Атом-молекулалық ілім

                      2Н₂О + 2е → Н₂↑ + 2ОН^-.

2. Стандарттық  электродтық  потенциалы (СЭП) алюминийден сутекке  дейін орналасқан металдар катиондары  электролиз кезінде су молекулаларымен  бірге қалпына келеді

                                 Мⁿ⁺ + ne^- → Me⁰,

                        2H₂O + 2e^- → H⁰₂↑ + 2OH^- .

3. . Стандарттық электродтық потенциалы (СЭП) сутектен жоғары (Cu²⁺ тен Au³⁺ -ке дейін) болатын металдар катиондары толығымен қалпына келеді

                                     Mеⁿ⁺ + ne^- → Me⁰.

Анодта өтетін реакциялар сипаттамасы су молекуларының бар болуынан және анод жасаған затқа тәуелді болады. Электролиз кезінде ерімейтін анодтар электрондарды сыртқы ортаға жібермейді, электрондарды аниондар мен су молекулалары тотығу кезінде жібереді. Оттексіз қышқылдар аниондары өте жылдам тотығады

Мысалы:

                          2СI^- – 2e → CI₂ .

 

Егер ерітіндіде оттекті қышқыл болса (мысалы SO₄^2- , CO₃^2- , PO₄^3-   ), онда анодта иондар емес, су молекулалары тотығады

                           2Н₂О – 4е → О₂ + 4Н⁺ ;

Еритін анод жағдайында анод өзі сыртқы ортаға өз электрондарын жібереді. Сол кезде  оның иондары ерітіндіге кетеді де, анод ыдырайды

                                         Ме⁰ – ne → Meⁿ⁺.

Мысалы: цинк сульфаты ерітіндісі мен инертті электродтар  электролизі қалай өтеді?

Шешуі: E_Zn = -0,76B, сонда катодты металдың катионы мен су молекулалары қалпына келеді. Анодта оттегі бөлінеді, өйткені сульфат – ион электродта өзгермейді

Катод: Zn²⁺ + 2e =  Zn

                       2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^- .

Aнод: 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺.

                      Zn²⁺ + 2H₂O = Zn + H₂ + O₂ +2H⁺

немесе молекулярлық түрде: ZnSO₄ + 2H₂O = Zn + H₂ + O₂ + H₂SO₄.

Дәріс 13. Аналитикалық химия пәні

 

Дәріс жоспары:

1. Аналитикалық химия пәні, мақсаты, мәні.
2. Аналитикалық химияның теориялық негізі.
3. Өркендеу белестері, қазіргі өркендеу бағыты.
4. Әдістердің жіктелуі.

 

1. Пәнді оқыту мақсаты:

Студенттерге  анаоганикалық және органикалық  заттың сапалық және сандық құрамын  анықтау жолдрын жіктеу. Анализдердің түрлерімен және жіктелулермен таныстру. Гомогендік және гетерогендік жүйелердегі  иондық тепе-тендігін қарастыру. Аналитикалық химияның белестерін және қазіргі өркендеу бағыттарын қарастыру.

2. Пәнді оқу міндеттері:

Аналитикалық  химияның лекциялық курсы бірнеше  бөлімнен тұрады:

1 Кіріспе

2 Сапалық  анализдің теориялық негіздері

3 Сандық  анализдің теориялық негіздері

4 Физика-химиялық  әдістердің теориялық негіздері

3. Аналитикалық химияны оқыту нәтижесінде студенттер анализ түрлерін, теориялық негіздерін білу қажет. Іс жүзінде шикізаттардың, табиғи сулардың және т.б. материалдардың сапалық және сандық құрамын анықтау әдістерін үйрену қажет.

 

Аналитикалық  химия анализ әдістерін зерттейді. Оларды тәжірибеге еңгізеді және ғылыми негізін қамтиды. Жақсы дамыған, терең зерттелетін теориясына негізделген. Заттардың құрамы туралы хабар алуының  негізі болып химиялық реакциялар саналады. Осы жолда химиялық реакциялар турлері, өткізу жағдайына манызды болады. заттардың химиялық құрамын зерттеу  ғылым аналитикалық химия келесі сұрақтарды шешеді:

1. Сапалық анализ жасалады, химиялық құрамын анықтайды: изотопты, ионды, элементті, топтын құрылысын анықтайды.
2. Сандық анализ заттардың құрамындағы компоненттердің мөлшерін анықтайды.
3. Заттардың құрылысын анықтайды. Молекула бөлшектеріне арналады, олардың арасындағы байланыстарды зертейді. Сапалық құрылыстың анализі жасалады.

Мұндай  міндетті шешетін ғылым – ол аналитикалық химия деп аталады. Бүгінгі күнде аналитикалық химия жоғары дамып келеді. химиктерде жиі кездесетін міндет – ол заттың құрамын анықтау.

Химиялық  анализдің кейбір түрлері мен  әдістері адамға бұрыннан белгілі. Сол  уақытта адамдар дәрі-дәрмектерді  зерттеген.

Ғылым есебінде аналитикалық химия 16ғ. Бастап өркендеді. Итальян ғалымы Виренгуче алғашқы  болып, “құғақ жол” әдістерін бір  жүйеге келтірді, “сулы жол” әдістердің негізін 17ғ. Басында ғалым Роберт Бойль ашты. Ломоносов химиялық экспериментті бастапқы зат массасын өлшеу ретінде 1748ж заттардың массалық әрекеттесу заның ашты. Француз ғалымы Лавуазье мен Гей-Люссак сандық әдістерін ұсынып, көптеген элементтердің массаларын анықтады. Орыс ғалымы Льюис микрокристалоскопиялық әдістерін, Северин колориметриялық (ерітіндінің түсі бойынша) әдістерін анықтады. Берман 18ғ аяғында катиондардың аналитикалық топқа бөлу әдісін анықтап сапалық анализдерді бір жүйеге келтірді. 1871ж Мишуткин “Аналитикалық химия” деген кітап шығарып анализде қолданылатын әдибиеттерді бір жүйеге келтіріп, аналитикалық химия бөлек пән ретінде шығарды.

19ғ бойы  аналитикалық әдістер дамып, толтырылыпжаңа  жүйеге еңгізілді. Бунзен мен  Кирх-Гофф 1860 ж спектрлік әдістерін  зерттеді. Цветков 1960 жылы химиялық  қасиеттеріне жақын заттардың  бөлудің хромат жолын ашты. Целинский  мен Чугай анализдерде органикалық  заттарды қолданудың негізін  салды.

Аналитикалық  химияда тепе-тендік әдістердің дамуына  Шилов пен Писаржевскийдің тепе-теңдік электрондық теориясына әсер ететіндігін  көрсетті.

1925ж Гейровский  полярографиялық әдісті ұсынды. Уоши атомды-абсорбциялық әдісін  ұсынды.

Аналитикалық  әдістер деп зат құрамын анықтауға  арналған принциптерін атайды, яғни химиялық бөлшектерді қозғайтын хииялық  энергия түрі мен тобын айтады. Зат құрамы туралы хабар алу үшін оны әр түрлі энергиямен сипаттайды немесе энергия түріне ұшыратады. Сонда  энергия түріне байланысты зат бөлшектерінің  энергияларының қалпы өзгереді. Түсі, электрөткізгіштігі, магниттік қасиетті және басқалары. Осы өзгерістердің  тіркеуі тура зат құрылысы туралы, құрамы туралы сандық және сапалық  анализ жасалады. (Сонда энергияның түріне байланысатын зат мөлшерін (моль, ион, атомдар) энегетикалық қалпы өзгереді (түсі, электрлік өткізгіштігі, магниттық  қасиеті). Осы өзгерістерді тіркей отыра  зеттелетін заттардың құрамын мен  құрылысы туралы заттың сапалық, сандық әдістерін анықтауға болады). Анализ әдісітері: ол зат құрамын анықтауға  арналған принциптерді айтады, яғни хииялық  бөлшектерді қозғайтын энергия  түрімен табиғатын айтады.

 

Аналитикалық химия әдістерінің жіктелуі

 

Қобалжыту энергия түрлері	Өлшенбекші қасиет	Әдістер
1. Хмиялық реакция энергиясы	Реакция өнімінің массасы  Реагенттін көлемі Газдың көлемі	Гравиметрия Титриметрия Газоволюметрия
2. Электрондар ағыны (ерітіндідегі  және электродтардағы жүретін  химиялық реакция)	Кернеу-, -Е , В - өлшем бірлігі Потенциал Е,В, j Тоқ күші I, А кедергі электр өткізгіш R, c, Ом	Потенциометрия   Вольтамперометрия Кондуктометрия
3. Элетромагниттік сәулелер	Толқын ұзындығы және спектр сызықтары	Спектроскопия, Көрінетін жарық скопиясы, ультра – күлгін жарық
4. Жылу	Температура Жылудың мөлшері	Термиялық анализ Термогравиметрия Na2B4O7 x 10H2O

 

I топқа хим. реакция өзгеруіне негізделген анализ әдістері жатады.

Егер әдіс негізінде реакция өнімінің массасының өлшеуі жататын болса, онда оны гравиметрия әдісі деп атайды.

Егер жұп  реагент көлемі өлшенсе, оны титриметрия деп атайды.

Газоволюметриялық әдісте: Газ құрамындағы анықталатын  компоненттер силиктивті түрде сорғызады  да, қосынды көлемін сорғанға дейін  және сорғаннан кейін өлшейді.

II топқа. Электохимиялық параметрлерін өлшеуге негізделген анализ әдісі жатады. өлшенетін аналитикалық белгілі потенциал, электр өткізгіштігі, тоқ күші әрекеттеуші зат концентрациясы фунциясына байланысты.

III топқа. Затқа электромагниттік сәулелену әсеріне, өлшенген оптикалвқ әдіс жатады. зат сіңіреді, жағылдырады, шығарады.

IV топқа. Жылу әсеріне байланысты зат қасиеттерінің өзгеруін анықтайтын әдіс термиялық әдістер деп атайды.

Әдістің әр-қайсысы  элементарлы объектілерге  тәң  белгілі негіз (ион, молекула, атом). Осы объекттер туралы хабар бертін белгілер аналитикалық белгілер деп  атайды.

Аналитикалық  белгілер сапалық, сандық хабарды жеткізеді. Мысалы, аналитиалық белгі – ол заттын тұнуы, аналитикалық процес сатылары.

1. Сапалық анализдің химиялық әдістері.
2. Катиодардық қышқылдық, негіздік жіктелуі.

Сапалық анализде қолданылатын әдістер 3-ке бөлінеді.

1. Экстракция
2. Хроматография
3. Тұңбалау әдісі

Экстракция  әдісінің негізінде сумен араласпайтын органикалық еріткіштін көмегімен  сүйық және қатты заттар қосындысынан бір немее бірнеше компоненттерді жеке бөлу процесі жатыр.

Бөлу  процесі компоненттердің сулы және органикалық ерткішке әр түрлі ерігіштігіне байланысты.

Хроматографиялық  әдіс заттардың екі фаза арасында бөлуіне негізделген.

1–ші  фаза стационрлы (қозғалмайтын), ал  екінші фаза бірінші фазаның  бойымен қозғалатын болады. Көбінесе  стационарлы фаза – ол бет  қабаты кең дамыған қатты күдгі  сорбенті, ал қозғаушы фаза газ  болып кетеді.

Тұңбалау әдісі – затарды ажыратудың ең кен тараған әдісі болып саналады. Тұңбалау әдісінде ерігіштігі нашар қосылыстар пайда болады.

Заттарды  тұңбалау әдісі 2 жолмен жүрді:

1. Анықталмақшы М₁ және оған қосымша М₂ түссіз ертіндісі берілген.

Тұңбалау  арқылы осы компоненттердің біреуін  тұңбаға түсіреді.

2. М₁ және М₂ компоненттерді тұңба күйінде беріледі. Еріту арқылы компоненттердің біреуін ертіндіге көшіреді.

Химиялық  әдістердің негізінде хабар алудың көз есебінде химиялық реакция жатады. Элементтерді, иондарды, молекулаларды  бөлуге, анықтауға және сандық мөлшерін есептеуге арналған химиялық реакцияларды аналитикалық реакциялар деп аталады.

Бұл реакциялар келесі шарттарға сәйес келуі  керек.

1. Стехиометриялық сандық түрде және өте жылдам жүру керек.
2. Рекция негізінде анықталатын, байқалатын өзгерістер болу керек.

Аналитикалық  реакцияларды қолдануына байланысты топтық және арнаулы болып 2-ге бөлінеді.

1. Топтық рекциялар күрделі заттар қосындысынан белгілі бір топты, яғни анықтайтын топты ажырауға арналған.
2. Арнаулы реакциялар деп тек белгілі бір ионға ғана тәң реакцияларды айтады.

Аналитикалық  химияда молекулалардың иондық және ионды электронды түрін қолданады.

Реакция теңдеуін жазғанда және есептеу жургзгенде мына қағидаларға сүйенген дұрыс.

1. Материалдық баланс жағдайына қарау керек. Жеке алынған бір жүйеде, реакция кезінде біркелкі атомдар әр турлі бөлшектердің құрамына кіретін болса, онда оның осы бөлшектегі мөлшерін есептеу керек. (М, a).

М + a Û Мa₁

Мысалы, ерітіндіде комплекс жүзуші атом М лнганд (a) мен әр түрлі комплексті иондар түзетін болса:

Мa₁ + a Û Мa₂

Мa_n

С_ш = [Мa₁] + [Мa₂] + [Мa₃] + ……[Мa _n]

  n

С_ш = å[Мa₁]

         o

С_ш – шартты концентрация

2. Электр бейтараптық приципін есепке алу қажет. Бұл прицип бойынша бір көлемдегі оң зарядтардың жалпы саны теріс зарядтардың санына тең болу керек.

å Ci Zi = 0    NaCl + H₂O

Na⁺ H⁺  Молекулалар

Cl^- OH^-    [Na⁺] + [H⁺] = [Cl^-] + [OH^-]

 

3. Иондық түрдегі теңдеулерде әлсіз элетролиттер, тұнбалар, газдар молекулалық түрде бйнеленеді

Ag⁺ + Cl^- =AgCl¯