1.1 Химияның негізгі түсініктері

Химиялық элемент – ядро зарядтары бірдей болатын атомдар түрі.

Атом - химиялық реакция кезінде бөлінбейтін элементтің ең кішкене бөлшегі, бірақ сол элементтің химиялық қасиеттерін көрсетеді.

Молекула – сол заттың химиялық қасиетін көрсететін заттың ең кішкене бөлшегі.

Жай заттар – құрамына тек бір элементтің атомдары ғана кіретін заттар.

Күрделі заттар – құрамына әртүрлі элементтер атомдары кіретін заттар.

Массаның атомдық бірлігі – 1/12 көміртегі -12 атомының массасы (¹²С),

яғни 1,6666× 10^-27 кг.

Элементтің салыстырмалы атомдық массасы ( А_r ) – өлшемсіз шама, элементтің табиғи изотоптар құрамының орташа атомдық массасының көміртегі-12 атомының 1/12 массасына қатынасына .

Жай және күрделі заттардың салыстырмалы молекулалық массасы (М_r ) - өлшемсіз шама , заттың табиғи изотоптары құрамының орташа массасының көміртегі – 12 атомының 1/12 массасына қатынасы.

Моль – заттың мөлшерінің бірлігі, көміртегі-12 атомының 0,012 кг массасындағы атомдар санына тең, яғни 6,02× 10²³ .

Заттың эквиваленті - 1 моль сутегі атомдарымен ( 0,5 моль оттегі атомдарымен) қосыла алатын не сондай сутегі ( оттегі ) атомдарының мөлшерін химиялық реакцияларда ығыстырып шығара алатын мөлшері.

Эквивалент масса – заттың 1 эквивалентінің массасы.

Авогадро тұрақтысы N_A - кез келген жүйенің ( N ) бөлшектер санының жүйе заттарының мөлшеріне қатынасы n: N/n = N_A моль^-1 = 6,02×10²³ моль^-1.

Осыдан : 1) әртүрлі газдардың бірдей жағдайда ( t, p ) бірдей көлемдеріндегі молекулаларының саны бірдей болады; 2) Қалыпты жағдайда ( қ.ж. ) газдардың молярлық көлемі 22,4л/моль болады. Олай болса, 1 моль газдың қ.ж. көлемі 22,4л.

Эквивалент көлем – заттың 1 эквиваленті алатын көлем. Сутегінің эквиваленті 1 моль , оттегінің эквиваленті 0,5 моль болғандықтан сәйкесінше эквивалент көлемдері 11,2 л/моль және 5,6 л/моль болады.

1.2 Химияның негізгі заңдары

Масса сақталу заңы; энергия сақталу заңы; құрам тұрақтылық заңы; еселік және көлемдік қатынастар заңдары; Авогадро заңы, эквиваленттер заңы.

Эквиваленттер заңы - әрекеттесетін заттардың массасы олардың эквивалент массаларына пропорционал.

Бұл заңдар стехиометриялық заңдар деп аталады, себебі олар барлық заттардың массалары мен көлемдерін есептеуге қолданылады.

Мысал 1. мына қосылыстардағы HCI, H₂S, NH₃, CO, CO₂ элементтердің эквивалентін , эквивалент массаларын және эквивалент көлемдерін анықтау қажет болса, заттың эквивалент және эквивалент массалары анықтамасы бойынша хлордың, күкірттің, азоттың, көміртектің эквиваленті сәйкесінше

1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/2 моль , 1/4 моль және эквивалент массалары 35,5г/моль, 16г/моль, 4,67 г/моль, 6 моль, 4 моль болады .

Элементтің эквивалентін және эквивалент массасын анықтау үшін олардың сутектік және оттектік қосылыстарына ғана қарамайды, қосылыстағы эквиваленті және эквивалент массасы белгілі басқа заттар арқылы да анықтайды. Мысал 2. 5,6г темір күкіртпен 8,8г темір сульфидін түзсе, темірдің эквиваленті және эквивалент массасы қанша болатынын есептеу керек, егер күкірттің эквивалент массасы 16г/моль екені белгілі болса. Есептің шарты бойынша 5,6г темірге 8,8 – 5,6 = 3,2г күкірт келіп тұр. Эквиваленттер заңы бойынша 5,6г темір ------- 3,2г күкіртке эквивалентті

М_э г/моль ------- 16 г/моль

Осыдан, М_э ( Fe ) = 28г/моль. Темірдің эквивалент массасы оның атомдық массасынан екі есе кіші болғандықтан, 1 моль темірде 2 эквивалент бар, сондықтан темірдің эквивалнті ½ моль болады.

Күрделі заттардың эквивалент массасын эквивалент заңына сүйеніп мына формулалармен анықтайды:

М_э ( оксидтің) = М_оксид /элемент атомдарының саны × оның валенттілігі

М_э ( қышқыл) = М_қышқыл / қышқыл негіздігі

М_э ( негіз) = М_негіз / негіздің қышқылдығы

М_э ( тұз ) = М_тұз / металл атомдар саны × металл валенттілігі

мұндағы М_э және М – эквиваленттің және қосылыстардың мольдік массалары. Қышқылдардың негіздігі қышқыл негізбен әрекеттескенде қышқыл молекуласының беретін протон санымен анықталады. Негіздердің қышқылдығы негіз қышқылмен әрекеттескенде негіз молекуласының қосып алатын протондар санымен анықталады. Тотықтырғыштың ( тотықсыздандырғыштың) эквиваленті деп тотықсызданғанда ( тотыққанда)1 моль электрондарды қосып алатын (беретін) мөлшері. Тотықтырғыштың ( тотықсыздандырғыштың) эквивалент массасы реакция кезінде қосып алған (берген )электрондар санына олардың молекулалық массасын бөлгенге тең. Мысал 3. 8г NaOH күкірт қышқылымен бейтараптанғанда түзілген натрий гидросульфатының массасын анықтау керек. Шешімі: Натрий гидроксидінің эквивалент массасы: М_э = М_NaOH / 1 = 40г/моль. Сонда, 8г: 8/40 = 0,2 натрий гидроксидінің эквивалентті массасын құрайды. Олай болса, эквивалент заңына байланысты түзілген тұздың массасы да оның 0,2 эквивалент массасын құрайды, яғни натрий гидросульфидінің массасы 120×0,2 = 24г.

Мысал 4. Қалыпты жағдайда қышқылдан 0,7л сутегін эквивалент массасы 28г/моль болатын металл ығыстырған болса, оның массасы қанша болады?

Шешімі: Сутегінің эквивалент көлемі 11,2л болғандықтан пропорция бойынша 28 г металл ---------- 11,2л сутегіге эквивалентті

Х,г металл --------- 0,7л сутегімен әрекеттеседі

Х = 0,7×28/11,2 = 1,75г.

Мысал 5. Күкіртті сутек күкірт қышқылына дейін тотықса, оның эквиваленті және эквивалентінің молярлы массасы қанша болады? Шешуі:

H₂S + 4 H₂O = SO₄^2- + 10H⁺ + 8e , Э = 1/8 моль, М_э = 34/8 = 4.26г/моль.

Мысал 6, мына реакцияда:

2 HCl + Ca(OH)₂→ CaCl₂ + 2H₂O

HCl- дың екі сутек атомына бір Са(ОН)₂ сәйкес келіп тұр. Сондықтан сутегінің бір атомына 1/2 Са(ОН)₂ молі сәйкес, яғни кальций гидроксидінің эквиваленті 0,5 моль болады. f_экв саны эквиваленттік фактор болып саналады, оны былай белгілейді f_экв(В) (В- белгілі бір зат). Келтірілген мысалда f_экв Са(ОН)₂ =1/2. Кей заттардың эквиваленттік факторын формула арқылы табуға болады. Қышқылдар үшін эквиваленттік фактор оның негіздігіне қарама-қарсы негіздік-қышқыл молекуласындағы металл ионына алмасатын сутек ионының саны. Негіздердің эквиваленттік факторы олардың қышқылдығына қарама-қарсы қышқылдың-негіздігі қышқыл қалдығына алмасатын ОН^- ионының саны:

f_экв(қышқыл)= 1/N(H⁺)

f_экв(негіз)= 1/N(OH^-)

N – Н⁺ не ОН^- саны

Эквиваленттік фактор бір зат үшін әр түрлі реакцияларда әр түрлі болады. Мысалы:

H₃PO₄ + 3 NaОН → Na₃РО₄ + 3Н₂О

N – (Н⁺)= 3. Сонымен эквиваленттік фактор фосфор қышқылы үшін мынаған тең: (H₃PO₄) = 1/N (Н⁺)= 1/3;

H₃PO₄ + 2 NaОН → Na₂НРО₄ + 2Н₂О

N (Н⁺)= 2, f_экв(H₃PO₄)= ½

Тұздар үшін (мысалы орта) эквиваленттік фактор металл атомының санын оның тотығу дәрежесінің көбейтіндісін металл атомдарының санына бөлгенге тең:

f_экв(тұз)= 1/N(Ме)∙ Z (Ме)

N(Ме)- металл атомының саны;

Z (Ме)- металдың тотығу дәрежесінің мәні.

Мысалы: алюминий сульфатының эквиваленттік факторы: f_экв(Al₂(SO₄)₃)=1/6;

Зат эквивалентінің молярлық массасы В (г/моль)- эквиваленттік факторды молярлық массаға көбейткенге тең:

М(f_эквВ) = f_экв (В) ∙ М(В) (1)

Бір негізді қышқылдар мен бір қышқылдық негіздердің эквивалентінің молярлық массалары, олардың молярлық массаларына тең.

М(f_эквВ) = М(В)

Мысалы: NaОН эквивалентінің молярлық массасы:

М(f_экв NaОН) = М(NaОН) = 40 г/моль

Тұздар үшін, мысалы: алюминий сульфатының Al₂(SO₄)₃ эквивалентінің молярлық массасы:

М[f_экв Al₂(SO₄)₃] = f_экв [Al₂(SO₄)₃]∙ М[Al₂(SO₄)₃] = 342/6

Зат эквиваленті (моль)- зат массасының эквивалентінің молярлық массасына қатынасы:

n(f_экв B) = m(B)/ M (f_экв B) (2)

Химиялық реакцияға түсетін заттар өзара бір-бірімен эквиваленттік қатынаста әрекеттеседі, яғни эквиваленттер заңына бағынады:

А + В = С + Д реакциясы үшін, мына қатынас орындалады:

n(f_экв А) = n(f_экв В) = n(f_экв С) = n(f_экв Д)

Сонымен А мен В заттары әрекеттесуі үшін:

n(f_экв А) = n(f_экв В)

(2) теңдеуді қолданып, эквивалент заңының салдары:

m(A) ‗ m(B) немесе m(A) ‗ M (fэкв А) M (fэкв А) M (fэкв B) m(B) M (fэкв B)