ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік материалы

ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛЫ

Семей

МАЗМҰНЫ

1.	Дәрістер
2.	Зертханалық сабақтар
3.	Студенттің өздік жұмысы тізімі

Дәріс № 1. Гомогенді жүйедегі тепе-теңдік

1.1 Кіріспе

1.2 Тамақ өнеркәсібіндегі аналитикалық химияның маңызы

1.1 Кіріспе

Аналитикалық химия – заттардың химиялық құрамын оқитын ғылым. Аналитикалық химия сапалық және сандық анализден тұрады. Сапалық анализ жасау арқылы заттың құрамын және қандай заттардан тұратынын анықтайды, ал сандық анализ арқылы заттың компоненттерінің мөлшерін анықтайды.

Аналитикалық химияда химиялық, физика-химиялық және физикалық әдістер қолданылады.

Анализдің химиялық әдістері заттың химиялық реакцияға түсуіне негізделген. Химиялық әдістерге титриметриялық және гравиметриялық әдістер жатады.

Физикалық әдістер заттың қандай да бір параметрін өлшеуге негізделген.

Физика-химиялық әдістер заттың физикалық қасиеттерінің химиялық реакция нәтижесінде өзгеруіне негізделген (кондуктометрия, потенциометрия, амперометрия, хроматография, фотометрия).

Бұл өндірісте аналитикалық химияның әдістері арқылы мына мәселелер шешіледі:1) шикі заттың (сырье) сапасын анықтау; 2) өндіріс процесін қадағалау; 3) шыққан өнімнің сапасын қадағалау; 4) қоршаған ортаны қорғау; 5) шикі зат пен алынған өнімнің құрамындағы адам организіміне улы заттарды (ауыр металдарды –қорғасын, сынап, кадмий т.б. канцерогенді қосылыстарды) анықтау. Улы заттар мөлшері белгіленген концентрациядан (ПДК) аспауы керек.

Сандық анализ макро-, микро- және ультрамикроанализ болып бөлінеді. Макроанализ 0,5-1 г затты анализдейді. Микроанализ заттың миллиграмм мөлшерін анықтайды.

Затқа анализ жасау үшін мынадай операциялар жүргізеді: 1)өндіріске түскен шикізаттың барлық құрамына сәйкес болатындай анализге қажет масса алу (средняя проба-орташа сынама); 2) алынған массаны өлшеу; 3) анализ жасау үшін ерітінді дайындау; 4) анализге кедергі келтіретін қоспаларды бөліп алу; 5) анализге керек әдісті тандап алу.

Өндірісте шикізаттың, дайын өнімнің көп мөлшері, яғни тоннамен өлшенетін (ұн, дән, ет, сүт т.б. ) мөлшері болады. Мұндай мөлшердегі затты анализдеуге мүмкіндік жоқ, сондықтан тек анализ жасауға қажетті ғана мөлшерді ала білу керек. Ол үшін ГОСТ (МЕСТ-тер), инструкциялар болады.

Анализ әдісіне қойылатын талаптар: 1) анализ тез жасалуы керек; 2) тек көрсетілген затты ғана анықтай алатын болуы керек; 3) көрсетілген заттың өте аз мөлшерін анықтай алатын болуы керек; 4) анализдің нәтижесі бір-біріне жақын болуы керек.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Аналитикалық химияда қолданылатын әдістер, қысқаша сипаттамалары.

2. Анализ жазау үшін жүргізілетін операциялар.

3. Анализ әдістеріне қойылатын талаптар.

4. Орташа сынаманы қалай алады?

5. МЕСТ деген қандай құжат?

2.1 Диссоцициялану реакциялары , рН, рОН

2.2. Әлсіз электролиттердің диссоциациясына біртектес иондардың әсері

2.1. Гомогенді жүйедегі тепе-теңдік. Диссоцициялану реакциялары

Сапалық және сандық анализде кең мөлшерде қайтымды реакциялар қолданылады:

аА +вВ  сС+ d D

Реакция кезінде А және В заттары әрекеттесіп, олардың концентрациялары азайып, С және D заттарының концентрациясы көбейеді. Соның нәтижесінде тура реакция жылдамдығы азаяды, кері реакция жылдамдығы артады. Тура және кері реакциялар жылдамдығы теңескен кезде, жүйеде тепе-теңдік орнайды. Тура реакция жылдамдығы:

K₁ және K₂ - реакция жылдамдығының константасы.

(1) теңдеу - әрекеттесуші массалар заңының теңдеуі, математикалық өрнегі. Оны былай оқуға болады: тепе-теңдік орнаған кезде реакция нәтижесінде алынған өнімдердің концентрацияларының көбейтіндісінің алынған заттар концентрацияларының көбейтіндісіне қатынасы белгілі бір температурада тұрақты сан, оны тепе-теңдік константасы деп атайды. Тепе-теңдік константасының мәні арқылы тура реакция мен кері реакциялар жылдамдықтары туралы қорытынды жасауға болады. Егер К өте үлкен шама болса, онда тура реакция аяғына дейін жүреді, егер К1, онда кері реакция үлкен жылдамдықпен жүреді, К=1, жүйеде тепе-теңдік орнаған.

Аналитикалық реакциялардың көпшілігі төмендегідей реакциялар типінің біреуіне жатады:

1. 
   АВА+В – диссоциациалану реакциясы HCNH⁺+CN^- және тұнба еру процесі AgClAg⁺+Cl^- .
   
2. 
   А+ВС – комплекстік ион түзілу реакциясы: NH₃+H⁺ [ NH₄]⁺
   
3. 
   А+ВС+D – гидролиздену және тотығу-тотықсыздану реакциялары:
   

Ерітіндіде электролиттер әр түрлі мөлшерде ионданады. Ерітіндіде еріген электролиттің жалпы санының қанша мөлшері ыдырағанын көрсететін сан диссоциациялану дәрежесі деген ұғым (): =N_g/N_E немесе = N_g/N_E *100% N_g – иондарға ыдыраған молекулалар саны; N_E – жалпы еріген молекулалар саны.

Мысалы, 0,01М ерітіндіде сірке қышқылының диссоциациалану дәрежесі  = 0,0419 болса, ол 100 молекуланың тек 4,19 % ыдырағаны, 95,81% молекула күйінде жүр .

Диссоциация дәрежесіне байланысты электролиттерді күшті және әлсіз электролиттерге бөледі.

Сірке қышқылының диссоциациалану теңдігін былай жазуға болады: CH₃COOHH⁺ + CH₃COO^-

Әлсіз электролиттердің диссоциациясы қайтымды процесс болғандықтан әрекеттесуші массалар заңына бағынады: (2) К=[H⁺][CH₃COO^-]/ [CH₃COOH]; К-диссоциациялану константасы

Электролиттік диссоциация константасының мәні неғұрлым көп болса, электролит молекулалары соғұрлым иондарға көбірек ыдырайды. К-нің мәні тұрақты температурада тұрақты болады, оған концентрацияның өзгеруі әсер етпейді. К=[H⁺][CH₃COO^-]/ [CH₃COOH]= 1,810^-5

К=[H⁺][CN^-]/ [HCN]= 7,2 10^-10 , бұл мәндерге қарап, циан қышқылы сірке қышқылымен салыстырғанда әлде қайда әлсіз екені көрінеді.

Көп қышқылды негіздер мен көп негізді қышқылдар біртіндеп (сатылап) иондарға ыдырайды және сатының әрқайсысына тиісті мәні бар диссоциациялану константасы сәйкес келеді.

H₂CO₃  H⁺ + HCO^-₃ К₁ =4,510^-7

HCO^-₃  H⁺ + CO₃^2- К₂=4,710^-11

Электролиттің диссоциациялану константасы мен дәрежесінің арасында тығыз байланыс бар. Екі ионға ыдырайтын электролиттер үшін әрекеттесуші массалар заңын қолданып:

КА К⁺ + А^- К=[К⁺][А^-]/[КА], КА электролит бір катионға, бір анионға ыдырайтындықтан, бұл иондардың концентрациясы өзара тең болады:

[К⁺]= [А^-]. С_м-ерітіндінің жалпы концентрациясы; С_К = С_А

Бұл теңдеу(1) электролит ерітіндісінің концентрациясының азаюына, яғни сұйылуына байланысты оның диссоциациялану дәрежесінің артатынын көрсетеді. (Освальдтың сұйылту заңы).

1. 
   теңдеудегі тепе-теңдік константасы концентрация арқылы көрсетілген, ол ерітіндінің шындық жағдайын толық көрсетпейді, ол үшін активті концентрация деген ұғым керек. Бірақ практикада концентрацияларды қолданып, константаны табуға болады.
   

Әлсіз электролиттер диссоциациясы әрекеттесуші массалар заңына бағынатындықтан, химиялық тепе-теңдікті әрекеттесуші заттардың біреуінің концентрациясын өзгерту арқылы ығыстыруға болады. Мысалы, сірке қышқылының СН₃СООН СН₃СОО^- +Н⁺ерітіндісіне оның тұзын қосса, тепе-теңдік бұзылады, себебі СН₃СООNa СН₃СОО^- +Na ⁺

Көп мөлшерде СН₃СОО^- иондары пайда болады. Сонда СН₃СОО^- иондары мен Н⁺ иондары иондалмаған СН₃СООН молекуласын түзіп, қайта тепе-теңдік орнына келеді. Демек, әлсіз электролиттің ерітіндісіне біртектес ионы бар күшті электролит ерітіндісін құйса, әлсіз электролиттің диссоциациялану дәрежесі төмендейді, яғни әлсіз электролит одан әрі әлсізденеді. Бұл жағдай анализ жасағанда кең көлемде қолданылады.

Күшті электролиттер ерітіндіде толық диссоциациаланатындықтан, олар әрекеттесуші массалар заңына бағынбайды, сондықтан олардың диссоциациялану константасы жоқ.

Анализге қолданылатын көптеген реакциялар суда жүреді. Су әлсіз электролит, аздап диссоциацияға түседі: Н₂О H⁺ +ОН^- 25 ⁰С 1 л суда 10^-7 моль/л [H⁺]=[ОH^-]=10^-7 моль/л болады.

К=[H⁺][ОH^-]/[H₂О]=1,810^-16 не К[H₂О]= [H⁺][ОH^-]

К[H₂О]= К_w - судың иондық көбейтіндісі

К_су =10^-14 ; [H⁺][ОH^-] =10^-14 ; 10^-7 10^-7 =10^-14

1л суда 1000/18=55,56 моль су бар [H⁺][ОH^-] =1,810^-18 55,56=10^-14 , бұл мән температураға байланысты өзгереді.

[H⁺][ОH^-] көбейтіндісі тұрақты шама болғандықтан, кез келген ерітіндіде сутегі мен гидроксид иондарының әрқайсысының концентрациясы нөлге тең болмайды.

[H⁺]= [ОH^-]=10^-14 =10^-7, бұл теңдеуден ( 22 ⁰С –да) 1 л суда 10^-7 моль сутегі иондары, 10^-7 моль гидроксид иондары болатындығын көру қиын емес.

Осындай дәреже көрсеткіші теріс болып келетін сандарды қолданып есептер шығару қолайсыз болғандықтан, сутегі иондарының концентрациясын сутектік көрсеткіш (рН) арқылы белгілеу қабылданған.

Сутектік көрсеткіш деп сутек иондары концентрациясының теріс таңбамен алынған ондық логарифмін айтады рН = -lg[H⁺].

Мысалы, ерітіндідегі сутегі иондарының концентрациясы [H⁺]=10^-6 моль/л болса, сутектік көрсеткіш 6-ға тең болады: рН = -lg10^-6= 6. Сонымен , нейтрал ортада рН=7, қышқылдық ортада рН7, сілтілік ортада рН7

Сутектік көрсеткішпен қатар гидроксидтік көрсеткіш те рОН қолданылады. рОН = -lg[ОH^-]. рН+рОН=14; рН=14-рОН; рОН=14-рН .

рН0 не рН14 те бола алатын ерітінділер болады, бірақ бұл жағдайда ерітінді ортасын 1 л ерітіндідегі қышқыл не негіздің концентрациясын моль арқылы көрсетеді.

Әлсіз қышқылдардың диссоциациясын мына теңдеу арқылы көрсетуге болады: НАn Н⁺+Аn^- К _НАn =[ Н⁺][ Аn^-]/[ НАn] (4)

5% [ Н⁺]= [ Аn^-] Әлсіз қышқыл аз мөлшерде ғана диссоциацияға ұшырайтындықтан [НАn] ерітіндідегі қышқылдың жалпы концентрациясына тең болады.

[НАn] =С _қышқыл = С _НАn ; К _НАn[НАn] =[ Н⁺][ Аn^-] олай болса,

[ Н⁺]= К _НАn  С _НАn (5) Бұл теңдеуді логарифмдеп және белгілерді кері өзгертіп, мына теңдеуді аламыз

-lg[ Н⁺]=-1/2 lg К _НАn -1/2 lg С _НАn ,

Әлсіз негіз ерітіндісінің рН-ы да осылай есептелінеді

КtОН Кt ⁺ + OH^- К_КtОН = [Кt ⁺][ OH^- ]/[ КtОН]

[Кt ⁺]=[ OH^- ] = К_КtОН[ КtОН]. Әлсіз негіз ерітіндіcі де аз диссоциацияланатындықтан [ КtОН] = С _КtОН . Олай болса,

1. 
   Тепе-теңдік константасы деген не және оның физикалық мәні.
   

3.Сутектік және гидроксидтік көрсеткіш деген не және олардың физикалық мәні.