Глоссарий. 4. Студенттердің өздік жұмыстары

СЕМЕЙ

МАЗМҰНЫ

Глоссарий

2. Дәрістер

3. Зертханалық сабақтар

4. Студенттердің өздік жұмыстары

Глоссарий

1. Авогадро тұрақтысы N_A - кез келген жүйенің (N) бөлшектер санының жүйе заттарының мөлшеріне қатынасы n: N/n = N_A моль^-1 = 6,02×10²³ моль^-1.

2. Адиабатты процесс – сыртқы ортамен алмасу процесі жүрмейтін процесс.

3. Атомдық (электрондык) орбиталь (АО) - к вант сандарының белгілі мәндеріне сәйкес келетін электрон күйі.

4. Гетерогенді жүйелер – бөліктің айырым бетімен бөлінетін заттар жиынтығы.Мысалы, СаСО₃(қ) және СО₂(г).

5. Гомогенді жүйе – бөліктің айырым беті болмайтын зат немесе заттар жиынтығы (ерітінділер, газдар қоспасы, ыдыстағы газ, мұз не металл кесегі,т.б.).

6. Жүйе – зерттеу үшін, кеңістіктен және қоршаған ортадан жекелей алынған бөлщек.

7. Заттың эквиваленті - 1 моль сутегі атомдарымен (0,5 моль оттегі атомдарымен) қосыла алатын не сондай сутегі (оттегі) атомдарының мөлшерін химиялық реакцияларда ығыстырып шығара алатын мөлшері.

8. Иондану энергиясы: атомнан электронды жұлып алу үшін жұмсалатын энергия, эВ (1 эВ = 96,48 кДж/моль). Келесі электронды жұлып алуға көбірек энергия қажет,себебі оң зарядтың мәні артады: І₁ < І₂ < І₃ ¼

9. Изотонды коэффициент – іс жүзіндегі қысым, қайнау, қату температураларының өзгеруі, олардың теориялық мәндерінен қанша есе артық екенін көрсетеді.

10. Ішкі энергия – жүйенің толық энергиясы, яғни жүйені құрған бөлшектердің зат мөлшерінің толық энергиясы.

11. Моль – заттың мөлшерінің бірлігі, көміртегі-12 атомының 0,012 кг массасындағы атомдар санына тең, яғни 6,02× 10²³.

12. Парциалды қысым - газдар қоспасының жалпы қысымының сол газға келетін үлесі.

13. Фаза – бірдей физикалық, химиялық қасиеттері бар және жүйенің басқа бөлімдерінен бөліп алынған біркелкі беттік қабаттан тұратын бөлік.

14. Химиялық кинетика – химиялық реакцияның жылдамдығы мен механизмі туралы ілім.

15. Эквивалент масса – заттың 1 эквивалентінің массасы.

16. Электрондық аналогтар -элементтердің валенттілік электрондары элементтерге қатысты жалпы формуламен сипатталатындай болып орбиталдарға орналасады.

17. Электртерістік (ЭТ) – элемент атомының химиялық қосылыста басқа элементтің электрондық тығыздығын өзіне ығыстыра алатын қабілеттілігін көрсететін мән.

18. Электрон қосылғыштық энергиясы: Бос атомға электрон қосылуы үшін қажет энергия, эВ. Оның мәні оң да, теріс те (теріс мән асыл газдар мен кей элементтерде) болады. Электрон қосылғыштық энергиясы ең көп галогендер мен оттегі.

19. Энтальпия – қысым тұрақты болған жағдайдағы (изобаралық процесс кезіндегі) жылу эффектісі

20. Энтропия – бөлшектің қозғалысын сипаттайтын заттың қасиеті, ретсіздік дәрежесі.

МОДУЛЬ 1. ХИМИЯНЫҢ НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕРІ МЕН ЗАҢДАРЫ.

Дәріс № 1. Химияның негізгі түсініктері және заңдары

1.1 Химияның негізгі түсініктер

1.2 Химияның негізгі заңдары

1.3 Газдардың негізгі заңдары

1.1 ХИМИЯНЫҢ НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕРІ

Химиялық элемент – ядро зарядтары бірдей болатын атомдар түрі.

Атом - химиялық реакция кезінде бөлінбейтін элементтің ең кішкене бөлшегі, бірақ сол элементтің химиялық қасиеттерін көрсетеді.

Молекула – сол заттың химиялық қасиетін көрсететін заттың ең кішкене бөлшегі.

Жай заттар – құрамына тек бір элементтің атомдары ғана кіретін заттар.

Күрделі заттар – құрамына әртүрлі элементтер атомдары кіретін заттар.

Массаның атомдық бірлігі – 1/12 көміртегі -12 атомының массасы (¹²С),

яғни 1,6666× 10^-27 кг.

Элементтің салыстырмалы атомдық массасы (А_r ) – өлшемсіз шама, элементтің табиғи изотоптар құрамының орташа атомдық массасының көміртегі-12 атомының 1/12 массасына қатынасына.

Жай және күрделі заттардың салыстырмалы молекулалық массасы (М_r ) -өлшемсіз шама, заттың табиғи изотоптары құрамының орташа массасының көміртегі – 12 атомының 1/12 массасына қатынасы.

Моль – заттың мөлшерінің бірлігі, көміртегі-12 атомының 0,012 кг массасындағы атомдар санына тең, яғни 6,02× 10²³.

Заттың эквиваленті - 1 моль сутегі атомдарымен (0,5 моль оттегі атомдарымен) қосыла алатын не сондай сутегі (оттегі) атомдарының мөлшерін химиялық реакцияларда ығыстырып шығара алатын мөлшері.

Эквивалент масса – заттың 1 эквивалентінің массасы.

Авогадро тұрақтысы N_A - кез келген жүйенің (N) бөлшектер санының жүйе заттарының мөлшеріне қатынасы n: N/n = N_A моль^-1 = 6,02×10²³ моль^-1.

Осыдан: 1) әртүрлі газдардың бірдей жағдайда (t, p) бірдей көлемдеріндегі молекулаларының саны бірдей болады; 2) Қалыпты жағдайда (қ.ж.) газдардың молярлық көлемі 22,4л/моль болады. Олай болса, 1 моль газдың қ.ж. көлемі 22,4л.

Эквивалент көлем – заттың 1 эквиваленті алатын көлем. Сутегінің эквиваленті 1 моль, оттегінің эквиваленті 0,5 моль болғандықтан сәйкесінше эквивалент көлемдері 11,2 л/моль және 5,6 л/моль болады.

1.2 Химияның негізгі заңдары

Масса сақталу заңы; энергия сақталу заңы; құрам тұрақтылық заңы; еселік және көлемдік қатынастар заңдары; Авогадро заңы, эквиваленттер заңы.

Эквиваленттер заңы -әрекеттесетін заттардың массасы олардың эквивалент массаларына пропорционал.

Бұл заңдар стехиометриялық заңдар деп аталады, себебі олар барлық заттардың массалары мен көлемдерін есептеуге қолданылады.

Мысал 1. мына қосылыстардағы HCI, H₂S, NH₃, CO, CO₂ элементтердің эквивалентін, эквивалент массаларын және эквивалент көлемдерін анықтау қажет болса, заттың эквивалент және эквивалент массалары анықтамасы бойынша хлордың, күкірттің, азоттың, көміртектің эквиваленті сәйкесінше

1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/2 моль, 1/4 моль және эквивалент массалары 35,5г/моль, 16г/моль, 4,67 г/моль, 6 моль, 4 моль болады.

Элементтің эквивалентін және эквивалент массасын анықтау үшін олардың сутектік және оттектік қосылыстарына ғана қарамайды, қосылыстағы эквиваленті және эквивалент массасы белгілі басқа заттар арқылы да анықтайды. Мысал 2. 5,6г темір күкіртпен 8,8г темір сульфидін түзсе, темірдің эквиваленті және эквивалент массасы қанша болатынын есептеу керек, егер күкірттің эквивалент массасы 16г/моль екені белгілі болса. Есептің шарты бойынша 5,6г темірге 8,8 – 5,6 = 3,2г күкірт келіп тұр. Эквиваленттер заңы бойынша 5,6г темір ------- 3,2г күкіртке эквивалентті

М_э г/моль ------- 16 г/моль

Осыдан, М_э (Fe) = 28г/моль. Темірдің эквивалент массасы оның атомдық массасынан екі есе кіші болғандықтан, 1 моль темірде 2 эквивалент бар, сондықтан темірдің эквивалнті ½ моль болады.

Күрделі заттардың эквивалент массасын эквивалент заңына сүйеніп мына формулалармен анықтайды:

М_э (оксидтің) = М_оксид /элемент атомдарының саны × оның валенттілігі

М_э (қышқыл) = М_қышқыл / қышқыл негіздігі

М_э (негіз) = М_негіз / негіздің қышқылдығы

М_э (тұз) = М_тұз / металл атомдар саны × металл валенттілігі

мұндағы М_э және М – эквиваленттің және қосылыстардың мольдік массалары. Қышқылдардың негіздігі қышқыл негізбен әрекеттескенде қышқыл молекуласының беретін протон санымен анықталады. Негіздердің қышқылдығы негіз қышқылмен әрекеттескенде негіз молекуласының қосып алатын протондар санымен анықталады. Тотықтырғыштың (тотықсыздандырғыштың) эквиваленті деп тотықсызданғанда (тотыққанда)1 моль электрондарды қосып алатын (беретін) мөлшері. Тотықтырғыштың (тотықсыздандырғыштың) эквивалент массасы реакция кезінде қосып алған (берген)электрондар санына олардың молекулалық массасын бөлгенге тең. Мысал 3. 8г NaOH күкірт қышқылымен бейтараптанғанда түзілген натрий гидросульфатының массасын анықтау керек. Шешімі: Натрий гидроксидінің эквивалент массасы: М_э = М_NaOH / 1 = 40г/моль. Сонда, 8г: 8/40 = 0,2 натрий гидроксидінің эквивалентті массасын құрайды. Олай болса, эквивалент заңына байланысты түзілген тұздың массасы да оның 0,2 эквивалент массасын құрайды, яғни натрий гидросульфидінің массасы 120×0,2 = 24г.

Мысал 4. Қалыпты жағдайда қышқылдан 0,7л сутегін эквивалент массасы 28г/моль болатын металл ығыстырған болса, оның массасы қанша болады?

Шешімі: Сутегінің эквивалент көлемі 11,2л болғандықтан пропорция бойынша 28 г металл ---------- 11,2л сутегіге эквивалентті

Х,г металл --------- 0,7л сутегімен әрекеттеседі

Х = 0,7×28/11,2 = 1,75г.

Мысал 5. Күкіртті сутеккүкірт қышқылына дейін тотықса, оның эквиваленті және эквивалентінің молярлы массасы қанша болады? Шешуі:

H₂S + 4 H₂O = SO₄^2- + 10H⁺ + 8e, Э = 1/8 моль, М_э = 34/8 = 4.26г/моль.

Мысал 6, мына реакцияда:

2 HCl + Ca(OH)₂→ CaCl₂ + 2H₂O

HCl- дың екі сутек атомына бір Са(ОН)₂ сәйкес келіп тұр. Сондықтан сутегінің бір атомына 1/2 Са(ОН)₂ молі сәйкес, яғни кальций гидроксидінің эквиваленті 0,5 моль болады. f_экв саны эквиваленттік фактор болып саналады, оны былай белгілейді f_экв(В) (В- белгілі бір зат). Келтірілген мысалда f_экв Са(ОН)₂ =1/2. Кей заттардың эквиваленттік факторын формула арқылы табуға болады. Қышқылдар үшін эквиваленттік фактор оның негіздігіне қарама-қарсы негіздік-қышқыл молекуласындағы металл ионына алмасатын сутек ионының саны. Негіздердің эквиваленттік факторы олардың қышқылдығына қарама-қарсы қышқылдың-негіздігі қышқыл қалдығына алмасатын ОН^- ионының саны:

f_экв(қышқыл)= 1/N(H⁺)

f_экв(негіз)= 1/N(OH^-)

N – Н⁺ не ОН^- саны

Эквиваленттік фактор бір зат үшін әр түрлі реакцияларда әр түрлі болады. Мысалы:

H₃PO₄ + 3 NaОН → Na₃РО₄ + 3Н₂О

N – (Н⁺)= 3. Сонымен эквиваленттік фактор фосфор қышқылы үшін мынаған тең: (H₃PO₄) = 1/N (Н⁺)= 1/3;

H₃PO₄ + 2 NaОН → Na₂НРО₄ + 2Н₂О

N (Н⁺)= 2, f_экв(H₃PO₄)= ½

Тұздар үшін (мысалы орта) эквиваленттік фактор металл атомының санын оның тотығу дәрежесінің көбейтіндісін металл атомдарының санына бөлгенге тең:

f_экв(тұз)= 1/N(Ме) ∙ Z (Ме)

N(Ме)- металл атомының саны;

Z (Ме)- металдың тотығу дәрежесінің мәні.

Мысалы: алюминий сульфатының эквиваленттік факторы: f_экв(Al₂(SO₄)₃)=1/6;

Зат эквивалентінің молярлық массасы В (г/моль)- эквиваленттік факторды молярлық массаға көбейткенге тең:

М(f_эквВ) = f_экв (В) ∙ М(В) (1)

Бір негізді қышқылдар мен бір қышқылдық негіздердің эквивалентінің молярлық массалары, олардың молярлық массаларына тең.

М(f_эквВ) = М(В)

Мысалы: NaОН эквивалентінің молярлық массасы:

М(f_экв NaОН) = М(NaОН) = 40 г/моль

Тұздар үшін, мысалы: алюминий сульфатының Al₂(SO₄)₃ эквивалентінің молярлық массасы:

М[f_экв Al₂(SO₄)₃] = f_экв [Al₂(SO₄)₃] ∙ М[Al₂(SO₄)₃] = 342/6

Зат эквиваленті (моль)- зат массасының эквивалентінің молярлық массасына қатынасы:

n(f_экв B) = m(B)/ M (f_экв B) (2)

Химиялық реакцияға түсетін заттар өзара бір-бірімен эквиваленттік қатынаста әрекеттеседі, яғни эквиваленттер заңына бағынады:

А + В = С + Д реакциясы үшін, мына қатынас орындалады:

n(f_экв А) = n(f_экв В) = n(f_экв С) = n(f_экв Д)

Сонымен А мен В заттары әрекеттесуі үшін:

n(f_экв А) = n(f_экв В)

(2) теңдеуді қолданып, эквивалент заңының салдары:

1.3 ГАЗДАРДЫҢ НЕГІЗГІ ЗАҢДАРЫ

Газдардың физикалық күйін үш параметр – көлем V, қысым – р, температура – Т (Т = 273 + t) анықтайды. Қысым 1,013×10⁵ Па (760мм сынап бағ.), температура 273К не 0^°С газ күйінің қалыпты жағдайы (қ.ж.): р₀, Т₀, t₀, V₀ .

Бойль- Мариот заңы. Тұрақты температурада газдың берілген массасының көлемі қысымға кері пропорционал өзгереді: V₁p₁ = V₂p₂ = …,

яғни Vp = const, V₁/ V₂ = p₂ /p₁.

Гей-Люссак заңы. Тұрақты қысымда газдың берілген массасының көлемі абсолютті температураға тура пропорционал өзгереді: V₁/ V₂ = T₁/T₂ Тұрақты көлемде: р₁/ р₂ = T₁/ T₂.

Менделеев- Клапейрон теңдеуі. Бойль-Мариот және Гей-Люссак заңдарын біріктіріп газ күйінің теңдеуін алады. V₁p₁/ T₁ = V₂p₂/ T₂ не

V p / T = V₀p₀/ T₀, егер күйлердің бірі қалыпты болса.

Кез келген газ үшін заттың 1 моль мөлшеріне V₀p₀ /T₀ тұрақты және бірдей, оны универсал газ тұрақтысы ® деп атайды, сонда V p = RT, ал n моль газ үшін Vp = nRT Vp = nRT. Сонда Vp = mRT/ M - Менделеев-Клапейрон теңдеуі. R – мәні көлем мен қысым өлшем бірлігіне байланысты болады. Есептерде көбінесе мына мәндер алынады: 22,4 л; 273К, 8,31 Дж×моль^-1×К^-1. Мысал 1. 5 т құрамында 80% кальций карбиді бар ізбесті термиялық айырғанда 27°С температурада 100м³ көміртегі (ІҮ) оксидін жинап алу үшін қажет қысым көлемі қанша? Шешімі: Айрылған карбонат массасы: 5т×0,8 = 4т; М(СаСО₃) = 100г/моль; Мына реакция теңдеуінен: СаСО₃ ® СаО + СО₂ 4000×22,4 / 100 = 896м³ СО₂ бөлінгенін есептейді. V p / T = V₀p₀ / T₀, p = V₀p₀T / T₀V, сонда р (СО₂) = 896×1,013×10⁵×300 / 273×100 = 9,97×10⁵ Па = 1 МПа.

Егер масса арқылы есептесе, 4000×44 / 100 = 1760кг.

р (CO₂) = m RT / MV, p (CO₂) = 1760×8.31×300 / 44×100 = 9.97×10⁵ Па.

Мысал 2. Массасы5,6г газ 17°С температурада, қысым 0,997×10⁵ Па болғанда 4,84 л көлем алады. Осы газдың салыстырмалы молекулалық массасы қанша? Шешімі: Клапейрон-Менделеев теңдеуінен М = mRT/Vp

M(г) = 5.6 × 8.31×290 / 0.997×4,84 = 28 г/моль; М_r = 28. Мысал 3. 3 л газдың белгілі бір температурада қысымы 93,3 кПа (700 мм сынап бағ.). Температураны өзгертпей газдың көлемін 2,8 л – ге дейін төмендетсе, қысым қалай өзгереді? Шешімі: р_х / 93,3 = 3/ 2,8; p_x = 93,3×3/ 2,8 = 100 кПа

Мысал 4. 27°С температурада газ көлемі 600 мл болса, қысым тұрақты қалса, 57°С қандай көлем алады. Шешімі: Есеп шарты бойынша V₁ = 600 мл, Т₁ = 273 + 27 = 300К және Т₂ = 273 + 57 = 330К. Бұл мәндерді Гей-Люссак заңына қойып есептесе, 600/300 = V₂ /330, V₂ = 660 мл болады.

Газ не бу тәріздес заттардың молярлық массаларын олардың молярлық көлемін және тығыздығын пайдаланып та есептеуге болады.

Мысал 5. Көлемі 5,00 л (қ.ж.) газдың массасы 9,80г. Осы газдың салыстырмалы молекулалық массасы қанша? Шешімі: r = m/ V, сол газ үшін r = 9.80/5.00 = 1.96 г/л. М(г) = V_m r = 22.4 л/моль × 1,96 г/л = 44г/моль; М_r = 44.

Мысал 6. Көлемдік үлестері 30, 10, 60% азот, сутегі, аммиактан тұратын газ қоспасының сутегі және ауа бойынша тығыздығы қанша болады?

Шешімі: Молекулаларының орташа мәні 28×0,3 + 2×0,1 + 17×0,6 = 18,8;

D = M₁/ M₂. D_H2 = 18,8 / 2 = 9,4; D_ауа = 18,8 / 29 = 0,65. Газдың парциалды қысымы.

Газдар қоспасының жалпы қысымының сол газға келетін үлесін парциалды қысым деп атайды. Газдар қоспасының жалпы қысымы жеке газдардың парциалды қысымдарының қосындысына тең: р_жалпы = р₁+ р₂ + р₃ +....Газдың парциалды қысымы оның қоспадағы көлемдік не молдік үлесіне тура пропорционал. Егер газ су үстінде жиналатын болса, ол су буымен қанығады, онда жалпы қысым сол газдың парциал қысымы мен су буы қысымы қосындысына тең болады: р_жалпы = р(г) + р (Н₂О), одан р(г) = р_жалпы-р_Н2О . Мысал 1. Егер бөлме температурасында және 1×10⁵ Па қысымда ауа құрамында 14,5-26,8% аммиактың көлемдік үлесі болса, онда мұндай қоспа жарылғыш болады. Осы қоспада аммиактың парциалды қысымы қай шекте (аралықта) өзгереді? Шешуі: Қоспадағы газдардың парциалды қысымы олардың көлемдік үлесіне тура пропорционал болғандықтан, төменгі р(NH₃) =1×10⁵×0.145 = 14500 Па = 14,5 кПа, жоғарғы р(NH₃) = 1×10⁵ ×0.268 = 26800Па = 26,8 кПа.

1.0°С температурада 5 л метан, 10 л сутегі, 25 л оттегі араластырылған. Газ қоспасындағы әр газдың концентрациясын әртүрлі бірлікте көрсету керек. Газдар қоспасының жалпы қысымы 101,3 кПа болса, әр газдың парциалды қысымы қанша болады?

(Жауабы көлем бойынша процент,%: 12,5СН₄, 25Н₂, 62,5О₂; г/л: 0,0895СН₄, 0,0225г/лН₂, 0,893О₂; моль/л: 0,00558СН₄, 0,01116Н₂, 0,0279О₂).

2.Егер ауада 21% оттегі және 78% азот көлем бойынша болса, ауа қысымы 101,3 кПа болса, әр газдың парциалды қысымы қанша болады? (Жауабы 21,2 кПа оттегі, 78,8кПа азот).

Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу керек:

1. Химияның негізгі стехиометриялық заңдарын қолдана білу;

2. сонымен бірге заттың мөлшері «моль» деген ұғымды түсініп,

3. газдардың заңдарын қолданып, олардың молярлық массаларын анықтауды білу қажет.

Өзін- өзі тексеру сұрақтары

1.Заттың эквиваленті дегеніміз не?

2.Эквиваленттің молярлық массасы дегеніміз не?

3.Күрделі заттардың (қышқылдар, негіздер, тұздар) және жай заттардың эквиваленттерінің молярлық массасы қалай анықталады?

4.Эквиваленттер заңы қалай оқылады? Математикалық өрнегі қандай?

5.Неше моль және неше грамм болады:

а) 6,02∙10² ацетилен С₂Н₂ молекулаларын.

6.30, 10, 60% азот, сутегі, аммиактан тұратын газ қоспасының сутегі және ауа бойынша тығыздығы қанша болады?

Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу керек:

1. Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір», 2008. 5-26 беттер.

Поиск по сайту: