына алмасқан түзу тізбектен түрады деп қарастырады. Ол үшін көмірсутектегі ең үзын тізбекті тауьш, көміртегі атомдарын көмірсутек радикалы ең жақын жатқан жагынан бастап нөмірлейді. Алдымен сан түрінде көмірсутек радикал байланысқан атомының нөмірі жаза-ды. Егер бірдей көмірсутек радикалы бірнешеу болса, олардың санын жазба түрде грек сан есімдерімен (ди, три, тетра т. б.) көрсетеді. Ең ақырында үзын тізбекке сәйкес келетін көмірсутектің атын атайды. Халықаралық систематикалық номенклатура бойынша қаныққан көмір-сутектердін атын атауға мынадай мысалдар келтіруге болады: СН3- СН2- СН2 - СН2- СН2- СН3 і 2 з 4 СН3 - С - СН2 - СНз - СН3 I СНз
511
СНз I 2 3 4 СНз - СН - СН2 - СНз з СН 2 СН
4 СНз
1 СНз I
СНз 2,2-диметилбутан СНз С2 Н5 2-метил-3-7-этилбутан Қанықпаған көмірсутектерінің аттарын халықаралық систематикалық номенклатура бойынша былай атайды. Қүрамында бір қос байланысы бар қанықпаған көмірсу-тектерінің атын атау үшін сәйкес қаныққан көмірсутек-теріндегі "ан" жалғауын "ен" жалғауына, екі қос байланысы "диен" жалғауына, бір үш байланысы бар-ларды "ин" жалғауына ауыстырады. Бүл жағдайда көміртегі атомдарын қос немесе үш байланыс жақын жатқан жағынан бастап немірлейді, мысалы: СН2 = СН - СН = С2 СН3 - СН - СН = СН2 СН3 бутадиен-1,3 4 3 2 1 сн3 = сн - с = сн I СНз 3-метил-бутин-1 З-метил бутен-1 СН2 = С - СН = СН2 I СНз
2-метил-тутадиен-1,3 Органикалық қосылыстардың басқа кластарының да аттары халықаралык жүйелілік номенклатура бойынша сәйкес көмірсутектерінің аттарына тиісті жалғау арқылы немесе сөз қосу арқылы айтылады. Оны органикалық қосылыстардың мына класстарының мысалдарынан көруге болады: С4Н,ОН бутанол
Спирттер: СН3ОН С2Н5ОН метанол этанол Альдегидтер: 0 Н —С \ метаналь
^0 .0 СНз - С н \ СНз - СН2 - СН2 — С- Н Н > бутаналь
Карбон қышқылдары: о ^о ^о Н —С^ СНз —С^ СНз - СН2 СН2 — С^ Х ОН ^ ОН ^ Н метан кышқылы этан қышқылы бутан қышқылы 2-ТАРАУ^Ц КӨМІРСУТЕКТЕР Барлық көмірсутектердің молекулалары көміртегі мен сутегінің атомдарынан түрады. Ашық тізбекті немесе ациклды көмірсутектері атомдарының арасындағы байла-ныстардың түрлеріне қарай (дара, қос, үш байланыстар) қаныққан, қанықпаған этиленді, қанықпаған ацетиленді және түйық тізбекті немесе циклды болып бөлінеді. § 1. ҚАНЫҚҚАН КӨМІРСУТЕКТЕР НЕМЕСЕ АЛКАНДАР Қаныққан кәмірсутектер — молекулаларындағы көмір-тегі атомдары өзара дара байланыс арқылы қосылған көміртегі мен сутегі атомдарынан түратын органикалық заттар.
Қаныққан көмірсутектерінде көміртектің бір х=, үш р= орбитальдары гибридтеліп тетраэдрдің төрт бүрышына бағытталған төрт гибридті $р3-орбитальдар түзеді. Сол себептен метан молекуласының формасы тэтраэдр тәріздес болатыны бүрын айтылды (32, 22-сурет). Қаныққан көмірсутектер гомологтарына жалпы фор-муласы С„Н2п+2 п— молекуладағы көміртегі атомының саны, мысалы: СН4— метан, С2Нб— этан,СзН8 пропан, С4Ню— бутан, С5Н,2— пентан СвН,4 — гексан, СвН|6— геп-тан, С7Н|8— октан^С^Н» — ионан^СюНп — декан, СзоНюг— пентадекан. Бүлардың алғашқы төртеуі газдар. С5Ні2-ден СібНз^.-ке дейін сүйық заттар, ал қалғандары кәдімгі жағ-дайда қатты заттар. Қаныққан көмірсутектер кыздырғанда ауада жанып көміртегі (IV) оксидімен су түзеді, мысалы: СН4 + 2 02 ^ С02 + 2 Н20 512 17—1443
513 Қаныққан кемірсутектер қосылу реакцияларына кіріспейді, бірақ орынбасу реакцияларына бейім келеді, мысалы: СН3 - СН2 - СН3 + С12 - СНЬ - СН2 - СН2С1 + НСІ пропан хлорпропан СН3 - СН2 - СН2С1 + СІ-* СНз - СН2 - СНС12 + НСІ 1,1 -дихлорпропан Метан, пропан, бутан, отын ретінде, сүйық көмірсу-тектер самолеттер мен автомобильдердің іштен жану двигательдеріне жанармай (бензин, керосин т. б.) ретін-де, олар каучук жасауга, вазелин алуға қолданылады. §2. ЭТИЛЕНДІ ҚАНЫҚПАҒАН КӨМІРСУТЕКТЕР (АЛКЕНДЕР) Бүл көмірсутектер молекулаларындағы көміртегі атомдарының арасында дара байланыстармен қатар бір қос байланыс болады. Этиленді кемірсутектер гомолог-тық қатарларының жалпы формуласы С„Н2„, мысалы: Н2С = СН2 СН3 - СН = СН2 СНз - СН2 - СН = СН2
СНз- (СН2)7 - СН = СН2 децилен-1 Гомолгтық қатардың алғашқы үш мүшесі газдар, бу-тиленен С6Н32-ге дейін сүйық, ал қалғандары қатты зат-тар. Бүл қатарда көміртегі атом сандары өскен сайын көмірсутектердің балқу және қайнау температуралары да жоғарылай береді, мысалы этиленнің қ.т.—130°С, ал де-цилендікі +170°С. Қанықпаған этилен көмірсутектері қаныққан көмір-сутектеріне қарағанда реакцияланғыш қабілеті жоғары болады, өйткені алкендердегі қос байланыс әлсіз. Мыса-лы этилен молекуласында бір екі р-орбиталдардың әрекеттесуінен бір жазықтықта бір-біріне 120°С бүрыш жасай орналасқан үш 5/>2-гибридті орбитальдары түзіледі. Осындай екі гибридті орбитальдардың әрекеттесуінен көміртегі атомдарының арасында бір сигма байланысы, ал гибридтелуге қатыспаған екі —р-орбитальдардың әре-кеттесуінен перпендикуляр жазықтықта орналаскан бір л:-байланысы түзіледі (64-сурет). Міне, осы л>байланысы тез үзіліп, алкендердің химиялық активтігін арттырады. 514
64-сурет. Этилен молекуласында сигма (а) және пи-байланыстарыньщ түзілу сызба-нүсқасы
Н2С = СН2 + Н2 - НзС - СН3 этилен этан СН2 = СН2 + Вг2 - СН2Вг - СН2Вг СНз - СН = СН2 + НСІ -* СНз - СНСІ - СНз пропилен 2-хлорпропан Этилен көмірсутектері жоғары қысымда, температу-рада, катализатор қатысында сумен әрекеттесіп спирттер түзеді. СНз - СН = СН2 + НОН -* СН3 - СНОН - СН3 пропимен пропанол-2 Әсіресе этиленнің сумен әрекеттесуінің өнеркәсіпте шарап спиртін алуда маңызы зор. Лабораторияда этилен көмірсутектерін шарап спиртін дегидратациялау немесе сәйкес көмірсутектердің галоген-туындыларын сілтімен қосып қыздыру аркылы алады, мысалы: Н2 $04 СН3 - СН2 - ОН - СН2 = СН2 + Н20 этанол этилен Н2 504 СН3 - СН2 - С1 + НОИа - СН3 - СН2 - ОН + ЫаСІ Сәйкес каныкқан көмірсутектерін қанықпаған көмірсутектеріне айналдырудың өнеркәсіптік маңызы зор, мысалы: СНз + СН2 - СНз - СН2 = СН - СНз + Н2 пропан пропилен 515
Алкендердің ішінде этилен көп қолданылады. Ол ша-рап спиртін өндіруге, антифриз, этиленгликоль, полиэти-лен алуға, жемістерді тезірек пісіруге қолданылады. §3. ДИЕНДІ КӨМІРСУТЕКТЕР (АЛКЕДИЕНДЕР) Молекуласында екі қос байланысы бар көмірсутек-терін диенді немесе алкедиендер дейді. Олардың жалпы формуласы мысалы: СНз
I СН2 = СН - СН = СН2 Н2С = С - СН = СНг Молекулаларында екі қос байланыстар болғандықтан олар алкендер сияқты қосылу реакцияларына бейім және өте жақсы полимерленіп үлкен молекулалы қосы-лыстар түзеді. §4. АЦЕТИЛЕНДІ ҚАНЫҚПАҒАН КӨМІРСУТЕКТЕР (АЛКИНДЕР) 
65-сурет. Ацетилен молекуласында (а) және пи (.6) байланыстардың түзілу сызба-нұсқасы. Ацетилен молекуласьшдағы әрбір көміртегі атомының бір х =, бір р-орбитальдарының әрекеттесуінен екі ур—гибридті орибтальдары түзіледі. Екі көміртегі атомдарының бір-бір гибридті орбиталдарының әрекеттесуінен олардың арасыңда бір сигма, ал гибрид-телмеген және әрқайсысы өзара перпендикуляр жа-зықтықтарда жатқан екі р-орбиталдардың екінші көміртегінің осындай екі орбитальдарымен әрекеттесуінен 
кеміртегі атомдары арасында екібайланыс түзіледі (65- сурет). Сонымен ацетиленді көмірсутектерінің молекулала- рындағы үш байланыстың екі пи-байланысы оңай үзілетіндіктен реакцияласушы қабілеттері жоғары бола- ды. Ацетиленді қанықпаған көмірсутектерінің жалпы формуласы мысалы: СН3 I Нси а СН ; НС = С - СН3; НС = С - СН - СН3; ацетилен пропин-1 З-метил-бутин-1 НС = С- (СН2)2-СН3 пентин-1 Алкиндердің ішінде ацетиленнің немесе этиленнің маңызы зор. Оны кальций карбидіне су қосу арқылы алады: СаС2 + 2 Н20 -* Са (ОН)2 + НС = СН Өнеркәсіпте ацетиленді табиғи газда болатын метан-ды өңдеу арқылы алады: 2 СН4 - НС = СН + 3 Н2
§5. АРОМАТТЫ КӨМІРСУТЕКТЕР Қүрамьшда алты көміртегі атомы болатын түй-ықталған бензол сақинасының біреуі немесе бірнешеуі болатын органикалық қосылыстарды ароматты көмірсу-тектер дейді. Бүларға мысал ретінде мына қосылыстарды келтіруге болады:
.сн^
НС С- СНз I II нс сн ^сн/ толуол С7Ш 517 
н н — сн - сн2 ^сн Сн сн. <**• \ ^ \ / <\ нс сн нс с сн I II I II I нс сн нс с сн "^сн/ -^сн/ ^сн/ стирол нафталин Ароматты көмірсутектерін таскөмірді кокстегенде түзілетін таскөмір смоласынан, кейбір мүнайлардан (Майкоп), ацеклды және циклды қаныққан көмірсутек-терінен алады, мысалы: сн3 - сн2 - сн2 - сн2 - сн2 - сн2 - сн3 -► гептан
сн +4Н2 \ НС С- СНз I нс сн <^ сн/ толуол
сн2 ^ сн^ н2с сн2 Н<Г" сн I I I II + 3 Н2 Н2 С СН2 НС СН ^сн2/ ^сн< циклогексан бензол с6н6 + н2с = сн2 - с6н5 - с2н5 бензол этилен этилбензол с6н5 - с2н4 -» с6н5 - сн = сн2 + н2 стирол
Ароматты кемірсутектерінің ең қарапайым өкілі бен-зол ^ сн—сн^ нс^ ^сн сн=сн^
н н 5 66-сурет. Бензол молекуласыңда сигма (а) және пи-байланыстарының (б) түзілу сызба-нұсқасы Бензол молекуласындағы әрбір көміртегі атомының бір, екі р-орбиталдарына үш 5/>2-гибридті орбитальдары түзіледі, бүлар екі жағындағы осындай көршілес орби-тальдарымен әрекеттесіп үш сигма байланысын түзеді, оның екеуі екі жағындағы көршілес көміртегі атомдары-мен байланыстырады, ал үшінші сигма байланысы көміртегі мен сутегін байланыстарды. Бүл байланыстар-дың барлығы бір жазықтықта жатады (66-сурет). Осы жазыктықка перпендикуляр жатқан әрбір кеміртегінің гибридтелмеген р-орбиталы көршілес екі көміртегінің осындай р-орбитальдарымен әрекеттесіп байланыстарын түзеді. Бензол сақинасындағы көміртегі атомдарының арақашықтығы бірдей (0,144 нм), сондықтан олардың беріктігі де бірдей. Бензол өзіне тән иісі бар түссіз, сүйық зат. Бензолда орьшбасу реакциясы оңайырақ, ол қосылу реакциясы баяу жүреді. Ол галогендермен, азот қышқылымен орынбасу, ал сутегімен, хлормен қосылу реакциясына кіріседі, мыса-лы: С6Н6 + С1 - С1 -* СбН5С1 + НСІ хлорбензол СбН6 + НО - N0, -» С6Н5гЮ2 + Н20 нитробензол
518 519
3-ТАРАУ. ОТТЕКТІ ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР Оттекті органикалық қосылыстардың құрамы көмір-тегі, сутегі және оттегі атомдарынан түрады. Оларға спирттер мен фенолдар, альдегидтер мен кетондар, кар-бон қышқылдары, эфирлер мен майлар, көмірсулер т. б. жатады. Бүл қосылыстар бір-бірінен қүрамындағы функ-ционалдық топтардың типтеріне карай айырылады. § 1. СПИРТТЕР МЕН ФЕНОЛДАР
СНзОН - метанол,СН2ОН - СН2ОН - 1,2 этандиол СН2ОН - СНОН - СН2ОН - 1,2,3 пропантриол
Спирттердің гидроксотоптарындағы сутегі атомы ак-тив болғандықтан, олар көптеген заттармен әрекеттеседі. Спирттер сілтілік металдармен, ал көп атомды спирт-тер ерімейтін негіздермен де әрекеттесіп алкоголяттар түзеді, мысалы: 2 СН3 - СН2 - ОН + Иа - 2 СН3 - СН2 - ОИа + Н2 этанол-1
СН2 - ОН НО/ СН2 I + Н(КСи -* СНг0 Си+ 2 Н20 СН2 -ОН МЫС ГЛИКОЛЯТЫ Спирттер қышқылдармен әрекеттескеңде көмірсутек радикалы мен қышқыл радикалынан түратын күрделі эфирлер түзеді, мысалы, глицеринмен азот қышқылының әрекеттесуінен күрделі эфир, қопарғыш зат — тринитро-глицерин түзіледі: СН2ОН - СНОН - СН2ОН + 3 НОІЧОг - СН2ОМ02 - СНОШ2 глицерин - СНгОШг + 4 Н20 тринитроглицерин Бір атомды қаныққан спирттерді күкірт қышқылынын (сутартқыш) аз мөлшермен қосып қыздырғаңда жай 520 521
эфир, ал артық мөлшерімен қосып қыздырғанда қанықпаған көмірсутек түзіледі: С2Н5 ОН + НОС2Н5 - С2Н5 - 0 - С2Н5 + Н20 диэтил. эфирі
Н3С - СН2С1 + АёОН -» СН, - СН2ОН + АеСІ 1 Этил спиртін көп мөлшерде тагамдық заттардағы глюкозаны ферменттер арқылы ыдыратып та алады:
Этил спирті кеп мөлшерде каучук өңдіруге, еріткіш ретіңде, метилл спиртін, формальдегид алуға, этиленгли-коль мен глицерин антифриз ретінде, глицерин копарғыш зат нитроглицерин алуға қолданылады. Фенолдар. Фенолдарды бензол сақинасыңдағы бір не-месе бірнеше сутегі атомы гидроксотопқа алмасқаннан шыққан заттар деп қарауға болады. Фенолдар ездеріне тән иісі бар, кристалды заттар. Фенолдардың ең бірінші қарапайым өкілі фенол С5Н5ОН ^, СН-СҢ^ немесе НС С - ОН 44 сн= сн-^ Ол түссіз, жағымсыз иісті кристалды зат. Фенолдағы бензол сақинасы әсер ететіндіктен спирттерге қараганда оның гидроксотобындағы сутегінің активтігі жоғары бо-лады. Сондықтан ол спирттер әрекеттеспейтін сілтілер-мен реакцияға кіріседі: С6Н5ОН + НОЫа - С6Н5ОЫа + Н20 Бүдан фенолдың қышқылдық қасиеті бар екенін көруге болады, сондықтан оны карбол қышқылы деп те атайды. Фенол және оның гомологы метилфенол немесе крезол көп мөлшерде пластмассалар өңдіруге қолданы-лады. §2. АЛЬДЕГЕИДТЕР МЕН КЕТОНДАР
гид тобы көреміз. болатынын мына мысалдардан н
С СНз- (СН2)2-С СН3-(СН2)з- Н3С ^ ^- _ _: ^ „.. ^ \ \ бутаналь, май альдегиді Н Н \ Н пентаналь, валериан
альдегиді Н метаналь, этаналь, қүмырсқа сірке альдегиді альдегиді Кетондарда карбонил тобы екі көмірсутек радикалы-мен байланысады, мысалы: о о о і і і СНз - С - СНз СНз - С - СН2 - СНз СНз - С - СН2 - СН2 - СНз бутанок, метилэтилкетон пропанон, диметилкетон 2-пентанон, метилпропилкетон Қүрамдарында карбонил тобы болғандықтан, альде-гидтер мен кетондардың қасиеттері үқсас болады, бірақ альдегид тобындағы сутегі атомы активті болғандықтан альдегидтер оңай тотығып, тотықсыздаңдырғыш қызметін атқарады, мысалы: 522 523
/° 5 ° СЯі-С^ + АеіО-СНз-С^ + 2Аё1 ^н \Н Бүл жағдайда кетондар тотықпайды, сондықтан осы реакцияны альдегидтерді анықтауға қолданады. Белгілі жағдайда альдегидтер тотықсызданып спирт-терге айналады, мысалы: СНз-С +Н2 -СН3-СН2-ОН
Осындай альдегидтерге тән тотығу және тотықсызда-ну реакцияларынан басқа қүмырсқа альдегиді өзіне тән қасиет көрсетеді, ол фенолмен әрекеттесіп жоғары моле-кулалы қосылыс — фенолформальдегидті пластмассалар түзеді (220). Кетондар полимерлену және поликонденса-циялау реакцияларына қатыспайды. Кетондар күшті то-тықтырғыштармен ғана тотығып карбон қышқылдарына айналады. Аса маңызды және қарапайым альдегидтерге қүмырсқа және сірке альдегидтері жатады. Қүмырсқа альдегидін метил спиртін тотықтыру немесе сутексізден-діру арқылы алады: 2 СН3 - ОН + 02 - 2 Н - С +2 Н20 \н ^О СНз - Н - С^ + Н2 ^н Қүмырсқа альдегиді жағымсыз өткір иісті газ. Оның 40%-тік ерітіңдісі формалин деген атпен дезинфекция-лау, анатомиялық препараттарды сақтау т. б. қолданы-лады. Сірке альдегидін жоғарыда көрсетілген реакциялардан басқа ацетиленді белгілі жагдайда сумен әрекеттестіру арқылы алады: п НС ■ СН + Н20 - СН3 - 524 Сірке альдегиді өзіне тән иісі бар зат. Оны сірке қышқылын алуға, көптеген органикалық синтездерде қолданады. Диметилкетон немесе ацетон түссіз сүйық еріткіш ретінде, органикалық шыны, кинопленкалар жасауға қолданылады.
Қүрамында көмірсутек радикалымен байланысқан бір немесе бірнеше карбоксил тобы — СЯ1 болатын қосы- ^ Н
лыстарды карбон қышкылдары дейді. Қүрамындағы кө-мірсутек радикалының сипатына қарай карбон қышқыл-дары қаныққан, қанықпаған, ароматгы деп, карбоксил табының санына қарай бір негізді, екі негізді, ал гидро-ксид болса, окси деп бөлінеді, мысалы: О СНз - С-/ ; СНз-(СН2)7 - СН - СН-(СН2)7 - СООН; ^Н Сірке қышқылы олеин қышқылы (қаныққан) (қанықпаған) сн- сн.
х сн= сн-^ бензой кьшіқылы қымыздық қышқылы (ароматты) (екі негізді) сн3 - снон - соон сүт қышқылы (окси қышқыл) Карбон қышқылдары суда ерігенде сутегі ионын түзе диссоциацияланатындықтан, олар анорганикалық қыш-қылдар сияқты актив металдармен, металдар оксид-терімен, гидроксидтермен әрекеттеседі, мысалы: Са + 2 СНзСООН -* (СН3СОО)2 Са + Н2Т М60 + 2 СНзСООН - (СН3СОО)2М8 + Н20 ИаОН + СНзСООН - СНзСООЫа + Н20 525 Карбон қышқылдары спирттермен әрекеттесіп эфир-лер түзеді. Карбон қышқылдарын алу үшін сәйкес пирттерді то-тықтырып альдегидтерге, одан кейін альдегидтерді то-тықтырып қышқылдарға айналдырады. Қүрамындағы көміртегі атомы беске дейін болатын карбон қышқылда-ры сүйық, қалғандары қатты болады. Қүмырсқа, сірке, бензол қышқылдары органикалық синтездерде, стеарин қышқылының натрий түзы С17Н35СОО қатты сабын, С7Н35СООК сүйық сабын ретінде қолданылады. §4. КҮРДЕЛІ ЭФИРЛЕР Күрделі эфирлер спирттер мен минералдық немесе органикалық (карбон) қышқылдар әрекеттескенде түзі-леді. Мысалы, этил спиртімен сірке қышқылы әрекеттес-кенде сірке этил немесе этилацетат түзіледі. СН3 - СН2 - ОН + НООС - СН3 - СН3 - СН2 - О - 0 I I - С - 0 - СНз + Н20 Спирт пен қышқыл әрекеттесіп күрделі эфир түзілу реакциясын этерификация дейді. Бүл қайтымды процесс, яғни күрделі эфир қайтадан спирт пен қышқылға айырылып гидролизденеді, ал бүл процесті сабындау дейді. Тепе-теңцікті эфир түзілу жағына ауыстыру үшін катализатор ретінде минералдық қышқыл қосады, ал кері ауыстыру үшін сілті қосады. Күрделі эфирлердің жалпы формуласы К, — 0 - К2, мүңдағы К, — көмірсутек радикалы, К2— қышқыл ради-калы. Күрделі эфирлердің көпшілігі сүйық, тек жоғары молекулалы түрлері қатты болады және әрқайсысының өзіне тән жағымды иісі болады. Сондықтан оларды пар-фюмерияда, салқын сусындар даярлауда қолданады. Техникалық маңызы бар күрделі эфирлерге акрил немесе метакрил кышқылдарының метил эфирлері, сірке қышқылының винил эфирі терефтал қышқылының диме-тил эфирлері жатады: СНз О О
I || II СН2 = С - С - О - СНз СН2 = СН - С - О - СНз метакрил қышқылының сірке қышқылының метил эфирі винил эфирі 526
Н2С - ООС - С^ ^ С - СОО- СНз 44 сн= сн^ терефтал қышқылының диметил эфирі Метилметакрилаттың полимері органикалық шыны жасауға, винилацетаттың полимері жасанды талшықтар мен электроизоляциялық материал жасауға, диметил тетрафталат полиметрі лавсан өндіруге қолданылады. §5 КӨМІРСУЛАР Көмірсуларға моносахаридтер мен (глюкоза мен фруктоза), дисахаридтер (қызылша қанты) және полиса-харидтер (крахмал мен клетчатка) жатады. Моносахаридтер глюкоза мен фруктоза дәмі тәтті, ақ түсті, суда жақсы еритін қатты заттар, олар жеміс-жи-дектердің, жануарлар мен адамдардың организмінде кез-деседі. Глюкозаның альдегидоспиртке, фруктозаның кетоно-спиртке жататыны, олардың формулаларынан көрінеді: ^О СН2ОН - СНОН - СНОН - СНО - С^ (глюкоза) N. „ СН2ОН - СНОН - СНОН - СНОН - СГ (фруктоза) ^СН ОН Глюкоза мен фруктоза ашық тізбекті түрлерінен түйық тізбекті күйге де көше алады: ?<Н>* Мг# ""»А' н N ОН а — глюкоза В — глюкоза фруктоза Қүрамында гидроксотоптар болғандықтан глюкоза мен фруктоза спирттер сияқты, негіздермен әрекеттесіп саха- 527
Сутегінін, алыну жолдары. Өнеркәсіпте сутегін, әр түрлі әдістерді пайдаланып өндіреді. Осы әдістердің біреуіне табиги газдардың қүрамында болатын метанды жоғары температурада (800-900°С) су буымен әрекеттестіру аркылы алу: СН4 + Н20 = СО + 3 Н2 Түзілген газдар қоспасын төмен температурада сал-қындату арқылы сутегін бөліп алады. Қызған көмірге су буын жіберу арқылы алдымен су газын алады, одан соң газдар қоспасын су буымен бірге қызған катализатор (темір (III) оксиді) арқылы өткізіп көміртегі (IV) оксиді мен сутегіне айналдырады. С + Н20 = СО + Н2 СО + Н20 + Н2 = С02 + 2 Н2 Реакцияның соңғы сатысы нәтижесінде түзілген газ-дар қоспасынан сутегін бөлу үшін оны ізбес суы арқылы өткізеді, осының нәтижесінде көміртегі (IV) оксиді каль-ций гидроксидімен әрекеттесіп кальций карбонатьшың түнбасы түзеді де, сутегі бөлініп шығады.
3 Ғе + 4 Н+ОН = Ғе304 + 4 Н2 Сілті қосылған суды электролиздеу арқылы сутегін алады. Катодта 4 Н + 4е = 2 Н2 Анодта 4 ОН" - 4ё = 02 + 2 Н20 Тас көмірді қүрғак айдау кезінде түзілетш кокс га-зын өте төмен температурада сүйылту арқылы сутегін алады. Әр түрлі газдар қоспасынан түратын кокс газын су-ытқанда оның қүрамындағы компоненттер түгел сүйық күйге айналады да тек сутегі ғана газ күйде қалады, сонан соң сутегін бөліп алады. Жоғары температурада (950-1100°С) метанды ауа қатыстырмай қыздыру арқылы сутегін аламыз: СН4 = С + 2 Н2 Лаборатория жағдайьпща сутегін пробиркада немесе Кііміі аппаратьш пайдаланып, мырыш пен қышқылдың .ір.и ыіздағы реакциядан алады. 2п° + Н2804 = 2пС04 + Н2| Сілтілік және сілтілік-жер металдарды суда еріту лрқылы да сутегі альшады: 2 N3° + 2 Н+ОН = 2 ЙаОН + Н° Сутегініқ физикалық және химиялық қасиеттері. Сутегі түссіз, дәмсіз. иіссіз газ. Барлық газдардың Ішіндегі ең жеңілі, ол ауадан 14,5 есе женіл. Тыгыздығы 0,09 г/ л (қалыпты жағдайда) сүйыққа лйналу температурасы — 252,6°С, қату температурасы — /59, °С. Сутегі суда аз ериді, судың 100 литрінде су-тггінің 2 литрі ериді. Сутегінің молекуласы екі атомнан түрады. Кәдімгі жлідайда сутегінің активтігі темен түрақты зат, ал қыздырғанда активтігі артып көптеген бейметалмен врекеттеседі, мысалы: 2 Н° + 0° = 2 Н20 Н° + С12 = 2 НСІ
Түзілген молекулаларда сутегінің тотығу дәрежесі І+, ал бейметалдар өздерінін қосып алған электрондарының (лпына сәйкес теріс зарядты тотығу дәрежелерін көрсе- тсді.
Түзілген қосылыстарда металл катион түрінде, сутегі лііион түрінде жазылады. 330 331
раттар түзеді, ал глюкоза альдегидтер сияқты күміс (I) оксидімен әрекеттесіп тотығады, ал оның альдегид тобы сутегімен тотықсызданып алты атомды спиртке айнала-ды, мысалы: СН2ОН - (СНОН)4 - С + А&О - СН2 ОН - хн -(СНОН)4С +2А§ ^0 СН2ОН - (СНОН)4 - С + Н2 - СН2ОН - ХН (СНОН)4 - СН2ОН Глюкоза коңдитер өнеркәсібінде, медицинада, айна өндіруде, елка ойышпықтарын, жалтыр маталар жасауға қолданылады. Дисахаридтерге кәдімгі қант қызылшасында болатын ақ түсті, дәмі тәтті қант — сахароза С12НнОіі жатады. Гидролиздың нәтижесінде сахароза ыдырап глюкоза мен фруктоза айналады: С12Н220„ + Н20 - С6Н1206 + С6Н1206 глюкоза фруктоза Сахароза глюкоза сияқты "күміс айна" реакциясына түспейді, өйткені оның қүрамында альдегид тобы бол-майды. Сахароза тәтті, қуатты және өте көп қолданылатын тамақ өнімдерінің бірі. Полисахаридтерге молекуласы жүздеген немесе мыңдаған моносахаридтерден түратын қосылыстар жата-ды. Олардың жалпы формуласы (СвНюО^) п. Полисаха-ридтердің ішінде крахмал мен целлюлозаның маңызы зор. Крахмалдың молекулалық массасы 100 000-ға жуық болса, целлюлозанікі 300 000—500 000 болады. Крахмал молекуласы — глюкозаның қалдықтарынан, целлюлоза — 528
Крахмалды өнеркәсіпте картоп пен дәндерден алады. Ол глюкоза, декстрин, спирт алуға қолданылады. Цел-люлозаның азот қышқылымен әрекеттесуінен алынған тринитроцеллюлоза қопарғыш зат ретінде, ал сірке қышқылымен әрекеттесуінен алынған триацетат целлю-лоза жасанды жібек алуға қолданылады (222). Целлюлоза қағаздар, қүрылыс материалдарын, кино-пленкалар т. б. жасауға жүмсалады. 4-ТАРАУ. АЗОТТЫ, ГОЛОГЕНДІ ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР § 1. АЗОТТЫ ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР Азотты органикалық қосылыстар дегеніміз қүрамында көміртегі атомдарымен тікелей байланысқан азот атомда-ры болатын қосылыстар. Қышқылдар амидтері. Карбон қышқылдарьшың қү-рамындагы — ОН тобының сутегі атомы амин Н2 тобына алмасудан шыққан заттарды қышқылдардың амидтері дейді. Қышқылдар амидтерін карбон қышқылдарының аммоний түздарын қыздыру арқылы алады, мысалы: СЩСООгШ4 -* СН3СООгШ2 + Н2 аммоний ацетаты ацетамид Кемір қышқылының амиды немесе мочевинаны О II Н2Ы — С — ЫН2 формальдегидпен әрекеттестіру ар-кылы диметилен мочевина СН2 = N — СО— N = СН2 алады да оны полимерлеу арқылы мочевина формальде-гидті пластмассалар алады. Бүл аминопластар ыдыстар, телефон аппараттарын жасауға т. б. қолданылады. А м и н д е р. Аммиактың органикалық туындылары аминдер деп аталады. Олар амин тобының санына қарай моноамин, диамин, триамин болып бөлінеді. Аса 529 18—1443 маңызды моноаминге аналин С6Н5МН2 жатады. Ол бояу-лар, нластмассалар жасауға қолданылады. Диаминдерден гексаметилендиаминнің Н2Ы — (СН2)6 — ҺІН2 маңызы зор. Бүдан және екі негізді адипин қышқылының НООС - (СН2)4 - СООН поликонденсациялауынан жа-санды талшық найлон алады. Амин қышқылдары. Бүл қышқылдардың қүра-мында әрі карбоксил тобы — СООН, әрі амин тобы 1ЧН2 болады. Амин қышқылдарын карбон қышқылдарындағы сутегі атомдары амин тобына алмасудан шыққан қосылыстар деп қарастыруга болады, мысалы: СНзСООН— сірке қышқылы, Н2И - СН2 - СООН амин сірке кышкылы. Амин қышқылдарының изомерлері көміртегі атомда-рының тізбектерінің түріне де және амин тобының кар-боксил тобынан қанша қашықтықта орналасуына да байланысты болады, мысалы: СН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН - СООН I ЫНг а— аминокапрон қышқылы (а— аминогексан қышқылы) Н2К - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СООН Е— аминокапрон қышқылы (Е— аминогексан қышқылы) Амин қышқылдарының қүрамында негіздік қасиет бе-ретін аминотобы және қышқылдық қасиет беретін кар-боксил тобы болғандықтан, олардың молекулалары өзара әрекеттесіп полимерлер түзеді, мысалы: ^° Н2К - СН2 - СООН + Н - ГЧН - СН2 - С О Н п у> , .0 хн -с- іч-сн2-(? + н2о Н2Ы -6СН2 ч он
530 поликонденсация реакцияларын өнеркәсште синтетикалық талшықтар өндіруге қолданылады. Мысалы эписилон-кап-рон қышқылдарының полимерлеуінен капрон алады. Амин қышқылдары табиғатта табиғи полимерлер — өсімдік және жануарлар белоктарының қүрамына кіреді. 20 түрлі амин қышқылдары табиғатта аса көп түрлі бе-локтар түзеді, олар организмдерде әр түрлі қызметтер атқарады және энергия кезі болып табылады. §2. ГАЛОГЕНТУЫНДЫЛАР Әр түрлі көмірсутектеріндегі бір немесе бірнеше су-текті галогендерге алмастырудан шыққан органикалық қосылыстарды галотуындылар дейді. Галогентуындылар-дың химиялық лабораторияларда да, өнеркәсіптерде де маңызы зор. Галогентуындыларды алудың негізгі үш түрлі әдісі бар. Бірінші әдісі бойынша қаныққан және ароматты көмірсутектер галогендермен тікелей әрекеттескенде олардағы сутегі атомдары галогендерге біртіндеп алмаса-ды. Мүндай галоген туындылар алу әдісімен пропанды хлорлау кезінде таныстық.
Дихлормен СН2С12 (хлорлы метилен) - 40, ГС қайнайтын сүйық, бүл негізінен еріткіш ретінде қолы- нылады. , Трихлорметан немесе хлороформ СНС13 — 61,2°С да қайнайтын сүйық еріткіш ретінде және медицинада хи-рургиялық операциялар кезінде наркоз ретінде қолданы-лады. Тетрахлорметан немесе төртхлорлыкөміртек — 76,8°С қайнайтын сүйық зат. Ол өсімдіктерден май өндіргенде оларды еріту үшін, киімдердегі май дақтарын кетіру үшін және өрт сөндіру үшін қолданылады. Суытқыш өнеркәсібінде фреондардың маңызы зор. Олардың ішінен фреон-12 деп аталатын дифтордихлорме-танды СҒ2С12 атауға болады. Бүл түссіз, иіссіз 29,8°С да қайнайтын сүйық. Ол буланған кезде жылу сіңіріп сыртқы ортада суып кететіндіктен суытқыштарда қолданылады. Екінші әдіс бойынша галогентуындылар алу үшін канықпаған көмірсутектермен галогендерді немесе гало-
генсутектерін тікелей әрекеттестіреді. Мүндай реакция-лармен этиленді қарастырғанда таныстық. Бүл әдіспен алынған галогентуындылардың аса маңыздыларына газ тәрізді зат тефлон СҒ2 = СҒ2 жата-ды. Тефлонды полимерлеу арқылы фторопластар ( — СҒ2 — СҒ2 — )п алады. Фторопластарға қышқыл да сілті де, тіпті "патша арагы" да әсер етпейтіндіктен әр түрлі агрессиялық орталарда жүмыс істейтін аспаптар жасауға қолданылады. Осы жолмен алынатын маңызды галоген туынды-ларына хлорэтен СН2-СНСІ және хлорпрен СН2 = ССІ — СН = СН2 жатады. Хлорэтенді полимерлеу арқылы қышқылға, сілтіге, бензинге, спиртке т. б. төзімді пластмассалар өндіреді. Хлорпренді полимерлеу арқылы майға, бензин төзімді синтетикалық каучук алынады.
СН3 - СН2ОН + НСІ - СН3 - СН2 - С1 + Н20 Химиялық қасиеттері жағынан галогентуындыларын-дағы галоген әр түрлі аниондарға немесе дайын қос электрондары бар бөлшектермен орын басу реакциясына кірісуге болады, мысалы: С2НіВг + КОН -* С2Н5ОН + КВг СНз - СН2 - СН2С1 + ЫаООС - СН3 ■* -* СНз - СОО - СН2 - СН2 - СНз + ЫаСЬ сірке пропил эфирі СНзІ + ЫНз •* СН3 - гШ2НІ метиламиніц иодсутек т^зы 5-ТАРАУ. ЖОҒАРЫ МОЛЕКУЛАЛЫ ҚОСЫЛЫСТАР § 1. ПОЛИМЕРЛЕР ТУРАЛЫ ТҮСІШКТЕР Жоғары молекулалы қосылыстар немесе полимерлер молекулалары жүздеген немесе мыңдаған көміртегі атом-дарынан, соған сәйкес молекулалық массалары мыңда- ған, тіпті миллиоңцаған массаның атомдық бірлігіне бо-латын органикалық заттар. Жоғары молекулалы қосы-лыстардың атомдары езара кәдімгі химиялық байланыс арқылы қосылады. Полимерлердің молекулалары көп рет қайталап келіп отыратын бірдей немесе әр түрлі қара-пайым молекулалардың мономерлердің өзара әрекеттесіп байланысуынан түзіледі. Барлық жоғары молекулалы қосылыстар немесе пол-имерлер табиғи және синтетикалық болып бөлінеді. Та-биғи полимерлерге жоғарыда қарастырылған крахмал, целлюлоза, белоктар жатады. Синтетикалық полимерлер-ге мономерлерден жасанды жолмен алынатын пластмас-салар, синтетикалық иониттер, химиялық талшықтар, синтетикалық каучуктар т. б. жатады. Полимерлер негізгі тізбектің қүрамы жөнінен карботізбекті, гетер тізбекті және элементорганикалық болып үш топқа бөлінеді, мысалы: ... — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — ... полиэтилен (карботізбекті) ... - СН20 - СН2 - О - СН2 - 0 - СН2 - ... полигликольдер (гитеротізбекті) СНз СНз СНз СНз I I I I
О-Зі-О-Зі-О-Зі-О-Зі- ... I I I I
СНз СНз СНз СНз полисилан (элементорганикалық қосылыс) Қүрылысы жөнінен полимерлер түзу тізбекті, тар-мақталган тізбекті және кеңістікті (үш өлшемді) болып бөлінеді, мысалы:
— X — X — X — X — X — X — X — X — I I I X XX I I X—X—X— X— X— х — мономер немесе қарапайым буын
532 533
Кеңістікті полимердің тізбектері үш бағытта (х,у,г) тармақталған болады. Полимерлер температураның өзгеру әсеріне байланы-сты термопластикалық және термореактивті деп бөлінеді. Термопластикалық полимерлер қыздырғанда физикалық күйін өзгертеді де, салқындатқанда бастапқы күйіне қайта келеді. Термореактивті полимерлер қыздырғанда химиялық өзгерістерге үшырап, салкындатқанда бастапкы қалпына келмейді. Полимерлер иілгіш келеді және косы өзіне тән қасиетін сақтап түрады. Полимерлерді еріткенде алдымен ол ісінеді, ал ерітіндісі өте түтқыр болады. Полимерлер үшқыш емес және бу күйіне өтпейді.
Полимерлерді алудың негізгі әдістеріне полимериза-ция және поликонденсация жатады. Қанықпаған қосылыстың қос немесе үш байланыста-ры үзілуінің нәтижесіңде мономердің көптеген молекула-ларынан полимер түзілу процесін полимеризация дейді. Полимеризация нәтижесінде полимерлерден басқа қосымша зат түзілмейді, соңдықтан мономермен поли-мердің қарапайым қүрамы бірдей болады, яғни, полимер көп рет қайталап келетін мономерден түрады. Мономерді х арқылы, ал оның санын п арқылы көрсетсек полимеризация процесін схема түріңде былай көрсетуге болады: Х + Х + Х + Х+... -+(-* — )„ Полимеризацияны жүргізу үшін реакцияға қатысатын мономерлерді активтеңдіру керек (§44) және бүл процесс тізбекті реакция механизмі бойынша жүреді. Полимери- С1Л зация процесі еселік байланыстардың (қос, үш) үзілуі немесе түйық тізбектің ашық тізбекке айналуы нәтижесінде жетеді. Еңді тізбекті реакция басталу үшін мономерлер әрекеттесетін актив бөлшек (инициатор) бо-луы керек. Кеп жағдайда полимеризация процесінде ак-тив бөлшек ретіңде не радикалдар, не иондар қатысады. Сондықтан полимеризация процесін актив бөлшектің сипатына қарай радикалды немесе ионды деп бөледі. Радикалды полимеризация жүрер алдында энергия сіңіріп алу арқылы мономердің өзі радикалға айналуы да немесе мономерге дайын радикал енгізілуі де мүмкін. Мысалы, этиленді қыздырғанда ол энергия сіңіріп алып, молекуласындағы қос байланыстың тг-байланысы үзіледі де, әрбір көміртегі атомында бірден дара элект-рон болатын бирадикалға айналады: Н2С = СН2 + АІ^-СН2 - СН2 Түзілген бирадикалдың энергия қоры көп болғаңдық-тан, ол тез этиленнің басқа молекуласымен әрекеттесіп күрделірек радикал түзеді: ° СН2 - СН2 + СН2 = СН2 -» СН2 - СН2 - СН2 - СН2 Бүл радикал этиленнің үшінші молекуласымен, одан түзілген радикал этиленнің теріінші молекуласымен, т. с. с. әрекеттесе отырып макрорадикал түзеді, ал макро-радикалдардың өзара эрекеттесуінен макромолекула не-месе полиэтилен түзіледі. Этиленді радиклды полимеризациялау үшін оған бен-зоил пероксидін қосса да болады. Өйткені бензоил пе-роксиді тез ыдырап дара электрондары бар екі радикал түзеді: С6Н5 -С-О-О-С- С6Н5 -* 2 С6Н5 - СОО . II II 0 0
Бүл радикал этилен молекуласымен оңай қосылып жаңа радикал түзеді: С6Н5СОО- + Н2С = СН2 - С6Н5 - СОО - СН2 - СН2 Осындай жолмен түзілген радикалдар этиленнің көптеген молекулаларымен әрекеттесе келіп макроради-
кал түзеді, ал бүлар өзара крсылып макромолекула не-месе полиэтилен түзеді: С6Н5СОО - (СН2 - СН2)°П + • (СН2 - СН2)„ - - ООС - С6Н5 - С«Н5 - СОО (СН2 - СН2)„ - (СН2 - СН2)„ - ООС - — С6Н5 Ионды полимеризацияда макромолекула тізбегінің өсуі ионның әсерінен болады. Мүңца катиондар немесе аниондар катализатор қызметін атқарады. Кейде полимеризацияға әр түрлі мономерлер қатысады, мүндай процестерді соополиметизация дейді. Мысалы, бутадиен стиролды, бутадиеннитрилді каучуктер соополимерлерге жатады. Қарастырылған тізбекті реакция механизмі бойынша жүретін тізбекті полимеризациядан басқа сатылы пол-имеризация болады. Бүл процесті пайдаланып аралық заттарды димерлерді, тримерлерді т. б. бөліп алуға бо-лады. Сатылы полимеризация кезінде қанықпаған көмірсутектеріндегі сутегі атомдары ауысып, қос байла-ныс үзаратын тізбектің соңына орналасады, мысалы: СНз - СН = СН2 + НС = СН2 - СНз - СН2 - СН2 - С = СН2 I I СНз СНз Поликонденсация деп мономерлерден полимерлер түзілуімен қатар қосымша қарапайым заттар түзілетін процестерді айтады. Поликонденсация жүру үшін моно-мерлердің екі немесе одан да көп функциональды топта-ры болу керек. Поликоңденсация процесін гомополиконденсация және гетерополиконденсация деп бөледі. Гомополиконденсация жүргенде реакцияға бірдей мономерлер қатысады. Мыса-лы бүган аминокапрон қышқылының поликонденсациясын келтіруге болады: ІШ - (СН2)5 - СООН + Н - Ш - (СН2)5 - СООН -» - Н^ - (СН2)5 - СО - Ш - (СН2)5 - СООН + Н20 536 §3. ПЛАСТИКАЛЫҚ МАССАЛАР Пластмассалар дегеніміз негізгі қүрамды бөлігі та-биғи немесе синтетикалық полимерлерден түратын және оларды қүю немесе жасау кезіңце пішіңдерін езгертетін, бірақ одан кейін кәдімгі жағдайда сол пішінін сақтап түратын серпімді қатты металл емес заттарды айтады. Пластмассалар таза полимерлерден де түруы мүмкін неме-се полимермен бірге толтырғыштар (наполнитель) түруы да мүмкін. Мысалы кәдімгі органикалық шыны плексиглас — полиметилметакрилат полимерінен түрады. Дегенмен көптеген пласмассалар органикалық пол-имерлермен қатар әр түрлі толтырғыштар мен қоспалардан түрады. Толтырғыштар біріншіден полимерді үнемдеуге жағдай жасайды, екіншіден алуын қамтамасыз етеді. Үнтақ тәрізді толтырғыштар ағаш үнтағы, күйе, қүм т. б. пластмассаның жылу үстағыштығын, электро-изоляциялық қасиеттерін арттырады. Талшық тәрізді толтырғыштар ретінде асбест, мақта талшықтары, шыны талшықтары қолданылады. Пластмассалар өте жеңіл (тығыздығы 0,9—2,2 г/см3, ал пенопластардікі 0,02—0,16 г/см3) мықты, химиялық әсерлерге өте төзімді, жақсы диэлектрик, кейбіреулерінің температураға төзімділік немесе оптикалық қасиеттері болады. Оларды алатын шикі заттар (мүнай, газдар, көмір т. б.) өте көп. Осындай бағалы қасиеттеріне байланысты пластмасса-лар электродвигательдер, трансформаторлар, электрока-бельдер, телевизорлар, радиоппаратуралар т. б. өндіруде конструкциялық және изоляциялық материал ретінде электротехникалық өнеркәсіптерде кең түрде қолданыла-ды. Пластмассалар, әсіресе, ауыр энергетикалық, транс-порттық және химиялық машиналар жасау өнеркәсіпте-рінде өте көп қолданылады. Пластмассаларды автомо-биль, самолет жасау өнеркәсіптеріңде бүл машиналардың көптеген бөлшектерін жасауға қолданады. Қүрылыста пластмассаларды су, жылу, дыбыс өткізбейтін материал-дар, арматуралық және сантехникалық жабдықтар жа-сауға қолданылады. Сонымен қатар пластмассалар элек-троникада, ракета жасауға, атомдық энергетикада жиі қолданылып келеді. Пластмассалар түрмыста телевизорлардың, кір жуу машиналарының, шаңсорғыштардың бөлшектерін, ыды- 537 стар, ойыншықтар, қораптар т. б. жасауға кең қодданылады. Енді осы пластмассалардың кейбір аса маңыздылары-мен танысайық.
СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + СН2 + СН2 + ... - - ... СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - ... -» - ( - СЩ - СН, - )„ Полиэтилен молекулалық массасы 10000—40000 ара-лығында болатын, түссіз қалың қабаты ақшылдау, 100— 110°С да балқитын қатты зат. Полиэтиленнің диэлек-триктік, су, ауа, суық өткізбейтін, химиялық реактивке төзімді .қасиеттері болады. Сондықтан ол электроизоля-циялық материал, заттарды орайтын, жеңіл ыдыстар, химиялық түтіктер мен трубалар жасауға қолданылады. Полипропилен. Полипропилен пропиленді (про-пенді) полимерлеу алынады: СН2 = СН + СН2 = СН + СН2 - СН + ... -» I I I
I I I
СНз СНз СНз - ( - СН2 - СН - )„ I СНз
Полипропилен — серпімді ақ түсті, полизтиленге қарағанда қиындау балқитын (150—175°С) зат. Полипро-пилеңді элетроизоляциялық материал, заттарды орауға, түтіктер, трубалар, машиналар мен приборлар бөлшек-терін, одан арқандар, балық аулайтын аулар жасауға қолданады. Полистирол. Бензолдың гомологы стиролдың (фенилэтилен немесе винилбензол) полимерленуі нәтиже-сінде алынады. пН2С = СН - - ( - СН2 - СН - )„ I I
Полистирол шыны тәрізді мөддір, қатты зат. Поли-стиролды электризоляциялық материал, шынының орны-на кеселер жасауға, түймелер, тарақтар т. б. дайын-дауға қолданады. Поливинилхлорид қанықпаған көмірсутегі этиленнің хлортуындысы — винилхлоридтың немесе хлор этиленнің полимерленуінен түзіледі: п СН2 - СН - -* ( - СН2 - СН )„ I I
С1 С1 Поливинилхлорид ақ түсті, серпімді, су, қышқыл, сілті әсеріне төзімді зат. Сондықтан ол химия өнер-кәсібінде қүбырлар мен түтіктердің ішін қаптауға, лино-леум, жасанды тері және кілем, электризоляциялық материал ретінде қолданылады. Политетрафторэтилен немесе тефлон тетрафторэти-леннің полимерленуінен түзіледі: п СҒ2 - СҒ2 - ( - СҒ2 - СҒ2 - )„ Қүрамына фтор болғандықтан, ол қышқыл мен сілтіге және басқа да химиялық реактивтерге ете төзімді зат. Сондықтан ол химия, машина жасау өнер-кәсібінде, подшипниктер алуға, тамақ өнеркәсібінде, ма-шина бөлшектерін жасауга, одан тефлон деп аталатын мықты төзімді талшықтар жасайды.
\ \
п СН2 = С -» (СН2 - С - )„ СОО СОО-СНз метилметакрилат полиметилметакрилат 539
Полиметилметакрилат — мөлдір, түссіз шыны тәрізді зат. Оны плаксиглас немесе органикалық шыны деп атайды. Ол өте мықты, жеңіл, мөлдір болғандықтан са-молеттердің, автомобильдердің терезелерін, оранжерея шыныларын, тіс протездерін жасауга қолданылады. Фенопластер — фенол мен формальдегидтердің сатылып әрекеттесуі, яғни поликонденсация реакциясы-ның нәтижесінде түзілген полимер негізде алынатын пластмасса: он ш « ои «і он к-^-чс'1» ^с^-ЧЙ 8"•" *>Чр< нс-^Чс.еи,- -^Чс-еи,- с-^Чс "Чі^1 "4^ "^*™^ НЦц^Йі НС-^^СИ НЬцх» 01 ш ™ Ли Я Я фенолформальдегидті пластмасса Бүл реакцияға катализатор ретінде қышқыл немесе сілті қатысады. Бүл поликонденсация процесінің нәти-жесінде қосымша зат ретінде бөлінеді. Фенолформальде-гидтік пластмасса қыздырғанда жүмсарады да, ал ары қарай қыздырғанда қатты күйге айналады. Бүл полимер-ге толтырғыштар — ағаш үнтағын, асбаст, күйе т. б. бояу қосу арқылы әр түрлі қасиетті және түрлі түсті фенопластар алады және оларды ыстықтай престеу арқылы әр түрлі бүйымдар (заттар) өндіреді. Фенопла-стар қара және түсті металдардың орнына электротехни-када машина жасау өнеркәсібінде, химия өнеркәсібінде, қүрылыста және түрмыстық бүйымдар жасауға қолданылады. §4. КАУЧУКТЕР Каучуктердің халық шаруашылығында алатын орны өте үлкен. Оны өте көп мөлшерде авиация, автомобиль трактор т. б. ауыл шаруашылық машиналарын жасау өнеркәсібі пайдаланады. Ол механизмдерді қозғалатын түйық белдіктер, транспортерлер ленталарын, электризо-ляциялық материалдар, аяқ киімдер, спорт товарларын, ойышпықтар, санитарлық-гигиеналық бүйымдар т. б. жа-сау үшін қолданылады. Қаучуктердің негізгі қасиеті — оның серпімділігі. Оның серпімділігі деп сыртқы күштің әсерінен каучук алғашқы мөлшерін өзгертіп, ал күш әсер етуін тоқтат-қан соң қайтадан қалпына келуін айтады. Каучуктың бүл қасиетін резеңке жасауға қолданады. Резеңке жасау үшін каучукке әр түрлі заттар қосады, соның негізгісі күкірт қосу арқылы вулканизациялау. Осының нәти-жесінде каучук мықты, серпімді резеңкеге айналады. Каучуктың серпімділігі оның молекуласының үзын тізбекті болуына байланысты. Каучуктың созылғыштығы оның молекулаларының шиыршықталмай, үзілмей өзара орын ауыстыра алатындығына байланысты. Каучуктерді т а б и ғ и және синтетикалық деп екі топқа бөледі. Табиғи каучук тропикалық өсімдіктердің әсіресе, ге-вея ағашының сүт тәрізді селінен алынатын жабысқақ, жүмсақ серпімді зат. Зерттеулер табиғи каучуктың ди-енді көмірсутектерге жататын изопреннің немесе 2-мета-лбутадиен—1,3-тің полимері екенін көрсетті. п СН2 = С - СН = СН2 - - ( - СН2 - С = С - СН2 - )„ I I СНз СНз Н табиғи каучук Табиғи каучуктың көптеген елдерде, оның ішінде жоқ болуы және қасиеттері жөнінен одан да сапалы ма-териалдар алу ғалымдардың алдына синтетикалық кау-чук алу мәселесін қойды. Ең алғаш рет 1932 жылы синтетикалық каучук өндіру академик С. В. Лебедевтің әдісі бойынша іске ас-ты. Бүл әдіс бойынша алдымен катализаторлар мырыш оксиді мен алюминий оксиді қатысында спирттен бута-диен алады: СНз - СН2 - ОН + НО - СН2 - СНз ■* СН2 = СН - СН = СН2 + 2 Н20 + Н2 Бүдан кейін бутадиенді катализатор натрий қаты-сында полимерлеу арқылы синтетикалық каучук алады: пСН2 = СН - СН = СН2 - ( - СН2 - СН = СН - СН2 - )„ бутадиен—1,3 Полибутадиен, синтетикалық каучук Қазіргі бутадиенді алу үшін тағамдық заттардан алы-натын спиртгің орнына мүнайдан алынатын көмірсутек-тері қолданылады. Бутадиенді бутанды немесе изопентан-ды (2-метилбутанды) дегидридтеу арқылы алады. 540 541
СНз - СН2 - СН2 - СНз - -> СН2 = СН - СН = СН2 + 2 Н20 СНз - СН - СН2 - СНз ■* СН2 - СН - СН = СН2 +2 Н2 I I СНз СНз Полибутадиенді каучуктер жалпы мақсаттарға қолда-нылады. Бутадиен —1,3 пен бензолдың гомологы стирольдың соополимерленуі нәтижесінде бутадиенстиролды каучук алынады: Н п СН2 = СН - СН = СН2 + п СН2 = С^-» ... СбН5 ... - сн2 - сн = сн - сн2 - сн2 - сн - сн2 - сн = = сн - сн2 - сн2 - сн - ... - сн2 - сн - ... Сб Н5 Сб Н5 Бутадиенстирольды каучук өте мықты, температураға төзімді, автомобиль, самолеттердің доңғалақтарын жа-сауға қолданылады. Бутилкаучукты изобутиленмен бутадиен — 1,3-тің соо-полимерленуі нәтижесінде алады: ^СНз
пс = СН2 + пСН2 = СН - СН = СН2 -* ... 4 СН3 . СН3 СНз / I I ... - СН2 - С - СН2 - СН = СН - СН2 - СН2 - С - ... \ ' I СНз СН3 Бутилкаучуктер газ өткізбейді, химиялық әсерлерге, температураға төзімді және диэлектриктік қасиеті бола-ды. Майға, бензинге, температураға және әр түрлі то-тықтырғыштарға төзімді хлорпренді каучукті хлорпренді полимерлеу арқылы алады. Ол үшін алдымен ацетиленді димерлеу арқылы винилацетилеп алады: 542 НС = СН + НС = СН ■* СН2 = СН - С = СН виниплацетилен Виниплацетилен хлорсутекпен әрекеттесіп хлорпрен түзеді: СН2 = СН - С = СН + НСІ -» СН2 = ССІ - СН = СН2 Хлорпрен полимерленіп хлорпренді каучук түзеді: пСН2 = ССІ-СН = СН2 - (-СН2-СС1 = СН - СН2 - )п Фторлы каучуктерді әр түрлі қанықпаған көмірсу-тектердің фтортуындыларын, мысалы, гексафторпропилен мен винилдиенфторды сопролимерлеу арқылы алады. Фторлы каучуктер мықты, температураның, химиялық реактивтердің, еріткіштердің әсерлеріне ете төзімді бол-ғандықтан автомобиль, самолет доңғалақтарын жасауға, химия өнеркәсібінде қолданылады. Каучукты резеңке айшлдыру үшін оған көптеген зат-тар қосады. Жоғарыда оған күкірт қосылатыны айтыдды. Күкірт каучуктың үзын молекулаларының арасын біріктіріп торлайды. Бүдан басқа каучукте инертті тол-тырғыштар саз, бор және серпімділік, мықтылық, төзімділік қасиеттер беретін активті толтырғыш күйе, тозуын азайтатын түрақтандырғыштар қосады. §5. ЖАСАНДЫ ЖӘНЕ СИНТЕТИКАЛЫҚ ХИМИЯЛЫҚ ТАЛШЫҚТАР Барлық талшықтар табиғи және химиялық болып екі топқа бөлінеді. Табиғи талшықтарға жануарлардан алы-натын жүн, жібек, есімдіктерден алынатьш мақта, кен-дір т. б. жатады. Химиялық талшықтар ж а с а н д ы және синтети-к а л ы қ болып екіге бөлінеді. Жасанды талшықтарды табиғи полимерлерден, көбінесе көмірсулар — целлюлоза-дан жасайды. Синтетикалық талшықтарды мономерлерді полимерлеу немесе поликонденсациялау арқылы алады.
Біріншіден, химиялық талшықтарды жасауға жүмса-латын қаржы табиғи талшықтарға қарағанда аз кетеді. Екіншіден, химиялық талшықты өндіру табиғи тал-шықтарды өндіру сияқты географиялық және климаттық 543 жағдайларға байланысты болмайды, оны кез келген жер-де және көп мөлшерде өндіруге болады. Үшіншіден, өзінің негізгі қасиеттері — мықтылығы, әр түрлі әсерлерге төзімділігі, жылу сақталғыштығы, мыжылмай-тындығы жөнінен химиялық талшықтар табиги тал-шықтарға қарағанда жақсы болады. Олар шірімейтін болғандықтан автомобиль доңғалақтарьша қосылады, оны әр түрлі арқандар, балық аулайтын аулар жасауға қолданады. Химиялық талшықтар алу үшін полимерлер еріген (мысалы, вискоза, ацетилцеллюлоза) немесе балқыған синтетикалық полимерлер болулары керек. Оларды жо-ғары қысымнан тар тесіктерден (фильерлерден) өткіз-генде ауа арқылы түзілген талшықтар кебеді, сонан соң оларды орауға немесе созуға болады. Жасанды талшықтар. Жасанды талшықтарды алу үшін негізінен табиғи полимер целлюлозаны пайдалана-ды. Целлюлозаның негізінде вискоза, ацетатты және мысаммиакты жасанды талшықтарын өндіреді. Целлюлозадан вискоза талшықтарын алу үшін алды-мен сілті ерітіндісімен, одан соң күкірткөмірсутекпен әсер еткенде мынадай процестер жүреді: ^аОН [С6Н702 (ОН)3 ]п -* [С2 Н7 02 (ОН)2 - ОИа ]„ + Н2 О целлюлоза сілтілік целлюлоза С82 [С6Н702 (ОН)2ОЫа ]„ - [С6Н7 02(ОН)2 - 0 - С - 5Ыа ]„ «2 целлюлоза ксантогенаты Түзілген целлюлоза ксантогенатын сүйытылған сілтіде ерітеді де тар тесіктер арқылы өткізіп, күкірт қышқылы бар ваннаға жібереді. Мүнда күкірт қышқылымен әрекеттесіп сілті нейралданады да, күкірткөміртек түнбага түсіп қүрамы өзгеріңкіреген жылтыр вискоза талшықтары түзіледі: + Н2504 [С6Н702 (ОН)2 - О - С - 5Ыа ]„ - [С6 Н7 02 (ОН)3 ]„ I I N^2504^52
Жасанды талшықтардың бәрі металар жасауға қолданылады. Синтетикалық талшықтар, мен п о л и а м идты талшықтарға кейбір, жақсы қасиеттері бар капрон мен найлон жатады. Капрон— эпсилон капрон қышқылының лактамы — капролактамды полимеризациялау арқылы алады: Н2С — СН2 — СН2 I \СН2 ^ н2 с- ын - с ^ 11
и II ^-сш - сн2 - сн2-сн2 - сн2 - сн2 -с - іга - ]„ поликапроамид Капрон талшыгы жібек сияқты, одан мықты, бірақ суды аздау сіңіреді. Капроңды металар, шүлықтар, нос-килер, арқандар, балық аулайтын аулар жасауға қолданылады. Найлон. Найлонды алу үшін алдымен гексаметилен-диамин мен адипин қышқылының әрекеттесуінен гекса-метилендиаминадипинат алуды іске асырады: Н2Ы - (СН2)6 - МН2 + НООС - (СН2)4 - СООН -* -* Н2Ы - (СН2)6 - МН2НООС - (СН2)4 - СООН Ас т^зы
пН2Ы - (СН2)б - ИНгНООС - (СН2)4 - СООН -* -* ... - ЫН - (СН2)6 - ЫН - ОС - (СН2)4 - СО - ... + + 2 пН20 Полиамид талшықтары — капрон, нейлон ылғалды аз өткізетіндіктен киім тігуге аса көп қолданылмайды. Полиэфирлі талшыктар. Бүл талшықтардың ішіндегі аса маңыздысы — лавсан. Лавсан. Оны алу үшін алдымен диметилетерефталат-ты этиленгликольмен қосып қыздырғанда диэтилтерефта-лат түзіледі: 544 545
сн - сн Н3С - ООС - С С -СОО-СНз + 2 НОСН2-СН2ОН - ^ сн = сн^ сн - сн - НОСН2С-СН2 - ООС-С С -СООСШ СН2ОН + ^4 СН = СН/ + 2СН2ОН диэтилтерефталат Диметилтерефталаттың поликонденсациялануы нәти-жесінде полиэтилентерефталат немесе лавсан талшықта-ры түзіледі: сн - сн
44 сн = сн/ полиэтилентерефталат сн - сн. НО - [ОСН2 - СН2 - ООС - С С - СО- \ сн = сн / - ОСН2 - СН2ОН + (п - 1) СН2ОН - СН2ОН Лавсан талшыгы мықты, серпімді, жылуга, жарыққа, химиялық әсерлерге төзімді зат. Лавсанды жүнге қосып жогары сапалы маталар, әр түрлі тоқымалар жасауға қолданады. Ол транспортерлық ленталар, желкендер, шымылдықтар жасауға да пайдаланылады. Перхлорвинилді талшықтардың аса маңыздыларының бірі — хлорин. Хлоринды полихлорвинилді хлорлау арқылы алады: ... - СН2 - СН - [СН2 - СН - СН2 - СН]„ I I I С1 С1 СІ - сн2 - сн - ... + I С1 + пС12 ... + СН2 - СН - [ - СН2 - СН - СН - СН ]„ I III С1 С1 С1 С1 - сн2 - сн - ... + пСІ С1
Хлорин техникалық мақсаттарга және медициналық іш киімдер жасауга қолданылады. §6. СИНТЕТИКАЛЫҚ ИОНИТТЕР Синтетикалық иониттер дегеніміз қүрамындагы кати-ондарын немесе аниондарын электролит иондарына алма-стыра алатын актив қышқылдық немесе негіздік топтары бар суда және басқа еріткіштерде ерімейтін жогары мо-лекулалы қосылыстар. Синтетикалық иониттер қүрамын-дағы қышқылдық және негіздік топтың түріне байланысты катиониттер және аниониттер болып екіге бөлінеді. Катиониттер диссоциацияланганда көп зарядты ани-онмен қозғалғыш катиоңцар түзеді, ал аниониттер көп зарядты катион мен қозғалғыш аниондар түзеді. Егер Я арқылы бір қышқылдық немесе бір негіздік топқа сәйкес келетін иониттың қалдығын белгілесек, он-да ионит пен электролиттың судагы ерітіндісінің арасын-дағы иондар алмасу былай жүреді: Катиониттегі ион алмасу: К5020 Н+ + ЫаСІ -* К5020!Ча+ + Н+С1 2 К5020" №+ + Са2+ + 2 С1 - (К5020 )2 Са + 2 ЫаСІ Аниониттегі ион алмасудың сызба-нүсқасы: КЫН3+ ОН + Н+ + СГ -• КЫН3+СГ + Н20 Синтетикалық катиониттер халық шаруашылыгында кең қолданылып келеді. Ол ащы суларды әр түрлі ион-дарға тазартып түшытуға, машина жасау өнеркәсібінде бөлшектерді өңдейтін электролиттерді бөгде иондардан (темір, хром) тазартуға, түсті металлургияда кеннен ни-кельді, кобалътты, алтынды, күмісті т. б. металдарды бөліп алуға, оны сирек кездесетін титан, молибден, ре-ний металдарын бір-бірінен бөлуге қолданады. Ол химия өнеркәсібінде таза заттар алуға, тамақ өнеркәсібінде қант ерітіндісін тазартуға, ауыл шаруашылығында тыңайтқыштар сіңіруге қолданылады. 546 547
Сутегі жоғары температурада тотықсыздандырғыш қызметін атқарады, оның бүл қасиетін ауыр металдарды оксидтерінен бөліп алуға қолданады: \Ү03 + 3 Н°2 = \У° + 3 Н^ 0 Сутегінің қолданылуы. Сутегі химия өнеркәсібінде түз қышқылын, аммиак, метанол өндіруге, сүйық май-ларды қатты майларға (маргарин өндіруге) айналдыруға қолданылады. Металлургия өнеркәсібінде сутегі кейбір ауыр мета-лдарды олардьщ қосылыстарынан бөліп алу үшін то-тықсыздандырғыш ретінде қолданылады. Сутегі таза оттегінде жанғанда температура 2500°С-ға дейін жоғарылайды. Сондықтан сутегі — оттегі жалы-ны металдарды кесуге және пісіруге қолданылады. Сутегімен әрекет ету арқылы өте жоғары қысымда сапасы темен тас көмірді, мүнайды өңдеудің нәтижесінде түзілетін қатты заттарды, тас көмір смоласын мүнай сияқты күйге айналдырып, бүдан бензин, керосин және әр түрлі майлар бөліп алады. §2. СУ Су — сутегінің оксиді. Ол жер шарында өте көп та-раған. Судың жалпы мөлшері 2-Ю1* т деп есептеледі, оның 60% мүхиттарда, ал 40% өзен, көл суларында, мүзда, қарда т. б. болады. Су молекуласының пішіні бүрыш тәрізді және по-люсті болады. Сондықтан сүйық күйде судың молекула-лары бір-бірімен сутектік байланыс арқылы қосылып, ассоциацияланған түрде болады. Температураны жоғары-латқанда сүйық су буға айналып, ассоциациясы кеміп, диссоциациясы артады, яғни жеке молекулаларға айна-лады. Таза су электр тогьщ өткізбейді. Өйткені ол сутегі және гидроксид иондарына өте аз ыдырайды. Су көптеген жай және күрделі заттармен реакцияла-сып гидраттар немесе химиялық қосылыстар түзеді. Гид-раттарда су молекулалары өзгермейді, ал химиялық қосылыстарда оның қүрамындағы элементтер басқа зат-тардың қүрамына кіреді, мысалы: Си804 + 5 Н20 = Си504-5 Н20 332
, + .,-, +^іё[н+] = о + ^іо-7 = 2Н /Н2 2Н /Н2 = -0,41В
Сутегі электроды потенциалының мәні әжептәуір — іеріс (-0.41 В) болғандықтан, судан сутегін тек потенци-алдары — 0,41 В-тен аз болатын металдар ғана ығыстыра ілады, мысалы: Мё° + 2 Н+ОН + Мё (ОН)2і + НЛ Бетіндегі оксидтер қабаты суда ерімейтін кейбір ме-талдар сумен тек қыздырғанда ғана әрекеттеседі, мыса-лы:
Сусыз тіршілік болмайды, су халық шаруашылыгын- да кең қолданылады. 2 Табиғи суды электролиздегенде ыдыста ауыр і Н20 су жиналады. Ауыр су түтқыр, түссіз сүйық. Оның дағы тығыздығы 1,104, балқу температурасы — 1,8 "С, қайнау температурасы 101,4°С. Оның химиялық қасиеттері кәдімгі суға үқсас. Ол ■том реакторларында нейтроңдарды сіңіру үшін және вейтерий алуға қолданылады. 333
§7. ЭЛЕМЕНТОРГАНИКАЛЫҚ ПОЛИМЕРЛЕР Органикалық полимерлердің негізгі кемшілігі — олар жоғары температураға төзімсіз келеді. Полимерді төзімді ету үшін негізгі тізбектегі көміртегі атомдарын басқа элементтерге алмастырудың маңызы зор. Кремнийорганикалық қосылыстар. Кремний көміртегі топшасына және оган жақын орна-ласқандықтан қасиеттері кеміртегіне үқсас болады. Крем-ний де көміртегі сияқты ашық және түйық тізбекті қосылыстар мен полимерлер түзе алады. Қүрамыңца ор-ганикалық радикалдар бар, бірақ негізгі үзын тізбекте оттегі арқылы байланыскан кремний атомдары болатын кремнийорганикалық қосылыстардың немесе полисили-кондардың практикалық маңызы зор. Алгаш рет кремнийорганикалық қосылыстарды алуды 1935—36 жылдары орыс ғалымы К. А. Андрианов жүзе-ге асырды. Кремнийорганикалық қосылыстарды немесе полисилоксандарды алу бірнеше сатыдан түрады. Өнеркәсіпте көмірсутектердің галогентуындыларына (мыс катализаторы қатысуында 300—350°С да) қызған кремний арқылы өткізгенде демитилтихлорсилан түзеді: 2 СНзСІ + 5і - (СНз)25іС12 Диметилдихлорсилан оңай гидролизденіп хлор атом-дары гидроксид иондарымен орын ауыстырады. СНз СН3 I I
С1 - 5і - С1 + 2 Н20 -» НО - 5і - ОН + 2 НСІ I I
СН3 СНз Түзілген диметилсилаңдиол молекулалары бір-бірімен поликонденсация реакциясына түсіп кремнийорганикалық қосылыс — полисилоксан немесе силикон түзеді: СНз СНз СНз I I I
НО - 5і - ОН + НО - 5і - ОН + НО - 5і - ОН+... -» I I I
СНз СНз СНз Кремнийорганикалық полимерлердегі үзын тізбектегі кремний атомдарының санына қарай полисиликондар сүйық және қатты күйде болады. Үзын тізбектегі кремний атомдары 4-7 болатын сүйық полисиликондар машина майлары ретінде қолданылады, ал температураның өзгеруі (300°С дейін) олардың түтқырлығына әсер етпейді. Негізгі тізбектегі кремний атомдары көптеу смола тәрізді кремнийорганикалык полимерлер температураға төзімді электр өткізбейтін қасиеттері болғандықтан жоғары температурада электр изоляциялық материал ретінде қолданылады. Кремнийорганикалық немесе силикондық каучуктер жоғары және төмен температураға төзімді болады. Мүндай каучуктер —60°-тан +250°С дейін өздерінің серпімділік қасиеттерін сақтайтындықтан оларды вулка-низациялап резеңке жасауда колданады.
ОС4Н, ОС4Н9 ОС4Н, I I I - Ті - 0 - Ті - О - Ті - ... I I I ОС4Н9 ОС4Н, ОС4Н9 Титанорганикалық полимерлер жоғары температура-ның, әр түрлі химиялық реактивтердің әсеріне төзімді болғандықтан, түрліше ортада жоғары температураға төзімді қорғаушы жабын ретінде қолданылады.
СНз СНз СНз I I I
- - 0 - 5і - 0 - 5і - 0 - 5і - ... + лН20 I I I
СНз СНз СНз 548 экология ЖӘНЕ
химия §1 СУДЫҢ ЛАСТАНУЫ ЖӘНЕ ОНЫ ТАЗАРТУДЫҢ ТӘСІЛДЕРІ Өсімдіктердің, жануарлардың, адамның денесінде жү-ретін, ягни тіршілікті қамтамасыз ететін толып жатқан күрделі реакциялар судың қатысуымен болады. Та-биғатта үздіксіз болып жататын бір минералдардың бүзылуы, басқа біреулерінің түзілуі сияқты қүбылыстар судың қатысуымен болып жатады. Өнеркәсіптің де то-лып жатқан салалары мүнай, химия, металлургия, жеңіл және тамақ өнеркәсіптері, ауыл шаруашылыгы т. б. су-сыз жүмыс істей алмаган болар еді. Жер бетінің 2/3-ге жуыгын мүхиттар, теңіздер, көлдер, өзендер, мәңгі мүздар түрінде су басып жатыр. Бүл сулар түйық тізбек бойынша үздіксіз айналыста бо-лады. Жоғарыда аталган су көздерінің беттерінен су буға айналады, ал атмосфераның жоғары қабаттарында бу салқындап, конденсацияланып, суға айналады да мүхиттар мен жер бетіне жауын түрінде қайта қайтады, ал жер бетіне түскен су топыраққа сіңіп, өсімдіктердің өсуі мен дамуына жағдай жасайды, ал артығы буланады немесе су көздеріне барып қосылады. Жер бетіндегі су көздерін адам қоғамы әрекеті нәтижесінде, яғни өндірісте, түрмыста, ауыл шаруашы-лығында пайдаланудан қалған қалдық сулар (сточная во-да) қүйылып ластайды. Қазіргі кезде дүние жүзінде жылына өндірістік түрмыстық және шаруашылық мақсаттарына қажетті 150 км3 суды пайдалану үшін су көздерінен 600 км3 су алу қажет болады да, оның 450 км3 мөлшері, яғнип 75%-ті қайтадан лас су түрінде су көздеріне барып қүиылады. Мүндай суды залалсыздандыру үшін биологиялық тазар-тудан кейін мөлшері өзінен көбірек (550 км3) таза су қосу арқылы сүйылтады. Осындай сүйылтылган қалдық сулар өзен-көлдерге барьш қүйылатын барлық судың 30 процентіне жетеді. 550 Қалдық сулармен бірге су көздеріне келіп қосылатын минералдық, органикалық, бактериалық заттардың бәрі оны ластайды деген түжырым жасауға болмайды. Судың өзінің қүрмында белгілі бір концентрацияларымен сипат-талатын еріген немесе жүзгіндер түрінде көптеген заттар болады. Судың сіңіру және өзінің қүрамында жүретін физикалық, химиялық қүбылыстар арқылы өзін-өзі та-зарту қабілеті болады. Суға қосылған заттың табалды-рықтық мелшері болады. Егер суға қосылған заттың мөлшері табалдырықтық деңгейден асып кетсе, онда бүл зат суды ластайды, ал оның концентрациясы табалды-рықтық мөлшерден төмен болса, табиғи процестер жүйенің ластанбауын реттеп отырады. Суды ластайтын заттар өздерінің үсақталу мөлшеріне байланысты еритін коллоидты және жүзгіндер болып бөлінеді. ал қүрамы жагынан минералдық, органикалық және биологиялық, бактериялық болып бөлінеді. Минералдық қоспаларга қүм, саз, кен, қоқыс бөл-шектері, қышқылдардың, сілтілердің, түздардың иондары немесе молекулалары, әртүрлі еріген газдар жатады. Органикалық қоспаларга өсімдіктердің қалдықтары, жануарлардың қалдықтары мен және жануарлар мен адамның зат алмасу кезінде бөлінетін қалдықтары жата-ды. Биологиялық-бактериялық қоспаларға түрмыстық қалдық сулар мен жануарлар өнімдерін дайындайтын (ет комбинаттары, жүн, тері өндеу өндіріс орындары т. б.) жатады. Суда қоспа түрінде болатын еріген оттек ондағы жан-уарлардың тыныс алуы үшін зор рөл атқарады. Сондай-ақ оттегін пайдаланып аэробты бактериялар жануарлар мен өсімдіктердің қалдықтарындағы органикалық заттар-ды ыдыратып анорганикалық қосылыстарға немесе ион-дарға, мысалы суға, көміртек (IV) оксидіне, оттекті қышқылдар аниондарына айналдырып суды тазартады, ал оттек жеткіліксіз болса, немесе органикалық заттар көбейіп кетсе, суды. тазартуға оттектің мөлшері жетіс-пейді. Оттексіз бактериялардың әсерінен органикалық заттар аммиак, күкіртсутек, фосфин бөле ыдырап су шіріген иіс шығарып сасиды, ондағы жануарлар өліп қалады. Өнеркәсіпте су сіңіргіштік, еріткшггік, тасымалдау-шылық және жылу алмастырғыштық қызметтер атқарады. Өнеркәсіптің түріне және онда атқаратын қызметіне қарай қалдық судың қүрамы да әртүрлі бола-ды. Осылардың ішінде жылу алмастырғыштық қызмет 551 атқаратын немесе салқындатқыш ретінде қолданылатын судың қүрамындағы қоспалар аз болады. Қалай болғанда да өнеркәсіптердің қалдық суларының қүрамына қарай оны тазартудың әртүрлі технологиялық әдістері қолда-нылады. Қалдық судың қүрамында сілті болса, оны қышқыл қосу арқылы, ал қышқыл болса, оган сілті қосу арқылы нейтралдайды. Көптеген ауыр металдардың катиондарын олармен аз еритін түздар түзетін аниоңцар қосу арқылы қалдық суды тазартады (мысалы) қалдық сулардагы ауыр металдардың иондарын ион алма-стырғыштар арқылы бөліп жіберіп суды тазартады. Қалдық сулардағы кейбір зиянды (улы) заттарды күшті тотықтырғыштар арқылы усыз заттарға айналды-рады. Мысалы улы цианидиондарды гипохлориттар ар-қылы тотықтырып усыз заттарга айналдырады. Қалдық судағы жүзгіндер түріндегі ірілеу бөлшектер түндыру, сүзу арқылы жүйеден бөлінеді. Қалдық судың қүрамында кездесетін органикалық зат-тарды залалсыз қосылыстарға айналдыру үшін электро-химиялық әдіспен тотықтырады немесе радиациялық әдіспен тотықтырады. Қалдық суды бірінші әдіс бойынша тазартқанда элек-тролизердің анодында органикалық зат тотығып зиянсыз заттарға айналады. Радиациялық әдіс бойынша суға гам-ма сәулелері жібергенде су радиолизданып, НОг, Н20з сияқты қосылыстарға айналады, ол соңғылар езінің то-тықтырғыштық күші жағынан озон мен хлорға жақын болады да органикалық заттарды тотықтырып залалсыз-дандырады. Су көздерінің ластанудан сақтаудың негізгі шарала-рының бірі — өңцірісте қалдықсыз технологиялық процес-терді жүзеге асыру. Қалдықсыз технология дегеніміз шикі заттарды кешенді түрде пайдаланып, қалдықсыз жүмыс істейтін өндіріс жасау. Жаңа технологияның мақсаты — суды аз пайдаланып, соның нәтижесінде су көздеріне қалдық су жіберуді азайту немесе жібермеу. Бірақ қазір мүндай универсал технология бол-мағандықтан, су көздерін ластанудан сақтаудың негізгі жолына қалдық суды қоспалардан тазартудың дәрежесін арттыру жатады. Суды тереңірек тазартуға қаржы көп жүмсалады. Проблеманы шешудің негізгі жолы — жабық су айна-лу жүйесін енгізу. Бүл жағдайда өндірістің қалдық суы толық тазартылады да қайтадан өнеркәсіптік процестерге пайдаланылады, табиғи су көздерін ластайтын қалдық су болмайды.
§1. Химияның негізгі стехиометриялық зандары .... 9 §2. Зат массасынын сақталу заны 9 §3. Кұрам түрақтылық заңы 11 §4. Еселік қатынас зачы 12 §5. Газ күйінің заңдары 12 §6. Көлемдік қатынас заңы. Авогадро заңы 14
§8. Химиялық элементтер. Жай және күрделі заттар . 17 §9. Элементтердің салыстырмалы атомдық массасы . . 17
§11. Моль. Молярлық масса. Мольдық көлем 19 §12. Эквивалент. Эквиваленттер заңы 21 §13. Газдардың молекулалық массаларын анықтау тәсілдері 25 §14. Атомдық массаларды анықтау әдістері 26 §15. Химиялық таңбалар, формулалар 28 §16. Химиялық қосылыстардың формулаларын қүрастыру 29 §17. Химиялық тендеулер 29 2-т а р а у. Анорганикалық қосылыстардың негізгі кластары 30 §1. Оксидтер 31 §2. Негіздер 39 §3. Кышқылдар 44 §4. Түздар 51 3-т а р а у. Д. И. Менделеевтің периодтың заңы және атомдар қүрылысы 56 §1. Д. И. Менделеевтің периодтық заңы 56 §2. Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесі 61 §3. Д. И. Менделеевтің периодтық заңы 63 553
552 §4. Атоі^і күрылысының күрделілігі 65 §5. Атом\ қүрылысының ядролық теориясы 68 §6. Атом құрылысы туралы Н. Бор теориясы 69 §7. Кванттнқ механика түрғысынан атом қүрылысы . 74 §8. Квант сандары және Паули принципі 76 §9. Атомдардың электрондық қүрылысы мен периодтық жүйе арасындағы байланыс 84 §10. Химиялық элементтері қасиеттерінің периоды түрде
§11. Атом ядролары және ядролық реакциялар .... 96 4-т а р а у. Химиялық байланыстар және молекулалар
§1. Химиялық байланыстардыц түзілуі 106 §2. Химиялық байланыстардын үзындығы және байланыстар
§3. Химиялық байланыстардын типтері 109 §4. Химиялық байланыстарды сипаттайтын теориялар 111 §5. Ковалентті байланыс. Валенттік байланыс теориясы 112 §6. Атомдар орбитальдарынын гибридтелу теориясы . . 115 §7. Молекулалық орбитальдар теориясы 120 §8. Бірдей ядролы екі атомды молекулалар 128 §9. Әртүрлі ядролы екі атомды молекулалар 129 §10. Әртүрлі ядролы үш атомды молекулалар 130 §11. Ионды байланыс 132
5-тарау. Заттардыц агрегаттық күйі 139 §1. Заттың газ тәрізді күйі 139 §2. Заттардың плазмалық күй 141і §3. Заттардың сүйық күйі 142 §4. Заттың қатты күйі 143 §5. Кристалдардағы химиялық байланыстардың
§6. Кристалды заттардың еткізгіштік, жартылай — өткізгіштік, диэлектриктік қасиеттері. Аймақтық теория 149 6-т а р а у. Химиялық реакциялардың жүру зацдылықтары . . 152 §1. Термодинамиканың бірінші заны және термохимияның
§2. Химиялық байланыстардың энергиясы (энталь- пиясы) 159 §3. Кристалдық тордық энтальпиясы 161 §4. Термодинамиканың екінші заны. Энтроция .... 163
жэне химиялық реакциялардық бағыты 169 §6. Химиялық кинетика 172
§10. Химиялық реакциялардың жылдамдығына температура- ның әсері 178 §11. Катализ 180 §12. Химиялық реакциялардың молекулалығы мен реті 185 554
§13. Жай және күрделі реакциялар 187 §14. Химиялық тепе-теңдік 191 §15. Химиялық тепе-теңдік ығысуы Ле-Шателье
§16. Гетерогендік реакциялар жылдамдығы және Ле-Шателье принципі 197
§1. Дисперстік жүйелер туралы жалпы түсінік .... §2. Ерітінділердіқ жалпы сипаттамасы 200 §3. Заттардың өздігінен еру процесі 201 §4. Заттардын ерігіштігі 204 §5. Ерітінділердің концентрациясын көрсету жолдары . 205 §6. Электролит емес ерітінділердің қасиеттері 207 §7. Ерітіндінің бетіндегі бу қысымы 207 §8. Ерітінділердің қайнауы мен қатуы 209 §9. Осмос қысымы 212 §10. Электролит ертінділер. Электролит ерітіндінің ерекшелігі 213 §11. Электролиттік диссоциация теориясы 215 §12. Негіздер мен қышкылдардын кейбір жалпы теориялары 217 §13. Әлсіз электролиттер. Диссоциациялау дәрежесі . 219 §14. Диссоциациялану дәрежесі мен изотондық коэф- фицент (і) арасындағы байланыс 220 §15. Диссоциациялану константасы 221 §16. Диссоциациялану дәрежесі мен константасы арасьшдағы байланыс 222 §17. Күшті электролиттер 223 §18. Электролит ерітінділеріндегі иондық реакциялар . 226 §19. Сутектік көрсеткіш 227 §20. Түздардық гидролизі 230
8-т а р а у. Тсггығу-тотықсыздану реакциялары 246 §1. Тотығу-тотықсыздану реакциялары туралы
§2. Жай және күрделі заттардағы элементтердің тотығу дәрежесі 247 §3. Негізгі тотықсыздандырғыштар мен тотықтырғыш- тар 248 §4. Электрондық баланс әдісі бойынша текдеу қүру . 252 §5. Иондық электрондық әдіс бойынша реакция теқдеуін қүру 255 §6. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының кейбір ерек- шеліктері 261 §7. Тотығу-тотықсыздану реакцияларыныи жіктелуі . . 264 §8. тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың эквива- ленті 265 §9. Тотығу-тотықсыздану реакциясының бағыты .... 266 §10. Тотығу-тотықсыздану реакцияларынын макызы 267 555
9-т а р а у. Электрохимиялық процестер 267 §1. Электродтык потенциалдардың түзілуі 267 §2. Гальваникалық элементтердің жүмыс істеу принципі 269 §3. Металдардьщ стандартты электродтық потенциал- дары 271 §4. Гальваникалық элементтердің электр қозгаушы күші (Е) 276 §5. Гальваникалық элементтердің поляризациясы . . . 276 §6. Тотығу-тотықсыздану потенциалдары 277 §7. Отын элементі 280 §8. Электролиз 282 §9. Электролиз заңдары 288 . ^ §10. Электролиздың қолданылуы 290 І^ §11. Аккумуляторлар 290 *5 §12. Металдардын коррозиясы 293 т>- §13. Металдарды коррозиядан қорғау 296 10-тарау. Металдардыц жалпы сипаттамасы. Қүймалар . . 298 §1. Металдардын ішкі қүрылысы мен физикалық қасиеттері 298 §2. Металдардың химиялық қасиеттері 300 §3. Метаддардың алынуы .* 301 §4. Металдар қүймаларынын қасиеттері мен қүрамы . 303 §5. Металдар қүймаларын физико-химиялық талдау . 304 П т а р а у. Комплекс қосылыстар 307 §1. Координациялық теорияның негізгі түсініктері . . . 308 §2. Кешен қосылыстарының атауы 312 §3. Кешен қосылыстарының жіктелуі мен изомерлері . 313 §4. Кешен қосылыстарының түрақсыздық константасы 315 §5. Кешен қосылыстарының иондарын анықтау .... 317 §6. Кешен қосылыстарындағы химиялық байланыстардыц табиғаты туралы қазіргі көзқарастар 318 2-6 ө л і м. ЭЛЕМЕНТТЕР МЕН ОЛАРДЫҢ ҚОСЫЛЫСТАРЫНЫҢ ХИМИЯСЫ 329 1 -т а р а у. Бірінші топтың 5-элементтері (I А тобы) 329 §1. Сутегі 329 §2. Су 332 §3. Сутегі пероксиді (асқын тотығы) 334 §4. Сілтілік металдар 335 §5. Рубидий, цезий, франций 340 2-тарау. Бірінші топтың а-элементтері (I В тобы) 340 §1. Мыс 341 §2. Күміс 345 §3. Алтын 348 3-тарау. Екінші топтың 5-элементтері (II А тобы) 349 556 1§1. Екінші негізгі топша элементтерінің оксидтері мен гидроксидтері 354 §2. Екінші негізгі топша элементтерінің түздары . . . 355 §3. Судың кермектігі және оны жоюдың жолдары . . 356 4-т а р а у. Екінші тоігтың а-элементгері (П В тобы) 359 §1. Екінші топтың а-элементтерінің табиғатта таралуы және алынуы 360 §2. Екінші топ — металдарының қасиеттері 361 §3. Мырыштың, кадмийдің, сынаптың қосылыстары . 363 5-т а р а у. Үшінші топтың р-элементтері (III А тобы) .... 366 §1. Бор 368 §2. Алюминий 370 §3. Галлий, индий, таллий 376 6-т а р а у. Үшінші тоіггың а-элементтері (ПІ В тобы) Г-элементтер 377 §1. Үшінші топтың д-элементтері 377 §2. Алтыншы периодтың Г-элементтері (лантаноид- тар) 380 §3. Жетінші периодтың Г-элементтері (актиноидтар) 382 7-т а р а у. Төртінші топтың р-элементтері (IV А тобы) .... 385 §1. Көміртегі . . . г/Т. .V. 387 §2. Көміртегі оксидтері 390 §3. Көмір қышқылы және оның түздары 391 §4. Кремний 395 §5. Германий 400 §6. Қалайы 401 §7. Қорғасын 403 8-т а р а у. Төртінші топтың (/-элементтері (IV В тобы) .... 406 §1. Табиғатта таралуы және алынуы 407 §2. Физикалық және химиялық қасиеттері 408 §3. Титан, цирконий, гафний қосылыстары 409 9-тарау. Бесінші топтың р-элементтері (V А тобы) 410 §1. Азот 412 §2. Аммиак және аммоний түздары 411 §3. Азоттың оксидтері 417 §4. Азот қьгаіқылы НІЧОз 4?<» §5. Нитраттар жэне азот тыңайтқыштары 421 §6. Фосфор 4/1 §7. Мышьяк, сурьма, висмут 428 10-т а р а у. Бесінші топтың в(-элементтері (V В тобы) .... 432 §1. Табиғатта таралуы және алынуы 4.1.) §2. Физикалық және химиялық қасиеттері 434 §3. Қосылыстары 434 557 §4. Бесінші топ элементтерінін Қолданылуы 435 11-тарау. Алтыншы топтың р-элементгері (VI А тобы) . . . 436 §1. Отгегі 438. §2. Ауа 441 §3. Күкірт 442 §4. Күкіртсутек. Сульфидтер. Полисульфидтер 444 §5. Күкірт (2 және 4) оксидтері. Күкіртгі қышқыл.
§6. Тиокүкірт қышқылы және тиосульфаттар 450 §7. Күкірт (VI) оксиді. Күкірт қышқылы.
§8. Селен, теллур, полоний 454 12-тарау. Алтыншы топтың р-элементгері (VI В тобы) . . . 456 §1. Хром 458 §2. Хром және оның қосылыстары 460 §3. Молибден мен вольфрам 463 13-тарау. Жетінші тоіпың р-элементтері (VII А тобы) . . . 466 §1. Галогендердін табиғатта таралуы, алынуы 468 §2. Галогендердің физикалық және химиялық
§2. Техниций мен рений 481 15-тарау. Сегізінші топтың р-элементгері (VII А тобы) . . 482 §1. Инертті газдардыц табиғатта таралуы және алынуы 483 §2. Инертті газдардың қасиеттері және қолданы- луы 484 16-тарау. Сегізінші топтың 487 § 1. Темір үштігі 488 §2. Кобальт және никель 497 §3. Платиналық металдар 499 §4. Платииалық металдардың қосылыстары 502 З-б ө л і м. ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР 504 1-тарау.' Органикалық қосылыстардың негізгі түсініктері . . 504 §1. Органикалық қосылыстардың ерекшеліктері және органикалық химия пәні 504 . §2. Органикалық қосылыстардың химиялық құрылыс теориясы 505 §3. Гомологтық қатарлар 508 §4. Органикалық қосылыстардың жіктелуі 509 558
§5. Органикалық қосылыстардың халықаралық жүтйе- лілік номенклатурасы 510 2 і ■ рау. Көмірсутектер 513 §1. Қаныққан көмірсутектер немесе алқандар 513 §2. Этиленді қанықпаган көмірсутектер (алкендер) . . 514
§4. Ацетиленді қанықпаган көмірсутектер (алкин- дер) 516 §5. Ароматты көмірсутектер 517 3-т а р а у. Оттекті органикалық қосылыстар 520 §1. Спирттер мен фенолдар 520 §2. Альдегидтер мен кетондар 523 §3. Карбон қышқылдары 525 §4. Күрделі зфирлер 526 §5. Көмірсулар 527 4-т а р а у. Азоттың галогеңді органикалық қосылыстар .... 529 §1. Азотты органикалық қосылыстар 529
5 -т а р а у. Жоғары молекулалы қосылыстар 532 §1. Полимерлер туралы түсініктер 532 §2. Полимерлерді алудың негізгі әдістері . 534 §3. Пластикалық массалар 537 §4. Каучуктер 540 §5. Жасанды және синтетикалық химиялық
§6. Синтетикалық иониттер 547 §7. Элементорганикалық полимерлер 548 ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯ 550 §1. Судың ластануы және оны тазартудың
ИБ № 316
Теруге 26.01.98 жіберілді. Басуға 06.01.98 кол қойылды. Пішімі 84x108/32. Офсеттік қағаз. Әріп түрі "Таймс" Офсеттік басылыс. Шартты баспа табағы 29,4. Есептік баспа табағы 30,0 Таралымы 1000 дана. Тапсырыс 1443. Бағасы келісімді. Қазақстан Республикасының ақпарат және қоғамдық келісім ми-нистрлігінің мемлекеттік "Санат" баспасы, 480012, Алматы қаласы, А. Байтурсынұлы көшесі, 65 "А". Қазақстан Республикасың ақпарат және қоғамдық келісім ми-нистрлігінің Республикалық "Кітап" өндірістік бірлестігі, 430009, Алма-„■ қаласы, Гагарин даңғылы, 93-үй. §4. Орі„. 558 § 3. СУТЕП ПЕРОКСИДІ (АСҚЫН ТОТЫҒЫ) Сутегінің оттегімен басқа бір қосылысын сутегі ас-қын тотығы Н202 деп атайды. Таза сутегі асқын тотығы түссіз, түтқыр сүйық. Су-тегі асқын тотығының электрондық — қүрылымдық фор-муласы мынадай:
Бүл формуладан оның қүрамындағы әрбір оттегі ато-мы бір байланыс арқылы сутегімен, ал екінші байланыс арқылы өзара қосылысатынын көреміз. Сутек пероксиді тотығы өте түрақсыз қосылыс бол-ғандықтан, төменгі температураның өзінде ыдырай бас-тайды: 2 Н20 = 2 Н20 + 02. Сутегі асқын тотығы әлсіз қышқылдық қасиетін көрсетеді, сондықтан ол ерітіңдіде аз мөлшерде сутегі катионын түзе ыдырайды: Н202«? Н+ + Н02 (К = 1,39-10~12, 20°С) Бүл да екі негізді қышқылдар сияқты екі қатар түздар — қышқылдық (№Н02) орта (№202) түздар тү-зеді. Сутек пероксиді тотығы (02)2 ионы екі электронды оңай қосып алып 202*-ге айналатындықтан, тотық-тырғыштардың қатарына жатады. Мысалы: Н202" + 2 КІ2" = 2 КОН + 1° [02]2 + 2і = 202" 1 Г-е = І° 2 Дегенмен күшті тотықтырғыштармен әрекеттескенде сутек пероксиді тотығы тотықсыздандырғыш қызметін атқарады. Мысалы: 2КМп04 + 5 Н2 [02 ]2~ + 3 Н2804 = 2 Мп804 + 50° + + К2804 + 8 Н20 2 5 Мп7+ + 5е = Мп: [02]2-2ё = 02 Сутек пероксиді тотығын барий пероксидіне күкірт > іликылымен әсер ету арқылы алады: Ва 02 + Н2804 = Ва804 + Н20 Өнеркәсіпте сутек пероксиді тотығын күкірт қыш-к.ылын электролиздеудің нәтижесінде алады. Алдымен .піодта асқын күкірт қышқылы түзіледі: 2 Н2804 - 2ё = 2 Н28208 Түзілген қышқыл гидролиздену арқылы сутек перок-пді тотығына айналады: Н28208 + 2 Н20 = 2 Н2804 + Н202 Лабораторияларда 3 немесе 30% сутегі пероксиді колданылады. Таза сутегі пероксиді қазіргі ракеталық ж.же реактивтік техникада тотықтырғыш ретінде қолда-нылады. Оның тотықтырғыштық қасиеті және түзілген і.птардың усыз болуы сутек пероксиді тотығын теріні, жүнді, жібекті, мақта-мата бүйымдарын ағартуға қолда-пылады. Сутек пероксиді тотығы тамақ өнімдерімен кон-сервілеуге қолданылады. §4. СІЛПЛІК МЕТАЛДАР Сілтілік металдардық жалпы сипаттамасы. Бірінші неіізгі тошпаны немесе ІА тобын литий Іі, натрий N3 калий К, рубидий КЬ, цезий Сз, франций Ғг қүрайды. Ьүларды сілтілік металдар деп атайды, ейткені натрий меи калийдің гидроксидтері сілтілер болатыны ерте кез-дея белгілі болған. Сілтілік металдардың және олардың жай заттарының кейбір физикалық түрақтылары 10-кестеде берілген. 334 335 10-к е с те I А тобы элементтерінің кейбір тұрақты шамалары
Элементтердің ядро зарядтарының өсуіне байланысты олардың атомдарының, иондарының радиустары заңды түрде үлкейеді және соған сәйкес иондану энергиялары-ньщ мәндері біртіндеп кемиді. Әр периодтың басында түрған сілтілік металдардың радиустары өздерінен кейін түрған негізгі тошпа элементтерішң радиустарынан үлкен және соған сәйкес металдық қасиеттері басым келеді. Химиялық реакциялар кезінде сілтілік металдар ездерінің бір 5-электронын оңай беріп тотығады да 1+ тотығу дәрежесін көрсетеді. Бүлар ең күшті тотықсыз-даңцырғыштар. Литийден францийға қарай электрондық қабаттарының, соған сәйкес радиустарының өсуіне бай-ланысты тотықсыздандырғыштық қабілеттері де артады. Сілтілік металдардың табиғатта таралуы және алы-нуы. Сілтілік металдар өте активті болғандықтан, та-биғатта тек қосылыстар түрінде кездеседі. Жер қырты-сының 2,4 массалық проценті натрийдің, 2,4 массалық проценті калийдің үлесіне тиеді, ал қалған барлық сіл-тілік металдардың үлесіне 0,014 массалық проценті ке-леді. Натрий, натрий хлориды түрінде көп мөлшерде те-ңіз, көл суларында, тас түзының қалың кабаттары түрінде жер шарының көптеген аудандарында кездеседі. Натрий сульфатының мол қоры Каспий теңізіндегі Қара-Бүғаз көлде кездеседі. Калий түздарының қорлары сирек кездеседі. Калий хлоридінің мол қоры Соли-камскіде.
ШН*?ІлІ+ + ОН~ Катодта Іі1+ + ё = Ьі° Анодта 4 ОН" - 4ё = 02 + 2 Н20
Сілтілік металдардың қасиеттері. Сілтілік металдар пышақпен оңай кесілетін жаңа кесілген жері күміс түсті (цезий сарғылт түсті), жеңіл, жүмсақ, оңай балқитын ақ түсті заттар. Сілтілік металдар аса күшті тотықсыздандырғыштар болғандықтан көптеген металл еместермен әрекеттеседі. Сілтілік металдар ауада тотығып кетеді, сондықтан оларды керосинде сақтайды. Рубидий мен цезий ауада өздігінен жанып кетеді, ал басқалары аздап қыздырғанда жанады. Жанудың нәтижесінде литий қалыпты оксид, натрий пероксиді, ал калий, рубидий, цезий супероксид-тер түзеді: 4 Іі + 02 = 2 Ьі20 2 ІЧа + 02 = №202 К + 02 = К02 Сілтілік металдар галогендермен, күкіртпен, азотпен, сутекпен әрекеттесіп сәйкес салидтер, сульфидтер, нит-ридтер, гидридтер түзеді. Сілтілік металдар судан сутегін ыгыстырады, мысалы: 2 N3 + 2 Н+ОН = 2 ЫаОН + Ң° Сілтілік металдар көптеген күрделі заттармен әрекеттесіп әр түрлі иондарды тотықсыздандырады, мы-салы: 336 337
4 К° + ТіСЦ = 4 КСІ + Ті° 8 К° + К2504 = К282" + 4 К202 Сілтілік металдардың қосылыстары. Сілтілік метал-дарды ауада жаққанда (литийден басқалары) пероксид-тер мен супероксидтер түзетіні жоғарыда айтылды. Бүл пероксидтер мен супероксидтер қыздыруға түрақты қатты заттар.
Ка202 + Ме = Ыа20 + М^О 2 Ыа202 + С = 2 Иа20 + С02 Натрий пероксидінің көміртегі (IV) оксидімен әрекеттесу реакциясын сүңгуір қайықтарда тыныс алуға қажет оттегін алу үшін қолданады: 2 Ка202 + 2С02 = 2 Ка2С03 + 02 Натрий пероксидінің тотықтыргыштық қасиетін, ма-таларды, сабанды, сүйекті, жүндерді ағарту үшін қолданады. Натрий пероксиді синтетикалық жуғыш зат-тардың қүрамына кіреді. Натрий пероксиді мен калий супероксидтерін метал-дармен әрекеттестіру арқылы олардың қалыпты оксид-терін алады: 2 N8 + №202 = 2 Ыа20 3 К + К02 = 2 К20 Натрий мен калийдің негіздік оксидтері сумен әрекеттесіп, сәйкес негіздер (сілтілер) түзеді: Ма20 + Н20 = 2 ИаОН К20 + Н20 +>2К0Н Натрий гидроскиді (күйдіргіш натр немесе натрий сілтісі) мен калий гидроксиді (күйдіргіш калий немесе калий сілтісі) ақ түсті, кристалды қатты заттар. Суда көп жылу бөле өте жақсы еритін күшті негіздер. Су-дағы ерітінділеріңде толықтай иондарға ыдырап кетеді. іісқа негіздер сияқты қышқылдармен, қышқылдық ок-і идтсрмен, түздармен әрекеттеседі. Күйдіргіш натр, күйдіргіш калийдің практикалық м.іңызы бар. Өнеркәсіпте сілтілерді химиялық және ілсктрохимиялық әдістермен алады. Химиялық әдіс бойынша натрий сілтісін сода мен кальций гидроксидінің (сөндірілген ізбестің) әрекеттесуі-ш-м алады: Ка2С03 + Са (ОН)2 = 2 ЫаОН + СаСОзі Түзілген калыщй карбонаты түнбаға түсетіндіктен, химиялық тепе-теңдік оңға қарай ауысып, реакция на-трий гидроксидінің түзілу бағытында қайтымсыз жүреді. Электролиттік әдіс бойынша натрий гидроксидін на-трий хлоридының ерітіндісін электролиздеу арқылы ала-ды. Мүңдай ерітіндіде натрий хлориды натрий және хлор иондарьгаа, ал су аз мөлшерде болса, Н+ және ОН- иондарына ыдырайды: МаС1«?гІа + СГ НОН«*Н+ + ОН" Электродтарды ерітіндіге батырғанда натрийға қара-ганда (-2,71 В) потенциалының мәні көбірек (-0,41 В) болғандықтан, сутегі катиондары тотықсызданады: 2 Н+ + 2ё = Н° Анодта хлорид — иондар тотығып газ күйдегі хлор болінеді: 2 СГ - 2ё = С12
Ыа + ОН" = КаОН Калий гидроксидін де жоғарыда көрсетілген жолдар-моі алады.
338 339
Калий гидроксиді, натрий гидроксидіне қарағанда қымбатырақ болғандықтан сирек қолданылады, ол көбі-несе сұйық сабындар жасауға жүмсалады. Натрий мен калий барлық қышқылдармен түздар түзеді. Натрийдің маңызды түздарын^ натрий хлориды ЫаСЬ натрий сульфаты Ыа25О4-10Н2 натрий нитраты ЫагЮ3 жатады. Бүл түздардың қолданылуы келесі та-рауларда (XVIII, XX, XXII) қарастырылады. Калий өсімдіктердің өсуі мен дамуы үшін өте қажет элемент. Сондықтан өңдірілетін калий түздарының 90 проценті калий тыңайтқыштары ретінде қолданылады. Калий тыңайтқыштарына сильвинит калий КСІ-ЫаСІ хлориды КСЬ, калий сульфаты К280д қүрамында К2СОз бар ағаш, өсімдік күлдері жатады. §5. РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ, ФРАНЦИЙ Рубидий, цезий, франций натрий мен калийге қарағанда активтігі басым металдар, олар барлық ме-талл еместермен, сумен, қышқылдармен қуатты әрекеттеседі.
Сз С1 + Ыа = Сз + ЫаСІ 2 КЬОН + 2 Са = 2 К.Һ + 2 СаО + Н2 Цезийдін валенттік электрондары оңай үзілетіндіктен, оны фотоэлементтерде катод ретінде қолданады, ал фо-тоэлементтерді радиолокаторларда, автоматтық бақылау қүралдарында пайдаланады. 2-ТАРАУ. БІРІНШІ ТОПТЫН, £>-ЭЛЕМЕНТТЕРІ (I В ТОБЫ) Жалпы сипаттамасы. Бірінші қосымша топшаны не-месе I В тобын мыс Си, күміс Аб, алтын Аи қүрайды. Бүл элементтердің және жай заттардың маңызды физикалық түрақтылары ІІ-кестеде берілген. 11-к е с те I В тобы элементтерінің кейбір тұрақты шамалары
Элементтердің ядро зарядтарының өсуіне байланысты мыстан күміске дейін олардың атомдарының да, ионда-рының да радиустары еседі, соған сәйкес иондану энер-гиялары кемиді, ал алтынның атомында лантаноидтық қысылу болатындықтан, атомның радиусы күмістікімен бірдей, ионының радиусы одан кіші болады, соған сәй-ксс алтынның иондану энергиясы да күмістікінен кө-бірек болады. Осы элементтердің ішінде химиялық жа-іынан ең түрақтысы алтын. Бүл элементтердің соңғы электрондары сырттан са-наганда екінші қабаттьщ й?-қабатшасына орналасады. Сон-дықтан химиялық қосылыстарда валенттік байланыс түзу үшін сыртқы электрондарынан басқа екінші қабаттан бір нсмесе екі £/-электрондар да қатысуы мүмкін. Осы се-бептен қосымша топша элементтерінің жоғары валенттігі өзі түрған топтың нөмірінен көп, яғни олар бір, екі, үш іалентті болулары мүмкін. §і. мыс Мыс табиғатта аз мөлшерде бос күйде, көбінесе әр гүрлі қосылыстар түрінде кездеседі. Мыстың маңызды от-текті қосылыстарына (минералдарына) куприт Си20 мелко-нит СиО малахит Си2(ОН)2С03, азурит 2СиС03 - Си(ОН)2 сульфидтеріне халькозин немесе мыс жылтыры Си28 х;і;іькопирит немесе мыс колчеданы СиҒе52 жатады. Жс-р қыртысының 0,1 массалық үлесі мысқа тиеді. Мыстың бай қорлары Оралда, Қазақстанда, Алтайда, Украинада, Арменияда. 340 341
М  ыстың алынуы. Мыс кен-
СшО + С° = 2 Си + СО
59-сурет. Мысты электролиттік рафинадтаудың сызба- нұсқасы
Байытылған мыс колчеда-нынан мыс өндіру үшін алды-мен оны өртеп қүрамында күкірттің мөлшерін азайтады: 2 СиҒе32 + 02 = СшЗ + 2 ҒеЗ + 502 Бүдан кейін кеңге бос жыныстармен шлак түзетін флюстер (мысалы 8іо2) қосады да, арнаулы пештерде қорытады. Пештің түбіне жиналған балқыған штейндегі Ғе8 пен Си28 конверторларға қүйып, ауа үрлегенде мы-надай реакциялар жүреді:
Темір (II) оксиді флюс кремний (IV) оксидімен әрекеттесіп шлак түзеді: ҒеО + 3і02 = ҒеЗіОз Шлактың астында мыс (I) сульфиді мен мыс (I) ок-сидінін әрекеттесуінен мыс түзіледі. 2 Си20 + Си23 = 6°Си + 802 Осы әдіспен алынған металдың 98—99,5%-і мыс. Бүл алынған онша таза емес мысты анод ретінде пайда-ланып ерітіп, ал мыс иондарын катодта тотықсызданды-ру арқылы өте таза рафинадтанған мыс алады (59-сурет). Мыстың қасиеттері. Мыс қызғылт түсті, соғылгыш, созылғыш, электр тогы мен жылуды жақсы өткізетін ауыр металл. 342 Мыс металдардың электрохимиялық кернеу ► .п.ірында сутегінен кейін орналасады. Сондықтан ол ак-іииіігі темен металл. Өзінің химиялық қосылыстарын-/ілі ы тотығу дәрежелері І+, 2+, 3+. Мыс қыздырғанда галогендермен, күкіртпен, оттегімен іірі-кеттеседі. Ол қүрғақ ауада өзгермейді, ал дымқыл лу.іда оның бетінде мыс гидроксокарбонатының жасыл түсті қабаты түзіледі: 2 Си + 02 + Н20 + С02 = (СиОН)2С03 Мыстың кешен қосылыстар түзуге қабілеті күшті болгандықтан, циан қышқылдары түздарының ерітінділе-рінде сутегі катиондары арқылы оңай тотығады: Си° + 2 Н+ОН + 4 ЫаСИ = N3, [Си(СЫ)4] + 2 №0Н + Н°2 Мыс сүйытылған қышқылдармен әрекеттеспейді, бірақ тотықтырғыш ретіндегі ауадағы оттегінің әсерінен оларда ериді: Си + 0° + 4 НСІ = 2 СаСЦ + 2 Н202~ Дегенмен өте жоғары температурада мыс хлорсутек-пен әрекеттесіп сутегін ығыстырады:
Си + 2 Н2804 = Си804 + 802 + 2 Н20 Мыс концентрлі азот қышқылын азот (IV) оксидіне, ал сүйытылған азот қышқылын азот (II) оксидіне дейін тотықсыздандырады: Си + 4 НИОз = Си (Шз)2 + 2 Ж)2 + 2 Н20 3 Си + 8 НЫОз * ЗСи (N0^)2 + 2 N0 + 4 НгО 343 Мыстың осы қышқылдармен әрекеттесу жылдамдыгы температураның жоғарылауына байланысты артады. Мыстық қосылыстары. Тотығу дәрежесі 1+ болатып мыстың қосылыстарына Си20 , СиОН , СиСІ, Си28 түзда-ры жатады. Мыс (II) оксиді Си20 қызыл түсті үнтақ зат. Мыс (II) оксидін жоғары температурада қыздыру арқылы мыс (I) оксидін алады. 4 Си02~ = 2 СиО + 02
СиОН + 2 ИНз = [Си (Ш3)2] ОН Мыс (I) оксидіне түз қышқылымен әрекет ете оты-рып, мыс (I) хлоридын аламыз: Си20 + 2 НСІ = 2 СиСІ + Н20 Мыс (I) хлориды түз қышқылында мыс (II) хлориды мен металл мыстың қоспасын қыздыру арқылы да алы-нады: СиСЬ + Си = 2 СиСК Бүлардан басқа мыс (I) ионы броммен, иодпен сәй-кес түздар түзеді. Мыс (II) оксиді СиО қара түсті қатты кристалды зат. Оны алу үшін мыс (II) гидроксидін, карбонатын, нитратын қыздырып ыдыратады: Си <ОН)2 = СиО + Н20 (СиОН)2С03 = 2 СиО + Н20 + С02 2 Си (Ж)2~)2 = 2 СиО + 4 Ж)2 + 02 Мыс (II) оксиді суда ерімейтін болғандықтан, оған сәйкес келетін мыс гидроксиді мыс (II) түзы мен сіл-тінің әрекеттесуі былай жүреді:
Мыс (II) гидроксиді суда ерімейтін көгілдір түсті қатты зат. Мыс (II) гидроксидінің негіздік сипаты басым 344 Гмілганымен амфотерлік қасиеттері болады. Сондықтан ол ыі п.[қ сілтілермен әркеттесіп көк түсті куприттер түзеді. Си (ОН)2 + 2 ЫаОН = Ыа2 [Си (ОН)4] Куприттер тотықтырғыштар арқылы, мысалы, сутегі пероксиді арқылы тотығып мыс (III) оксидіне айналады 2 Ыа2 [Си (ОН)4] + Н2 [02]2Си+ 203 + 4 №ОН + + 3 Н202" Мыс (III) оксиді концентрлі сілтімен әрекеттесіп түрақсыз купратқа айналады: Си203 + 6 НаОН = 2 Ш3Си03 + 3 Н20 Мыстың (II) түздары көп. Оларга мыс (II) сулыраты Си8 04-5Н20 мыс хлориды СиС12-6Н20, мыс (II) нитраты Си (1М03) • 3 Н20 мыс (II) гидроксокарбонаты Си2 (ОН)2С03 мыс ацетаты Си (СН3СОО)2, мыс ацетат — арсениті Си (СН3СОО)2-Си3 (Аз03)2 жатады. Мыстың қолданылуы. Мыс халық шаруашылығывда ете кең қолданылатын металл. Ол кеп мөлшерде электр сымдары мен кабельдер жасауға қолданылады. Мыс қола (мыс пен қалайының қүймасы), жез (мыс пен мырыш-тың қүймасы), мельхиор (мыс пен никельдің қүймасы) т. б. қүймалар түрівде кең қолданылады. Мыс өсімдіктер мен жануарлардыц қалыпты дамуына қажетті микроэлемент болып табылады. Сондықтан ол микротыңайтқыштардың қүрамына кіреді. Мыс сульфаты Си504 • 5 Н20 бояулар дайывдауға, түқымды улауға қолданылады. Мыстың (II) барлық түз-дары улы болғандықтан ауыл шаруашылығывда өсімдік ;іиянкестерімен күресте және түрлі түсті бояулар жа-і.іуга пайдаланады. §2. КҮМІС Күмістіқ табиғатта таралуы. Күміс табиғатта бос жэне қосылыс күйде кездеседі. Күмістің аса маңызды минералдарына күміс жылтыры А£2~ мүйіз тәріздес АбСІ жатады. Күмістіқ алынуы. Күмісті оның қосылыстарынан әр түрлі жолдармен өвдіруге болады. Солардың ішіндегі ең
бастысы — үсақталған күміс қосылыстары цианид ерітін-ділерімен әрекеттескенде күміс иондары кешен қосы-лы-сының қүрамына кіріп ерітіндіге көшеді: А&СІ + 2 КСЫ = К [А8(СЫ)2] + КСІ А&5 + 4 КСИ = 2 К [Аі (СЫ)2 ] + К28 Түзілген ерітіндіге мырыш үнтағын қосу арқылы күмісті тотықсыздандырады. 2 К [Аб (Сг4)2] + 2п° = К2 [2п (СЫ)4 ] + 2 Аё° Күмістіқ қасиеттері. Күміс ақ түсті, өте жылтыр, жүмсақ, электр тогы мен жылуды ең жақсы еткізетін металл. Металдардың электрохимиялық кернеу қатарында су-тегінен кейін орналасқан активтігі өте аз металл. Күміс ауадағы оттегімен жоғары температурада қыздырғанда да әрекеттеспейді, бірақ қүрамыңда күкіртсутек бар дымқыл ауада оттегі арқылы оңай то-тығып беті қараяды: 4 А8 + 02 + 2 Н23 = 2 А&8 + 2 Н202" Күшті тотықтырғыш озон күмісті күміс (II) оксидіне дейін тотықтырады: V + Оз° = Ае6"+ о2 Активтігі кем болғандықтан, күміс сүйтылган күкірт және түз қышқылдарынан сутегін ығыстыра алмайды, бірақ қызарғанға дейін қыздырғанда олармен әрекетте-седі: 2 Ав + 2 НСІ = 2 АвСІ + Н° Күміс азот қышқылында және ыстық концентрлі күкірт қышқылында жақсы ериді: 3 Ае° + 4 НЖ)3(сүйыт.) = 3 АеШз + N0 + 2 Н20 Күміс ионы кешен қосылыстар түзуге өте бейім болғандықтан, циан қышқылы түздарының ертінділерінде оттегі немесе сутегі пероксиді арқылы оңай тотығады: 2 Аб + Н2 [02]2" + 4 КСЫ = 2 К [А+в (СЫ)2] + 2 КОН Күмістіқ қолданылуы. Өндірілетін күмістің жартысы-іі.і жуығы түрмыстық және сәндік заттар, ыдыстар мен хирургиялық аспаптар т. б. жасауға қолданылады. Күміс іісп мыстың қүймасынан әр түрлі қүрамды тиындар жа-СІйды. Күмістің қосылыстары. Күмістіқ үш түрлі оксидтері бслгілі. Оларға А&О , АцО , А&Оз жатады. Күміс (I) оксидін күміс нитраты мен сштінің орекеттесуінен алады, өйткені алмасу реакциясының нөтижесіңде түзілген күміс гидроксиді түрақсыз қосылыс болғандықтан, күміс (I) оксиді мен суға айрылады: 2 АбШз + 2 ЫаОН = А&О + Н20 + 2 ЫагЮз Күміс иондары күшті тотықтырғыштардың қатарына жа гатындықтан күміс (I) оксидінің аммиактағы ерітін-дісіне тотықсыздандырғыш, мысалы, қүмырсқа альдегидін қосқанда күміс тотықсызданады: ^0 ^0 А&О + Н — <Г -2Ае + Н — СГ ^Н ^ОН Осындай реакцияларды айнаны, термосты т. б. күміспен қаптауға қолданады. Күмістің (I) маңызды түздарына АвгЧОз, А§СЬ, А{»ВГ жатады. Күміс нитраты А^гЮз айна өндіруде, күміспен әр түрлі бүйымдарды қаптау үшін гальванотехникада және күмістің басқа қосылыстарын алу үпгін қолданылады, ммсалы: АегЮз + N301 = АбСІ і + ЫагЮз А^Оз + КВг = А§Вгі + КШз Күміс (I) хлориды мен күміс (I) бромиды суда ерімейді, бірақ иондарын түзуге қажетті лигандалары бер ерітінділерде жақсы ериді, мысалы: А§С1 + 2 ИаСМ = N3 [А8 (СИ)2] + ЫаСІ АбВг + 2ЫН4ОН= [Аё(гШ3)2]Вг + 2Н20 346 347 Метал катиондарының лигандаларды полюстеу қабілеті олардың электродтық потенциаддарының өсуіне байланысты артады. §2. КЕШЕН ҚОСЫЛЫСТАРЬШЫҢ АТАУЫ Ішкі сфераның қүрамында бір ғана кешен түзуші бо-латын кешен қосылыстарды бір ядролы деп атайды. Мүндай қосылыстың қүрамында кешен катионы немесе кешен анионы, ал кейде сыртқы сферасыз бейтарап ке-шен болуы мүмкін. Кешен қосылыстың алдымен катио-нын, одан соң анионын атайды.
[А^ (КНз)г ] С1 — диаммин күміс (I) хлориды [Си (Н20)4 ] 504 • Н20 — тетрааква мыс (II) сульфат гидраты [Рі (Н20) (ГШз)2 ОН ] N03 — гидроксодиамминаква платина (IV) нитраты [Ки (802) ^Нз)4СІ ] СІ — хлоротетрааммин күкірт диоксид рутений (II) хлориды Қүрамында кешенді анионы бар қосылыстың жүйелілік атын атау үшін, алдымен сыртқы сфераның катионының атын ілік септігінде атайды. Бүдан соң жоғарыдағы айтылған ретпен лигандалардың аттарын атайды. Осыдан кейін кешен түзушінің латын тіліндегі 312
|ТЫна "аты" деген жүрнақ қосып айтып, соңынан жақша ішіне рим сандарымен оның тотығу дәрежесін корсетеді. Қүрамында кешен аниовдары бар қосылыс-і.ірса мынадай мысалдар келтірейік: К ІАв (СМ)2 ] — калий дицианоаргентаты (I) N^3 ІСО (Ы02)б ] — натрий гексанитриткобальтаты (III) Кі |№ (М))2 (82Оз)2 ] —калий дитиосульфатодинитрозилииколаты (I) Сыртқы сферасы жоқ нейтрал кешендердің аттарын атау үшін алдымен лигавдалардың аттарын онан кейін атау септігівдегі кешен түзушінің қазақша аты келтіріледі де, оның тотығу дәрежесі көрсетілмейді, мы-салы, |Со (^Нз)з Сіз ] — трихлоротриаммин кобальт. Ки (Н20) ^Нз)4 80з — сульфиттетраамминаква рутений. §3. КЕШЕН ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ЖІКТЕЛУІ МЕН ИЗОМЕРЛЕРІ Кешен қосылыстар қүрамындағы лигавдалардың тип-теріне және кешен түзушінің санына қарай жіктеледі. 1. Құрамында бір орын алатын лигандалар болатын кешен қосылыстар. Бүларға лигавдалары ІЧНз, Н20, СО, Ы02 т. б. болатын кешен қосылыстар жатады. Ішкі сферасывда лигавдалар түріоде су молекулалары болатын кешен қосылыстарды аквокешендер дейді. Акво-кешевдердің мысалы ретівде мына қосылыстарды келтіруге болады: [А1 (Н20)б ]С1з ; [Ғе (Н20)б ]804 • Н20 ; [Си (Н20)4 ]804 • Н20 [Сг (Н20)б ] (N03)3 ; [Со (Н20)б ]С1; [N1 (Н20)4 ]Вг2 Лигандалары тек аммиак молекулаларынан түратын кешен қосылыстарын аммиакаттар деп атайды. Аммиа-каттардың мысалы ретінде мына қосылыстарды келті-руге болады: [Сг (ІЧНз)б ] Сіз; [2п (г~Н3)4 ] 504 ; [Аи (ЫНз)4 ] С13 Лигандалары тек көміртегі (II) оксидінен түратьш кешен қосылыстарды карбонилдер дейді. Мына темевдегі қосылыстар карбонилдерге жатады. 313
Бүл реакция суретке түсіргеңде фотоаппараттагы қағазға сәуле түскенде жүреді. Бөлінген күміс өте аз болгандықтан, фотопленкаға заттың бейнесі түседі, бірақ көзге көрінбейді. Көрінетін бейне жасау үшін фотоплен-каға органикалық тотықсыздаңдырғышпен, мысалы, гид-рохинонмен әсер етеді. Сонда күміс бөлініп, заттың бей-несі көрінеді. 2 А£Вг + С6Н4 (ОН)2 = 2 А§ + С6Н402 + 2 НВг Кажет болған кезде бүл әсер етуді тоқтатады да бейнені түрақты ету үшін натрий тиосульфатын қосу арқылы пленкадан пайдаланылмаған күміс бромидын кетіреді. АёВг + 2 Иа2820з = Ыа3 [Аё,(5203)2] + ЫаВг Жуылып кептірілген негативті суреттің таңбасын (позитивін) алуга қолданады. §3. АЛТЫН Алтын табиғатта негізінен бос күйінде кездеседі. Ал-тын Уралда, Сібірде кездеседі. Жер қыртысының 5 10 7 массалық үлесі алтынның үлесіне тиеді. Алтыңды бос жыныстардан бөліп алу үшін сумен шаю, сынапта еріту әдістері қолданылады. Бірақ бүл әдістерді қолданғаңда алтын толық бөлінбейді. Сондықтан алтынды бос жыныстан бөліп алу үшін циан қышқылы түздарының ерітіндісінде оттегі арқылы тотықтырып ерітіндіге көшіреді де, одан кейін ерітіндіге мырыш үнтақтарын қосу аркылы алтынды бөліп алады: 4 Аи + 02 + 8 №СЫ + Н20 = 4 N3 [Аи (СЫ)2 ] + 4 ЫаОН 2 Ыа [Аи (СЫ)2] + 2п° = 2 Аи + №2 [2п (СІМ)4] 348 Алтын ашық сары түсті, жүмсақ, ауыр металл. Ол согуға, созуға өте қолайлы. Мысалы, I г алтыннан үі^ндығы 3,5 км сым жасауға болады. Алтын активтігі өте нашар металл. Оның ставдарт-тық потенциалы 1,68 В болғандықтан бейметалдармен, сүйытылған және тотықтырғыш қышқылдармен өрекеттеспейді. Ол тек "сүйықтық патшасында" және селен қышқылында еритіні бұрын айтылды. Алтын Аи20 және Аи20з оксидтерін және оларға сәйкес келетін АиОН, Аи(ОН)3 гидроксидтерін түзеді. Алтын (II) оксиді мен гидраксиді амфотерлі болған-дықтан, қышқылда да, сілтіде де ериді: Алтынның маңызды түзы алтын (III) хлориды АиСЬ. Алтынның көшпілігі мемлекеттік банктерде алтын қоры ретівде сақталады. Ол сәндік бұйымдар жасауға, меди-цинада т. б. қолданылады. З-ТАРАУ. ЕКІНПІІ ТОПТЫҢ 5-ЭЛЕМЕНТТЕРІ (II А ТОБЫ) Жалпы сипаттамасы. Екінші топтың 8-элементтеріне немесе екінші негізгі топшаға бериллий Ве, магний М§, кальций Са, стронций Бг, барий В, радий Ка жатады. Бүл элементтер қысқа периодты екінші негізгі топшаға, ал үзын периодты II А тобына орналасқан. Бұрыннан келе жатқан қалыптасқан аты бойынша бүл металдар-дың бериллий мен магнийден басқаларын сілтілік жер металдары деп те атайды. Өйткені бұл металдардың гидроксидтерінің сілтілік қасиеттері болар. Оксидтері қиын балқитындықтан, ертеде "жер" деп аталған ауыр металдардың оксидтерінің қасиеттеріне үқсас. Екінші негізгі тошпа элементтерінің және жай затта-рының физикалық тұрақтылары 12-кестеде келтірілген. 12-ке ст е. II А тобы элементтері мен жай заттардың кейбір тұрақты шамалары
349
Қалыпты күйде екінші негізгі тошпа элементтер атомдарының сыртқы қабытыньвд 5-кабатшасында спин-дері қарама-қарсы жұптасқан екі электрондары болады. Сондықтан II А тобы элемештерінщ қалыпты жагдай-дағы валенттігі нөлге тең болады. Сырттан энергия жүмсау арқылы қоздырып екі жүп х-электрондардың біреуін осы қабаттың р-үяшыгына көгшріп дара электрон-дарының санын нөлден екіге дейін арттыруға болады: гггТішгт-іТтт^ Қозған күйдегі екінпгі негізгі тотпа элеметтерінін бір 5-, р-электрондық орбитальдары гибридтеліп бір-бі-ріне 180° бүрыш жасай орналасқан екі зр гибридті орби-тальдарын түзеді. Сондықтан бүл элементтер атомда-рының басқа бір валентті элементтер атомдарымен (мы-салы X) әрекеттесуінен түзілген молекулалардың пішін-дері сызық тәріздес болады да, ондағы химиялық бай-ланыстарда бір-біріне 180° бүрыш жасай орналасады. II А тобы элементтерінің реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты заңды түрде атомдық және иондық ради-устары артады, соған сәйкес олардың иондану потен-циалдарының мәндері кеміп химиялық активтіктері артады. Табиғатта таралуы. Екінші негізгі топша элемент-терінен радий радиоактивті, сондықтан табиғатта өте аз ( 2 10~'° массалық проценті), ал бериллий, стронций жоне барий аз мөлшерде кездеседі. Магний мен кальций «р түрлі қосылыстар түріңце жер қыртысыңда көп та-раіан.
Магний, кальций, стронций, барий табигатта карбо-наттар, сульфаттар, фосфаттар, силикаттар түріңце алы-нады. Бүл металдардың аса маңызды карбонаттары әктас, бор, мрамор СаСОз; магнезит МцСОз, доломит М§Соз • СаСо3, стронцианит, витерит ВаСОз. Аталған металдардың маңызды сульфаттары гипс Са804-2Н20, алебастр 2Са80Н20, ангидрит Са8о4, ки-зерит М£804-Н20 целестин 8г804, барит Ва804. Металдардың басқа, одан маңызды қосылыстары бар олар мына минералдар: Фосфорит Саз(Р04)2, апатит ЗСаз (Р04)г-Са (Ғ , С1)г, балқытқыш шпат СаҒг, асбест (а5Юз-ЗМё5іОз карналлит КСІ • М^СІ • 6 ЩО. Екінші негізгі топша элементтерінің алынуы бүл топ-шаның металдарын электролиттік және термиялық одістермен байытады. Бериллийді ВеСІ2 мен №СІ қоспасының балқымасын :>лектролиздеу арқылы алады. 2+ ВеСЬ«?Ве + 2СГ Катодта Ве2+ + 2ё = Ве° Анодта 2 СГ - 2е = С12 Термиялық әдіспен бериллий фторидын магниймен кпықсыздаңдыру арқылы таза бериллий алады: ВеҒ2 + Мё = Ве+ МіҒ2 Өнеркәсіпте магнийдің кеп мөлшерін тазартылған ка-1>иаллитті КСІ • МбСІ2 ■ 6НгО электролиздеу арқылы іімдіреді: МіСІ2*?Мё2+ + 2С1 350 351
Катодта М£2+ + 2е = Мё° Анодта 2 СГ - 2ё = С12 Сонымен қатар магнийді термиялық әдіспен алу үшін магний оксидін немесе күйдірілген доломитты күшті то-тықсыздандырғыштармен: алюминиймен, кремниймен, кокспен т. б. әрекеттестіреді: 2 (МёОСаО) + Зі° = 2 Щ° + Са25Ю2 Кальцийді де магний сияқты СаСЬ-ні электролиздеу арқылы да, термиялық әдіспен де өндіреді. Соңгы әдіспен металдардың оксидтерін алюминий арқылы жоғары температурада тотықсыздандырады: 3 ВаО + 2 А1° = 3 Ва° + АЬОз Екінші негізгі топша элементтерінің қасиеттері. Бүл топшадагы элементтер — күміс тәрізді ақ түсті металдар. Бүлардың барлығы да жеңіл металдарға, (радийден бас-қасы) жатады. Химиялық қасиеттері жагынан бүлар сілтілік метал-дардан кейін күшті тотықсыздандырғыштар. Жай және күрделі заттармен әрекеттескенде бүл металдар сыртқы қабаттарындағы 25-электрондарын беріп химиялық қосы-лыстарда 2+-ке тең тотығу дәрежесін керсетеді. То-тықсыздаңцырғыштық қасиеттері бериллийден радийға қарай артады. Өйткені осы бағытта олардың атомдары-ның радиустары артады, сыртқы электрондардың ядрога тартылу күші кемиді, иондану потенциалдарьшың мәні азаяды, ал электрондар атомнан оңай үзіліп кетеді. Екінші негізгі топша металдары қалыпты температу-рада немесе қыздырғанда барлық металеместермен әре-кеттеседі. Барлық металдар ауадағы оттегімен әрекеттесіп то-тығады, ал тотығу қабілеті бериллийден радийға қарай артады. Ауада бериллий мен магнийдің тотығуы нәти-жесінде пайда болған жүқа оксидтер қабығы оларды ары қарай тотығудан қорғап түрады, ал қалған элементтер оттегімен тотығып сәйкес оксидтеріне айналады: 2 Э + 02 = 2 ЭО 352
Бүл топшаның элементтері азотпен қыздырғанда орекеттесіп сәйкес нитридтер түзеді: 3 Э + N2 = Э3!Ч2 Топша элементтерінің бериллийден басқалары су-тегімен әрекеттесіп гидридтер түзеді: Э° + Н° = ЭН2~ Бериллий сутегімен тікелей әрекеттеспейді, сон-дықтан бериллий гидридін жанама жолмен, яғни берил-лий хлориды мен литий гидридінің арасындағы алмасу реакциясының нәтижесінде алады: ВеС12 + 2 ІіН = ВеН2 + 2 ІіСІ Екінші негізгі топша металдары күрделі заттардың көбісімен әрекеттеседі. Электрохимиялық кернеу қата-рында олар сутегінен бүрын орналасқандықтан, қыш-қылдардан сутегін оңай ығыстырады. Гидроксидтерінің суда ерігіштігіне қарай топша метал-дары сумен әр түрлі әрекеттеседі. Бериллийдің гидро-ксиді суда ерімейді, демек, сумен іс жүзінде әре-кеттеспейді магний гидроксиді нашар еритіндіктен, ол тек сумен ғана әрекеттеседі, ал қалған металдар сумен мынадай сызба-нүсқа бойынша қуатгы түрде әрекетте-седі: Э° + 2Н+ОН = Э (ОН)2 + Н2 Топша металдары тотықтырғыш қышқылдар — азот қышқылы және концентрлі күкірт қышқылымен әрекет-тесіп оңай тотығады. Мысалы, бериллий қыздырғанда, ал қалған металдар қалыпты температурада сүйытылғаң азот қышқылымен әрекеттесіп оны аммоний ионына дейін тотықсыздандырады: 4Э° + ІОНМ Оз = 4Э (ИОз)2 + МН4Шз + ЗН20 Амфотерлік касиеті болғандықтан бериллий қыш-кылдарда ғана еріп қоймай сілтілерде де ериді. Ве + 2НОН + 2КаОН = N3, [Ве (ОН)4 ] + Н2 Реакция нәтижесінде бериллийдің кешен қосылыс — натрийдың тетрагидроксобериллаты (II) түзіледі. 353 12—1443 
|І. ЕКІНШІ НЕГІЗГІ ТОПША ЭЛЕМЕНТТЕРШІҢ ОКСИДТЕРІ МЕН ГИДРОКСИДТЕРІ Екінші негізгі топша элемент-тері ЭО типтес оксидтер түзеді. Бүлар ақ түсті, қиын балқитын, температураға түрақты заттар: ВеО,М80,СаО,5гО,ВаО,КаО
60-сурет Әктасты өртеуге арналған пештің сызба-нүскасы Бүл гетерогендік жүйеде хи- миялық тепе-теңдікті металдардың оксидтері түзілу жағына қарай ауыстыру үшін желдеткіш арқылы пеште түзілген көміртегі (IV) оксидін бөліп алып отыру керек. Химиялык қасиеттері жағьшан бериллий оксидінің амфотерлік қасиеті айқындалады, ал қалғандары негіз-дік оксидтер. Бериллий оксиді суда ерімейді және онымен әрекеттеспейді, магний оксиді ыстық сумен, ал қалған металдардың оксидтері сумен қалыпты темпера-турада қуатты әрекеттесіп сәйкес гидроксидтерге айна-лады. Мысалы, калъций оксиді сумен сендірілмеген әкке айналады: СаО + Н20 = Са(ОН)2 А Н = - 63,бкд»(/моль Бүл реакцияның нәтижесінде кеп жылу бөлінетін-діктен, ерітінді қайнап кетеді. Бериллий мен магнийдің гидроксидтері суда ерімей-тіндіктен, оларды жанама жолмен, яғни олардың түзда-ры мен сілтілердің әрекеттесуі арасындағы алмасу реак-цияларының нәтижесінде алады: ВеС12 + 2ЫаОН = Ве (ОН)2 + 2ЫаС1 Мё (гЮ3)2 + 2 кон = ме (ОН)2 + 2кш3 Бүл гидроксидтер жоғары температурада оксид пен суға айырылатын ақ түсті қатты заттар. Басқа металдардың гидроксидтерін олардың оксид-терінің сумен әрекеттесуі нәтижесінде алады.
Басқа металдардың гидроксидтері тек негіздік қасиеттер көрсететін сілтілер. |2. ЕКШШІ НЕГІЗГІ ТОПША ЭЛЕМЕНТТЕРШЩ ТҰЗДАРЫ Екінші негізгі тогапа металдары көптеген әр түрлі қышқылдардың түздарын түзеді. Топша металдары жетінші негізгі топша метал еместермен немесе галоген-дермен галидтер — түздар түзеді. Галидтердің ішіндегі ең маңыздылары магний мен кальцийдің фторидтары мен хлоридтары: Магний хлориды (5 бөлігі) мен магний оксидінін (10 Схшігі) қоспасы Сорель цементі аталатын қатты қүры-лыстық материал алу үшін қолданылады: месь + МгО = м&ось Бүл цементке ағаш үнтағын қосу арқылы ксилолит деп аталатын зат ағаштың орнына үйдің еденнің, терезе жақтауларын т. б. жасайтын қүрылыстық материалдар I»■тінде қолданады. Кальций фторидьш СаҒ2 шыныға қосу арқылы сүт і устес шыны алады. Кальций хлориды СаСЬ суда өте жақсы еріп оның каймау температурасын жоғарылатып, ал қату темпера-■ урасын төмендетіп жіберетіндіктен, лабораторияларда күргатқыш ретінде және суытқыштарда қолданады. Кальцийдің, стронцийдьщ, барийдың сульфиттерін аз молшердегі ауыр металдардың түздарымен қосып 354 355 қыздырғанда ол үзақ уақыт жарық шығарады. Со- ндықтан бүл қоспаны сағаттардың жарқырауық стрелка- ларын, жол белгілерін жасауға осы қасиеттерін қол-
Топша металдарының сульфидтерін сәйкес сульфат-тарды көмірмен қосып қыздырып тотықсыздаңдыру жо-лымен алады, мысалы: 82ЗО4 + 2 С° = 5г52- + 2 С02
Екі сулы кальций сульфатын гипс деп атайды және оны қыздыру аркылы алебастр деп аталатын қүрылыс материалы алынады: 2 (Са504-2Н20) ** 2 Са5о4Н20 + 3 Н20 Бүл процесс қайтымды болғаңдықтан алебастрға су қосу арқылы алынған гипстің көлемі біраз үлғайып, қалыптың пішінін толық етіп береді. Сондықтан але-бастр медицинада қолданылады. Барий сульфаты суда да, қышқылда да ерімейтін-діктен, медицинада асқазанның ауруын анықтау үшін рентгенге түсірер алдында ауруға ішкізеді.
СаСОз + Н2504 = Са504 + Н20 + С02 Табиғатта топша металдарының карбонаттары көмір-тегі (IV) оксиді бар суда еріп, ерімтал гидрокарбонат-тарға айналды, мысалы: СаСОз + С02 + Н20 = Са (НС03)2 Табиғатта бүл реакция карбонаттардан түзілген тау жыныстарының бүзылуына әкеліп соғады да, ал түзілген гидрокарбонаттар суға қосылып оны кермек етеді. |3. СУДЫҢ КЕРМЕКТІГІ ЖӘНЕ ОНЫ ЖОЮДЫҢ ЖОЛДАРЫ Табиғи суда кептеген минералдар еритіндіктен, оның күрамында әр түрлі иондарға бай. Қүрамында гидрокарбонаттар, хлоридтер, сульфаттар түрінде кальций мен магнийдің катиоңдары бар. табиги суларды кермек сулар дейді. Судың кермектігін I л судағы Са2+ және М&+ ионда-рының миллиграмм эквивалеттерінің санымен анықтайды. Мысалы, судың кермектігі I милли-эквивалент болса, онда мүндай судың I литрінде 20,04 мг кальций (Са ) немесе 12,16 мг магний (Ме+) иондары бар деген сез. Кермек су ішуге, кір жууға жарамсыз, Кермек су-мен жүмыс істейтін бу қазандарының қабырғаларына қақ түрып қалады да, қабырғаларының біркелкі қызбауынан кейде қопарылыс болады және жылу өткізуінің азаюы-іі,пі мүндай қазандар отынды көп керек етеді. Со-идықтан кермек суды әр түрлі әдістермен түшытады.
Уакытша кермек суды қайнату немесе сөндірілген әк қосу арқылы жүмсартады: Са (НС03)2 = СаСОзі + Н20 + С02 Са (НС03)2 + Са (ОН)2 = 2СаСОз І + 2 Н20 Түрақты кермек суды сода немесе натрий фосфатын косу арқылы түшытады: Са504 + Ка2СОз = СаСОз 1 + Ма2504 3 М§С12 + 2 Ма3Р04 = М§з(Р04)21 + 6 ИаСІ Түрақты кермектікті жою кезінде уақытша кермектік К мынадай реакциялар бойынша бірге жойылады: Са (НС03)2 + Ка2СОз = СаСОз 4 + 2 ЫаНСОз 3 Мё(НС03)2 + 2МазР04 = М§ (Р04)2 і + 6 КаНСОз 356 357 Бұл келтірілген реакциялардың нәтижесіңде кермек сулардағы Са+ және М§2+ иондары түнбаға түсіп, кон-центрациялары азайып, су жүмсарады. Соңғы кездерде кермек суларды жүмсарту үшін ион алмасу әдісі жиі қолданылады. Ионалмастырғыштарға табиғи силикат пермутит МаА15Ю4 және жасанды ион алмастырғыш смола — иониттер жатады. Үсақталған пермутит арқылы кермек суды сүзгенде кальций мен магний иондары байланысып қалады да, суға зиянсыз натрий иондары көшеді. Пермутит арқылы кермек судың түшу процесі мына теңдеумен беріледі:
Қалпына келген натрий пермутитын қайтадан кермек суды жүмсартуға пайдаланады. Екінші негізгі топша металдарының қолданылуы. Бериллий өнімінің 90%-ін мыспен қосып бериллий қоласын жасайды. Оны мыс болат пен қүймаларды ле-гирлейді Бериллий атом реакторларында нейтровдардың жылдамдығын бәсеңдету үшін қолданады. »— к, іг^, 1 4Ве + 2Не = 6С + 0« Магний негізіндегі қүймалар өте көп. Олардың қүра-мында 12 %-ке дейін қоспалар: алюминий, мырыш, марганец т. б. бар. Бұл қүймалар авиацияда, ракеталық техникада, автомобиль өнеркәсібінде конструкциялық ма-териал ретінде қолданылады. Бүл құймалар жеңіл әрі берік. Кальцийді металлургияда әр түрлі ауыр металдарды қосылыстарынан тотықсыздандыру және қорғасынмен қосып қүйма жасау үшін қодданылады. Кальцийдің ок-сиді мен қорғасьшмен қосьш қүйма жасау үшін қолданылады. Кальцийдің оксиді мен гидроксиді үйді ағартуға, кірпіштердің арасын біріктіруге таптырмайтын қүрылыс материалы. 4-ТАРА У. ЕКІНШІ ТОПТЫҢ й?-ЭЛЕМЕНТТЕРІ (II В ТОБЫ) Жалпы сипаттамасы. Екінші қосымша тошпаны не-месе II В тобын мырыш 2л, кадмий, Соі, сынап Н§ күрайды. Бүл элементтердің электрондық қабаттарының і Вны әр түрлі болғанымен сыртқы екі қабатындағы элек-грондардың орналасу реті бірдей. Барлығының сыртқы кабатында 2,-электрон, ал сырттан санағанда екінші кабатта 18 электрон былай орналасқан: (л - 1) «У Люпзг
қа элементтермен валенттік байланыс түзуге сыртқы іектрондары қатысады. Бүл электрондар элементтер атомдарында жүптасып түрғандықтан, қалыпты күйдегі иаленттіктері нөлге тен болады, ал қоздырғанда екі ілектронның біреуі көршілес р-қабатшасына көшетіндік-ген, валенттіктері 0-ден 2-ге дейін артады. Бүл жағьшан қосымша топша элементтері негізгі топшаға үқсас. Бүл элементтер химиялық қосылыстарда 2+ тотығу д.ірежесін керсетеді, тек сынап қана қосылыстарда 2+ ііечі қатар 1+ тотығу дәрежесін көрсетеді. Екінші қосымша топша элементтершің кейбір физи-калық түрақтылары 13-кестеде берілген. 13-к е с т е II В тобы элементтері мен жай заттарының түрақты шамалары
358 359
Мырыш, кадмий сынап элементтерінің бірінші (Э+) иондану потенциалдарының мәні сәйкес периодтардағы й?-элементтердің бірінші (Э +) иондану потенциалдары-ның мәндерінен көп, себебі екінші қосымша топша эле-менттершің пз2 электрондары ішке қарай өткенде аяқ-талған (л-1) дың үзіліп кетуін қиындатады да, олардың иондану по-тенциалдарының мәнін арттырады. Мырышқа қарағанда қадмийдің иондану энергиясының аз болуы кадмийдің электрондық қабаттары санының артуына байланысты, ал иондану энергиясының сынапта қайтадан кебеюі онын 6х2 электрондарының 5<і-электрондық қабатша гана емес, 4/4 электрондық қабатшасы да қалқалап түруына байла-нысты. § 1. ЕКШІШ ТОПТЫҢ (/-ЭЛЕМЕНТТЕРІНІҢ ТАБИҒАТТА ТАРАЛУЫ ЖӘНЕ АЛЫНУЫ Жер қыртысындағы мырыштың мөлшері 1.1-Ю"2, кадмийдікі — 1.5 • 10~5, сынаптікі 0,8 • 10"*— массалық про-цент. Тек сынап кана бос күйінде кездеседі. Мырыш пен кадмий тек қосылыстар түрінде тараған, олар та-биғатта көптеген минералдар түріңде кездеседі, соның ішінде практикалық маңыздыларына мыналар жатады: 2п8 — мырыш алдамшысы. 2пСОз—гальмей, 2п28Ю4— виллемит, Сй$— гринокит, Н§8— киноварь.
22п82' + 30° = 2пО"2 + 2502 5"2 - 6е = 54+ 4А I 0 5 0°2+4е + 202" Термиялық әдіс бойынша металл алу үшін түзілгеи металл оксидін кокспен қосып жоғары температурада то-тықсыздаңдырады: 360 22пО + С° = 22п° + СО2 Электрометаллургиялық әдіс бойынша бос күйіндегі металды алу үшін түзілген оксидті күкірт қышқылында срітеді де алынған металл сульфатының ерітіндісін элек-тролиздейді: Со504 «?Сё2+8042_ Катодта Сй2+ + 2е = Са° Анодта 4 ОН" - 4е = 02 + 2 Н20 Сынап иондарының тотықтыргыштық қабілеті күшті болғаңдықтан, киноварьды өртегенде бос күйдегі сынап болініп шығады: §2 ЕКІНШІ ТОП СІ-МЕТАЛДАРЫНЫҢ ҚАСИЕТТЕРЬ Екінші қосымша топша метаддары күмістей ақшыл көк түсті. Сынап балқу температурасы төмен болғандықтан, кәдімгі жағдайда сүйык күйде болады. Бүлардың барлығы да ауыр металдарға жатады.
Мырыш, кадмий, сынап кәдімгі температурада же-тінші негізгі тотпа элемештерімен, яғни галогендермен қуатты әрекеттесіп ЭГ2 типтес қосылыстар — түздар тү-ч-ді, мысалы: Сё + С12 = СаС12 Кәдімгі температурада мырыш пен кармийдің бетінде олардың жүқа тығыз оксидтер қабаты түзіледі де олар-ВН ауада ары қарай тотығудан сақтайды, ал қыздыр-глнда ЭО типтес оксидтері түзіледі. Мырыш пен кадмий қыздырғанда, ал сынап кәдімгі ті'мпературада араластырғанда күкіртпен әрекеттесіп су-лк|)идтер түзеді: Э° + 8° = Э2+52" Таза мырыш суда аздап ериді, бірақ оның бетінде пайда болған мырыш гидроксидті металды ары қарай сруден сақтайды: 2п° + 2 Н+ОН = 2п2+(ОН)2 + Н2Т 361
Потенциалдары теріс болғандықтан, мырыш пен кад-мий қышқылдардан сутегін ығыстарады: 2п° + 2 Н+С1 =22пС12 + Н2 Са° + Н2504 = Со* 504 + Н° Сынаптың потенциалы оң болғандықтан, хлорсутек және сүйытылған күкірт қышқылымен әрекеттеспейді. Кадмий мен сынап нағыз металдардың қасиеттерін көрсетеді де, ал мырыштың амфотерлік қасиеті болған-дықтан, ол қышқылдарда ғана емес, сілтілерде де ериді: 2п + 2Н+0Н + 2 ЫаОН = №2 [2п (ОН)4] + Н° Тотла металдарьшың үшеуі де — азот қышқылымен және концентрлі күкірт қышқылымен әрекеттесіп то-тығады. Мырыш және кадмиймен концентрациялы күкірт қышқылы әрекеттескенде металдардың активтігіне және қышқылдың концентрациясының артуына байланысты Н2504, 502-ге немесе Н25-ке дейін тотықсызданады: 4 2°п + 5 Н26504 = 2п504 + Н252~ + 4 Н20 Сй° + 2 Н2504 = Са504 + 50 + 2 Н20 Осы екі металл азот қышқылымен әрекеттескенде металдардың активтігіне және қышқылдың концентра-циясына байланысты азот әр түрлі дәрежеде тотықсызда-нады: 4 2п°+ 10 НЖ)3(ете сүйық) = 4 2п (Ы03)2+ N^N0^+ ЗН20 3 Сй° + 8 нко3 (сүйық) + 32СМ(М03)2 + 2 N0 = 4 Н20 Сынап концентрлі күкірт қышкылында, әсіресе азот қышқылында жақсы ериді. Егер қышқылдар жеткілікті болса, сынап тотығып Н ионына айналады. Щ° + 2 Н2504 = Не504 + 5*62 + 2 Н20 Не° + 4 НгЮз = Щ(М03)2 + 2 N02 + 2 Н20 Егер реакцияға қатыстан қышқылдың мөлшері жеткіліксіз болса, онда сынап тотығып Н£2+ ионы түзі-леді: 362
Мырыш, кадмий, сынап өзара, және басқа металдар-мен де оңай күйма түзеді. Көптеген металдар, әсіресе, сүйық сынапта жақсы еріп — амальгама деп атала-тын қоймалжың сүйық қүймалар түзеді. Амальгамаларды кез келген металды сынапта түю немесе жай араласты-ру арқылы алады. Мысалы, натрийды сынаппен арала-стыру арқылы натрий амальгамасын алуға болады. Өнеркәсіпте натрий амальгамасын қосылыстарынан бос күйдегі металл алу үшін тотықсыздандырғыш ретінде қолданады. Алтынның сынапта жақсы еру қасиетін өнеркәсіпте бос жыныстардан алтынды бөліп алу үшін қолданады.
Каталог: pdf -> foreign pdf -> - pdf -> Бағдарламасы 6М010300 «Педагогика және психология» pdf -> ТүсуГе арналған емтихан бағдарламасы pdf -> Қабылдау емтиханы бағдарламасы pdf -> МагистратурағА Қабылдау емтиханының бағдарламасы pdf -> Г. К. Шахажанова 20 ж pdf -> Бюллетень «Новые книги» Вып. 4 Павлодар 2014 Құрастырушылардан foreign -> Ә. Т. Мейірбеков., Т. П. Раимбердиев., Г. Ю. Башбенова тіршілік қауіпсіздік негіздері foreign -> Лекция: 30 сағ. СӨЖ: 30 сағ. ОбсөЖ 30 сағ. Барлық сағат: 90 сағ. Қорытынды бақылау: емтихан іvсеместр foreign -> «физика» ПӘні бойынша оқУ-Әдістемелік кешен 050113 – «Биология» мамандығы үшін жүктеу/скачать 5,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||