Клечковский заңы 4 страница

123456

Комплекс түзушілер Тотығу дәрежесі Координациялық сан
Cu+ , Ag+, Au+ 1+
Cu2+, Ag2+, Au2+ Pd2+, Pt2+,Pb2+ Cd2+, Sn2+ , Zn2+ 2+
Al3+,Cr3+,Co3+,Fe2+, Fe3+,Nі2+, Pt4+, Pb4+, Pd4+ 2+ 3+ 4+
Cd2+,Sr2+, W6+, Mo6+ 2+ 6+ 8 (өте сирек)

Маңызды лигандалар:

1) Полюсті молекулалар: H2O, NH3, CO, NO, NH2OH

2) Иондар: F-, Cl-, Br-, І-, O2-, OH-, CN-, CNS-, S2O32-, CO32-, C2O42-

Комплексті қосылыстың формуласын құрастыру

Комплексті қосылыстың формуласын құрастыру үшін комплекс түзушінің координациялық санын, оның зарядын, лигандалардың зарядтарын, сыртқы сфераның зарядын анықтау керек.

Мысалы: Fe2+ - комплекс түзуші, CN- - лиганда, К+ - сыртқы сфера. Fe2+-координациялық саны 6, сондықтан Fe(CN)6 деп жазамыз, (CN) заряды (-1), сондықтан комплекс ионының заряды [Fe(CN)6]4-. Молекула нейтрал болу керек. Cонда комплексті қосылыстың формуласы: К4[Fe(CN6)].

25. Тотығу-тотықсыздану

“Элементтердің атомдарының тотығу дәрежесі өзгере отырып жүретін реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциялары деп аталады”.

Тотығу дәрежесі дегеніміз электр терістігі кіші атомнан электр терістігі үлкен атомға ауысатын электрондар саны.

Элементтердің периодтық ж‰йесҢндегҢ топтың нөмірі элементтің жоғарғы тотығу дәрежесін көрсетеді.

Тотығу-тотықсыздану процестері өте кең тараған. Кеннен металл алу, жану, дем алу процестері, фотосинтез, электр химиялық процестер – тотығу-тотықсыздану процестері болып табылады.

Қүрамында жоғарғы тотығу дәрежесінде тұрған элементі бар заттар - тотықтырғыштар. Олар электрон қосып алады, ҰздерҢ тотысызданады. Электрон қосып алу процесі – тотықсыздану. Маңызды тотықтырғыштар: КMnO4, K2Cr2O7, CrO3, K2CrO4, MnO2 , Pb3O4, PbO2, Na2O2, H2O2 (сілтілік ортада), Na2S2O8, O2, O3, NaClO (сулы ерітіндіде), KClO3 (балқымада), концентрленген H2SO4, HNO3, (HNO3 + HСl), Au3+, Ag+, Hg2+, Co3+ электр тогы (анодтағы) т.б.

Қүрамында ең төмен тотығу дәрежесінде тұрған элементі бар заттар – тотықсыздандырғыштар. Олар электрон беретін бөлшектер, ҰздерҢ тотыƒады. Электрон беру процесі – тотығу.



Маңызды тотықсыздандырғыштар: металдар, сутегі, С (кокс), СО, NH3, N2H4, H2S, сульфидтер, КІ, Na2S2O3, SnCl2, Cr2+, Fe2+, Tі3+, альдегидтер, электр тогы (катодтағы). Кейбір заттарда тотығу дәрежесі орта аралық болады, олар әрі тотықтырғыштар, әрі тотықсыздандырғыштар: HNO2, H2SO3.

10.1 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының типтері

Молекулалар арасындағы реакциялар

Әр түрлі екі зат әрекеттескенде екеуінің де тотығу дәрежесі өзгереді. Мысалы:

-1 +7 0 +4

6KІ + 2KMnO4 + 4H2O = 3І2 + 2MnO2 + 8KOH

2. Молекулалардың ішіндегі тотығу-тотықсыздану процесі.

Бір заттың ішінде әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш болады:

+5 -1 0

2KClO3 = 2КСl + 3O2

-3 0

(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O

2N-3 - 6e = N20

2Cr+6 + 6e = 2Cr3+

Диспропорциялану реакциясы

Заттағы бір элементтің атомдары әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш болады:

0 -1 +1

Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O

Кейбір реакцияларда бір зат әрі тотықтырғыш (немесе тотықсыздандырғыш), әрі тұз түзілуге қатысады:

3Ғе(NO3)2 + 4HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO + 2 H2O

Кейбір реакцияларда тотығу дәрежесін өзгертетін элементтің саны екіден артық

2As2S3 + 28HNO3 = 6H3AsO4 + 3H2SO4 + 28NO

2As+3 -4e = 2As5+

3S-2 -24e = 3S6+ 3

N5+ +3e = N2+ 28

10.2 Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестіру әдістері

Электронды баланс әдісі

Реакцияға түсетін және реакция нәтижесінде бөлінетін заттардағы элементтердің тотығу дәрежесін анықтап, ауысқан электрондар санын табу керек.

Al + O2 ( Al2О3

Al0 -3e = Al3+ - тотығу

O20 + 4e = 2O2- - тотықсыздану

Алынған электрон мен берілген электрондар сандарын теңестіріп, тиісті элементтің алдына жазамыз.

4Al + 3O2 ( 2Al2О3

Электронды баланс әдісінің кемшілігі: сулы ерітіндіде болатын иондардың табиғаты мен ортаның әсерін ескермейді.

Ионды-электронды әдіс

Тотығу-тотықсыздану процесі үшін бөлек иондық реакциялар жазылады. Процеске ортаның әсері бар екені ескеріледі:

NaNO2 + KMnO4 + H2SO4 = NaNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Реакцияның иондық күйін жазамыз:

Na++NO2- + K+ + MnO4- + 2H++SO42- =

Na+ + NO3- + Mn2++ SO42- +2K+ +SO42- + H2O

Егер екі жақта бірдей иондар болса, оларды жазбауƒа болады:

NO2- +MnO4- + 2H+ = NO3- + Mn2++ H2O

Тотығу процесі мен тотықсыздану процесін жеке-жеке бөліп жазамыз:

тотығу: NO2- + H2O = NO3- + 2H+

тотықсыздану: MnO4- + 8H+ = Mn2++ 4 H2O

Электрондар саны арқылы зарядтарын теңестіреміз:

NO2- + H2O -2е = NO3- + 2H+ 5

MnO4- + 8H+ +5е = Mn2++ 4 H2O 2

Тотығу-тотықсыздану процестерін қосып жазамыз:

5NO2- +5H2O+2MnO4- +16H+ =5NO3- +10H+ +2Mn2++ 8H2O

Ұқсас иондар мен молекулаларды теœдеудҢœ бҢр жаƒына шыƒарамыз:

5NO2- +2MnO4- +6H+ =5NO3- +2Mn2++ 3H2O

алынған коэффициенттерді молекулалық теңдеуге қоямыз:

5NaNO2 +2KMnO4 +3H2SO4 =5NaNO3 +2Mn SO4+ 3H2O

Тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы эквиваленттік масса

Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш өздерінің эквиваленттік массасына сәйкес әрекеттеседі. Тотықтырғыштың эквиваленттік массасы былай анықталады.

Мтотықтырғыш

М(Этотықтырғыш) =

n

n – реакцияда берҢлетҢн немесе абылданатын электрондар саны.

Мысалы: М(ЭKMnO4) = = 31.6 г/моль

Мтотықсыздандырғыш

М(Этотықсыздандырғыш) =

n

Мысалы: М(ЭNaNO2) = = 34,5 г/моль

Тотығу-тотықсыздану процесіне ортаның әсері

1. Қышқылдық ортада марганецтің тотығу дәрежесі +7 -ден +2-ге дейін өзгереді

2KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4=2Mn SO4+ 5Na2SO4 +K2SO4 +3H2O

(бұрын теңестірілген)

2. Сілтілі ортада марганецтің тотығу дәрежесі +7 -ден + 6- ге дейін өзгереді:

2KMnO4+Na2SO3+2КОН (2К2MnO4+ Na2SO4 +H2O

2 MnO4- + e = MnO42-

1 SO3 2- +2ОН- -2e ( SO42-+H2O

2MnO4-+SO32-+2ОН- =2MnO42-+ SO42- +H2O

Нейтрал ортада марганецтің тотығу дәрежесі +7 -ден +4-ке

дейін өзгереді

2KMnO4+3Na2SO3+ H2O = 2MnO2+3Na2SO4 +2KOH

SO3 2- +2ОН- -2e ( SO42-+H2O

MnO4- + 2H2O +3e = MnO2 + 4OH-

26. Электрхимия туралы түсінік

Химиялық реакциялардың нәтижесінде электр тогҢн процестерҢн және электр тоғының әсерінен химиялық реакциялар жүру процестерін зерттейтін химияның саласын электр химиясы дейдҢ.

11.1Гальвани элементі

Егер мырышты мыс сульфатының ерітіндісіне салсақ, мынадай реакция жүреді:

Zn0 + CuSO4 = ZnSO4 +Cu0

Бұл тотығу-тотықсыздану реакциясы

Zn0 - 2е = Zn2+ – тотығу

Cu2++2e = Cu0 – тотықсыздану

Осы процестер мырыштың ерітіндіге тиіп тұрған жерінде жүреді.

Егер осы реакцияларды бір ыдыста, бірақ бөлінген кеңістіктерде жүргізсе, Даниэль-Якоби элементі деген қондырма шығады. Бұл қондырма гальвани элементі деп аталады және электр тоғының химиялық көзі болып табылады. Гальвани элементінде мырыш мырыш сульфатының ерітіндісіне, ал мыс мыс сульфатының ерітіндісіне салынады.

8.1-суре. Гальвани элементі

Ерітіндіге салынған металдар “электродтар” деп аталады, олар сыммен жалғанады, екеуінің ортасына амперметр қойылады. Амперметрдің стрелкасы қозғалса тізбек арқылы электр тоғы жүргені, демек химиялық реакцияның энергиясы электрлік энергияға айналғаны.

Гальвани элементінің схемасы:

Zn/Zn2+ Cu2+/Cu0

11.2 Гальвани элементінің электрқозғаушы күші

Егер гальвани элементінде тізбекке вольтметр қоссақ, екі электродтың арасындағы потенциалдар айырымын өлшеуге болады. Бұл потенциалдар айырымы мырыш пен Cu2+-ионының арасында жүретін тотығу – тотықсыздану реакциясының нәтижесінде пайда болады. Оны осы гальвани элементінің электр қозғаушы күші деп атайды.

Стандартты электродтық потенциал

Әрбір металды электродтың потенциалдарын өлшеу қиын, сондықтан олардың салыстырмалы потенциалдары өлшенеді. Ол үшін потенциалын өлшеу керек болған металдан және қалыпты сутекті электродтан Гальвани элементін құрады. Металл ионының концентрациясын 1 моль/л-ге тең етіп алады. Осылай анықталған электр қозғаушы күш осы металдың стандартты электродты потенциалы деп аталады. (Сутекті электродтың потенциалы 0-ге тең). Мысалы: E0 =(Zn/Zn2+) = -0,76В. Бірқатар элементтердің стандарттық электродтық потенциалдарын 8.1-кестеде келтірдік.

Стандартты электродты потенциалдың өзгеруі бойынша металдар кернеу қатарына орналасқан. Ол қатарды электр химиялық қатар дейді.

Электр қозғаушы күшті есептеу

Егер стандарттық электродтық потенциалдар белгілі болса, кез келген гальвани элементі үшін, басқаша айтқанда, кез келген тотығу-тотықсыздану реакциясы үшін электр қозғаушы күшті (Э.Қ.К.) есептеуге болады. Ол үшін тотықтырғыштың потенциалынан тотықсыздандырғыштың потенциалын алу керек (Э.Қ.К. немесе Е).

Мысалы: мыс-мырышты гальвани элементі үшін

Э.Қ.К. = E0 Cu/Cu2+- E0 Zn/Zn2+= 0,34-(-0,76) = +1.1В

11.3Нернст теңдеуі

Гальвани элементтері – қайтымды ж‰йе. Бұл ж‰йеде жұмыс жасалады, сондықтан оны Гиббс энергиясымен сипаттауға болады:

(G = (H - T(S

Стандартты жағдайда энтропиялық фактор T(S - өте аз шама, сондықтан (G энтальпиялық фактормен анықталады, ал энтальпиялық фактор ж‰йедегҢ жұмысты, демек ішкі энергияның өзгеруін көрсетеді. Ал гальвани элементі үшін мұндай жұмыс электр қозғаушы күштің пайда болуына жұмсалады, сондықтан:

(G = - nFE, бұл формулада (G - Гиббс энергиясы, n - тотығу -тотықсыздандыруға қатысқан электрондар саны, E- электр қозғаушы күш, F - Фарадей тұрақтысы.

Ал басқа жағынан қарастырғанда, ТТР қайтымды ж‰йе, демек:

(G = - RT lnK, бұл формулада K- тепе-теңдік константасы,

Сонда: RT lnK = - nFE

RT lnK

Осы теңдеуден стандартты жағдай үшін. Е =

nF

Ал егер ж‰йе стандартты жағдайдан өзгеше жағдайда болса, концентрация 1моль/л ден артық не кем болса, Э.Қ.К. былай есептеледі , яғни Нернст теңдеуі басқаша, толығырақ жазылады:

RT [тотыққан]

Е = Е0 + ln

nF [тотықсызданған]

Мысалы: Fe3+ + e =Fe2+

RT [Fe3+ ]

Е= Е0 + ln

nF [Fe2+]

осы теңдеуге тұрақтыларды қойсақ:

0,058 [Fe3+ ]

Е = Е0 + ln

nF [Fe2+]

11.4 ТТР-дің жүру бағыты

Егер (G 0 болса, ТТР стандартты жағдайда өз еркімен тура бағытта жүре алады. Ал егер Е < 0 болса, ТТР өз еркімен тура бағытта жүрмейді.

Мысал :

KІ + 2 FeCl3 ( І2 + 2FeCl2 + 2KCl

Fe3+ + e ( Fe2+

тотықсыздану тотығу

Тотықтырғыш үшін:

Е0(Fe+3/ Fe2+) = -0,77 B

Тотықсыздандырғыш үшін: 2І - 2e = І2 - тотығу процесі

Е0( І-/ І0 ) = -0,54 B

E = 0,77 – 0,54 = 0,23B

E > 0 реакция тура бағытта жүреді.

Ал егер

КBr + 2 FeCl3 = - бұл реакция жүрмейді, себебі

Е0( Br-/Br0 ) = 1,07 B

E = 0,77 – 1,07 = -0,30B E < 0

27. Электролиз Фарадей заңы

Егер тұрақты электр тоғын электролит ерітіндісінде немесе балқымада тұрған екі электрод арқылы өткізсе, электродтарда тотығу- тотықсыздану реакциясы жүреді. Процесс электролиз деп аталады. Бүл гальвани элементінде жүретін процеске кері процесс болып табылады. Оң зарядты электрод – анод, теріс зарядты электрод - катод.

Анодта тотығу процесі жүреді: Сu- 2е-= Сu2+

Катодта тотықсыздану процесі жүреді: Сu2++ 2е-= Сu0

Электролиз процесі өндірісте кең қолданылады. Анод болып инертті заттар немесе өзі анод болып, өзі тотығатын элементтер қызмет етеді (платина, графит, мыс). Катод болып графит, кез келген металдар қызмет етеді.

Электролиз процесі Фарадей заңдарына бағынады:

Электролиз кезінде бөлінетін заттардың мөлшері электролиттен өткен электрліктің мөлшеріне тура пропорционал

Әр түрлі электролиттер арқылы электр тоғының бірдей мөлшері өткенде, электродта бөлінетін заттың массасы оның эквиваленттік массасына тура пропорционал. Егер электролит арқылы өткен электрліктің мөлшері Фарадей санына (96487 Кл) тең болса, электродта заттың 1 эквиваленті бөлінеді.

Фарадей заңдарын мынадай формуламен өрнектеуге болады:

М(Э) І

m = ___________

F

m -бөлінген заттың массасы, г

М(Э) - заттың эквивалентінің массасы

І- ток күші, А

- уақыт, с

F - Фарадей саны

Фарадей саны ретінде кейбір жағдайда жуық шамамен (96500 Кл) қолданылады немесе 26,8 А . сағ . Формуладағы М(Э)/ F шамасы электродтардан 1 кулон электрлік мөлшері өткендегі зат массасы, оны “электр химиялық эквивалент” деп атайды.

28.Химиялық ток көздері

Гальваникалық элементтер дегеніміз – химиялық тотығу – тотықсыздану реакцияларының энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғы. Қарапайым гальваникалық элемент электролит ерітінділеріне (1 текті өткізгіштер) батырылған кез келген екі металл электродтан тұрады. Көбінде металл өз тұзының ерітіндісіне батырылады. Ерітінділер бір – бірінен кеуекті қалқа арқылы немесе электролиттік көпірше арқылы бөлінеді. Сызба нұсқа түрінде электродты электрохимиялық сызба нұсқа жазады, онда электрод – ерітінді фазалар бөлімінің шекарасы тік сызықпен бөлінген. Мысалы, мырыш және мыс электродтарының (жартылай элемент) электрохимиялық сызба нұсқа:

Zn | ZnSO4 және Cu | CuSO4

Екі жартылай элементтерден гальваникалық элемент құрауға болады, мысалы мыс және мырыш. Бұл өткен ғасырдың ортасында орыс физигі Б.С.Якоби мен француз оқымыстысы Даниэль ұсынған алғашқы гальваникалық элементтердің бірі.

Егер мыс купоросының ерітіндісіне металл мырышты батыратын болсақ, онда өздігінен тотығу – тотықсыздану реакциясы жүреді. Электрондар тікелей мырыштан мыс катионына ауысады:

Zn + CuSO4 ® ZnSO4 + Cu + Q

Бұл кезде реакцияның химиялық энергиясы жылу энергиясына айналады. Егер реакцияны Якоби – Даниэль элементінде жүргізсек, ол үшін электродтарды металл өткізгіштермен тұйықтап, онда мырыш электродында тотығу процесі жүреді:

Zn - 2 ® Zn2+

ал мыс электродында – тотықсыздану процесі жүреді:

Cu2+ + 2 ® Cu

Бұл электрохимиялыќ реакциялар өткізгіш арқылы ток жүруін туғызады, яғни гальваникалық элементте химиялық энергия электр энергиясына айналады.

Сөйтіп гальваникалық элементте тотығу-тотықсыздану процестері электродтарда бөлек жүреді, бұл химиялық энергияны электр тогына айналдырып, оны пайдалы жұмысқа пайдалануға (қолдануға) мүмкіндік береді. Электродтарды жалғастыратын өткізгіштің кедергісі неғұрлым көп болса, соғұрлым электродтарда тотығу-тотықсыздану реакциялары баяу жүреді. Реакция өте баяу жүруі үшін және әрбір мезетте электрод және ерітінді арасында тепе-теңдік, яғни реакция қайтымды болуы үшін өте үлкен кедергілі өткізгіш таңдап алынады.

Изотермиялық қайтымды реакцияларда жұмыс максимал болады. Мұндай жағдайда химиялық энергияның біраз бөлігі электр энергиясына айналады. Осы кезде өлшенген электродтар арасындағы потенциалдар айырымы гальваникалық элементтердің Электр Қозғаушы Күші деп аталады (Э.Қ.К.).

29.Конструциялық материалдар

Материалдардың құрамын, құрылымын және қасиеттерін байланыстыратын қолданбалы ғылымды материалтану дейді. Ал химия осы материалтану ғылымының теориялық негіздерінің бірі болып табылады. Материал дегеніміз – белгілі бір затты алу үшін немесе басқа заттарды қолданғанда пайдаланылатын заттар. Әдетте материалдарды қолдану саласына қарап жіктейді. Механикалық жүктелістерге ұшырайтын машиналар детальдарын, аппараттарды, қондырғыларды, техникалық конструкцияларды материалдарды конструкциялық материалдар деп атайды. Конструкциялық материалдар берік (прочные), тозуға төзімді (износостойкие), серпілмелі (упругие), жеңіл, коррозияға төзімді, ыстыққа төзімді болып бөлінеді. Материалдар магниттік, электрлік және тағы басқа қасиеттеріне қарай бөлінеді. Қазіргі заманда өнеркәсіптің әртүрлі салаларында қолданылатын қондырғыларда әртүрлі табиғи және жасанды материалдар пайдаланылады. Дегенмен, қазіргі замандық техниканың негізі болып табылатын машиналар мен механизмдердің басым көпшілігі металдық материалдардан – металдардан, металдардың бір-бірімен, немесе металл еместермен түзетін құймаларынан дайындалады. Бұның себебі: барлық материалдардың ішінде металдан жасалған материалдардың механикалық қасиеттерінің артықшылығы көп болады. Металдан жасалған материалдар өте көп және олардың қасиеттерінің әртүрлілігі де көп.

Құймалар Сұйық күйдегі металдар бір-бірінде ерігенде бір тектес сұйық құйма түзіледі. Балқыған күйден кристалдар түзілген кезде әртүрлі металдардың өз ерекшеліктері болады. Бұл кезде үш жағдай байқалған:

Қатты күйде металдар бір-бірімен химиялық жолмен әрекеттеспейді және бір-бірінде ерімейді. Бұл кездегі құйма металдардың механикалық қоспасы болып табылады.

Балқытылған металдар бір-бірімен әрекеттесіп химиялық қосылыс түзеді.

Балқымадан кристалдану жүрген кезде металдардың бір-бірінде еруі тоқтатылмайды. Бір текті кристалдар түзіледі. Бұл кезде түзілген қатты фаза қатты ерітінді деп аталады. Кейбір металдар қатты ерітінділер түзген кезде бір-бірінде шексіз түрде еруі мүмкін, ал кейбір металдардың еруі шектеулі болады. Темір құймалары.

Темір құймаларының құрамында темір және басқа металдар болады: мысалы: темір-көміртек (бұл құймалар болат және шойындар деп аталады). Сонымен қатар темір құймаларының құрамында хром, никель және тағы басқа элементтер болады. Қазіргі кезде темір құймалары көміртекті болаттарға, шойындарға, легирленген болаттарға және ерекше қасиетті болаттарға бөлінеді. Техникада темір құймалары қара металдар деп аталады, ал оларды өндіру қара металлургия деп аталады.

Қатты темірдің ерекше қасиеті – ол көп металдарды ерітеді. Мысалы темірде көміртек ериді. Көміртектің темірде ерігіштігі темірдің модификациясына тәуелді. Көміртек темірдің γ-модификациясында жақсы ериді. Бұл құйманың тұрақтылығы да темірге қарағанда жоғары болады. Көміртектің α-, β-, δ- темірдегі қатты ерітінділері феррит деп аталады, ал көміртектің γ-темірдегі қатты ерітіндісі – аустенит деп аталады. Олардың механикалық қасиеттері көміртектің мөлшеріне байланысты. Темір мен көміртектің Fe3C формуласына сәйкес қоспасы карбид немесе цементит деп аталады. Темір мен көміртектен құрастырылған құймалар болаттар және шойындар деп аталатыны белгілі. Болаттар өздерінің химиялық құрамына және қолданылу мақсатына қарай топтарға бөлінеді. Ал шойындар – құрамындағы көміртектің күйіне қарай бөлінеді. Химиялық құрамына қарай болаттар көміртекті және легирленген деп бөлінеді.


7697440353485401.html
7697517961651017.html
    PR.RU™