38. Иондық теория тұргысынан химиялық реакция ұгымының дамуы.

Ион алмасу реакциялары және тотығу –тотықсыздану реакциялары.

Иондық теория тұргысынан химияпық реакция ұгымының дамуьи Электролиттік диссоциациялау теориясы өтілгенге дейін химиялық реакциялардың механизмін түсіндіру үшін оқушылар атом жэне молекула үгымдарын пайдаланып келді. Химиялық реакциялардың молекулалық теңдеулерін жазды. Бүл теңдеулер молекулалық қүрылысы болмайтын заттар арасындағы реакциялардың мэнін нақтылы бейнелей алмады. Түздар қатысатын алмасу реакцияларының ақырына дейін жүру жағдайлары оқушыларға беймэлім күйінде қалды. Ерімейтін қышқылдардың жэне негіздердің әрекеттесулері, түнбаның еру себептері түсіндірілмеді. Осылардың салдарынан оқушылар тәжірибеде жүзеге аспайтын реакциялардың химиялық тендеулерін жазып келді.

Бұл олқылықтарды болдырмаудың негізгі жолы - алмасу реакцияларының иондық механизмін оқушылардың жете түсінуі. Иондық реакциялардың мэнін түсіндіретін теориялық көзқарастың негізгі үғымдары: ион, катион, анион, ион алмасу, заттың иондық қүрамы, нашар диссоциацияланатын зат, сатылап диссоциациялану, гидролиз, т.б. Бұл ұғымдарды саналы игеру нәтижесінде оқушылар мыналарды біліп алады:

1. Иондық жэне полюсті ковалентті байланысы бар заттар суда ерігенде иондар түзіледі. Иондар арасындағы химиялық реакциялар тұнба, газ жэне нашар диссоциацияланатын заттар түзеді.

2. Қышқылдардың, негіздердің және түздардың суда ерігіштігі кестесіне қарап, түнба түзілетінін және түзілмейтіні алдын ала болжауға болады. Ю.В. Ходаков (1988ж) оқулыгында 10 анион мен

15 катионнан түзілетін қосылыстардың суда ерігіштігі берілген. Кестеден шығатын қорытынды: а) азот қышқылының қалдығы, яғни нитрат анион және ацетат анион 15 катионның ешқайсысымен тұнба түзбейді; ә) хлорид ион тек күміс (А§+) және қорғасын (РЬ2+) қатиондарымен түнба береді; б) сульфат анион барий катионымен (Ва2+), иондар жеткілікті мөлшерде болса А§+, Са2+, РЬ2+

катиондарымен тұнба түзеді; в) кремний қышқылы суда ерімейді, натрий жэне калий силикаттарынан басқа тұздары тұнбада жүреді; г) сульфид, сульфат, карбонат, фосфат аниондарының аммоний, натрий жэне калий катиондарынан басқа қосылыстары тұнбаға түседі; ғ) негіздерден сілтілік жэне сілтілік жер металдары мен аммоний сілтілерінен басқалары суда ерімейді. Ерігіштік кестесін түсіну жэне қолдана білу иондық реакциялардың теңдеулерін сауатты жазуға жәрдемдеседі.

3. Тұрақсыз қышқылдардыц аниондарына (5'2, 803'2, С03'2) сутегі катионы немесе гидроксоний ионы эсер еткенде газ түзіледі.

4. Нашар диссоциацияланатын заттарға су, әлсіз қышқылдар мен негіздер жэне нашар еритін тұздар жатады.

5. Алмасу реакцияларының ақырына дейін жүру жагдайларын білу коптеген реакциялардың бір механизммен жүретінін түсінуге жәрдемдеседі, мысалы:

Н2304 + ВаС12 = 4-Ва504 + 2НС1 2Н" + 5042' + Ва2+ + 2СГ = і Ва504+ 2Н+ + 2СГ 3042' + Ва2+= і Ва304 К2304 + Ва(Ы03)2 = ІВа804 + 2КМ03 3042' + Ва2+= 4г Ва504 Н2504 + Ва(ОН)2 = ІВа504 + 2НгО 8042' + Ва2+= і Ва304 Келтірілген үш алмасу реакциясының мэні бірдей, барий катионы мен сульфат анионы ерітіндіде кездесіп, қышқылда ерімейтін тұнба түзеді. Бұл реакция барий мен сульфат иондары бар кез-келген ерітіндіде жүзеге асады. Сондықтан барий катионы сульфат анионы үшін, ал сульфат анионы барий катионы үшін реактив болып табылады. Осы заңдылыққа сүйеніп заттарды ажыратып танитын, сапалық құрамын анықтайтын, т.б. эксперимент есептері шығарылады.

6. Оқушылар алмасу реакцияларының молекулалық, толық иондық жэне қысқаша иондық теңдеулерін жазып жаттығады. Натрий сульфиті мен тұз қышқылының арасындағы реакцияның теңдеулері:

молекулалық Ыа280з + 2НС1 =2МаС1 + Н20+ 802Т

Толық иондық 2Ыа++ 8032' + 2Н+ +2СГ=2Ыа+ + 2СГ + Н20+

802Т

Қысқаша иондық 8032' + 2Н+= Н20+ 802Т

7. Ерімейтін негіз, қышқыл жэне түз қатысатын реакциялардың мэнін түсіндіруге жэне иондық теңдеулерін дүрыс жазуға баса назар аударғаны жөн, мысалы:

а) ТСи(ОН) 2+2Н+ + 8042 =Си2' + 8042'+ 2Н20

ТСи(ОН) 2+2Н+ = Си2+ + 2Н20

ә) ТН28І03 +2Ма++ 20Н'=2Ка++ 8і032'+ 2Н20

ТН28І03 +20Н' =8І032'+ 2Н20

б) ТСаСОз +2Н+ +2Ш3' = Са2++2И03'+ 2Н20+С02Т

ТСаСОз +2Н+ = Са2++ 2Н20+С02Т

Бастапқы екі реакцияның қысқаша иондық теңдеулерінен бейтараптану реакциясы сутегі катионы мен гидроксид анионының арасында жүріп, негіз жэне қышқыл түнбаларының иондарға ыдырайтыны көрінеді. Соңғы реакцияда карбонат ионды сутек катионы байланыстырып, түрақсыз көмір қышқылы түзіледі, ол көміртек (IV) оксиді мен суға айырылады.

8. Ион алмасу жүзеге асатын реакциялардың толық жэне қысқаша иондық теңдеулерін жазып үйренетін жаттығуларды біртіндеп қиындату, олардың мазмүны мынадай болуы мүмкін: а) дайын күйінде берілген молекулалық теңдеуді толық жэне қысқаша иондық теңдеулер күйінде жазу; э) бастапқы заттары ғана берілген реакцияның молекулалық, толық жэне қысқаша иондық теңдеулерін жазу; б) іс жүзінде жүретін атаулары ғана берілген заттар арасындағы реакцияның үш түрлі теңдеулерін жазу; в) атаулары берілген заттар арасында алмасу реакциялары жүретінін немесе жүрмейтінін болжау, жүретіндерінің реакция теңдеулерін молекулалық жэне иондық түрде жазу; г) бастапқы заттардың біреуі жэне шығатын заттардың біреуі ғана берілгенде реакция теңдеулерін құрастыру; ғ) иондардың ерітіндіде қатарынан жүру мүмкіндігін табу; д) берілген катионы жэне анионы бойынша бірнеше теңдеу құру; е) берілген иондарды түнбаға түсіретін бірнеше теңдеу жазу; ж) көрсетілген иондардың ерітіндіде барын білдіретін теңдеулер жазу; з) берілген затты мүмкін әдістермен алудың молекулалық және иондық теңдеулерін құру; и) канық ерітінді мен берілген электролит арасындагы алмасу реакцияларының мүмкіндігін анықтау жэне реакция теңдеулерін жазу.

Ион алмасу реакциялары[өңдеу]

Сода кесегін тұз қышқылына салсак мына реакция жүреді:[өңдеу]

Na2C03 + 2HCl = 2NaCl + Н20 + C02↑

Бұл реакцияның молекулалық теңдеуі.

Реакцияның толық иондық теңдеуін жазсақ: 2Na+ + С032- + 2Н+ + 2C1- = 2Na+ + 2Сl- + Н20 + С02↑

Реакциялардың иондык теңдеулерін жазғанда зат молекуласындағы атом саны коэффициент ретінде ионның алдына қойылады.

Енді қыскартылған иондық теңдеуін жазамыз, ол үшін өзгермеген, яғни тендеудің екі жағындағы бірдей иондарды алып тастап, қалғанын жазамыз.

С032- + 2Н+ = Н20 + С02↑

Реакция газ бөле жүреді.

Мыс сульфатының ерітіндісіне натрий гидроксидінің ерітіндіін құйғанда жүретін реакция:[өңдеу]

CuS04 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2S04

Cu2+ + S042- + 2Na+ + 20H- = Cu(OH)2↓ + 2Na+ + S042-

Cu2+ + 2OH-= Cu(OH)2↓

Бұл реакцияда көгілдір тұнба пайда болды.

Натрий гидроксидінің тұз қышқылымен бейтараптану реакциясын қарастырсақ:[өңдеу]

NaOH+HCl = NaCl + Н20

Na+ + OH- + Н+ + CI- = Na+ + CI- + H20

Реакцияның жүретіндігіне көз жеткізу үшін натрий гидроксидінің ерітіндісіне индикатор - фенолфталеин тамызғанда ол таңқурай түсіне боялады. Енді осы ерітіндіге тұз қышқылының ерітіндісін біртіндеп қоссақ, түсі жойылады.

Бұл өзгеріс реакция жүргендігінің белгісі болады, нәтижесінде әлсіз электролит су тузіледі. Бұл тәжірибеден шығарылған корытынды:

Н+ + OH- = НОН

Ac тұзының ерітіндісіне калий нитратының ерітіндісін қосқанда: реакция жүруінің белгісі байқалмайды.

NaCl + KN03 ↔ NaN03 + KCl

Na+ + CI- + К+ + N03- ↔ Na+ + N03- + K+ + Cl-

Реакция нәтижесінде өзгеріске ұшыраған иондар болмайды, сондықтан реакция аяғына дейін жүрмейді. Осындай реакциялар үшін теңдік орнына қайтымдылық белгісі ↔ қойылады.

Электрон-ион әдісі бойынша жалпы иондық реакцияларды құру ережесіне сәйкестеп реакция сұлбасын құ-рады. Күшті электролитті ион түрінде, бейэлектролит пен әлсіз электролиттерді, газдарды және тұнбаларды молекула күйінде жазады. Бұл әдіс реакция жүрген ортаның табиғатына байланысты. Себебі реакция бағытына орта күшті әсерін тигізеді. Мыс., +H2OHCl1+HO+1Cl болатын Тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы тепе-теңдік қышқылдық ортада солға, ал негіздік ортада оңға ығысады. Күшті тотықтырғыш Mn+7 қышқылдық ортада Mn2+-ге дейін, сілтілік ортада Mn+6, бейтарап ортада Mn+4O2 молекуласына дейін тотықсызданады. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының стехиометр. коэффицеттерін табудың бұлардан басқа А.Гарсиа, электронды баланс, матем. әдістері де бар. Химияда Тотығу-тотықсыздану реакциялар өте көп таралған. Мысалы, аммиак, азот қышқылы, күкірт қышқылын алу, электролиз (анодта электрхимиялық тотығу, катодта электрхим. тотықсыздану), жану процесі, металдар коррозиясы, фотосинтез, т.б. маңызды биологиялық құбылыстар Тотығу-тотықсыздану реакциялар процесіне жатады. Тотығу-тотықсыздану реакциялар өнеркәсіпте және техникада көміртек (ҚҚ, ҚV) оксидтерін, таза металл, т.б. алуда кеңінен қолданылады.