§ 2 . ЕРІТІНДІЛЕРДІҢ ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ
Ерітінділер деп екі немесе одан да көп қүрамдас
бөліктерден түратын біртекті (гомогенді) жүйені айтады.
Ерітінділердің жай қоспалардан айырмасы оны қүрайтын
бөлшектер ыдыстың көлемінде біркелкі таралады да
қоспаларға тән түнба түзбейді.
Ерітінділердің
химиялық қосылыстардан айырмасы
оның қүрамы айнымалы болады да қүрам түрақтылық
және еселік қатынас заңдарына бағынбайды. Сонымен
бірге еру процесі бір заттьщ бөлшектері екінші зат ара-
гыядя
механикалық таралуы емес,
еріген зат пен
еріткіш бөлшектерінің әрекеттесуінен түзілетін күрделі
процесс. Еріген зат бөлшектерінің еріткіш балшектерімен
әрекеттесуі нәтижесінде түзілген заттарды
сольваттар,
ал судағы ерітінділерде түзшген заттарды
гидраттар
дейді. Осы процестер жүргенде химиялық реакциялар
сияқты жылу шығарылады немесе сіңіріледі. Бүл соль-
ваттар мен гидраттардың кейбіреуі түрақты болған-
дықтан ерітіндіні суалтып бөліп алуға болады,
ал
басқалары түрақсыз болғандықтан қыздырғанда ыдырап
кетеді.
Сонымен ерітінді дегеніміз екі немесе одан да көп
заттың тек механикалық қоспасы ғана емес және солар-
лмн әрекеттесуінен түзілген біртекті жүйе.
Д.
И.
Менделеев
еру
процесі
мен
ерітіндінің
қасиеттерін зерттей кеяіп, ерітшді өзінің қүрамын тем-
ператураньщ және концентрацияның әсерінен өзгертетін
түрақсыз химиялық қосылыс деген қорытындыға келді.
Бүл теория
ерітінділердің сольваттық теориясы
деп
аталды.
Еру процесін Аррениус, Вант-Гофф, Оствальд бір зат-
тың екінпгі зат бөлшектерінің арасына механикалық
түрде таралуы деп есептеді.
Кейінірек И. А. Каблуков пен В. А. Кистяковскийдің
зерттеулері нәтижесінде еру физикалық және химиялық
процестер — қатар
жүретін физика-химиялық
процесс
екені дәлелденді. Ерітінділер қатгы, сүйық және газ
тәрізді болады. Ерітіңді е р і г е н з а т т а н және е р -
200
і т к і ш т е и
түрады. Сүйықтықта көбірек малшерде
еріген сүйықты
еріткіш
деп атайды. Газ бен қатты зат
сүйықта еріген бсшса, сүйықты еріткіш дейді, ал газ бен
қатты затты
еріген
заттар дейді. Қатты затта еріген
(мысалы мыс күміс қүймасы) қатты заттың мөлшерінің
көбірегін еріткіш дейді.
Әсіресе сүйық ерітінділердің табигатта, техникада,
түрмыста маңызы зор. Өсімдіктер мен жануарлар орга-
низмшде жүретін процестер сүйық ерітінділерде жүреді.
Химия және металлургия т. б. өнеркәсіп орындарында
негізгі өнімдер алу сүйық ерітінділердің қатысуымен
жүреді.
# 3 . ЗАТТАРДЫҢ ӨЗДІГІНЕН ЕРУ ПРОЦЕСІ
Ерітінді түзілу үшін әр түрлі заттар еріткіпггерде
еруі керек. Газдардың, сүйықтардың, қатты заттардың
сүйық
еріткіпггерде
еруі — күрделі
физика-химиялық
процесс.
Біріншіден, газдар, сүйықтар, қатты заттар (кристал-
дар) ерігенде олардың атомдарының (иоңдарының) ара-
сындагы химиялық байланыстардың үзілу процесі жылу
сіңіру арқылы жүреді, ягни жүйенің энтальпиясы артады
(А Н > 0). Екіншіден, еріген заттың бөлшектері (молеку-
лалар, иондар) еріткіштің молекулаларымен әрекеттесіп
сольватгар немесе гидраттар түзу процесі жылу шыгара
жүреді, яғни жүйенің энтальпиясы азаяды (А Н < 0).
Үшіншіден түзілген сольваттардың немесе гидраттардың
еріткіш молекулаларының арасында біркелкі таралу про-
цесі, ягни, диффузиясы жылу сіңіре жүріп жүйенің эн-
тальпиясын арттырады (А Н > 0).
Сонымен зат еріген кезде бөлінетін немесе сіңірілетін
жылудың ДНЕ мөлшері химиялық байланыстардың үзілу
энергиясының АНХ Б бөлшектердің гидраттану энергия-
ларының АНр және бөлшектердің диффузиялану энергия-
сының АНд алгебралық қосындысына тең болады:
АНе = АНх - б + А Н Г + А Н д
(
1
)
КА типтес екі бөлшектен түратын кристалды қатты
заттың еруі кезінде байқалатын жылу қүбылыстарын бы-
лай түсіндіруге болады.
Екі түрш ионнан түратын КА кристалды затын суда
еріткенде су молекулаларының әсерінен иондардың ара-
201
сындағы химиялық байланыстьщ үзілу процесі хылу
сіңіре жүреді:
КА
&
К +
+
А"
+
ДНх
б
( 2 )
Түзілген катион (К+) мен анионның (А ) гидратация-
лану процестері жылу шығара жүреді:
К+ + т Н 20 + К+ • т Н 20 - ДН,<к+)
<3)
А+ + пН20 = А ' • лН20 - Д Нг( А” >
^
немесе
К+ + А" + т Н 20 + лН20 = К+ • т Н 20 +
+ А" • пН20 — Д Нк к+) — Д Нк
а
)
®
Гидратгалған иондардың диффузиялану процесі жылу
сіңіре жүреді және диффузияланған иондарды жақшада
(Д) әрпімен белгілеп теңдеуді былай жазамыз:
К+ • т Н 20 + А~ • лН20 =
= К+ • т Н 20 (о) + А~ • лН А о) + Д Но
(6)
Енді жоғарьщағы еру кезінде жүретш үш процестің
теңдеулерін мүшелеп қосамызі
КА + К+ + А ' +
т
Н20 +
п
Н20 + К+ •
т
НгО +
+ А~ • л Н20 =
К*
+ А" + К+ •
т
Н20 + А~ •
п
Н20 +
+ К+ •
т
Н20(О) + А“ • л Н20 (0) + Д Нх
б
- Д Н0 -
- Д Н Т(к+) - Д Н К
а
- )
<7>
Теңдеуден аралық қосылыстарды шығарып тастап
ионды кристалды қатты затгың еруінің жалпы термохи-
Г/ миялық теңдеуін жазамыз:
КА +
т
Н20 + л Н20 = К+ • т Н 20 (0) + А ' • лН20 (0) +
+
(Д Нх
б
+
Д Но) - (Д НКк")
+
Д НКа
) )
немесе
А НЕ = (А Нх -
б
+ А Но) - (А НКк+ > + Д Нк
а
“ >)
Бүл термохимиялық теңдеу қатты ^ зат еріген кезде
бөлшектердің арасындагы химиялық байланыстарды үзуге
кететін энергия мен диффузияға жүмсалатын энергия-
202
лардың қосындысы (Л Нх
б
+ А Нд) бөлшектер гидратта-
ну
кезінде
белінетін
энергиялардың
қосындысынан
(А Нр( к+; + А Нк А" )) көп болса еру кезінде жылу сіңірі-
леді, ал иондар гидратащшлану кезінде бөлінетін энер-
гия (Д Нг( к) + А Н^ А)) химиялық байланыстарды үзуге
кететін энергия мен диффузияға жүмсалатын энергиядан
көп болса, еру процесі энергия бөліп шығарады.
Атомдық немесе молекулалық кристалды заттарды да
бөлінетін
немесе
сініоілетін
жылу
осы
еріткенде
заңдылыққа бағынады
Сүйықтарды суда еріткенде сүйық молекулаларының
арасындағы алсіз молекулалық байланысты үзуге энергия
I
балі I
I
I
аз жүмсалады да,
оөлшектердщ гидраттану кезшпе
бөлінетін энергияның есебінен еру көбінесе жылу
іығара
жүреді.
Газдар еріген кезде жоғарыда көрсетілген процестер
кезіндегі байқалатын жылулардан басқа жалпы еру жы-
луына газ көлемппң
бөлінетін
кезшде
жылудың
су көлемше деиін кішіреюі
(А Н„) әсер ететінін
алып еру жылуын былай жазады
А Н
Е(газ)
А Нх •
б
+ А Нг + Д Нд + Д Н
(
10
)
Газдар ерігенде молекулааралық байланысты үзуге
жылу аз сішрілетіңціктен еру процесі көбінесе жылу
іығара жүреді.
Заттардың еріткіштерде еруі қанық ерітінді түзілген-
е өздігінен жүретін процесс.
Кез келген процесс
өздігінен бос энергиясын немесе изобара-изотермалық по-
тенциалын азайту бағытында жүретіні бүрын айтылды,
ал изобара-изотермалық потенциалдың мәніне энтальпия-
және энтропиялық факторлар әсер ететінін мына
лық
теңдеу
А С
(
11
)
өздіпнен
еруше
энтальпияның
көбеюі көмектесетінін керсе-
Т еңдеу заттардыц
азаюы және энтропш
теді.
Жоғарыдағы айтылғандарға сәйкес кейбір кристалды
қатты заттар ерігенде жылу бөлінуі, ал басқа бір кри-
сталды заттар ерігенде жылу сіңірілуі мүмкін, ал бар-
лық кристалды заттар ерігенде жүйедегі тәртіпсіздік
күшейіп, соған байланысты энтропиялары артады. Сон-
203
1
заттардың
еруіне
бөлу
арқылы
дыктан еру кезінде энтропияның артуы барлық қатты
көмектеседі.
Жылу
жүретін қатты заттардың өздігінен еруіне энтальпияның
азаюы
да
(Д Н < 0)
және энтропияның
көбеюі де
(А 8 > 0) көмектеседі. Бүған мысал ретінде натрий гид-
шығарып еруін келтіруге болады.
роксидішң көп жылу
Кейбір қатты заттар ерігенде
тальпияның көбеюі
(А
жылу сщіршеді,
і заттың өздігіне
ал эн-
кедергі жасайды. Сондықтан мүндай қатты заттар энтро
пияның көбеюі нәтижесінде
фактордың есебінен жүреді.
яғни энтропиялық
Энтропиялық факторды арттыру үшін көбінесе еру
процесін жоғары температурада жүрпзеді.
Бүған мысал ретінде жылу сіңіре еритін
нитратының өздігінен еруін келтіруге болады.
аммонии
1 аздардың еруі энталышянын
азаюы арқылы жүреді. Әнтропш
і
:
і
да, энтропияның да
азаюы епүге ке-
еруге
негізінен
энтальпиялық
дергі жасаитындықтан, олардың өздігшен еруі
фактордың есебінен жүреді.
Теңдеуден
температураны арттыру энтропиялық фактордың абсо-
люттік мәнін арттыратынын көрсетеді, ал ол энтальпия-
лық және энтропиялық факторлардың өзара теңестіріп
(А Н = ТА 8) тепе-теңдік күйге әкелер еді де еруге ке-
дергі жасар еді. Сондықтан газдардың еруі үшін төменгі
болады.
Осы
себептен
температура
қолаилы
қыздырғанда онда еріген газдардың ерігіштігі
көпіршік түрінде бөлініп шыға бастайды.
суды
азаиып
§ 4 . ЗАТТАРДЫҢ ЕРІПШ ТІГІ
Әр түрлі заттардың ерігіштігі еріткіштің табиғатына,
сыртқы термодинамикалық жагдайларға — температураға,
қысымға
байланысты
болады.
Заттардың
ерігіштігін
түсіндіретін жалпы теория жоқ, тек “үқсас заттар бір-
бірінде ериді” деген қағида бар. Мысалы, ионды немесе
полюсті қосылыстар натрий хлориды, хлорсутек, аммиак
т. б. өздеріне қүрамы үқсас, молекулалары полюсті бо-
латын суда ериді. Көптеген органикалық заттар органи-
калық еріткіпггерде ериді. Сонымен жеке алынган зат
кез келген еріткіште ери бермейді, тек белгілі бір
еріткіште немесе еріткіштерде ериді.
Сан жағынан заттардың ерігіштігі қанық ерітіндісінін
концентрациясымен немесе 100 г еріткіштегі еріген зат-
тың мөлшерімен анықталады.
ч
204
Газдардың
қасымның
ерігіштіп
байла-
артуына
нысты өседі, ал температу-
раның жоғарылауына бай-
ланысты
кемиді.
Газдар
ерігіштігінің қысымға бай-
ланыстылығын Генри
анықтайды.
Түрақгп ы
температу-
рада газдардың ерітііитігі
заңы
қысымның
өсуіне
тура
пропорционал
.
Сүйықтардың
сүйықта
еріпштіп
температураның
жоғарылауына байланысты
артады, ал қысымға байла-
нысты
болмайды.
Қатты
заттардың сүйықта ерігіш-
тігі температура өскен сай-
ын
аоталы.
ал
о«
і і і
артады,
а әсер етпейді.
Кейбір
қысым
гіштігше
әсері
ген.
түздардың ері-
температураның
45-суретте көрсетіл-
45-сурет.
Кейбір тұздардың ерігіштігініц
температураға байланыстылығы
§ 5 . ЕРІТІНДІЛЕРДІҢ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫН
КӨРСЕТУ ЖОДДАРЫ
Ерітінділердің
маңызды
снпаттамаларының
біріне
концентрацня жатады. Концентрация — ерітіндінің немесе
еріткіштің белгілі мөлшеріндегі еріген заттың мөлшері.
Ерітіндінің концентрацнясын шамамен анықтау үшін
концентрациялы.
және
сүйытылган
деген түсініктер
қолданылады. Концентрациялы ерітіңдіде еріген заттың
мөлшері көп болады, ал сүйытылған ерітіндіде еріген за-
ттың мөлшері аз болады.
Мысалы 100 г суда 50 г калий иодиды еріген болса,
бүл концентрациялы, ал 100 г суда 0,5 г калий иодиді
еріген десе,
бүл
сүйытылған ерітінді,
себебі бірінші
ерітіндіде еріген затгың мелшері көп, екінші ерітіндіде аз.
Концентрациялы және сүйытылған деген үғымдар
еріген заттың дәл мөлшерін көрсете алмайды және бүл
екі ерітіндінің арасында белгілі бір шек болмайды.
Ю
І0
50
1в
9в
Темявра.тур9, *С
205
*
Ерітіндінің массасы түрақты болғанда оның концент-
рациясы үлеспен немесе процентпен көрсетіледі.
Массалык, улес
—
еріген зат массасы ерітінді мас-
сасынық неше улесі екенін көрсетещін сан.
Массалық
процент
—
ерітіндініқ
100
массалык,
бірлігінде еріген заттық неше массалық бірлігі бар
екенін көрсететін сан.
Массалық процент, массалық үлестен 100 есе көп
болады, яғни массалық үлестен массалық проценгке
көшу үшін массалық үлесті 100 көбейту керек.
Молярлық үлес ерітіндідегі барлық мол екулалардың
ігятпягы еріген заттың молекулаларының үлесіне ти-
етінін көрсететін сан. Еріген зат пен еріткіш молекула-
ларының
үлестерінің
қосындысы
1,
ал
олардың
молекулалық проценттерінің қосындысы 100-ге тең. Жай
заттардан түратын
ерітінділердің
(қүймалардың,
жер
қыртысындагы элементтердің таралуын) концентрацияла-
рын
атомдық улеспен
немесе
атомдық процентпен
көрсетеді.
Көлемі түрақты ерітінділердің концентрациясы еріген
заттардың молі, эквнваленті, массасының санымен көрсе-
теді.
Молярлық концентрация 1 л ерітіндіде еріген заттың
моль санымен өлшенеді. Ерітіндінің 1 л еріген заттың
моль санына байланысты ерітіндінің концентрациясын бір
молярлы (1), екі молярлы (2), децимолярлы (0,01) т. б.
деп атайды.
Нормальдық концентрация 1 л ерітіндіде еріген зат-
тық эквивалент санымен өлшенеді.
Нормальдық кон-
центрацияда еріген заттың 1 л эквивалент санына бай-
ланысты бір нормальды (1), екі нормальды (1), децинор-
мальды (0,1) т. б. деп аталады.
Эквиваленттер заңына сәйкес нормальдық концентра-
циялары бірдей заттардың бірдей көлемдері реакцияға
қатысады.
Титр дегеніміз ерітіндініқ 1 литріндегі килограмм
саны немесе 1 миллилитріндегі грамм саны.
Еріткіштің массасы түрақты болған жағдайда ері-
тіндінің концентрациясы белгілі еріткіпгпң массасында
еріген заттың массасымен немесе моль санымен өлше-
неді.
Ерітіндінің
концентрациясьі
100 г немесе
1
кг
еріткіште еріген заттың грамм санымен өлшенеді.
Мольдық концентрация
1
килограмм
еріткіште
еріген заттық моль санымен өлшенеді.
206
Еріген заттың мөлшері түрақты болған жағдайда
ерітіндінің концентрациясы 1 моль еріген затқа келетін
еріткіштің массасымен немесе моль санымен өлшенеді.
Сольваттық сан еріген заттың 1 моліне келетін
еріткіштің моль санымен өлшенеді.
Жоғарыда келтірілген ерітінділердің концентрацияла-
рын көрсету
жолдарының
кез келгенін пайдаланын
белгілі бір ерітіндінің қүрамындағы еріген зат пен
еріткіпггің мөлшерін есептеп шығаруға да болады, ягни
белгілі еріген заттың мөлшері бойынша еріткіштің кон-
центрациясын немесе еріткіш арқылы еріген заттың кон-
центрациясын есептеу қиын емес.
§ 6 . ЭЛЕКТРОЛИТ ЕМЕС ЕРГПНДІЛЕРДІҢ ҚАСИЕТТЕРІ
Ерітіндідегі еріген заттың бөлшектерінің түріне қарай
заттар
электролит
және
электролит емес
болып екі
топқа бөлінеді. Электролиттер еріген кезде иондарға
дейін бөлшектенеді және олардың балқымалары немесе
ерітіндіпері электр тогын өткізеді. Электролиттерге не-
гіздер, қышқылдар, түздар жатады.
Бейэлектролиттер еріген кезде тек молекулаларга
дейін бөлшектенеді және олардың ерітінділері электр то-
гын өткізбейді. Бейэлектролиттерге көптеген органика-
лық қосылыстар (мысалы, қант, спирт) жатады.
Бейэлектролит ерітінділерінің қасиеттерін сипаттау
үшін оларды идеал ерітінділер деп қарастырады. Идеал
№
ерітінділер дегеніміз ерітіндіні қүрайтын заттардың моле-
кулааралық әрекеттесу күштері бірдей және бір-бірімен
химиялық жолмен әрекеттеспейтін ерітіндіні айтады.
Мүндай ерітіндіде әрбір зат басқа заттарға байланыссыз
тіршілік етеді және ерітіндінің қасиеттері тек еріген за-
ттың концентрациясына ғана байланысты болады. Реал-
дық ерітінділерден тек сүйытылған бейэлектролиттердің
ерітінділері гана өздерінің қасиеттері жөнінен идеал
ерітінділерге жақындайды. Бейэлектролиттер ерітінділер-
дің қасиеттеріне олардың бу қысымының төмендеуі,
қайнау температурасының жогарылауы, қату температу-
расының төмендеуі, осмос қысымы жатады.
| 7 . ЕРІТТНДІ БЕТІНДЕП БУ ҚЫСЫМЫ
Сүйық
күйімен
тепе-теңдікте
түрған
ерітіндінің
бетіндгі буын оның
цаныкдан буы
дейді. Түрақты темпе-
207
1
\
р
С ү Й Ь І Қ Т Ы Ң
яныққан
бу
рақты
шама.
сүйықтықта
: затты еріт-
:үйықтың қа-
5у
қасымы
46-сурет. Со-
ы температу-
(інің бетіндегі
қаныққан бу
қысымы таза еріткіштің
бетіндегіден әр
уақьггта
төмен болады.
л
—і----------------—і----
1—П
*штО
*
Іщш*
46-сурепи
Судағы ерітінділер
/
қысымының төмендеуі, қайнау
Т аза
еріткіштщ
қа-
қысымының төмендеуі
деп атайды.
Брітінді
бу
қысымы
төмендеуінің
(Р0 - Р)
таза
еріткіш бу қысымына
(Р0)
қатынасы ерітінді бетіндегі
Ерітінділер бу қысымы төмендеулерін зерттей келіп
француз химигі Рауль сүйытылған ерітінділер үшін мы-
надай заң үсынды, бүл Раульдің бірінші заңы деп ата-
лады.
Ерітінді бетіндегі еріткіш бу қысымының салыс-
тырмалы
төмендеуі
ерітіндідегі
еріген
заттың
мольдік улесіне тура пропорционал.
Бүл заңның математикалық көрінісі мынадай:
Формуладағы
п
және
по
— сәйкес еріген зат пен
еріткіштің мольдік үлестері.
Сүйтылған ерітінділерде еріген заттың мольдік үлесі
п
өте аз болатындықтан, жуық шамамен
п
+
п0 = по
деп алуға болады, онда:
салыстырмалы төмендеуі деп атала-
Р о - Р
п
(
21
)
Ро
п
+
По
Р о - Р = л
Р
По
(2 2 )
208
Әрбір заттың моль саны (зат мөлшері) оның масса-
сын молярлық массасына бөлгенге тең болгандықтан,
жогарыдагы формуланы былай жазуға болады:
т
р° - ?
1
М.
(23)
Ро
то
Мо
немесе
Рр —
р
_ т
•
Мр
(24)
Ро
то ■ М
Мүндағы
т
мен шо — ёріген зат пен еріткіштің масса-
лары (г),
М
мен
М0
— олардың сәйкес молярлық мас-
салары (г/моль).
Соңгы формуланы пайдаланып еріген заттың немесе
еріткіштің мопекулалық массаларын есептеп шығаруға
болады.
§ 8 . ЕРІТІНДІЛЕРДІҢ ҚАЙНАУЫ МЕН ҚАТУЫ
Ерітіндішң
қайнау
және
қату
температураларын
олардың бетіндегі еріткіштің бу қысымынын мөлшеріне
байланысты болады. Кез келген сүйық қаинау үшін
оның бетіндегі қаныққан бу қысымы атмосфералық не-
месе сыртқы қысымға тең болуы керек. Сүйықтың
бетіндегі қаныққан бу қысымы атмосфералық қысымға
тең болатын температураны сол сүйықтың
қайнау тем-
пературасы
дейді. Раульдің бірінпп заңы бойынша осы
температурада ерітіндінің бетіндегі еріткіштің каныққан
бу қысымы таза еріткіштің бу қысымынан әр уақытта
төмен болады. Мүнын мәнісі таза еріткіш қайнайтын
температурада (мысалы, 100°С-да) ерітіндінің бетіндегі
еріткіштін бу қысымы атмосфералық қысымға теңес-
пейді, ал оларды теңестіру үшін температураны алі де
жоғарылату керек, яғни ерітінді еріткішке қарағанда
жоғарырақ температурада қайнайды.
Ерітінді мен таза еріткіштің қайнау температурала-
рының айырмасын ерітіндінің қайнау температурасының
жоғарылауы дейді және оны Д
Ьля
әрпімен белгілейді.
Ерітінді қату үшін оның бетіндегі еріткіштің қа-
ныққан бу қысымы сәйкес қатты фазаның (кристалдың)
қысымына тең болуы керек. Таза еріткіш қататын тем-
пературада (мысалы, 0‘С) ерітіндінің бетіндегі еріткіпггің
қаныққан бу қысымы кристалдың бетіндегі бу қысымына
209
1
теңеспейді, ал оларды теңестіру үшін температураны әлі
де төмендету керек, яғнн ерітінді еріткішпен салы-
стырғанда төменірек температурада қатады. Таза еріткіш
пен ерітіндінің қату температураларының айырмасын
ерітіндінің
к,ату
(крнсталдану)
температурасының
төмендеуі
дейді және оны Д
Ь
лй
әрпімен белгілейді.
Ерітіндінің қайнау және қату температураларының
еріген заттың концентрациясына тәуелділігін Раульдің
екінші заңы анықтайды.
Ерітіндінің қайнау температурасының жоеарылауы
мен қату температурасының төмендеуі еріген зат-
тың концентрациясына тура пропорционалды тәуел-
дікте болады.
Раульдің екінші заңының математикалық өрнегі мы-
надай:
Д
и*
=
Е
•
Ст
(25)
д
и*й
= к •
с т .
(
26
)
мүндағы
Е
— еріткіпггің эбулиоскопиялық константасы,
К
— еріткіштің криоскопиялық константасы,
Ст
— ерітін-
дінің моляльдық концентрациясы.
Егер ерітіндінің концентрациясы 1 моль/кг-ға тең
болса, (Сю = 1) жоғарыдағы формулаларды былай жазуға
болады.
Д*ий =
Е.
(27)
Д ^
й
= К.
(28)
Бүл формулалар эбулиоскопиялық Е және криоско-
пиялық
К
коэффициенттерінің
физикалық
мәндерін
көрсетеді, яғни олардың сандық мәндері таза еріткіштің
қайнау және қату температураларымен салыстырғанда
концентрациясы 1 моль/кг ерітіндінің қайнау температу-
расының неше градуска артатынын және қату темпера-
турасының неше градуска төмеңдейтінін көрсетеді.
Мысалы, судың эбулиоскопиялық константасы 0,52,
ал криоскопиялық константасы 1,86. Осыларға сәйкес
концентрациясы 1 моль/кг электролит емес заттың су-
дағы ерітіндісінің қайнау және қату температураларын
былай есептейді:
100 + 0,52 = 100,52 °С ,
0 - 1,86 = - 1,86 °С .
210
Тәжірибе жүзінде анықталған ерітіндінің қайнау тем-
пературасының
жоғарылауы,
қату
температурасының
төмендеуі арқылы еріген заттың молекулалық массасын
есептеп шығаруға болады: Ол үшін Раульдің екінші
заңының математикалық теңдеулерін (25—26) пайдала-
нады:
А £қай =
Е •ст
=
п
т
Е ~м'
(29)
А
и
.ай =
к ■Ст
=
у
т
к м ’
(30)
м
=
•/
Е
•
т
А
*қай.*
(31)
м =
К • т
А*қай*
(32)
Мүндағы
т
— еріген заттың массасы,
М
— молярлық
массасы.
Егер /Пі г зат 1000 г еріткіпгге емес,
тг
г еріткіште
еріген болса, мүндай ерітіндінің мольдық кондентрация-
сын былай табады:
щ
_
М
_
=
т
,
;
1
0
0
0
(
3
3
)
тг
гпг
*
М
1000
мольдік концентрацияның мәнін (25, 26) форму
лаларға қоямыз
ДЦ.„ = 8 ® - ^ .
(34)
Ш2 М
А і„ т І К от' ■
(35)
м •
Бүл формулалардан еріген заттың молярлық масса-
сын, ал соған сәйкес молекулалық массасын табамыз:
М = Е :
т
'
(36)
А«мй •
ті
М = К ' От| ’■■*$£.
(37)
Д Іқат • ®2
Формулалардан көрініп түрғанындай, еріген заттың
молекулалық массасын эбулиоскопияльіқ әдіспен анықтау
үшін (36) , ал криоскопиялык әдіспен табу үшін (37)
анықтаса болғаны.
211
47-сурет.
Осмос қысымыныц түзілу сызба-нүскасы
(су) молекула
89. осм ос қысымы
Таза суға бір заттың концентрлі ері-
тіндісін қүйса, еріген заттың молекулалары
еріткіш молекулаларының арасына тарала-
ды. Сонымен қатар ерітк
лары да
ерітінді
бөлшектерінің
арасына
біркелкі таралады. Осындай екі жақты диф-
фузияның нәтижесінде ерітіндінің концент-
рациясы барлық жерінде бірдей болады.
Еңді түбі жартылай өткізгі
түратын жоғары жағы
жарғақтан
түтікке айналған
ыдысқа ерітінді қүйып, таза суға батырса,
диффузия тек бір бағытта жүреді, яғни су-
дың
молекулалары
жартылай
өткізгіш
жарғақ арқылы ерітіндіге өтеді, ал еріген
заттың бөлшектері су қүйылған ыдысқа өте
алмайды (47-сурет).
Осындай жартылай өткізгіш арқылы еріткіш молеку-
лаларының ерітіндіге бір жақты диффузиялануын осмос
дейді.
Осмос
арқылы
сыртқы
ыдыстан
ішкі
ыдыстағы
ерітіндіге су молекулаларының өтуі нәтижесіңде сүйық
түтік арқылы жоғары көтеріледі де ерітіңдінің концент-
рациясы біртіндеп азая береді. Ішкі ыдыста ерітіндінің
жоғары көтерілуіне байланысты гидростатикалық қысым
арта береді. Гидростатикалық қысым белгілі мөлшерге
жеткенде осмос тоқталады, яғни бүл кезде ерітіндіге су-
дьщ қанша молекуласы өтсе, ерітіндіден судың сонша
молекуласы сыртқы ыдысқа өтеді де тепе-тең күйге
айналады. Тепе-теңдік кезінде сыртқы ыдыстан ерітіңдіге
су молекулаларының бір жақты өтуі тоқталады.
Тепе-теңдік кезінде, яғни осмос тоқтағанда гидроста-
тикалық қысым осмос қысымына тең болады.
Осмос қысымы жартылай өткізгі
еріткі
қажетГ)
&
жарғақ арқылы
молекулаларының
ерітіндіге
өтуін
тоқтатуға
[ рет Вант-Гофф сүйытылган ерітіңділердің ос-
мос қысымы еріген заттың концентрациясына және тем-
ператураға байланысты екенін анықтап және оның идеал
газдардың заңына бағынатынын, ягни Менделеев-Клапей-
рон теңдеуі арқылы табуга болатынын дәлелдеді:
212
Р Ү
=
пКТ
(38)
мүндағы,
Р
— осмос қысымы,
V
— ерітіндінің көлемі,
п
— еріген заттың мольдік саны,
К
— газ түрақтысы,
Т
—
абсолюттік температура.
- Келтірілген теңдеуден осмос қысымын табамыз:
Рссы = ^ят.
(39)
Еріген заттың моль санының (
п)
ерітіндінің көлеміне
қатынасы
мольдік
концентрацняны
көрсететіндіктен
жоғарыдағы теңдеуді (39) былай жазамыз:
Росш
= Сп •
К
•
Т.
(40)
Еріген заттың молінің саны массасы (г) мен моляр-
лық
массасының
қатынасына
тең
болатындықтан,
теңдеуді (40) былай жазамыз:
Рссш
=
%&т.
(41)
Бүл теңдеуден еріген заттың молекулалық массасын
табуға болады
м
|
(42)
Осмос қысымы өсімдіктер мен жануарлар дүннесінде,
әсіресе сабақтар арқылы жоғары қарай су көтерілуде,
клеткаларда зат алмасуда және басқа қүбылыстар да
зор қызмет атқарады.
$10. ЭЛЕКТРОЛИТ ЕРГПНДІЛЕР.
ЭЛЕКТРОЛИТ ЕРГПНДІНІҢ ЕРЕКШЕЛІГІ
Бейэлектролнт ерітінділердің қасиеттері Рауль мен
Вант-Гофф заңдарына бағынатыны жоғарыда айтылды.
Енді осы заңдарды электролиттер ерітіңділеріне қолдан-
ғанда ауьггқу немесе сәйкессіздік болатыны анықталды.
Электролиттер ерітінділерінің қаныққан бу қысымьшың
төмендеуінің, қайнау температураларының жоғарыпау-
ының,
қату
температураларының
төмендеуін,
осмос
қысымдарының тәжірибе жүзінде анықталған сандық
мәндері бастапқы концентрациялары бірдей бейалектро-
213
литтердің сондай қасиеттерінін сандық мәндерінен әр
уақытта жоғары болатыны дәлелденді. Мысалы, натрий
хлоридының 0,1 моль судағы ерітіндісінің қату темпера-
турасының төмендеуін Раульдің екінші заңы бойынша
есептеп шығаруға болады:
Ерітіндінің іс жүзінде анықталған қату температура-
сының төмеңдеуі 0,186° емес. 0, 360°, яғни, электролит
натрий хлориды ерітіңдісі сондай концентрациялы бейэ-
лектролитпен салыстырғанда екі есеге жуық төмендейді.
Вант-Гофф өзінің заңын электролит ерітінділеріне
қолдану үшін ол заңның математикалық өрнегі болатын
теңдеудің
оң
жағына
изотондық
коэффициентін
(0
енгізді.
Изотондық
коэффициенті
тәжірибе
арқылы
анықталған электролиттер қасиеттерінің сяндық мәндерін
Рауль
және
Вант-Гофф
заңдары
арқылы
табылған
мәндеріне бөлу арқылы анықтайды:
Мүндағы
Р
Д іу|Й, А
,
Ржн
— тәжірибе жүзінде анық-
талған электролит ерітіндісінің сәйкес бу қысымының
төмендеуі, қайнау температурасының жоғарылауы, қату
температурасының төмендеуі, осмос қысымы.
Осындай жолмен табылған изотондық коэффициентті
(/) Рауль мен Вант-Гофф заңдарының математикалық
теңдеулеріне қою арқылы, оларды барлық сүйытылған
электролит ерітінділерге қолдануға болады:
Бүл теңдеулердегі изотондық коэффициент бейэлект-
ролит ерітінділері үшін 1-ге тең. Электролиттер үшін әр
уақытта 1-ден көп. Изотондық коэффици енттің мәні
ерітіндінің табиғатына және оның концентрациясына бай-
ланысты болады. Бір заттың ерітіндісі үшін қолданатын
А
= К -
Сш = 1,86 • 0,1 = 0,186
/ =
_ А*' =
ЛЁИ
(43)
(45)
(46)
(47)
(44)
214
жоғарыда келтірілген төрг теңдеудегі изотондық коэффи-
циеиттің мәні бірдей болады.
$11. ЭЛЕКТРОЛИТТІК ДИССОЦИАЦИЯ ТЕОРИЯСЫ
Электролиттер — негіздер, қышқылдар, түздар балқы-
малары мен ерітінділері электр тогын өткізеді.
Швед ғалымы С. Арреннус электролит ерітінділерінің
эдектр тогын өткізуі
және Рауль мен
Вант-Гофф
заңдарынан ауытқуы олардың ерітінділерінде бөлшек-
тердің көбеюіне, яғни еріген заттың немесе электролит-
тьщ молекулаларыньщ иондарға ыдырауына байланысты
деген түжырым жасады. Шынында да, бейэлектролит
ерітінділердің қасиеттерінің сандық мәндері Рауль мен
Вант-Гофф зандары бойынша еріген заттардың концент-
рацияларына тәуелді болғандықтан, электролит ерітінді-
лерінде бүл қасиеттердің сандық мәндерінін жоғарырақ
болуын еріген молекулалардың диссоциациялануы нәти-
жесінде бөлшектердің (иондардың) көбеюінен болады деп
түсіндіру ақылға қонымды жорамал еді.
С. Аррениус негізін салған (1887) электролитпк дис-
социация теориясының негізгі қағидалары мынадай:
Эле ктролит т ер
—
негіздер,
қышқылдар,
туздар
балқыганда немесе суда ерігенде оң және теріс ион-
дареа ыдырайды. Электролит молекулаларының ион-
дареа
ыдырау процесін
электролиттік диссоциация
дейді.
Оң зарядталған иондар —
қатиондар,
теріс заряд-
талған иондар —
аниондар
деп аталады.
Ерітінділерде оң зарядты және теріс зарядты иондар-
дың болуы оның электр тогын өткізуін қамтамасыз
етеді. Электролиттерге молекулаларында иондық немесе
полюсті байланысы бар қосылыстар жатады.
Қазіргі көзқарас бойынша электролиттік диссоциация
— электролит молекулаларының еріткіш судың полюсп
молекулаларымен
әрекеттесуі
нәтижесінде
жүретін
күрделі процесс. Мысал ретінде калий бромидының ион-
ды молекуласы мен бромсутек қышқылының полюсп
молекуласының иондарға ыдырауын қарастырайық:
К+Вг“ + хН20
К+ • т Н 20 + Вг • пН20
Бүл процесс кезінде судьщ полюсгі молекулалары
өзінің теріс полюсі арқылы калиймен, оң полюсі арқылы
броммен байланысады. Су молекулалары ретсіз қоз-
галып, калнй ионы мен бромид — ион арасындағы бай-
ланысты
әлсіретіп,
оларда
гндраттанған
жеке-жеке
иондарға айналдырады.
Бромсутек қышқылы да осындай жолмен су молеку-
лаларымен әрекеттесудің нәтижесінде әуелі полюсті мо-
лекуладан ионды молекулаға, одан соң гидраттанған
жеке иондарға айналады:
НВг + хН20
Н+ • т Н 20 + Вг • ЛН20
Диссоциация
процесі
қайтымды
бол ғандықтан,
теңдіктің орнына қарама-қарсы бағытталған стрелкалар
қойылады. Электролиттердің судағы ерітінділерінде ион-
дарға
ыдырауына
судың
диэлектриктік
түрақтысы
(с = 80) үлкен әсер етеді және оны мына формуладан
көруге болады:
ш
? — еІ
• 12
2
»
е
•
т
мүндағы
Ғ
зарядталған иондардың бір-біріне тартьілу
күпп,
е\
мен е2 — зарядтардың мөлшері,
т
— иондардың
ара қашықтығы,
е
— судың диэлектрлік түрақтысы.
Судың диэлектрлік түрақтысы
(е
= 80) ерітіңдідегі
қарама-қарсы иондардың бір-біріне тартылу күші бос
кеңістікпен салыстырғанда 80 есе төмендейтінін көрсе-
теді.
Электролиттік
диссоциациямен
танысқаннан
кейін
электролиттерге
негіздерге,
қышқылдарға,
түздарта
анықтама беруге болады.
Негіздер дегеніміз судагы ерішінділерде диссоциация-
ланып металдьің катионына және гидроксидтің анио-
нына ыдырайтын электролиттер.
Мысал ретінде калий гидроксиді мен барий гидрок-
сидінің диссоциациясын келтірейік:
КОН
&
к+
+ ОН"
Ва(ОН)2 ** ВаОН+ + ОН~
Ва2+ + 20Н "
Негіздердің барлық негіздік қасиеттері ерітіндіде гид-
роксид иондарының болуына байланысты.
Қышқылдар дегеніміз судағы ерітінділерде сутегінің
катионына, қышқыл қалдығының анионына диссоциация-
ланатын қосылыстар, мысапы:
216
НСІ
Н+ +
с г
Н
3
РО
4
Н+ + Н
2
РО
4
2Н+ + Н Р04 *? ЗН+ + Р 0 34*
Қышқылдарға
тән
қышқыл
дәм,
көк лакмусты
қызыл түске бояу, негіздермен әрекеттесіп түз және су
түзу сияқты қасиеттер ерітіндіде сутегінің катиондары
болуына байланысты.
Нагыз негіздер мен нағыз
қышқылдардан
басқа ам-
фотерлік гидроксидтер болады. Амфотерлік гидроксидтер
нейтрал
ортада
бір
мезгілде
әрі
негіздерше,
әрі
қышқылдарша иондарға ыдырайды, мысалы:
С/Оз' + ЗН+
НСЮГ + 2Н+
Н2С/Оз + Н+
Сг(ОН)з
СЧОН>;++ ОН"
Сл(ОН)2+ + 2 0 Н '
С
г
*+ +
+ 30Н~
Тұздар деп судагы ерітінділерінде металдың кати-
ондарына, қышқыл қалдыгының аниондарына ыдырай-
тын қосылыстарды атайды, мысалы:
№ N03
N
0
*
+ ЫОз
А12(5 0 4)
з
2А13+ + 350«"
8 12. НЕГІЗДЕР МЕН ҚЫШҚЫЛДАРДЫҢ
КЕЙБГР ЖАЛПЫ ТЕОРИЯЛАРЫ
С. Аррениус негізін салған электролиттік диссоциа-
ция теориясы ерітіндідегі негіздер мен қышқылдардың
қасиеттерін жақсы түсіндіргенмен сусыз ерітінділерге
қолдануға келмейді.
Мысалы, аммиактың қүрамында
гидроксид ионы болмағанмен ол негіздер сияқты гало-
генсутектермен әрекеттесіп түздар түзеді, мысалы:
КН3 + НСІ = КН4С1
Осындай сусыз ортада жүретін реакцияларды зерг-
теудің нәтижесінде негіздер мен қышқылдар туралы
жалпы түсініктер беретін теориялар үсынылды. 1923 жы-
лы Д. Бренгтед үсынған протондық және 1924 жылы
Д. Льюис үсынған электрондық теориялар осылардың
ішіндегі ең маңыздылары.
Протондық теория. Бүл теория бойынша қышқыл
дегеніміз
өзінен
сутегінің
катионын
немесе
протон
217
бөлетін бөлшек (молекула, ион), ал негіз дегеніміз өзіне
сутегінің катионын немесе протон қосып алатын бөлшек.
Химиялық әрекеттесу кезінде қышқыл өзінің протонын
береді (донор), ал негіз ол протонды қосып алады (ак-
цептор):
негіз + протон
қышқыл
Протондық теория бойынша негіз бен қышқылдың
әрекеттесуін мынадай сызба-нүсқа бойынша көрсетеді.
Қьппқылі + негізг қышқыл^ + негізі
Осы сызба-нүсқа бойынша аммиак пен хлорсутектін
әрекеттесу реакциясының теңдеуі былай жазылады:
НСІ + Ш 3
к н ; + СГ
қышқылі негізг қышқылг негізі
Бүл тендеуде қышқыл +НС1-ға С1
негізі сәйкес ке-
леді.
ИНз
негізге
Ш 4
қышқыл
сәйкес
келеді.
Әрекеттесетін заттың қасиетіне байланысты бір заттың
(бөлшектің) өзі бір жағдайда қышқыл болса, екінші
жағдайда негіз болуы мүмюн. Мысалы, су аммиакпен
әрекеттескенде
қышқыл
болады,
ал
хлорсутекпен
әрекеттескенде негіз болады:
Н20 + ЫН3
&
ОН" + ЫНІ
қышқылі негізг негізі қышқылг
■
НСІ + Н20
С1' + НзО+
қышқылі негізг негізі қышқылг
Протондық
теория
бойынша
заттар
протонды
неғүрлым оңай бөліп шығарса, солғүрлым қышқылдық
қасиеттері басым болады, ал керісінше заттар протонды
оңай қосып алатын болса, олардың негіздік қасиеттері
басым болады.
Электрондық теория. Бүл теория бойынша қыш-
қылдар жүп электрондардың акцепторы, ал негіздер жүп
электрондардың
доноры
болады.
Басқаша
айтқанда,
қышқылдар дегеніміз жүп электронды қосып алатын зат-
тар (бөлшектер), ал негіздер дегеніміз жүп электрондар-
ды беріп жіберетін заттар. Бүл теория бойынша қышқыл
мен негіз әрекеттескенде донорлы-акцепторлы механизм
бойынша кешенді қосылыстарда кездесетін ковалентп
байланыс түзіледі, мысалы:
Щг
218
н
н
Н* + : Н : Н
т
Н : N : Н
Н
Н
Кз ДЯИ»
и ш м и
' •' ,^»д|
Бүл екі теория бірін-бірі толықтырады я а к негіадер
мен
қышқылдар
жаие
олардын
әрекеттесуі туралы
гүсініктерді кеңітеді.
9 13. ӘЛСІЗ ЭЛЕКТРОЛИТТЕР.
ДИССОЦИАЦИЯЛ 4НУ ДӘРЕЖЕСІ
Еріткеңде иондарға толык ыдарайтын заттарды
кушті
электралшптер,
ап иондарға толық ыдырамайтыя зат-
тарды орташа немесе
яясіз электролиттер
дейді.
Электролиттердің иондарга ыдырау қабілетін сандык
жағынан диссоциациялану дэрежесі (Ё) нзотондық коэф-
фициенті (і) және диссоциациялану конс гантасы (К)
анықтайды.
Эл ектрол иттін
диссоциацияламу дөрежесі
дегеніміз
иондарга ыдыраған молекулалар санының
Шя)
жаппы
ерітілген молекулалар санына (Л'г> қатысы. Диссоциаци-
ялану дәрежесі бірдің бөліктері (үлестері) түрінде немесе
процентпен өлшенеді:
а
=
немесе
а
=
—*■
100
%
я»
" I
Егер аммоний гидроксиді ерітіндісінде ерітілген 1000
молекуланың 14 молекуласы иондарға ыдыраған болса,
онда
злектролиттің
диссоциациялану
дәрежесін
жоғарыдағы формулаларға сәйкес былай табады:
° * Тдаб “ 0 1 4
н ем есе
а *
Т Ш 100% в
1’4%
Төменде кейбір электролиттердін 0,1 Си ерітінділе-
ріндегі диссоциациялану дәрежесі келтірілген.
НСІ
Н,50«
КОН
Ва(ОН)а
НаҒ,
СН,СООН
95
60
90
77
10
1,4
НдОН
Н2С03
Н^З
НСИ
1,4
0,17
0,07
0,01
219
Келтірілген мысалдардан электролиттердің диссоциа-
циялану дәрежелерінің өзгеру
шегінің
үлкен екенін
көреміз.
Диссоциациялану
дәрежелерінің
сандық
мәндеріне
қарай электролиттер шаргты түрде күшті
(а >
30%),
әлсіз
(а
< 30%) және орташа
(а
= 3 — 30%) болып үш
топқа бөлінеді.
7> Достарыңызбен бөлісу: |