«Бейорганикалық химияның фундаменталды сұрақтары» пәнінен дәрістер жинағы Әдістемелік нұСҚау шымкент, 2015 ж
Лекция-6. Электролиттер. Аррениус теориясы. Электролиттік дисоциация. Судың диссоциялануы.Сутектік көрсеткіш
жүктеу/скачать 1,65 Mb.
|
«Бейорганикалы химияны фундаменталды с ра тары» п нінен д ріст
| Лекция-6. Электролиттер. Аррениус теориясы. Электролиттік дисоциация. Судың диссоциялануы.Сутектік көрсеткіш.
Тұздар гидролизі. Жоспар: Электролиттер. Аррениус теориясы. Электролиттік дисоциация. Судың диссоциялануы.Сутектік көрсеткіш. 4. Тұздар гидролизі. Электролиттер- қышқылдар, негіздер және тұздар полярлы ертінділерде ерігенде иондарға ыдырайды. Иондарға ыдырау процесі электролиттік дисоциаиция деп аталады. Электролиттердің қасиеттерін түсіндіру үшін щвеция ғалымы Аррениус С. 1887ж электролиттік диссоциация теориясын ұсынды. Бұл теорияның негізгі қағидалары келесідей: 1.Электролитердің балқыған немесе еріген кезде иондарға ыдырауы электро-литтік дисоциация деп аталады. 2.Электролиттер суда ерігенде оң зарядталған иондарға –катиондарға және теріс зарядталған иондарға –аниондарға ыдырайды. 3.Электр тогының әсерінен оң зарядталған иондар катодқа, теріс зарядталған иондар анодқа қарай жылжиды. 4.Электролиттердің иондарға ыдырауы қайтымды процесс. Мұның мәнісі молекулалар иондарға ыдыраумен қатар иондар әрекеттесіп молекулалар түзіп жатады. Сондықтан дисоциация теңдеуін жазғанда теңдік белгісінің ронына қарама-қарсы бағытталған стрелкалар қояды: КА↔ К++А- Дисоциация дәрежесі. Диссоциация концентрациясы Электролиттік диссоцияның сандық сипаттамасы- ертіндідегі электролиттің дисоциация дәрежесі. Диссоциялану дәрежесі- иондарға ыдыраған молекулалар санының N жалпы еріген молекулалар санына Nқатынасы =N/No Диссоцияланған молекулалар саны = Барлық еріген молекулалар саны Бұл қатынасты 100-ге көбейтсе, диссоциялану дәрежесі процентпен көрсетіледі. Мысалы, ас тұзының әрбір еріген 100 молекуласының 84 молекуласы диссоцияланған болса =0,84.100 не 84% болады. Дисоциациялану дәрежесіне ертіндінің концентрациясы әсер етеді- ерітіндіні сұйылтқанда электолиттің қайсысын болсада диссоциялану дәрежесі өседі. Электролиттік диссоциация тұрғысынан электролиттерге мынадай анықтама беруге болады. Негіздер дегеніміз судағы ертіндіде метелл катиондарымен гидроксид аниондарына ыдырайтын электролидтер: NaOH3 Na++OH- Ca(OH)2 CaOH++OH- Ca2++OH- Қышқылдар дегеніміз судағы ертіндіде сутек катиондарымен қышқыл қалдығының анинодарына ыдырайтын электролиттер: HNO3 H++NO3 H2SO4 H++HSO4- 2H++SO2-4 Тұздар дегеніміз судағы ертінділерінде металл катиондары мен қышқыл қалдығының аниондарына ыдырайтын электролиттер: КСІ К++СІ- Са(NO3)2 CaNO3++NO3- Ca2++2NO3- Аз мөлшерде болса да судың ыдырауының түзілген Н+ және ОН-иондары болады. Сондықтан ертіндіге электродтар батырғанда катодқа электролит ка-тиондары мен сутек катиондары, ал анодқа электролит аниондары мен гидроксид аниондары барады. Диссоциялану константасы (тұрақтысы). Электролиттік диссоцияла-ну процесін химиялық реакция тұрақтысы арқылы сипаттау қолайлы. Электролиттік диссоциялану жағдайында оны диссоциялану константасы деп атайды. Келесі реакция СН3СООН Н++СН3СОО- үшін әрекеттесуші массалар заңына сәйкес, диссоциялану константасы (СН3СОО-)*(Н+) Кд= (CH3COOH) К мәні неғұрлым үлкен болса, ертінді тепе-теңдікке жеткен кезде иондар концентрациясының көп болғаны, яғни ол электролит диссоциялануының күшті болғаны. Диссоциация тұрақтысы еріткіштің табиғатынан, элетролиттің табиғатынан, температурадан тәуелді. Диссоциация тұрақтысы үлкен болған сайын, электролит иондарға жеңіл ыдырайды, яғни элетролит соншама күшті болады. Химиялық тепе-теңдік заңы тек қана әлсіз электролиттер үшін қолданылады, сондықтан электролиттердің негізгі белгісі болып табылады. Диссоциялану константасы мен диссоциялану дәрежесі арасында сандық байланыс бар. Молекулалары бір зарядты иондарға ыдырайтын әлсіз элетролит-тердің сулы ерітіндісі болған жағдайда, мысалы СН3СООН үшін диссоциация тұрақтысы мен дәрежесі қатынаспен байланысқан: 2 С Kд= (1- ) Мұндағы С- электролиттің молярлық концентрациясы (1- )- заттың диссоцияланбаған молекулалар саны. Егер диссоциация дәрежесі бірден кіші болса, онда 1- ≈ 1 тең деп қабылдауға болады. Онда формула мұна түрге енеді: К = 2 С Бұл қатынас Оствальдтың сұйылту заңы – ерітінді неғұрлым сұйыты-лған сайын әлсіз электролиттің диссоциация дәрежесі жоғары болады. Судың диссоциялануы. Сутектік көрсеткіш. Су - әлсіз амфотерлі электролит және су өте нашар диссоциацияланатын заттың бірі. Таза су электр тогын тіпті нашар өткізеді, бірақ өлшеуге келетін электр өткізгіштігі бар, өйткені су өте аз түрде болса да диссоциацияланады: Н2О Н++ОН- Теңдеуден көрініп тұрғанындай, Н+ және ОН- иондарының концентрациялары бірдей, сондықтан диссоциация кезіндегі судың коцентрациясы |Н2О| іс жүзінде тұрақты қалады. Демек диссоциация тұрақтысының мәні де тұрақты күйде қалады. Судың диссоциациялануына әрекеттесуші массалар заңын қолданып, диссоциациялану константасын жазуға болады: |Н+ | |ОН-| К= = 1.8 10-16 |Н2О| не болмаса |Н+ | |ОН-| = K |Н2О| Cудың диссоциациялануы өте нашар болғандықтан, диссоциацияланбаған молекулалар концентрациясын- Н2О тұрақты шама деп қарауға болады.Сонда соңғы теңдеудің оң жағындағы екі шаманың екеуі де тұрақты шама, сондықтан олардың көбейтіндісі де К тұрақты шама болады, оны Кн2о деп белгілесек |Н+ | |ОН-| = K |Н2О| =Кн2о болады. Таза судың электр өткізгіштігін өлшеу арқылы, ондағы сутек иондарының және әрине оған тең гидроксид иондарының концентрациясын есептеп шығаруға болады. Ол 10-7моль/л тең. Cудың диссоциациялануы өте кіші болғандықтан, судың диссоциация-ланбай қалған молекулаларының тепе-теңдік концентрациясын |Н2О| судың жалпы концентрациясына тең, яғни 1000/18 =55,55 моль/л. Онда К =|Н+ | |ОН-| = K |Н2О| = 1,8 .1016 . 55,55 =1,0. 10-14 = Кw Мұндағы Кw - судың иондық көбетіндісі дейді. Теңдеуді пайдаланып сутек иондарының концентрациясы белгілі болса, гидроксид иондарының концентрациясын анықтауға болады және, керісінше гидроксидтің концентрациясы белгілі болса сутек иондарының концентрациясын анықтауға болады. Мысалы, ертіндідегі сутек иондарының концентрациясы |Н+| 1011- моль/л болса, |ОН-| гидроксид иондарының концентрациясы былай анықталады: Кw =|Н+ | |ОН-| = 1,0. 10-7.1,0. 10-7=1,0. 10-14 моль/л Кw |ОН-|= =1,0. 10-3 моль/л |Н+ | Кез келген сулы ерітіндісінің ортасын сутек иондарының концентрациясы-мен |Н+ | немесе гидроксид-иондарының концентрациясымен |ОН-| сипаттауға болады: егер =|Н+ | =|ОН-| =10-7 моль/л болса , онда орта бейтарапты; егер =|Н+ | >|ОН-|, |Н+ | >10-7 моль/л болса , онда орта қышқылды; егер =|Н+ | <|ОН-|, |Н+ | < 10-7 моль/л болса , онда орта сілтілі. Сутектік көрсеткіш Әртүрлі қышқылдықта болатын ерітінділердегі сутек иондарының концентрациясы көп реттілікте өзгере алады. Сондықтан, дәрежесі теріс пайдалану ыңғайсыз болғандықтан, сутек иондарының концентрациясын сутектік көрсеткіш арқылы белгілейді. Оны рН таңбасымен белгілейді Сутектік көрсеткіш ұғымы дат биохимигі С.Серенсен (1909ж)енгізген. Сутек иондары концентрациясының теріс таңбамен алынған ондық логарифмін сутекті көрсеткіш деп атайды. рН= -lg |H+| рОН= -lg |OH-| Осы теңдеуге сутегі иондарының концентрациясының сандық мәнін қойып, бейтарап ортада: Н+ | =|ОН-| =10-7 pH=-lg|Н+ |= -lg |10-7|=7 pH = 7 Бөлме температурасында бейтарап ортада сутектік көрсеткіш 7-тең. Демек, оның сутегі катионына байланысты қышқылдық қаситі мен ОН- анионының болуына байланысты сілтілік қасиеті бірдей Сутек көрсеткіш арқылы ертіндінің ортасын былай белгілейді: Нейтрал (бейтарап) ортада рН=7;Қышқылдық ортада рН<7;Негіздік ортада рН >7 Ертінділердің сутекті көрсеткішін әртүрлі индикаторлар көмегімен анықтайды. Индикаторлар деп сутек немесе гидроксид иондарының әсерінен түсін өзгертетін органикалық заттарды айтамыз. Индикаторлар және түсі өзгеретін рН аралықтары
Химиялық практикада көбіне лакмус қолданылады. Лакмустың ертіндісі қышқылдық ортада қызыл түске, ал сілтілік ортада көк түске боялады. Химиялық және биохимиялық процестердегі рН шамасының маңызы үлкен, себебі ортаның сипатына байланысты процестер әртүрлі жылдамдықпен және көп бағытта жүруі мүмкін.Сондықтан, ерітінділердің рН мәнін анықтау медицинада, ғылымда, техникада, ауыл шаруашалағанда, косметологияда аса маңызды. Қанның немесе асқазан сөлінің рН өзгерісі медицинадағы ауру түрін анықтауға көмектеседі. Топырақтағы ерітіндінің реакциясын анықтау ауыл шаруашылығын тиімді жүргізуге көмек береді. Тұздар гидролизі. Гидролиз дәрежесі.Гидролиз константасы. Көптеген химиялық реакциялар қайтымды болады, себебі бір уақыттың ішінде қарама-қарсы бағыттарда жүреді. Қайтымды реакцияларға тұздардың гидролизі жатады. Тұздардың көпшілігі суға ерігенде оның иондары судың сутек не гидроксид ионымен қосылысады. Су мен тұздардың алмаса ыдырау процесі әлсіз элетролиттердің бейтарапты молекулаларының түзілуімен қатар жүретіндерді тұздар гидролизі деп атайды. Гидролиз кезіндегі еріген зат пен су қрамындағы иондардың қосылысуы нәтижесінде нашар диссоциацияланатын заттар түзілетіндіктен, сутек және гидроксид иондарының концентрациясы өзгереді. Сондықтан гидролиз нәтижесінде тұздардың көпшілігінің ертінділері қышқылдық немесе сілтілік қасиет көрсетеді. Тұзды қышқыл мен негізден тұрады деп қарасақ, онда негізінде төрт түрлі тұз болуы мүмкін: 1.Әлсіз қышқылмен күшті негізден түзілген тұз. 2.Әлсіз негізбен күшті қышқылдан түзілген тұз. 3.Әлсіз негізбен әлсіз қышқылдан түзілген тұз. 4.Күшті қышқыл мен күшті негізден түзілген тұз. Тұздың табиғатына қарай үш жағдайда гидролиз жүреді: 1.Әлсіз қышқыл анионы және күшті негіз катионынан түзілген тұз. Бұл тұз гидролизі анион бойынша жүреді. Бұл жағдайда тұз анионы әлсіз электролит түзіп, судың Н+ ионын байланыстырады. Ертіндіде ОН- ионы жиналады, ортаның реакциясы сілтілік болады. Na2SO3 2Na++SO32- Бірінші саты: SO2-3+H+OH- Na2SO32-+OH- Екінші саты: NaHSO3-+H+OH- Na2SO32-+OH- Гидролиздің екінші сатысы баяу жүреді. Гидроксид иондары көбейген сайын процесс реакцияға кірісетін жаққа ығысады. 2.Әлсіз негібен күшті қышқылдан түзілген тұз. Бұл тұздардың гидролизі әлсіз негіздің катионы бойынша жүреді. Тұз катионы әлсіз электролит түзіп гидроксид ионды байланыстырады. Ертіндіде Н+ иондары көбейіп орта қышқыл болады. ZnCl2 → Zn2+ +2Cl- Бірінші саты: Zn2+ + H+ OH- → ZnOHCl +H+ Екінші саты: ZnOHCl + H+OH- → Zn(OH)2 +H+ ZnCl2 + 2H+ OH- → Zn(OH)2 + 2H+ 3. Әлсіз қышқыл мен әлсіз негізден түзілген тұз. Әлсіз негіз бен әлсіз қышқыл иондарынан түзілген тұздардың гидролизі катион мен анион арқылы жүреді. Ерітіндінің ортасы түзілген заттардың қайсысы жақсы дисоциацияланатына қарай бейтарап, қышқыл немесе сілтілік болуы мүмкін. Мысалы, (NH4)2SO3→ 2NH+4 + SO32- Бірінші саты: NH4+ + SO32- + H+ OH- → NH4+OH + HSO3- (NH4)2SO3 + HOH NH4OH + NH4HSO3 Екінші саты: NH4+OH + HSO3- + H+ OH → NH4OH + H2SO3 NH4HSO3 + HOH → NH4OH + H2SO3 Күшті қышқыл мен күшті негізден түзілген тұз. Бұл әдіспен түзілген тұздардың ерітінділері нейтрал орта көрсетеді(рН=7),себебі бұл тұздардың иондары су иондарымен әрекеттеспейтіндіктен ертіндідегі сутек және гидоксид иондары өзгеріссіз болады: Na++NO-3+HOH Na3++H++OH- Теңдеудің екі жағындағы бос иондарды қысқартсақ судың ыдырау теңдеуі шығады: НОН Н++ОН- Гидролиз дәрежесі және константасы Тұздардың гидролизін сандық жағынан екі параметрмен сипаттайды. Олар гидролиз дәрежесі және константасы. Гидролиз дәрежесі β – ол еріген молекуланың жалпы санына қатынасы:. Nг β = х 100% Nж Мұндағы: (Nг)- гидролизденген молекулалар саны Nж - жалпы еріген молекулалар саны Гидролиз дәрежесі тұздардың химиялық табиғатына, ерітіндінің концентрациясына мен температурасына тәуелді. Ерітіндіні сұцылтқанда және тепрературасын жоғарылатқанда гидролиз дәрежесі артады. Тұздардың гидролиз константасы (тұрақтысы) Кгидр үшін өрнекті гидролиз процесімен, су молекуласының тепе-теңдік тұрақтысынан және концентрация тұрақтылығынан алады. Мысалы: СH3 СОO- + H+ OH- СH3 СОOH + ОH- |СH3 СОOH| |OH-| К= |СH3 СОO-| |СH3 СОOH| |OH-| К |H2O| = = Кгидр |СH3 СОO-| Ксу яғни К |H2O| =|H+ | |OH-|, онда Кгидр= Ксірке қышқылы Гидролиз константасы, гидролиз дәрежесі судың иондық көбейтіндісімен және гидролизге ұшыраған тұздың концентрациясымен былайша байланысқан. 1.Анион арқылы гидролиз жүреді; β = Kc/C х К қыш 2.Гидролиз катион арқылы жүреді; β = Kc/C х К негіз 3.Гидролиз катион және анион арқылы жүреді; β = Kc/C х К қыш х К негіз Гидролиз константасы берілген тұздардың гидролиздену мүмкіндігін көрсетеді. Гидролиз константасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым гидролиз жақсы жүреді: Жалпы түрде гидролиздің әр түрі үшін константасын анықтайық: 1.Гидролиз анион арқылы жүреді: SO32-+2H++OH Na2SO3+2OH Осы қайтымды процеске әрекеттесуші массалар заңын қолданамыз. Бұл тепе-теңдік үшін константа келесідей болады: (Na2SO3)(OH-)2 (Na2SO3)(OH-)2 K г= немесе Kr(H2O)= (SO32-)+(HOH)2 (SO32-) Судың концентрациясы сұйық ертінділерде тұрақты шама (Na2SO3)(OH-)2 K г= деп алсақ, бұл бөлшектің бөлімі мен алымын (SO32-) Н+-на көбейтсек: (Н+)2(Na2SO3)(OH-)2 K г= егер (Н+)(ОН-)=Kc және (SO32-)(H+)2 (Na2SO3) 1 K г= = К қышқыл екенін ескерсек Кг=Кс/К қышқыл (SO32-)(Н+)2 Әлсіз қышқылдан және күшті негізден түзілген тұздың гидролизінің константасы судың иондық көбейтіндісінің Кс қышқыл диссоциация константасына К қышқыл қатынасындай болады. 2.Гидролиз катион арқылы жүреді: Zn2++2H++OH- Zn(OH)2+2H+ [Zn(OH)2][2H+] K = [Zn2+]+[2H++OH-] Әлсіз негізден және әлсіз қышқылдан түзілген тұздың гидролизінің константасы судың иондық көбейтіндісінің Кс негіздің диссоциация константасына Кнегіз қатынасындай болады Кг=Кс/К негіз. 3.Гидролиз катион және анион арқылы жүреді: NH4++SO32-+H+OH- NH4OH+NH4HSO3 Әлсіз негізден және әлсіз қышқылдан түзілген тұздың гидролизінің константасы келесі теңдеуге тең Кг=Кс/К негіз.К қышқыл Гидролиздің аяғына дейін жүру-жүрмеуін гидролиз дәрежесі көрсетеді. Бақылау сұрақтары: 1. Тұздардың гидролиз константасы. 2. Сутектік көрсеткіш. 3. Дисоциация дәрежесі. Диссоциация концентрациясы 4. Электролиттер. жүктеу/скачать 1,65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||