Дәріс 1. Химиялық негізгі түсініктері және заңдары.

       Мазмұны:

1. Химиялық негізгі түсініктері және заңдары.

2. Заттардың эквивалент.

 

1.Қазіргі кезде химияда зат массасы және зат мөлшері деген ұғымдар пайдаланылады. Зат массасының өлшем бірліктері:грамм,килограмм,тонна.

Бұлардың ішінде халықаралық өлшемдер жүйесінде (СИ) масса бірлігі ретінде килограмм қолданылады.Зат мөлшерін бөлшектер:молекула,атом,

ион,электрон санымен көрсетеді.СИ жүйесінде зат мөлшерінің өлшем бірлігі

моль.

    Мольдегеніміз массасы 0,012 кг-ға тең көміртегінде (¹²С) қанша атом

болса,сонша құрылымдық бөлшектері (молекула,атом,ион,электрон т.б.)

бар жүйедегі зат мөлшері.

Көміртегінің келтірілген масассасындағы атомдардың саны 6,02∙10²³-ке

тең. Демек,1 моль затта - 6,02∙10²³ бөлшектер саны бар. Бұл сан Авогадро

саны деп аталады.Немесе Авогадро тұрақтысы,N_A=6,02∙10²³ моль^-1.

   «Моль» ұғымы анықтамасынан кезкеген құрылымдық бөлшектің саны

Туралы айтуға болады.Мысалы,атом күйіндегі сутегінің 1 молінде 6,02∙10²³

сутегі атомдары, 1 моль молекулалық сутегінде 6,02∙10²³ сутегі молекула-

лары,сутегі иондарының 1 молінде 6,02∙10²³ сутегі иондары бар.

    Салыстырмалы атомдық масса (A_r) - көміртектік бірлікпен өлшенеді.

Ол элемент атомының массасы көміртегі атомының массасының 1/12-нен

неше есе артық екенін көрсетеді.

     Заттың салыстырмалы молекулалық массасы (М_r)дегеніміз зат моле-

кула массасының көміртегі атомының массасының 1/12 бөлігіне қатынасы.

      Мольдік масса дегеніміз зат массасының зат мөлшеріне қатынасы М=m/n, оның өлшемі г/моль немесе кг/моль, мольдік масса сан жағынан са-

лыстырмалы молекулалық массаға тең. Мольдік массаны мына формуламен есептеуге болады: М=m_а ∙ N_A.

     Мольдік көлем дегеніміз газ көлемінің зат мөлшеріне қатынасы М=V_m/n, оның өлшем бірлігі л/моль немесе м³/моль. Массасы берілген газдың күйі температурамен,көлеммен және қысыммен анықталады. Егер P=1,01325∙10⁵ Па=101,325 кПа және t⁰ С=0⁰ С болса,бқһұл жағдайды қалыпты жағдай деп атайды. Бұл жағдайдағы (қ.ж.) көлемді (V₀), ал қысымды (Р₀) деп белгілейді. Қалыпты жағдайдағы газдар күйін идеал газдар заңы анықтайды.

  а/ Бойль-Мариотт заңы: тұрақты температурада газдың берілген массасының көлемі қысымға кері пропорционал:

         V₁ /V₂ = Р₂/Р₁ немесе V₁ Р₁= V₂ Р₂          (1 теңдеу)

   

  б/ Гей-Люссак және Шарль заңы: тұрақты қысымда газдың берілген массасы температура t⁰ С өзгергенде алғашқы 0⁰ С-дағы көлемінің 1/273 бөлігіне өседі.

V= V₀(1+1/273∙ t⁰) немесе V= V₀ +(273+ t⁰) /273 (2 теңдеу)

 

ескере отырып, бұл заңды басқаша өректеуге болады:

         Т= t+273;        V/Т = V₀/273               (3 теңдеу)

 

Егер V₀/273 тұрақты шама екенін ескерсек, V/Т=const. Демек ,тұрақты қысымда массасы берілген газдың көлемі абсолютті температураға тура пропорционал. Егер көлем тұрақты болса,қысымның температураға тәуелділігі (2) және (3) теңдеулерге ұқсас теңдеулермен өрнектеледі :

  Р=Р₀  (1+ t /273)                                                        (4 теңдеу)

 

Р₀/273= const; Р/Т = Р₀/273 немесе Р= const.               (5 теңдеу)

        

     в/ Авогадро заңы: Әртүрлі газдың бірдей көлемдерінде,бірдей темпера-тура мен бірдей қысымда молекула саны да бірдей, сондықтан газ тәріздес заттардың молі бірдей жағдайда бірдей көлем алады. Идеал газдардың (қ.ж.) 

мольдік көлемі: V_m=22,414∙10³ м³/моль=22,414 л/моль

Егер газдың мольдік массасы белгілі болса тығыздығын есептеуге болады.Газдың (қ.ж.) 1 литрінің массасы: r = М/22,4 г/л           (6 теңдеу)

 

Бойль-Мариотт және Гей-Люссак,Шарль заңдарын біріктіре отырып идеал газдың күйін сипаттайтын теңдеуді табуға болады.Ол үш шама –қысым(Р),көлем(V),температура(Т) кіреді:

V₀∙Р₀/273= Р₁V₁ = const.    (7 теңдеу)

 

Егер V₀∙Р₀/273 шамасы 1 кг газ үшін алынса, ол әртүрлі болады, ал егер 1 моль етіп алынса,ол барлық газдар үшін тұрақты. Бұл шама универсал газ тұрақтысы деп аталады да Rдеп белгіленеді.Демек газ мөлшері 1 моль болса,енді оны (7) теңдеуге енгізсек:

РV/Т=R немесе     РV= RТ  (8 теңдеу)

 

Бұл теңдеу Менделеев-Клапйрон теңдеуідеп аталады. Егер 1 моль газ алынса (8) теңдеудің түрі :

     РV= пRТ  (9 теңдеу)

 

n=m/М онда РV=m/М ∙RТ        (10 теңдеу)

 

Бұл (10) теңдеуден кез келген шаманы,мысалы,мольдік массаны (М) есептеуге болады. R-сандық мәні және өлшемі көлем мен қысымның өлшем бірлігіне тәуелді.

   Халықаралық СИ жүйесінде қысым (Па),масса(кг),зат мөлшері(Моль),ал көлем(м³) алынса,онда 1 моль газ үшін R-ді есептеуге болады:

     R= V₀∙Р₀/273=(1,01325∙10⁵∙22,414∙10³)/273=8,314 Дж/моль ∙К

                                                         

2.Заттардың эквивалентін анықтау.

Заттардың эквиваленті деп, олардың сутек атомы не ионының 1 моль мөлшерімен әрекеттесетін, не орнын басатын мөлшерін атайды. Мысалы, 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. ½ 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-негіздегі 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 молрлық 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:

  m(A)   ‗     m(B)            немесе m(A) ‗ M (f_экв А)          

M (f_экв А) M (f_экв B)                      m(B)   M (f_экв B)

                

(3) теңдеу эквиваленттер заңының салдары.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

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.

б) 2,00∙10²³ азот молекулаларын.

Ұсынылған әдебиеттер:

1.Омаров Т.Т.,Танашева М.Р. Бейорганикалық химия (таңдамалы тараулар) Алматы,2008ж,-543 б                                                                                 2.Шоқыбаев Ж.Ә. Бейорганикалық және аналитикалық химия. Алматы, «Білім» 2004 ж,-316 б.                                                                                        3. Ділманов Б.М.,Ділманова З.Б. Жалпы химияның теориялық негіздері.                                Аматы,2009ж, -194 б.                                                                                         4. Яшкарова М.Г.,Омарова Н.М., Кабдулкаримова К.К., Мусабаева Б.Х. Бейорганикалық хмиядан зертханалық жұмыстар.Семей,2007,-79б.            5. Шоқыбаев Ж.Ә.,Өнербаева З.О. т.б. Бейорганикалық химия практикумы. Алматы,2004 ж,-164 б.

6. Бишімбаева Г.Қ. Жалпы химия.Студенттердің өздік жұмыстарына арналған оқу-әдістемелік құрал.Алматы,2007 ж, -39 б.                                           7. Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М. Студенттің өздігінен орындауына арналған әдістемелік құрал.Семей, 2007, -39 б.                          8.Д.Шрайвер.,П.Эткинс. Неорганическая химия.1,2 том.Москва«Мир»                                                                                           2009г