Тақырып бойынша бақылау сұрақтары



1. Реакцияның реті мен молекулалығы дегеніміз не? Олар қалай анықталады және өрнектеледі?

2. Жылдамдық константасының физикалық мағынасын түсіндіріңіз. Ол қандай факторларға тәуелді?

3. Температура жоғарылағанда реакция жылдамдығы неге артады? Активтендіру энергиясы дегеніміз не? Оны қалай және не үшін анықтайды? Аррениус теориясын түсіндіріңіз.

4. Катализ және катализатор. Неге катализатор химиялық тепе-теңдіктің ығысуына әсер етпейді? Гомогендік катализға мысал келтіріңіз. Гетерогенді катализды түсіндіретін теориялардың арасындағы айырмашылықтары.

5. Ферментативтік катализдың негізгі ерекшеліктерін сипаттаңыз.

6. Ингибиторлар және ретарданттар, олардың қолданылуы. Азық-түлік тағамдарды сақтау кезінде жүретін тотығу-тотықсыздану процестерінің және нитрификация ингибиторларына мысалдар келтіріңіз.

7. Азық-түлік тағамдарды сақтау кезінде жүретін фотохимиялық процестерді сипаттаңыз.

№ 4 Дәріс

Ерітінділердің қасиеттері

Ерітінділер дисперстік жүйелердің бір түрі болып табылады. Дисперстік жүйе дисперстік орта мен фазадан тұрады. Дисперстік жүйе деп бір заттың ішінде /ортасында/ екінші бір заттың ұсақталған /тамшы, газ көпіршіктері, майдаланған қатты бөлшектер/ күйде таралған жүйені айтамыз. Дисперстік жүйенің негізгі сипаттамаларының бірі оның дисперстену дәрежесі, яғни дисперстік фаза бөлшектерінің диаметріне кері шама. Дисперстік жүйелер дисперстену дәрежесіне қарай 3 топқа бөлінеді:

1. Ірі дисперсті жүйелер ( )

2. Коллоидты жүйелер ( )

3. Нағыз не шынайы (молекулалық, иондық) ерітінділер( )

Ерітінді ерген зат пен еріткіштен тұрады. Ерітікіш дегеніміз еру процесінің барысында өз агрегаттық күйін өзгертпейтін, ерітіндіде массалық үлесі көбірек болатын компонент. Еріткіштің агрегаттық күйіне қарай ерітінділер: газ, сұйық және қатты болып жіктеленеді.

Шынайы ерітінділер деп өзара химиялық әсерлескен екі немесе одан да көп құрамдас бөліктерден тұратын, құрамы өзгермелі гомогенді жүйелерді айтады. Көбінесе сұйық ерітінділер, ал оның ішінде еріткіші су болып келетін ерітінділердің іс жүзінде маңызы зор.

Мольдік массасы 500 г/мольден кіші заттардың ерітінділері төмен молекулалық қосылыстар ерітіндісі деп атайды (ТМҚ), M=500 – 5000г/моль болатын заттар олигомерлер деп аталады, ал мольдік массасы 5000 г/мольден үлкен заттардың ерітінділерін жоғары молекулалық қосылыстардың ерітіндісі дейді (ЖМҚ). ТМҚ ерітінділері үш класқа бөлінеді: электролиттер, бейэлектролиттер және амфолиттер.

Заттардың ерігіштігі. Ерігіштік – бұл заттың суда немесе басқа затта еру қабілеті. Суда қатты, сұйық немесе газтәрізді заттар еруі мүмкін.

Суда ерігіштігі бойынша заттарды 3 топқа бөледі: 1) жақсы еритін; 2) аз еритін; 3) ерімейтін. Бірақ абсолююті ерімейтін ерітінділер болмайды. Мысалы, суда алтын да, шыны да аз мөлшерде болса да ериді. Заттың ерігіштігі біріншіден заттың табиғатына байланысты. Сонымен бірге ол температураға және қысымға тәуелді. Еру – бұл өздігінен жүретін физика-химиялық процесс. Ері кезінде жылу өзгеретінін байқауға болады. Заттың 1 молі ерігенде сіңірілетін не бөлінетін энергия шамасы еру жылуы деп аталады (кДж/моль). Еру процесі нәтижесінде жүйенің Гиббс энергиясы төмендейтін болса (G0), еру өздігінен жүреді:

Сандық жағынан заттың ерігіштігін ерігіштік коэффициентімен көрсетеді. Ол берілген температурада 100 г еріткіште максимальды еритін заттың массасы. Заттардың ерігіштігін көбінесе еру қисықтарымен көрсетеді (абсцисса осі – температура, ординат осі – ерігіштік коэффиценті). Бұл қисықтардың көмегімен ерітіндіні салқындатқанда қанша грамм зат тұнбаға түсетіні көрінеді. Заттардың ерігіштігі еритін заты мен еріткіштің табиғатына, температураға, сыртқы қысымға тәуелді.

Қатты заттардың сұйықтарда еруін былай түсіндіруге болады: еріткіш әсерінен қатты заттың молекулалары заттың бетінен бөлініп жеке иондар немесе молекулалар түрінде еріткіштің көлемінде таралады. Қатты кристалдық заттардың еруі екі жақты құбылыс: бірінші эндотермиялық процесс – заттың кристалдық тордың бұзылуы, байланыстардық үзілуі; екіншісі экзотермиялық процесс – еріген заттан бөлініп шыққан молекулаларымен еріткіштің молекулалары арасындағы гидратталу (сольваттану), сонда

Сұйықтарды суда еріткенде олардың кейбіреулері сумен шексіз араласады (спирт-су, ацетон-су), кейбіреулері белгілі шектеулі қатынаста, кейбіреулері мүлдем ерімейді, нәтижесінде эмульсия деп аталатын екі фазалы жүйе түзледі (май-су, анилин-су). Температура жоғарлаған сайын сұйықтардың еруі артып, белгілі бір температураға жеткенде олар бір-бірімен кез-келген қатынаста араласады. Мұндай температура ерудің дағдарыстық температурасы деп аталады. Мысалы, анилин мен су 167 ⁰С-тан бастап бір-бірімен араласады. Дағдарыстық температура кейбір тағамдардың сапалық анализінде қолданады, мысалы, маргарин мен сиыр майының дағдарыстық температуралары өзгеше болады.

Газдар суда ерігенде жылу бөлінеді. Яғни, температура жоғарлаған сайын олардың ерігіштігі азаяды. Газдың судағы ерігіштігі онда электролит еріген кезде өте төмендейді. И.М.Сеченов газ ерігіштігі мен электролит концентрациясы арасындағы байланысты анықтады:

мұнда N⁰ және N газдың таза судағы және концентрациясы белгілілі (с) ерітіндідегі мольдік үлесі, k – газ және электролит табиғатына, температураға тәуелді эмпирикалық константа.

Газдың ерігіштігіне қысым да әсер етедеі. Оны Генри заңы көрсетеді:

мұнда С_ер – газдың ерітіндідегі концентрациясы, К – Генри тұрақтысы, Р – газдың парциалдық қысымы.

Осыдан газдың сұйықта еруі оның парциалдық қымымына тура пропорционалды екені көрініп тұр. Парциалды қысымның төмендеуі газдың ерігіштігінің төмендеуіне әкеледі. Мысалы, газдалған су СО₂-нің судағы 0,1 МПа қысымда дайындалған ерітіндісі. Су ауамен жанасқанда, ауадағы СО₂-нің парциалдық қысымы 0,26 кПа-ға тең, сондықтан газ бөлініп шығады.

Сол сияқты «кессон ауруы» да осы газдың парциалдық қысымына байланысты. Водолаздың тереңнен тез көтерілгенде қанда еріген газдар, сыртқы қысымның төмендеуіне байланысты бөліне бастайды («қан қайнайды»). Газдың көпіршіктері кішкентай қан тамырларын бітеп тастап, адамның ауруына немесе өліміне әкелуі мүмкін.

Еріткіштермен химиялық әрекеттесетін газдардың ерігіштігі Генри заңына бағынбайды.

Сонымен бірге қатты, сұйық, газ заттардың сұйықтықта ерігіштігі олардың молекулаларының полярлықтарына байланысты. Әдетте тәжірибеде келесі ереже орындалады: полярлы заттар полярлы еріткіште, ал полярлы емес заттар полярсыз еріткіште жақсы ериді. Молекуланың полярлығы оның диполь моменті ( ) мен диэлектрлік өткізгіштігімен ( ) сипатталанады, мысалы егер сұйықты құрайтын молекулалардың диполь моменті -ден аз, ал болса, онда еріткіш аз полярлы деп есептеленеді. Электролиттердің ерігіштігі еритін еріткіштің диэлектрлік тұрақтылығына тура пропорционал. Полярлығы жоғары молекулалардан тұратын еріткіштердің диэлектрлік тұрақтылықтары да жоғары болады, олардың бұл қасиетімен келесі процестер байланыста болады: еріткіш молекуларының ассоциациясы, электролиттік диссоциация, сольватация. Бірақ температура жоғарлаған сайын  шамасы төмендейді.

Ерітінділердің құрылысы мен түзілуін түсіндіруде екі теория пайдаланады: физикалық және химиялық.

Ерітінділердің физикалық теориясы. Вант-Гофф, Аррениус ұсынған бұл теория бойынша еріткіш – инертті орта, ал еру кезінде еріген зат бөлшектері бүкіл көлемге бірыңғай таралады деп қарастырылды. Еріген затпен еріткіш бөлшектері арасында молекулааралық әрекеттесулер жоқ.

Ерітінділердің химиялық теориясы (сольваттық, гидраттық теория). Бұл теорияның негізін Д.И.Менделеев қалаған. Еру процесі кезінде жылу эффектісі байқалатындықтан еріткішпен еріген зат химиялық әрекеттесіп, сольваттар түзеді. Егер еріткіш су болса, мұндай қосылыстар гидраттар деп аталады. Мысалы, күкірт қышқылының ерітінділерінде Н₂SO₄  H₂O, Н₂SO₄  2H₂O т.б. гидраттар түзілетіні дәлелденген. Сольваттар түзуге молекула-аралық, ион-дипольдік және сутектік байланыстар қатысады.

Кез келген ерітіндінің маңызды сандық сипаттамасы оның құрамы, оны концентрация шамасымен көрсетеді. Ерітіндіде еріген заттың мөлшеріне қарай олар концентрлі және сұйытылған, қанықпаған, қаныққан және аса қаныққан деп бөлінеді. Егер заттың мөлшері көп болса, онда біраз уақыттан кейін тепе-теңдік пайда болады. Еріген заттың артық мөлшерімен динамикалық тепе-теңдікте болатын ерітінді қаныққан деп аталады. Ал қанықпаған ерітіндіде заттың мөлшері қаныққан ерітіндіден аз болады, ал аса қаныққан ерітіндіде қаныққан ерітіндіден көп болады. Аса қаныққан ерітінділер тұрақсыз.

Ерітіндінің концентрациясы – ерітіндінің не еріткіштің белгілі массасында немесе көлемінде еріген заттың мөлшері. Концентрацияны анықтаудың мынадай тәсілдері бар: проценттік, мольдік, нормальдік, моляльдік концентрациялар, титр және мольдік үлес.

Проценттік концентрация

Мольдік концентрация

Нормальдік концентрация

Моляльдік концентрация

Титр

Мольдік үлес

Концентрацияға тәуелді ерітіндінің қасиеттері коллигативті деп аталады, оларға: 1) ерітінді буының қысымы еріткіш буының қысымынан кем болуы (Раульдың 1-ші заңы); 2) ерітінділердің таза еріткіштерінен төменгі температурада қатуы және жоғары температурада қайнауы (Раульдың 2-ші заңы); 3) ерітіндінің осмос қысымы (Вант-Гофф заңы).

Рауль заңына бағынатын сулы ерітінділер үшін ерітіндінің қату температурасының төмендеуі еріген заттың моляльдік концентрациясына тура пропорционал. Бейэлектролит үшін:

мұнда еріткішпен ерітіндінің қату температураларының айырмасы, ерітіндінің моляльдік концентрациясы, еріткіштің криоскопиялық константасы ( ).

Электролит ерітінділері үшін жоғарыда теңдеуге, электролиттің диссоциациялануы нәтижесінде түзілетін бөлшектердің саны неше есе артқанын көрсететін, Вант-Гоффтың түзету коэффициенті (i) енгізіледі. Электролитер үшін: ал

мұнда n – электролит молекуласы диссоциациялағандағы түзілетін иондар саны,  – электролиттің диссоциация дәрежесі.

Ерітіндінің қайнау температурасының жоғарылауы да моляльдік концентрациясына пропорционал. Электролит ерітіндісі үшін:

мұнда еріткіштің эбулиоскопиялық константасы.

Вант-Гоффтың жуықталған эмпирикалық теңдеуі бойынша бейэлектролит ерітіндісінің осмос қысымы келесі формуламен есептелінеді:

мұнда ерітіндінің мольдік концентарциясы, T – температура, К,

R – газ тұрақтысы (0,082 немесе ).

Электролиттер ерітінділерінің осмос қысымын есептегенде теңдеуге i коэффициенті енгізіледі. Бұл теңдеу аса сұйытылған ерітінділер үшін қолданады, себебі ол жағдайда ерітіндінің моляльдігі мен молярлығымен арасында үлкен айырмашылық жоқ.

Биологиялық сұйықтықтардың осмос қысымы ерітіндінің қату температурасының төмендеуі бойынша есептеле алады:

Зертханада ерітіндінің қату (криоскопия әдісі) және қайнау температураларын (эбулиометрия әдісі) немесе осмос қысымын (осмостық әдісі) өлшей отырып, ондағы еріген заттың молекулалық салмағын анықтауға болады: