Әдістемелік қамтамасыз етілу картасы

Мамандығы үшін: 5В120100 – Ветеринарлық медицина

55120200 – Ветеринарлық санитария

Пән: Аналитикалық, физикалық және коллоидтық химия

Типтік бағдарламаларының болуы:

Мемлекеттік тілде бар

Орыс тілінде бар

Жұмыс бағдарламаларының болуы:

Мемлекеттік тілде бар

Орыс тілінде бар

Силлабустардың болуы:

Мемлекеттік тілде бар

Орыс тілінде бар

Мемлекеттік тіліндегі оқулықтардың саны:

1. Қоқанбаев Ә. Физикалық химияның қысқаша курсы. Алматы, 1996ж. – 20 дана

2. Сейтембетов Т.С. Химия. Алматы, 1994ж. – 20 дана

3. Патсаев Ә.Қ., Шитыбаев С.А. Бейорганикалық және физколлоидтық химияның тәжірибелік-зертханалық сабақтарына қолданба. Шымкент, 2006ж. – 50 дана

4. Құлажанов. Аналитикалық химия. Алматы, 1994ж. – 20 дана.

5. Патсаев Ә.Қ. Аналитикалық химия. Шымкент, 2008ж. – 50 дана.

Қамтамасыз етілу – 50%

Мемлекеттік тіліндегі оқу құралдарының саны:

1.Әлімқұлова Э.Ж., Бөкеева А.Б., Құдайбергенова С.Ж. Аналитикалық химия оқу құралы. Астана, 2010ж. – 50 дана.

Қамтамасыз етілу – 50%

Мемлекеттік тіліндегі зертханалық және практикалық сабақтарға арналған әдістемелік нұсқауларының саны:

Пән бойынша – жоқ

Қамтамассыз етілу – 0%

Мемлекеттік тіліндегі курстық жұмыстарына әдістемелік нұсқауларының саны:

Пән бойынша қарастырылмаған

Факультетінің әдістемелік

алқасының төрағасы: Ильясова Б.А.

Физика және химия кафедрасының

меңгерушісі: Әлімқұлова Э.Ж.

1 Бөлім. Физикалық химия Химиялық термодинамика және кинетика

Химиялық термодинамика – термодинамиканың заңдарын химиялық процестерге қолданады, химиялық реакциялар кезінде байқалатын энергияның бір түрден басқа түрге айналуын, реакциялардың бағытын және реакциялардың өздігінен жүру мүмкіндігін анықтайды.

Химиялық термодинамиканың зерттеу объектісі термодинамикалық жүйе болып табылады. Термодинамикалық жүйе деп айналадағы ортадан ойша бөлінген дене немесе өзара әсерлескен денелердің жиынтығын айтады. Жүйе айналадағы ортадан белгілі бір нақты беткі бөлігімен бөлінеді және жүйедегі молекулалар саны көп болады, себебі термодинамика молекулалар саны аз жүйелерді зерттемейді.

Жүйе айналадағы ортамен әрекеттесуіне байланысты үш түрге бөлінеді: қоршаған ортамен затпен де, энергиямен де алмасатын жүйе – ашық, зат алмасудан басқа байланыста болатын жүйе – тұйық (жабық), ортамен затпен де, энергиямен де алмаспайтын жүйе – оқшауланған (изоляцияланған) деп аталады.

Жүйені сипаттайтын барлық физикалық және химиялық күйлердің жиынтығы (көлем, масса, қысым, температура, химиялық құрам және т.б.) жүйенің күйі деп аталады. Кейбір жүйенің күйлері тәуелсіз айнымалылар ретінде алынса, оларды жүйе күйінің параметрлері деп атайды (мысалы: қысым, көлем, температура). Жүйе күйінің параметрлерін экстенсивті және интенсивті деп екі топқа бөледі. Экстенсивті параметрлер (көлем, масса) жүйедегі заттың мөлшеріне пропорционал, ал интенсивті параметрлер (температура, қысым, тұтқырлық) жүйедегі заттардың мөлшеріне байланысты емес болады. Жүйе күйінің қандай болса да параметрлерінің өзгеруін процесс (үрдіс) деп атайды.

Әр термодинамикалық жүйедегі өтетін процесті сипаттау үшін келесі термодинамикалық фунциялар қолданады: U – ішкі энергия, H – энтальпия, S – энтропия және G – изобаралық-изотермиялық потенциал. Бұл шамалардың абсолюттік мәндерін анықтау өте қиын, сондықтан олардың өзгерісін () есептейді.

Реакциялардың жылу эффектілерін зерттейтін химияның саласы термохимия деп аталады. Химиялық реакцияларда жылу бөлінуі немесе сіңірілуі мүмкін. Жылу бөліне жүретін реакциялар экзотермиялық, ал жылу сіңіре жүретін реакциялар эндотермиялық деп аталады. Реакция теңдуінде бөлінген немесе сіңірілген жылу эффектісі көрсетілген теңдеулерді термохимиялық деп аталады. Термохимияның негізгі заңы – Гесс заңының (1840 ж.) салдары бойынша стандартты жағдайда химиялық реакцияның жылу эффектісін Q анықтауға болады. Реакцияның жылу эффектісі өнімдердің түзілу жылуларының қосындысы мен бастапқы заттардың түзілу жылуларының қосындысының айырмасына тең болады:

Н_х.р. = Н_өнім – Н_{баст.зат} (1)

Энтальпияның (Н, кДж/моль^-1) өзгеруі теріс таңбамен алғанда химиялық реакцияның жылу эффектісіне тең болады: Н_х.р. = Q

Жүйенің мүмкіндік күйлерін сипаттайтын шама – энтропия (S, Дж/моль*K) деп аталады. Химиялық реакция жүру кезінде энтропияның өзгеруі реакцияның барлық реагенттерінің стандартты энтропиясының мәндерін қолданылуымен есептелінеді:

S_{х.р.(станд)} = S_өнім – S_{баст.зат} (2)

Өздігінен жүретін реакцияның жүру шегін және бағытын анықтайтын функция – изобара-изотермалық потенциал немесе Гиббс энергиясы (G, кДж/моль^-1) деп аталады. Гиббс энергиясы энтальпия мен энтропиямен келесі қатынаста болады:

G_Т = H – T*S (3)

Мұндай жүйеде өздігінен және тура бағытта келесі процесс жүреді, егер G < 0, және кері бағытта – егер G > 0 болса, және жүйе тепе-теңдік күйде болады егер G = 0.

Стандартты жағдайда (қысым және концентрация 1-ге тең болғанда) жүретін реакция үшін Гиббс энергиясының өзгеруі келесі формуламен есептелінеді:

G_{х.р.(станд)} = G_өнім – G_{баст.зат} (3а)

Н, S, G жүйенің күй функциялары болып табылады және жүйенің соңғы мен бастапқы күйіне тәуелді болады.

Химиялық процестердің жүру мүмкіндігі жүйенің Гиббс энергиясының өзгеруінің таңбасы мен шамасы арқылы анықталатыны айтылған. Бірақ, бұл шама реакцияның осы жағдайда жүру не жүрмеуін, оның жылдамдығы қандай болатынын және процестің механизмін түсіндіре алмайды. Химиялық реакциялардың жылдамдықтарын және олардың жүру механизмін зерттейтін физикалық химияның бөлімін химиялық кинетика деп атайды. Химиялық кинетиканың негізгі шамаларының бірі – реакция жылдамдығы.

Химиялық реакцияның жылдамдығы деп көлем өзгермеген жағдайда реакцияға қатысатын заттардың біреуінің концентрациясының (C) белгілі бір уақыт бірлігінде (t) өзгеруін айтады:

Реакция жылдамдығы мен концентрацияның арасындағы сандық байланыс химиялық кинетиканың негізгі постулатымен анықталады: гомогендің реакцияның жылдамдығы белгілі бір температурада реакцияға қатысатын заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал болады. Әр заттың концентрациясының дәрежесі стехиометрлік коэффициентке, яғни реакция теңдеуіндегі берілген заттың формуласының алдында тұрған коэффициентке тең. Бұл ережені басқа түрде алғаш рет Н.Н.Бекетов (1865ж.), кейін К.Гульдберг пен П.Вааге (1967ж.) тұжырымдаған. Оны басқаша әрекеттесуші массалар заңы деп те атайды.

Реакцияларды химиялық әрекеттесудің элементарлық актісіне қатысатын молекулалардың санымен, яғни реакция молекулалығымен жіктеуге болады. Реакция молекулалығы бойынша реакциялар мономолекулалық, бимолекулалық және үшмолекулалық болып бөлінеді.

Реакция жылдамдығына әсер ететін негізгі факторлар: концентрация, қысым, температура және катализаторлар. Химиялық реакция жылдамдығының температураның өсуіне сәйкес жоғарылауын 1889ж. алғаш рет С.Аррениус теориясы дәлірек көрсетеді:

Катализатор әсерінен жылдамдығы өзгеретін процестерді каталитикалық процесс деп атайды. Егер катализатор реакция барысында түзілсе, ондай процесті автокатализ деп атайды. Кейбір заттар катализатордың әсер етуіне кедергі жасайды, ондай заттарды ингибиторлар немесе катализатор улары, ал кейбір заттар өздері катализатор болмаса да, оның активтілігін арттырады, ондай заттарды активаторлар деп атайды.

Катализ механизімін түсіндіретін негізгі теориялар: мультиплеттік теория (А.А. Баландин), активтік ансамблдер теориясы (Н.И. Кобозев) және катализдың электрондық-химиялық теориясы (С.З. Рогинский). Катализдің екі түрі бар: гомогенді және гетерогенді. Гомогенді катализде реакция жылдамдығына әсерін аралық қосылыс теориясы арқылы түсіндіреді.

Химиялық реакциялар қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді. Қайтымды реакция деп, бір-біріне қарама-қарсы екі бағытта жүретін реакцияны айтады. Бір бағытта жүретін реакцияны қайтымсыз деп атайды. Тура бағыттағы реакция жылдамдығы кері бағыттағы реакция жылдамдығына теңесу жағдайы химиялық тепе-теңдік деп аталады.

Тепе-теңдік реакцияларының маңызды сипаттамасы – тепе-теңдік тұрақтысы. Қайтымды реакция үшін тепе-теңдік тұрақтысының (К_т-т) математикалық өрнегі массалар әрекеттесу заңының негізінде өрнектеледі:

Жүйенің сыртқы жағдайы өзгермесе, оның тепе-теңдік күйі де өзгермейді, ал оның өзгеруі – тепе-теңдіктің ығысуына әкеледі. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуына температура, қысым және концентрация әсер ету мүмкін. Тепе-теңдіктің ығысуы Ле-Шателье принципімен (1884ж.) анықтайды: тепе-теңдік күйде тұрған жүйенің сыртқы жағдайларының бірі өзгерсе, тепе-теңдік сол өзгеріске қарсы әсер ететін процестің бағытына қарай ығысады.