Массалық концентрация.

Еріген заттың массалық үлесі (w) – деп ерітіндінің 100 грамында еріген заттың үлесін көрсететін шаманы айтады.

{%}

Бұл концентрацияны ерітіндінің пайыздық концентрациясы деп атайды.

Моляльды концентрация (с_m) деп еріткіштің 1 килограмында еріген заттың моль санымен өлшенетін шама.

; {моль/кг}

Көлемдік концентрация.

Молярлы концентрация (С_х) деп ерітіндінің 1 литрінде еріген зат мөлшерімен өлшенетін шаманы айтады.

{моль/л};

Еріген заттың эквивалентінің молярлы концентрациясы деп ерітіндінің 1 литрінде еріген заттың эквивалент мөлшерімен анықталатын шама .

; ; {моль/л}

Титр деп ерітіндінің 1 миллилитрінде еріген зат массасын көрсететін шама

{г/мл}

Ал, ерітінді тығыздығы деп ерітіндінің 1 миллилитрінің массасын айтады.

{г/мл}

11 ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯСЫ

Теориялық бөлім

Тотығы-тотықсыздану реакциясы – деп реакцияға қатысатын зат құрамындағы элементтерінің тотығу дәрежелері өзгеруі арқылы жүретін реакцияларды айтады.

(1) –реакция тотығу-тотықсыздану реакцияларына жатпайды.

(2) – тотығу-тотықсыздану реакциясы

Тотығу дәрежесі деп электротеріс элементке электронның ығысуынан пайда болатын шартты зарядты айтады.

Молекула құрамындағы элементтердің тотығу дәрежелерінің алгебралық қосындысы нольге тең, себебі зат молекуласы – бейтарап.

+1+x+4(-2)=0 x=+7

+1·2+x+4(-2)=0 x=+6

+1·2+2X+7(-2)=0 X=+6

І.Полюссіз ковалентті байланысты жай газ молекуласындағы элементтердің тотығу дәрежелері нольге тең.

Мысалы: , , ,

2.Полюсті байланысты молекулаларда элементтер тотығу дәрежелері электро теріс элементке ығысатын электрондар санымен анықталады:

H⁺¹Cl^-1H N: О:

3. Ионды байланысты молекулаларда элементтердің тотығу дәрежелері иондар зарядына тең болады.

Қосылыс құрамындағы элементтердің тотығу дәрежелері араб цифрымен белгіленеді, ол оң, теріс мәнді және бейтарап және бүтін бөлшек мәнді болуы мүмкін.

Көпшілік жағдайда элемент валенттілігі мен оның тотығу дәрежесінің абсолюттік мәні бірдей болады, ал тең болмайтын кездері де кездеседі.

Мысалы:

т.д. (N)=-3 валенттілік=III

Қосылыс құрамындағы элемент валенттілігі байланысқа жұмсалған дара электрондар сандары мен анықталады.

т.д.(N)= -1 т.д.(N)=

в-к(N)=III в-к(N)=III,V

Тотығу-тотықсыздану реакциясында электрондарын беретін бөлшектерді (молекула, атом, иондар) тотықсыздандырғышдеп, ал процесті – тотығу деп атайды: ал электронды қосып алатын бөлшектерді (молекула, атом, иондарды) тотықтырғыштар, ал процесті тотықсызданудеп атайды.

а) бөлшек электронды бергенде оның оң тотығу дәрежесі артады, теріс тотығу дәрежесінің абсолюттік мәні кемиді.

б) бөлшек электронды қосқанда оның оң тотығу дәрежесі кеміп, теріс тотығу дәрежесінің мәні артады, себебі электрон теріс зарядты бөлшек.

-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5

а) N^{-3 -3}N⁰ [N^-3(NH₃)-тотықсыздандырғыш, үрдіс-тотығу]

N^{-3 -7}N⁺⁴

N^{-3 -8}N⁺⁵

б) N^{+5 +3}N⁺² [ N⁺⁵ (HNO₃)-тотықтырғыш, үрдіс-тотықсыздану]

N^{+5 +5}N⁰

N^{+5 +8}N^-3

Тотығу-тотықсыздану, реакциясының теңестірудің екі тәсілі бар:

1. Электрондық баланс тәсілі.

2. Ионды электронды тәсіл.

Электрондық баланс тәсілі. Бұл тәсілдің негізі – тотықсыздандырғыш берген электрондар санымен тотықтырғыштар қосқан электрондар сандарының тең болуында.

2 2 Cr 2Cr⁺³ Cr⁺⁶-тотықтырғыш-тотықсыздану

3 6 2Cl^{-1 -2e}Cl₂ Cl^-1-тотықсыздандырғыш-тотығу

Тотығу-тотықсыздану реакциясы бойынша тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың эквиваленттік массасын анықтауға болады.

-тотықтырғыш

;

HCl – тотықсыздандырғыш

12 Гальвани элементі

Теориялық бөлім

Тотығу-тотықсыздану рекциясының энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғыны гальвани элементі деп атайды.

Металды суға салғанда, су әсерінен металл бетінде қос электрлі қабат пайда болады.

Қос электрлі қабатта туатын потенциал айырымын абсолютті элетродтық (тепе-теңдік) потенциалы деп атайды. Меⁿ⁺ + H₂O [Me(H₂O)_n]ⁿ⁺

Бұл тепе-теңдік потенциялын өлшеу мүмкін емес, сондықтан сутектік элетрод пайдаланылады.

Электролит ерітіндісіне батырылған металды электрод деп, бетінде тотықсыздану жүретінін – катод (К), тотығу жүретінін анод (А) деп атайды.

К(–)Zn½ZnSO₄(IM)½ ½H₂SO₄(IM), Pt(H₂)½ Pt (+)А

^{сутектік электрод}

С (ZnSO4)=1моль/л (р=1 атм) t⁰=25⁰C, T=298⁰K

H₂

(–)Zn

Pt(+)

Сутектік электродта мынадай тепе-теңдік орнайды:

H₂ ^2e2H⁺

Оның тепе-теңдік потенциалын шартты түрде 0-ге тең деп, металдармен гальвани жұбын құрғанда, егер электрондар сутектік электродқа бағытталса, металдың потенциялы теріс таңбамен, ал егер сутектік электродтан металға қарай бағытталса, таңбасы оң болады,

Металдардың электродтық потенциялы.

1. Электрод жасалған металл табиғатына ( В)

2. Металл батырылған ерітінді коцентрациясына (С)

3. Температураға тәуелді (Т)

Осы үш фактордың әсері. Нернст формуласы арқылы беріледі:

мұндағы, φ – электрондық потенциал,

φ^° - стандартты электрондық потенциал,

R – универсал газ тұрақтысы,

T – температурасы (К),

F – Фарадей саны,

n – тотығу – тотықсыздану реакциясына қатысатын электрондар саны.

Металдарды стандартты электродтық потенциялының ретімен орналастырса, оны металдардың кернеу қатары деп атайды.

Кернеу қатары бойынша мынадай жайттарды анықтауға болады:

1)Кернеу қатарының бас жағында орналасқан металдар күшті тотықсыздандырғыштар, олардың иондары өте қиын тотықсызданады.

2)Сутегіні кернеу қатарында сутек элементіне шейінгі металдар ығыстырып шығады.

Zn+ ®Cu⁰+

Zn^{0 -2e}Zn Zn – тотықсыздандырғыш - тотығу

Cu^{+2 +2e}Cu⁰Cu – тотықтырғыш - тотықсыздану

Осы реакцияны сынауықта жүргізгенде реакция энергиясы жылу түрінде шығып таралуы мүмкін, ал бұлардан Гальвани жұбын құрсақ энергия электр тоғына айналдады

К/+/Cu/CuSO₄//ZnSO₄/Zn/-/A

Ток бағыты

Бұл жағдайда да жүретін процестің электрондық теңдеуі жоғарыдағыдай. Гальвани элементін бір электролит ерітіндісіне батырылған, активтілігі әр түрлі металдан да құруға болады.

Ерітінді ортасына байланысты катодта не О₂/pН=7//pН>7/, не H₂ /pН<7/ бөлінеді, ал анод ериді.

A(-) Zn/H₂O/ Cu (+) K

A(-) Zn/H₂SO₄/Cu (+)K

Гальвани элементінде туатын ток күші оның электр қозғаушы күшіне тәуелді, ал ол шама мына формулалармен анықталады.

мұндағы, - Гиббс энергиясының өзгерісі

n - электрон саны

E - электр қозғаушы күші

Процесс жүру үшін G<0 болуы керек болса, E>0 болуы шарт.

13 ЭЛЕКТРОЛИЗ

Теориялық бөлім

Электролиз деп электр тоғы қатысында жүретін тотығу – тотықсыздану процесі.

Бетінде тотықсыздану процесі жүретін электрод катод деп аталады,ол теріс полюсті,ал тотығу жүретін электрод анод, ол оң полюсті болады.

Электродық үрдіске

а) электролит құрамы,

б) электролит концентрациясы,

в) электрод материалы,

г) электролиз режимі (жүру жағдайы):кернеу,тоқ тығыздығы т.б әсер етеді.

Катодта жүретін үрдістер

Катод теріс полюсті болғандықтан оған оң зарядты бөлшектер яғни металл, сутек катиондары және полюсті еріткіш молекулалары оң полюсті жағымен тартылады.

Электрод бетінде жүретін процесті анықтау үшін металдардың электркернеу қатарын шартты түрде үшке бөліп,сол бойынша қарастырған жөн. Бұл қатардың басында орналасқан металдардың тотықсыздандырғыш қасиеті жоғары болса, ол қатар соңына жүрген сайын бұл қасиет кемиді, ал иондары – тотықтырғыштар, олардың тотықсыздану қасиеті электркернеу қатарының басынан соңына қарай артады.

K Na Ba Ca Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Pb Sn H Cu Bi Hg Ag Pt Au

I бөлім II бөлім III бөлім

I – бөлім кернеу қатарының басынан алюминийге шейінгі металл иондары.

II – бөлім алюминийден сутекке шейінгі иондар.

III – бөлім сутектен кернеу қатарының соңына дейінгі иондар.

а) Егер I – бөлімде орналасқан металл иондармен қатар су молекуласы және су иондары электрод бетіне қатар келсе, онда су иондары (H⁺)мен су молекулалары бірінші тотықсызданады.

б) Егер II – бөліміндегі орналасқан металл иондарымен қатар су молекулалары және су иондары электрод бетіне жинақталғанда металл иондары да, су молекулалары мен су иондары (H⁺)да қатар тотықсыздануы мүмкін, ол ерітінді концентрациясына т.б факторларға тәуелді болады.

в) Егер III – бөліміндегі орналасқан металл иондарымен қатар су иондары келсе, онда металл катиондары бірінші тотықсызданады.

Анодта жүретін үрдістер.

Анод бетіне су молекулалары және су иондары OH^-және қышқыл қалдық аниондары қатар жинақталады, ал олардың разрядталу реті олардың қозғалғыштығына, иондардың тотығу – тотықсыздану қасиеттеріне байланысты болады.

Оттексіз қышқыл қалдық аниондары (Cl^-,Br^-,I^-)су молекулалары және су ионы OH^--қа қарағанда бұрынырақ разрядталады, бұлқатарда ерекшелік көрсететін ион(F^-),ол ион барлық оттекті қышқыл қалдық иондарынан кейін тотығады, ол оның электрон құрылысына тәуелді.

Фтор элементі электртерістілігі жоғары элемент болуына байланысты электронды барлық элементтерге қарағанда оңай қосып алады да, сол электронды қайта беруі қиын болады.

Сонда аниондардың рязрадталу ретін мөлшермен былай жазуға болады.

I^-, Br^-,Cl^-, OH^-, H₂O, CO₃^2-, SO₄^2-, PO₄^3-, F^-

(рН=7)

Мысал 1

Ас тұзының (NaCl) судағы ерітіндісінің электролизін қарастырайық,

NaCl®Na⁺ + Cl^-, рH=7, себебі бұл тұз күшті негіз бен күшті қышқыл тұзы, гидролизге ұшырамайды.

(-) К ½Na⁺, H₂O½ 2H₂O + 2e 2OH^-+ H₂

(+) A ½Cl^-, H₂O ½ 2Cl^{- -2e}Cl₂

Сонда, металл иондары өзгеріссіз ерітіндіде қалып калды:

2NaCl + 2H₂O Cl₂+H₂+2NaOH

Мысал 2

Мыс сульфатының (CuSO₄)судағы ерітіндісінің электролизін қарастырайық.

CuSO₄Cu²⁺ + SO₄^2-, ерітіндісінің ортасы қышқылдық, рН<7, себебі тұз күшті қышқыл, әлсіз негіз тұзы.

(-) К ½Cu²⁺, H⁺½ Cu²⁺+ 2e ® Cu

(+) A ½SO₄^2-, H₂O ½ 2H₂O– 4e ®O₂+4H⁺

Бұл жағдайда катод бетін мыс қаптап, анод төңірегінің қышқылдылығы артады.

2CuSO₄+2H₂O ^эл-тО₂+2Сu+2H₂SO₄

Электролиз заңдары. (Фарадей.М).

1. I–заң электрод бетінде бөлінетін зат массасы электролит ерітіндісі арқылы өтетін зарядқа тура пропорционал.

m_Э = K · q , q =J · t ,

2. II-заң бірдей заряд электрод бетінде эквивалентті мөлшерде заттар түзеді. (96500 Кл заряд бір эквивалент зат (m_э) бөлінуіне сәйкес келеді).

96500 Кл : m_э = 1 Кл : Х(к)

К – электрохимиялық эквивалент.

Сонда, екі заңды біріктіріп,былай жазуға болады:

Егер, электрод бетінде газ бөлінсе, онда оның көлемін мына формуламен есептеуге болады.

Заттың тоқ бойынша шығымын есептеу үшін мына формуланы пайдалануға болады:

14 Металдардың химиялық қасиеттері

Теориялық бөлім

Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінде орналасқан элементтердің негізгі бөлімі металдар. Металдарға сутек пен гелийден басқа барлық S – элементтер, барлық d – және f – элементтері және кейбір Р – элементтері жатады.(А, Рв, п.т.т.)

Металдардың химиялық активтілігі әрқилы болғанымен, барлығы да бос күйінде тек тотықсыздандырғыш болады.

М Мⁿ⁺

Олардың химиялық активтілігі электрондарды беру қабілеті арқылы сипатталады. Н.Бекетовтың жасаған активтік қатарының басында өте активті сілтілік металдар, одан кейін сілтілік – жер металдар орналасса, соңында бағалы металдар, ал аралығында сутек элементі орналасқан. Сутек те металдар сияқты өзінің жалғыз электронын беріп оң зарядты ионға айналады.

Металдардың активтік қатарын пайдаланып мына мәселелерді шешуге болады:

1. Әрбір металл активтік қатарда өзінен кейін орналасқан металдардан активті болуына байланысты өзінен кейін орналасқан металдарды тұздарының ерітіндісінен ығыстырады.

2. Активтік қатарда сутек элементіне дейін орналасқан металдар тотықтырғыш қышқылдарынан (H₂SO₄конц, HNO₃т.б.) басқасынан сутегі газын ығыстырып шығарады.

3. Активтік қатар басқаша металдардың электркернеу қатары деп аталады, қатардың басында орналасқан элементтердің стандартты электродтың потенциялдары теріс мәнді болса,соңындағыларды – оң мәнді, ал сутек элементі үшін нөлге тең.

4. Металдардың электркернеу қатарын пайдаланып, көптеген гальвани элементінде жүретін үрдістерді, олардың тудыратын электр қозғаушы күшінің шамасын есептеуге болады.

5. Электролиз үрдісі кезінде металдардың катодта тотықсыздану ретін анықтауға болады. Металл неғұрлым активті болса, ол оңай тотығады, тотықсыздану қиын жүреді.

Металдардың су, қышқылмен, сілті ерітнділерімен әрекеттесуі.

Өте активті сілтілік металдар сумен әрекеттеседі.

2K + 2HOH®2KOH + H₂

Ca + 2HOH®Ca(OH)₂+ H₂

Металдар қышқылдармен әрекеттескенде түзілген өнім бірнеше факторға тәуелді:

а) металдардың активтілігіне;

б) қышқылдың табиғатына;

в) концентрациясына.

Осы факторлар әсерін жеке – жеке қарастырайық.

а) Mg+2HCl® MgCl₂+ H₂

Cu + HCl

б) Zn + 2HCI_c → ZnCI₂ + H₂↑

Zn + H₂SO_4c → Zn SO₄+ H₂↑

5 Zn + 12HNO_3c → 5Zn(NO₃)₂ + 6H₂O + N₂

Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

1) Cu + Hg(NO₃)₂→ Hg + Cu(NO₃)₂

Cu + FeSO₄ → жүрмейді

2) Сa + HCI → CaCI₂ + H₂↑

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

Ag + H₂SO₄c → жүрмейді

3) ⁰Li⁺/Li = -3,02B

2H⁺/H₂ = 0B

Cu²⁺/Cu = +0.34B

4)A(-)Zn/ZnSO₄/ /CuSO₄/Cu/+(K)

A ½Zn^-2eZn²⁺Zn – т-с-ш-т-ғу

K ½Cu²⁺+2e®Cu⁰Cu²⁺ – т-т-ш-т-с-у

5) (-) К ½Ca²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺½тотықсыздану реті Сu²⁺(1), Zn²⁺(2), Ca²⁺(3) болады.

в) Cu +H₂SO_{4 (c)}

3Cu+8HNO_3C® 3Cu(NO₃)₂+ 2NO+ 4H₂O

Cu+2H₂SO₄_конц®CuSO₄+SO₂+2H₂O

Cu+ 4HNO₃_конц ® Cu(NO₃)₂ + NO₂ + 2H₂O

4Mg+10HNO₃_{өте сұйық} ® 4Mg(NO₃)₂+ NH₄NO₃+ 3H₂O

Концентрлі күкірт қышқылы металдармен әрекеттескенде тотықтырғыш күкірт (+6) болады. Реакция жағдайына, қышқыл концентрациясына, металл активтілігіне байланысты күкірт (+6) әртүрлі тотығу дәрежесіне дейін тотықсызданады:

S^-2 - S⁰ - S⁺² - S⁺⁴ – S⁺⁶ (H₂S⁺⁶O₄)

Сол сияқты азот қышқылы да:

N^-3– N^-2– N^-1– N⁰–N⁺¹–N⁺²–N⁺³–N⁺⁴–N⁺⁵ (HN⁺⁵O₃)