3.7 Тотығу-тотықсыздану реакцияларын іске асыру үшін термодинамикалық сипаттамалар қолдаңыныз

Бейорганикалық химиядағы реакциялардың барлығын екіге бөлуге болады: 1)реакцияласушыэлементтердіңваленттігіөзгермейреакцияласу; 2) валенттігіөзгеріпреакцияласу. Біріншісінежататынытүрліиондар арасындағы алмасу реакциялары. Екіншісіне жататындары: қосылу, ығыстыружәнекөбінесекүрделіболыпкелетінхимиялықреакциялар. Реакцияласушыэлементтерініңваленттіліктерініңөзгеруі, реакциякезіндеоныңатомдарының, молекулаларының, иондарыныңэлектрондарыбірінен- бірінеауысыпкетуіненболады, олкездеолардыңтотығукүйіөзгереді. Осындайреакциялардытотығу-тотықсыздануреакцияларыдепатайды.Мысалы: Ca+Cl2=CaCl2 Тотығудәрежесініңмәндеріоң, терісжәненөлдікболуымүмкін. Әдеттеоныарабсандарыменкөрсетіпжандарына “+”, “-” таңбаларынжазып, элементсимволыныңүстінежазады. 18 ғасырдыңаяғында А.Лавуазье жанудыңоттектітеориясынұсынғанкезденбастаптотығузаттардыңоттекпенқосылуы, алтотықсыздануоттектібөліпалупроцестерідепқаралған.1920 1930 ж. химияда электрондық түсініктің қалыптасуына байланысты оттек қатыспайтын реакциялардыңда тотығу-тотықсыздану реакциялар болатындығы анықталды. Тотығу-тотықсыздану реакциялар процестері көбінесе электрондық теңдеулерме нөрнектеледі. Зарядтардыңсақталузаңына қайшы келмес үшінТ отығу-тотықсыздану реакциялар кезінде тотықтырғыштың қосып алған электрондар саны тотықсыздандырғыштың берген электрондар санына тең болуы керек деген жалпы ереже сақталады.Тотығу-тотықсыздану процесінің осы күнгі теориясын жасаған Ресей ғалымдары – Л.В.Писаржевский,Я.И.Михайленко, А.М.БеркенгеймжәнеС.В.Даин. Ол теорияның нег қағид- ы: Тотығу дегеніміз атомның, молекуланың,ионның электрон беру процесі. Na0-ē=Na+ I—ē=I0 N-3-5 ē=N+2 Тотықсыздану дегеніміз атомның, молекуланың, ионның электрон қосып алу процесі. Cr+6+3ē=r+3, S0+2ē=S-2, Mn+7+5 ē=Mn+2, Тотықтырғыш-электронқосыпалушыбөлшекТотықсыздандырғыш- электронберушібөлшек. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестірудің екі тәсілі бар, электронды баланс және ионды-электронды тәсілдер. Электронды баланс тәсілі бойынша мынадай реакцияны мысалға алуға болады: Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O 5Na2SO3+KMnO4+3H2SO4→5Na2SO4+2MnSO4+K2SO4+3H2O Барлық мүмкін болатын тотығу-тотықсыздану реакцияларын үш типке бөліп қарауға болады. 1.Атомаралық және молекулааралық тотығу-тотықсыздану реакциялары – әртүрліатомдардың, иондардың, молекулалардың арасында электрон ауысуының нәтижесінде жүреді.Бұл ең жиі кездесетін реакциялар. MnO2+ HCl→MnCl2 + Cl2↑ + H2O Коэффициенттерді табу үшін екі әдісті де пайдаланамыз:

Mn+4 +2e= Mn+22 1 MnO2 + 4H+ +2e= Mn2+ +2H2O 2 1 2C-l -2e= Cl2 2 1 2Cl- -2e = Cl2 2 1

Берілген Mn иондарын байланыстыру үшін тағы да 2HCl қажет екенін ескеріп, реакцияның толық теңдеуі жаз-з: MnO2+ 4HCl= MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O 2. Өзіндік тотығу-тотықсыздану н/е диспропорциялану р/яры – бір ғана атомның түрінің тотығып, әрі тотықсыздануынан шығады.Мұндай реакция жүру үшін, диспропорцияланатын атомның тотығу дәрежесі аралық күйде болуы шарт, сонда ғана ол өзі тотығып әрі тотықсыздана алады. Мысалы: KMnO4+H2O→KMnO4+KOH Тотығу дәрежесін көбіне рим цифрларымен көрсетеді. Бірақ, онымен қоса араб сандары да кеңінен қолданылады.

Әрбір тотығу-тотықсыздану реакциясында екі бірдей үдеріс қатар жүреді: бірі-тотығу, екіншісі-тотықсыздану. Тотығу-электрон беру үдерісі, яғни реакция нәтижесінде атом не ионның электрон бұлтының тығыздығы кеміп, тотығу дәрежесі жоғарылайды. Жоғарыдағы мысалда магний атомы тотығып тұр, өйткені Mg – 2e=Mg²⁺

Тотықсыздану-электрон қосып алу үдерісі, яғни химиялық әрекеттесу кезінде атом не ионның электрон бұлтының тығыздығы артып, оң тотығу дәрежесінің төмендеуі. Магний атомынан бөлінген қос электронды хлордың екі атомы қосып алуы-оның тотықсыздануы:2Cl+2e=2Cl^-

Тотығу үдерісін жүргізіп, одан бөлінген электронды қабылдаушы хлор атомы Cl тотықтырғыш деп аталады,

Өйткені ол магний атомын тотықтырады. Керісінше, тотықсыздану үдерін жүргізіп, өзінен электрон беріп тұрған магний Mgтотықсыздандырғыш, өйткені ол Cl атомын тотықсыздандырып тұр.

Көп жағдайда тотығу-тотықсыздану реакцияларын қарапайым электрон ауысу үдерісі ретінде қарау шындыққа сай келмейді, ол тек реакция теңдеуін жазуды жеңілдетеді. Айталық, оттектің мырыштың тотықтыруы: Zn⁰ +1/2O₂=Zn^II+O^II- . Реакция теңдеуіне қарап мырыш атомы оттекке 2е берді деп ойлауға болмайды, өйткені олардың эксперимент жүзінде анықталған эффективті зарядтарының шамасы Zn^{+1, 16}, O^-1,16 тотығу дәрежелерінің екі еседей төмен екендігін көрсетеді.

Тотығу-тотықсыздану теориясының осы күнгі ұстанымын орыс ғалымдары Л.О. Писаржевский, Я.И.Михайленко т.б. қалыптастырды. Тотығу мен тотықсыздану – бір үдерістің екі жағы, бірінсіз-бірі жүре алмайды. Бір атомның электрон бұлтының тығыздығы кеміп оң тотығу дәріжесі жоғарыласа, екіншісінің электрон бұлтының тығыздығы соншама артып оң тотығу дәрежесінің төмендеуі.

3* 8. Ерітінділердің концентрацияларының сандық құрамын өрнектеңдер

Бір затта екініш зат ерігенде еріткіштің де, еріген заттың да қасиеті өзгереді. Еріткіштің қасиеті өзгеруден туатын жаңа қасиеттер барлық ерітінділерге ортақ қасиетке айналады. Мұндай қасиеттерге: осмос, ерітінділер буының қысымы, ерітінділердің қату жәнеқайнау тепературалары жатады. Осмос. Ерітінділердің, оның ішінде сұйық ерітінділердің қасиеттерін зерттегенде, ол ерітіндідегі заттың күйі газ күйіне өте ұқсас екендігі анықталды. Газдардың негізгі қасиеті-диффузия арқылы мейлінше кең көлем алуға тырысуы. Осындай қасиет еріген затта да облады: 1 ыдысқа қанттың конц.ерітіндісі құйылады және оның үстіне араласып кетпейтіндей етіп, ептеп сол қанттың сұйық ерітіндісін құяды. Бұл жағдайда екі жақты диффузия жүреді,яғни қанттың молекулалары конц.ерітіндіден сұйық ерітіндіге, ал сұйық ерітіндіден конц.ерітіндіге диффузияланады. Біраз уақыттан кейін судың да, қанттың да молекулалары араласып ерітіндіге айналады. Енді судың молекулаларын өткізетін, одан ірірек қант мол-н өткізбейтін түбі жартылай өткізгіштен жасалған ыдысқа қант ерітіндісімен таза су құйылған екінші кеңірек ыдыстың ішіне қойса, 1 жақты диффузия байқалады. Мұнда су мол-ы диффузияланады, әрі олар қанттың ерітіндісі құйылған кіші ыдысқа тез көшеді, кері өтуі баяуырақ болады. осының нәтижесінде қант ерітіндісінің концентрациясы кемиді. Осындай шала өткізгіш арқылы болатын, бір жақты диффузияны осмос деп атайды(грек.итеру, басу). Осмос қысымы ерітіндінің концентрациясына, температурасына тәуелді. 1886 жылы Вант-Гофф бұл тәуелділік, бұрын газдарға қолданылып жүрген Бойль-Мариот пен Гей-Люссак заңдарына өте ұқсас екендігін тапты. Р= cRT. Ерітіндінің осмос қысымы, сол еріген зат газ күйінде болып, осы температурада, ерітіндінің көлеміндегі көлем алып тұрғандағы туғызатын қысымына тең. Буының қысымы.Ерітінділердің бетіндегі буының қысымы сумен салыстырғанда едәуір төмен болуы- ерітінділердің негізгі қасиеттерінің бірі. әрбір сұйық белгілі темпе-да бетіндегі бумен тепе-теңдікте болады, яғни оның бетінен үзіліп шығып буға айналатын молекулалар саны будан қайтып сұйыққа қонатын молекулалар санына тең. Еріген зат еріткіштің бу қысымын төмендетеді. 1887 жылы француз физигі Рауль ерітінділермен жұмыс істей келе мынадай заң ашты: Электролит емес заттардың сұйық ерітінділерінің буының қысымының кемуі, еріткіштің кесімді мөлшерінде еріген заттың мөлшеріне пропорционал. ∆P= (P*n)/N; (Рауль заңы) ∆P-бу қысымының кемуін көрсетеді; n-еріген заттың моль саны; N-еріткіштің моль саны;Рауль заңына бейэлектролит ерітінділері ғана бағынады.Қышқыл,гидроксид,тұздардың ерітінділері Рауль заңына бағынбайды

Ерітінділердің қатуы және қайнауы. Әрбір таза заттың өзіне тән қату және қайнау температуралары болады. сұйықтың қату темп.дегеніміз-оның сұйық және қатты күйлерінде бетіндегі буының қысымдары біріне- бірі тең болатын темп. Айталық 0º-та мұз бен сұйық судың бетіндегі буының қысымы тең болады. Сондықтан 0° С таза судың қату темп. Сұйықтың қайнау темп.дегеніміз- сұйық бетіндегі буының қысымы сыртқы атмосфералық қысымға теңесетін темп.;суды алсақ 100ºС-та оның буының қысымы 101,3 кПа, сондықтан 1атм қысымда, су 100°С-та қайнайды. Суда бір затты еріткенде бу қысымы кемиді. Ерітінділердің қатуу мен қайнау темп. өлшеп осы мәселенің сан жағын есептеген Рауль болатын. Оның эксперименттік қорытындылары Рауль (1887ж) заңы деп аталады.1. Қату темп-ң төмендеуі, еріткіштің сол салмақ мөлшеріндегі еріген заттың мөлшеріне пропорционал.2. Түрлі заттардың эквимолекулалық мөлшерлері бір еріткіштің бірдей етіп алынған мөлшерінде ерітілген болса, ол ерітінділердің қату темп-сы бірдей градус санына төмендейді.

8.Ертінділердің концентрациясының сандық құрамын өрнектеңіздер.Ертіндінің концентрациясы дегеніміз ертіндінің белгілі бір массалық мөлшерінде не белгілі бір көлемінде еріген заттың массасы не заттың мөлшер.1).Массалық үлеспен өлшенетін ертінділер,яғни ертіндінің 100 масса бөлігінде еріген заттың массасы.Еріген зат массасының қатынасы еріген заттың массалық үлесі деп аталады.Массалық үлесті пайыздық мөлшермен белгілейді.w=….2)Мольмен өлшенетін ертінділер жүйедегі зат мөлшерінің х осы жүйенің көлеміне қатынасы мольдік концентрация деп аталады.C=…Мольдік концентрациясы бірдей ертінділер эквимольді деп аталады.3)Моляяльдықпен өлшенетін ертінділер деп еріген зат мөлшерінің еріткіш массасына қатынасын айтамыз.4)Жүйедегі зат эквиваленті мөлшерінің осы жүйе көлеміне қатынасын ертіндінің эквивалетті мольдік концентрациясы деп аталады

3* 9. Осмос кұбылысы, Вант-Гофф заңын бейорганикалық химия курсында қолданыңыз

Ерітінділердің, оның ішінде сұйық ерітінділердің қасиеттерін зерттегенде, ол ерітіндідегі заттың куйі газ күйіне өте ұқсас екені анық. Газдардың негізгі қасиеті – диффузия арқылы мейлінше кең колем алуға тырысуы. Міне, осы қасиет еріген заттта да болады, оны былайша дәлелдеуге болады: бір ыдысқа қаныттың концентрленген ерітіндісін құйып және оның үстіне араласып кетпейтіндей етіп, еппен сол қаныттың сұйық ерітіндісін құямыз. Бұл жағдайда екі жақты диффузия басталады, яғни қаныттың молекулалары концентірленген ерітіндіден сұйық ерітіндіге , ал судың молекулалары, керісінше, сұйық ерітіндіден концентрленген ерітіндіге диффузияланады. Быраз уақыт откен соң, қаныттың да, судың да молекулалары абден араласыып біркелкі орналасып, ерітіндіміз біртектіге айналады.

Енді судың молекулалары өткізетін, одан ірірек қаныт молекулаларын өткізбейтін түбі жартылай өткізгіштен жасалган ерітіндісін құяды. Осы ыдысты ішіндегі ерітіндісімен таза су құйылған екінші кеңірек ыдыстың ішіне құйса, бір жақты диффузия байқалады. Мұнда молекулалары ғана диффузияланады, әрі олар қаныттың ерітіндісі құйылған кіші ыдысқа тез көшеді, кері өтуі баяуырық болады. Осының натижесінде қаныт ерітіндісінің коцентрациясы кемиді. Осындай шала өткізгіш арқылы болатын, бір жақты диффузияны ОСМОС деп атайды. (грек тілінде osmos – итеру, басу деген мағынада ). Жануарлар, асіресе, өсімдік организмдерінің тіршілік әрекетінде осмос құбылысы маңызды орын алады.

Осмос салдарынын сыртқы ыдыстан ішкі ыдысқа көшкен су ондағы сұйықты түтіктің бойымен жоғары көтеріледі. Ішкі түтікте туған гидростикалық қысым белгілі шамаға жеткен кезде осмос тоқтайды. Осмос туғызытын күшті ерітіндіні ОСМОС ҚЫСЫМЫ дейді. Осмос қысымын өлшеу үшін, осмос тоқтаған кездегі ерітіндіні сырттан басып тұрған қысым күшін анықтайды.

Осмос қысымы ерітіндінің концентациясына, температурасына тәуелді. 1886 жылы ВАНТ - ГОФФ, бүл тәуелділік, бұрын газдарга қолданып жүрген Бойль Мариот мен Гей Люссак заңына өте ұқсас екенін тапты. (1)

Мұнда P – ерітіндінің осмос қысымы, C – ерітіндінің мольдік концентрациясы, R – константа, сандық мәні газдар тұрақтысына тең. (8.314 Дж/моль град) , T – абсолют температура

Ерітіндінің ОСМОС ҚЫСЫМЫ, сол еріген зат күйінде болып, осы температурада, осы ерітіндінің көлеміндей көлем алып тұрғандагы туғызатын қысымына тең (ВАНТ- ГОФФ ЕРЕЖЕСІ).

Бұл заңнан және оның математикалық теңдігінен осмос қысымы, берілген температурада, тек кана мольдік концентрацияға, яғни ерітіндінің көлем бірлігіндегі еріген молекулалар санына тәуелді. Айтып откен осмос заңы тек сұйық ерітінділерге сәйкес келеді. Қышқыл, гидрокисд, тұздар бұл заңға бағынбайды.