Қазақстан Республикасының іім министрлігі Төтенше жағдайлар комитеті Көкшетау техникалық институты
жүктеу/скачать 3,29 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құру.
- Ионды-электронды әдіс Мысалы
- Тотығу дәрежені анықтау және қосылыстардағы элементтердің тотығу дәрежелері.
- Тотығу дәрежені анықтау.
- Тотығу - тотықсыздану реакцияларының жіктелуі
- деп аталады. Мысалы: 2
- Электродтық потенциалды есептеу.
- 9.3 Электролиз.
- 2 заңы
- 10.2 Қаныққан көмірсутектер (Алкандар).
2-
2Н 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O 54
Егер элемент электрон беретін (тотықсыздандырғыш) болса, онда ол элементтің оң тотығу дәрежесі артады. -3,-2,-1, 0, +1, +2, +3 процесс тотығу болады және элементтің тотығу дәрежесі “-” тен “+” ке қарай жылжиды.
Егер элемент электрон қосып алатын (тотықтырғыш) болса, онда ол элементтің теріс тотығу дәрежесі артады. •
-3,-2,-1, 0, +1, +2, +3
Бұл тотықсыздану процесі, нәтижесінде элементтің тотығу дәрежесі “+” тен “-” ке қарай жылжиды. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құру. Екі әдісі бар: 1.
2.
Ионды-электронды баланс әдісі. Электрондыбаланс әдісі Мысалы:
???????????? 2 ???????????? 3 + ???????????????????????? 4 +
?????? 2 ???????????? 4 → ???????????? 2 ???????????? 4 +
???????????????????????? 4 + ?????? 2 ???????????? 4 + ?????? 2 ??????
?????? 4+ − 2 ?????? − → ?????? 6+ 5 (тзд-ш) тт-у ???????????? 7+ + 5?????? − → ???????????? 2+ 2 (тт-ш) тзд-у 5?????? 4+
5?????? 6+ → 2???????????? 7+ +
2???????????? 2+
5???????????? 2 ???????????? 3 + 2???????????????????????? 4 + 3
?????? 2 ???????????? 4 → 5???????????? 2 ???????????? 4 +
2???????????????????????? 4 + ?????? 2 ???????????? 4 + 3?????? 2 ??????
Ионды-электронды әдіс Мысалы: ??????
2 ???????????? 3 + ???????????????????????? 4 + ?????????????????? → ?????? 2 ???????????? 4 + ?????? 2 ?????????????????? 4 + ?????? 2 O
3 + ?????? 2 ?????? − 2?????? − → ???????????? 4 + 2?????? 1 ?????????????????? 4 + ?????? − → ?????????????????? 4 2 ???????????? 3 + 2???????????? + 2?????????????????? 4 → ???????????? 4 + ?????? 2 ?????? + 2?????????????????? 4
2 ???????????? 3 + 2???????????????????????? 4 + 2?????????????????? → ?????? 2 ???????????? 4 + 2?????? 2 ?????????????????? 4 + ?????? 2 O
Тотығу дәрежені анықтау және қосылыстардағы элементтердің тотығу дәрежелері.
Сутегінің бейметалдармен қосылытарында тотығу дәрежесі +1: ?????? 2 S HCl, ???????????? 3, HF, ?????? 2 ???????????? 4 , ?????? 2 O, H
2 O 2 .
Металдармен: ?????????????????? 2 , NaH. Молекула түріндегі және жай заттардың тотығу дәрежелері нөлге тең, мысалы, N 2 , H 2 , Ca, Zn.
Сілтілік металдардың қосылыстарда тотығу дәрежесі +1, оттегінің қосылыстарда тотығу дәрежесі -2.
Сілтілік жер металдар +2 тотығу дәрежесін көрсетеді, мысалы, мырыш, кальций, магний мыс.
Қосылыстарды құрайтын элементтердің тотығу дәрежелерінің қосындысы нөлге тең, Мысалы: Ca 3
4 ) 2 55
Кальцидің тотығу дәрежесі +2, оттегінің тотығу дәрежесі -2, осы мәліметтерді пайдалана отырып теңдеу құрамыз: +2 ∙ 3 + 2х + (-2) ∙ 8 = 0 2x = +10 X=+5
Маңызды тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштар.
– электрондарын біршама оңай беретін бөлшектер. Мысалы, металдар (натрий, кальций, алюминий бос күйінде), бейметалдар (көміртегі, кремний, сутегі бос күйінде). Металдардың төмен зарядты иондары: Ca 2+ , Sn
2+ , Cr
3+ .
Теріс зарядты аниондар: Cl - , Br - , I
- , S
2- .
Молекулалар: NH 3 , CO, PH 3 .
Тотықтырғыштар. Күшті бейметалдар: F 2 , Cl
2 , Br
2 , I
2 , O
2 , жоғары тотығу дәрежесін көрсететін күрделі аниондар: NO 3 - , SO 4 2- , MnO 4 2- . Жоғары оксидтер: PbO 2 , SO
3 , CrO
3, Mn 2 O 7 . Пассивті металдар иондары: Ag + , Au
+ , Cu
2+ .
Тотықтырғыш және
тотықсыздандырғыштық қасиет
көрсететін қосылыстар: H 2 O
, SO 2 , HNO 2 .
Тотығу - тотықсыздану реакцияларының жіктелуі 1)
Молекулааралық; 2)
Молекулаішілік; 3) Диспропорционалдану. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш әртүрлі екі молекула құрамында болған болса, бұл реакция молекулааралық тотығу-тотықсыздану
2Н 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O •
Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш бір молекула құрамында болатын болса, бұндай реакция молекулаішілік тотығу-тотықсыздану реакциясы деп аталады. •
Мысалы:
Диспропорциалдану реакциясы қосылыстағы бір элемент
тотықтырғыштық та тотықсыздандырғыштық қасиет көрсеткен кезде жүреді. Мысалы:
Егер тотығу-тотықсыздану реакциясын, тотығу және тотықсыздану процестерін кеңістікте бөліп екі
бөлек жүргізіп электрондардың тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа өткізгіш арқылы өтуіне мүмкіндік тудыратын болсақ, онда ішкі тізбекте бағытталған электрондардың қозғаласы,
1-
0 KClO 3 = KCl + O 2 56
яғни электр тогы пайда болады. Тотығу-тотықсыздану реакциясының энергиясы электр энергиясына айналады. Нәтижесінде электр тогы пайда болатын химиялық реакция жүреді, осындай химиялық реакциялар жүретін құрылғы галваникалық элемент деп аталады.
Кез-келген гальваникалық элемент электролит ерітіндісіне батырылған екі металл электродтарынан тұрады.Екі электрод бір-бірімен өте ұсақ саңылаулары бар бөлгіш арқылы бөлінген. Осы екі электродта тотығу тотықсыздану реакциясы жүреді.
Тотықсыздану процесі жүретін электрод – анод деп аталады. Тотығу процесі жүретін электрод – катод деп аталады.
ерітінділеріне батыратын болсақ, мырыш, мырыш сульфаты ерітіндісінде ериді, ал мыс сульфатындағы мыс, мыс электродында бос күйінде бөлінеді яғни төмендегідей тотығу тотықсыздану процесі жүреді.
????????????(қ) − ???????????? − → ???????????? ??????+
???????????? ??????+ (??????улы) + ???????????? − → ???????????? (қ) тотықсыздану, тт-у. Електрондар мырыштан мысқа қарай жылжиды. Схема түрінде бұл гальваникалық элемент төмендегідей түрде жазылады: ????????????Ι???????????????????????? 4 || ???????????????????????? 4 |???????????? 2 мысал: Мырыш және күміс электродтарынан тұратын гальваникалық элементтің жұмыс істеу принципі.
Схема түрінде жазылуы: ????????????|????????????(???????????? 3 ) 2 ||???????????????????????? 3 |???????????? Анодта мырыш тотығады және ион түрінде ерітіндіге өтеді: 57
???????????? − 2?????? − → ???????????? 2+ тотығу, тотықсыздандырғыш Ал, катодта күміс тотықсызданады және металл түрінде электрод бойына жиналады: Ag + + ??????
− → Ag º Қорыта айтқанда, гальваникалық элемент дегеніміз, энергиясы электр тогына айналатын, өздігінен тотғу-тотықсыздану реакциялары жүретін жүйе. Стандартты электродтық потенциал. Нернст теңдеуі. Егер металды концентрациясы 1 моль дм -3 , температурасы 25 С, сол металдың тұз ерітіндісіне салатын болсақ, стандартты жағдайдағы электродтық потенциал түзіледі, бұндай потенциалды стандартты электроттық потенциалдеп атайды. Е º әрпімен белгіленеді. Мысалы мыстың стандартты потенциалы: Е º Cu = +0,34 B E º Zn = - 0,76 B. Вольтметр осы екі потенциалдың айырымын көрсетеді: Е= +1,1 B, E Cu – E
Zn .
Нернст теңдеуімен есептеледі:
?????? = ?????? 0 + ???????????? ???????????? ????????????
Мұндағы, R – газ тұрақтысы; T – температура К; n – тотыққан элементтен тотықсызданған элементке өткен электрондар саны; Ғ – Фарадей саны (96500 Кл). Практикада қолданылуы.
???????????? 4 (??????улы) 2− − 2?????? − → ???????????????????????? 4(қ)
??????
(сулы) + + ???????????? 4 2− + 2?????? − → ???????????????????????? 4 (қ) + 2 ?????? 2 ??????
(с) 9.3 Электролиз. Мысал ретінде мыс хлориді ерітіндісінің электролиз процесін қарастырайық. Электролиз процесі жүретін құрылғы электролизер деп аталады. Мыс хлориді суда еріген кезде ол толық диссоциацияланады, нәтижесінде ????????????
+ және ???????????? − иондары түзіліп ерітіндіде бейберекет қозғалысқа ие болады. Тұрақты ток көзін алып жоғарыдағы суретте келтірілген сызбадағы электролизердың графитті электродтарын тұрақты ток көзіне жалғайтын болсақ, яғни ток көзі ретінде аккумуляторды алып оның клеммаларына графит электродтарын қосқан кезде, ерітіндідегі мыс және хлор иондарының бейберекет қозғалысы реттелген қозғалысқа ие болады.
58
Мыстың оң зарядты иондары теріс зарядты катодқа, ал хлордың теріс зарядты иондары оң зарядталған анодқа қарай тартылады. Сол себепті де оң зарядты иондар катиондар, ал теріс зарядты иондар аниондар деп аталады.
Мыс С?????? 2 + иондары артық электрондары бар катодқа келіп өзіне екі электрон қосып алып нейтрал атомға айналады да катодта жиналады, яғни электрод бойында металдық мыс қабықшасы пайда болады. (-) катод: ???????????? 2+
+ 2 е − → ???????????? 0
Хлор иондары ???????????? − анодқа өзінің электрондарын беріп хлор молекулаларына айналады: (+) анод: 2 ???????????? − −2?????? − → ???????????? 2
Осылайша ерітінді арқылы электр тогын өткізу нәтижесінде, біз екі зат алдық:
- металдық мыс;
- Газ тәрізді хлор. Қорыта айтқанда, электролиз дегеніміз электролит ерітіндісі немесе балқымасы арқылы электр тогы өткен кезде электродтарда жүретін тотығу- тотықсыздану реакциясы.
катодта – тотықсыздану процесі жүреді анодта – тотығу процесі жүреді.
гальваникалық элементпен салыстыратын болсақ, гальваникалық элементте оң зарядталған электрод анол, ал теріс зарядталған электрод катод деп аталады, Электролиз процесінде керісінше аталады, яғни катод теріс зарядталған, ал анод оң зарядталған. Бірақ гальваникалық элементте де гидролизде де катодта тотықсыздану процесі, ал анодта тотығу процестері жүреді.
Гальваникалық элементте тотығу-тотықсыздану процесі өздігінен жүреді, ал электролиздегі тотығу-тотықсыздану процесі өздігінен жүрмейді, оған әрдайым электр тогын жұмсау қажет. Электролиз заңдары Фарадаей заңдарымен анықталады: 1 заңы: «Электродта түзілген зат массасы ерітінді арқылы өткен электр тогының мөлшеріне пропорционал». Фарадей заңы төмендегі теңдеу бойынша есептеледі: 59
m = ЭIt/F Мұндағы m – түзілген заттың массасы; Э –оның эквиваленттік массасы; I – ток күші; t – уақыт, электр тогының мөлшері төмендегі формула арқылы есептеледі: q = I ∙ t Мұндағы, I – ток күші, өлшем бірлігі ампер; t – токты өткізу уақыты; Егер, уақыт секундпен есептелетін болса, онда электр тгының мөлшері кулонмен есептеледі (1 Кл = 1 A ∙ c). 1 А ∙ сағ. = 3600 Кл. Электролиз процесін есептеген кезде көбіне зарядтың өлшем бірлігін – фарадейді Ғ қолданады. «Фарадей – бұл, 1 моль элктрон немесе бір текті зарядталған бір моль иондар (6,02 ∙ 10 23 электрон немесе ион) тасымалдайтын заряд. 1 Ғ = 96500 Кл = 26,8 А ∙ сағ.
мөлшерінде қанша заряд болған болса сонша фарадей электр тогын ерітінді арқыл өткізу керек». Сондықтан, күміс нитраты ерітіндісі арқылы 96500 Кл өткізген кезде катодта 1 моль күміс иондары түзіледі. Мыс хлориді ерітіндісінің электролизі кезінде 1 моль ???????????? 2 + иондары тотықсыздану үшін ерітінді арқылы 2 ∙ 96500 Кл электр тогы өтуі керек. Дәл осылайша, 1 Ғ электр тогы калий бромиді ерітіндісі арқылы өткен кезде 1 моль бромид-иондары анодта тотықсызданады және 0,5 моль бром молекуласы түзіледі Мысалы. Мыс хлориді ерітіндісі арқылы 5 А токты 2 сағат бойы өткізген кезде катодта түзілген мыстың массасын есепте.
Мыстың молярлық массасы 63,54 г/моль, осыған сәйкес 63,54 г мыс катодта бөліну үшін 2 ∙ 96500 Кл немесе 2 ∙ 26,8 А ∙ сағ. электр тогын өткізу керек. Себебі 1 Ғ = 96500 Кл = 26,8 А ∙ сағ. m = ЭIt/F формуласына қоямыз: m = (63,54 ∙ 5 ∙ 2)/(2∙26,8) = 11,85 г Практикада элетролиз процесін жүргізген кезде әдетте екі паралель процес жүреді, сондықтан керекті заттың түзілуіне электр тогының белгілі бір бөлігі жұмсалады. Токты толық пайдаланудың сандық сипаттмасы ток бойынша шығымы η болып табылады. Бұл бөлінген затт мөлшерінің практикалық шығымын көрсетеді:
η = ?????? прак
/ ??????
теор ∙ 100
Электролиздің практикада қолданылуы: *
Металлдарды алу; *
Металлдарды тазалау; *
Металлмен қаптау; *
Аккумуляторды зарядтау. 60
1.
2.
Электролиздағы катодтағы жүретін процеске сипаттама бер. 3.
Электролиздағы анодтағы жүретін процеске сипаттама бер. 4.
Фарадейдің бірінші және екінші заңдарына сипаттама бер. 5.
Электролиз процесі практикада қандай өндңрңстерде қолданылады? 6.
Гальваникалық элемент дегеніміз не? 7.
Катодта қандай процесс жүреді? 8.
Анодта қандай процесс жүреді? 9.
Гальваникалық элементті практикада қандай өндірістерде қолданады? 10.
Тотығу-тотықсыздану реакция дегеніміз не? 11.
Элементтердің тотығу дәрежелері және оны анықтау тәртібін көрсет. 12.
Тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш дегеніміз не? 13.
Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрудың тәсілдерін ата. 14.
Тотығу-тотықсыздану реакцияларының түрлерін ата. мазмұны
Тақырыбы: Органикалық қосылыстар химиясы. Органикалық қосылыстардың жіктелуі. Қанныққан көмірсутектер (Алкандар). 10.1 Органикалық қосылыстардың жіктелуі. 10.2 Қаныққан көмірсутектер (Алкандар).
10.1 Органикалық қосылыстардың жіктелуі. Органикалық қосылыстар көміртек тізбегіне байланысты жіктеледі. Көміртек атомсдары бір-бірімен тізбектеліп және тармақталып қосылып көміртегі тізбегі ұзара алады. Бұнымен қатар, тізбек құрамына көміртегімен қатар басқа да атомдар кіре алады. Сол себепті көміртегі тізбегінің құрылымына байланысты органикалық қосылыстар ациклді, карбоциклді және гетероциклді болып жіктеледі. Ациклді (алифатикалық) қосылыстар тармақталмаған көміртегі тізбегінен тұрады. Мысалы, пропан СН 3 - СН 2 – СН
3 , бутан СН 3 - СН
2 – СН
2 – СН
3 .
Карбоциклді қосылыстар – циклді көміртегі атомдарынан тұрады, мысалы, циклопропан, бензол. Гетероциклді қосылыстар – көміртек тізбегінде немесе циклінде көміртегі атомымен қатар басқа да атомдар бар қосылыстар, мысалы, пиридин, тиофен. Қарапайым органикалық қосылыстардың бірі көмірсутектер болып табылады. Олар, көміртегі атомынан және сутегі атомынан тұрады. Басқа күрделі қосылыстар осы көмірсутектер туындылары болып келеді, оларда көмірсутек құрамындағы бір немесе бірнеше сутек атомдарын басқа атомдар немесе атомдар тобы орын басқан болып келеді, мысалы, спирттерде бір сутегі атомының орнын –ОН тобы орынбасқан. 61
Органикалық қосылыстар кластарының барлығы гомологтық қатар түзеді. Гомологтық қатарда көмірсутектер бір-бірінен –СН 2 – тобының санымен ерекшеленеді. Төмендегі кестеде көмірсутектердің гомологтық қатары және олардың өрт қауіпінің көрсеткіштері көрсетілген.
Кесте 9. Қанныққан көмірсутектер қасиеттері және өрт қауіпі Көмірсутектер формулалары және атауы Температура, ᵒС Жану энтальпиясы, кДж/моль қайнау Өздігінен тұтану Метан СН 4
-161,6 537
889,50 Этан С
2 Н 6 -88,6
472 1558,30
Пропан С 3 Н 8
-42,1 466 2217,90
Бутан С 4 Н 10
-0,5 405 2875,84
Пентан С 5 Н 12
36,1 309 3592,93
Гексан С 6 Н 14
68,7 247 4159,10
Гептан С 7 Н 16
98,4 223 4812,43
Октан С 8 Н 18 125,8
217 5464,09
Нонан С 9 Н 20 150,8
212 6117,43
Декан С 10 Н 22 261
5 6772,19
Кестеден, гомологтық қатарда қосылыстар қасиеттерінің заңды түрде өзгерісі байқалады: 1.
Қайнау температуралары артқан кезде жарқ ету температурасы да артады;
2.
Жану этальпиялары біртіндеп артады; гомологтық қатардың бір өкілінен келесі өкіліне көшкен кезде жану жылуы 660,54 кДж/моль – ға артады. Бұл өз кезегінде гомологтық қатардағы бір қосылыстың жану жылуын білу арқылы келесілерін анықтауға мүмкіндік береді. 3.
Өздігінен тұтану температуралары біртіндеп төмендейді; 10.2 Қаныққан көмірсутектер (Алкандар). Көміртегі атомдарының валенттіліктері толықтай сутегі атомдарына қаныққан және өзара бір-бірімен дара байланыстар арқылы байланысады. Осыдан да олар қаныққан көмірсутектер деп аталған. Қарапайым өкілдері жоғарыда кестеде көрсетілген. Жалпы формулалары: С n H
, n – молекуладаға көміртек атомдарының саны; 2n + 2 – сутегі атомдарының саны. Гамологтық қатардағы алғашқы төртеуі газдар, одан кейінгілері сұйық заттар. Көміртегі атомдары бір – бірімен дара байланыс арқылы байланысқан және көміртегі атомы максималды валенттілігімен сутегі
атомдарымен баланысқан, яғни көміртегінің валенттіліктері сутегі атомдарымен толық қаныққан. Сол себепті бұл көмірсутектер қаныққан көмірсутектер деп аталады. Олардың қарапайым өкілдерінің құрылымдық формулалары төмендегідей түрде жазылады:
СН 4 метан С 2
6 (СН
3 – СН
3 ) этан 62
С 3 Н 8 (СН 3 – СН 2 – СН
3 )
пропан С 4 Н 10 (СН 3 – СН
2 – СН
2 - СН
3 ) бутан С 5
12 (СН
3 – СН
2 – СН
2 - СН
2 - СН
3 ) пентан С 6
14 (СН
3 – СН
2 – СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
3 ) гексан С 7
16 (СН
3 – СН
2 – СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
3 ) гептан С 8
18 (СН
3 – СН
2 – СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
3 ) октан С 9
20 (СН
3 – СН
2 – СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
2 - СН
3 )
нонан С 10 Н 22 декан
Қаныққан көмірсутектер қалыпты температурада тотықпайды және басқа заттармен реакцияға түспейді. Олардың бұндай химиялық активтіліктерінің төмендігі тізбектегі көміртегі атомдарының толықтай сутегі атомдарымен қанығуына байланысты. Сол себепті олар басқа атомдарды қосып ала алмайды. Қаныққан көмірсутектер тек галогендер атомдарымен және басқа да атомдар тобымен сутегі атомы арқылы орынбасу реакциясына түсе алады. Қаныққан көмірсутектер жанғыш заттар болып келеді.
жүктеу/скачать 3,29 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|