Теоретические основы неорганической химии - каз

      Француз ғалымы Ж.Л. Пруст көптеген тәжірибелердің нәтижелерін қорытындылай  келіп, 1808 жылы химияның негізгі заңдарының бірі құрам тұрақтылық заңын ашты. Ол былай тұжырымдалады:

      Алыну тәсілдеріне қарамастан әрбір химиялық молекулалық қосылыстың сапалық  және сандық құрамы тұрақты болада.

      Мысалы:су молекуласын мынадай әртүрлі тәсілдермен алуға болады. 

      2H₂+ O₂ = 2H₂O; NaOH + HCl = NaCl+H₂O; CH₄ + 2O₂ = CO₂+ 2H₂O. 

      Қандай  жолмен алынса да су молекуласының  құрамында 11,2% сутек, 88,8% оттек болады.

     Химияның  дамуына байланысты құрамы тұрақсыз заттар да табылған. Оларды бертоллидтер деп атайды.

Зат

     ↓                    ↓

                                           Дальтонид          бертоллид 

                                 Құрамы өзгермейді      құрамы өзгереді

                                            H₂SO₄                           ТіO_2, ТіO_1.9

                                             MgO 

     Сонымен құрам тұрақтылық заңы әр химиялық қосылыстың сандық мөлшерін анықтайды.

     Эквиваленттер заңы.

     Эквивалент  түсінігі химияға әртүрлі элеметтердің әрекеттесуші қабілетін салыстыру  үшін енгізілген.

     Біз екі ұғымды қолдандық: бірінші - эквивалент бірлігі моль,екінші m_экв бірлігі г/моль. Элементтің химиялық эквиваленті дегеніміз сутек атомының бір молімен әрекеттесетін немесе сутегінің осы мөлшерін химиялық қосылыстардан ығыстыратын заттың мөлшері. Эквиваленттік масса дегеніміз заттың 1 эквивалентінің г/мольмен алынған массасы.                         m_э=А/В=1/1 =1 г/моль, (сутекке)

       Эквиваленттік массаның Э, атомдардың  массасының (А) және элементтің  валенттілігінің (В) арасындағы  байланысты мына формула көрсетеді.  Э = A/B,

     Э_Na=23 г/моль/1=23г/моль ; Э_Ca= 40 г/моль  /2 = 20 г/моль.

     Химияның  негізгі заңдарының бірі эквиваленттер заңы: химиялық элементтер бір-бірімен эквиваленттеріне сай нақты мөлшерде эрекеттеседі немесе олардың массаларының бір біріне қатынасы, эквиваленттерінің қатынасына тура пропорционал болады.

     Қ+Қ                                Қ+С, Қ+Г                              Г+Г; С+С, С+Г

     m₁/m₂=m_»1/m_»2                          m₁/V₁=m₂/V_»2                               V₁/V₂=V_»1/V_»2 

     Мысалы: сутек атомдарының 1 г/молі натрийдің 23г/молімен, сутек атомдарының 2г/молі натрийдің 46г/молімен әрекеттеседі. Эквиваленттер заңы атом –молекулалық ілімге сәйкес келеді. Кез келген элементтің белгілі атомы басқа элементтің белгілі атом сандарымен қосылатындықтан, ал әрбір атомның  массасы тұрақты болғандықтан, олардың реакцияға қатысатын массалық мөлшерлері де тұрақты, эквивалентті болады.

     Сутекпен  оттектің эквивалент көлемдерін табу:

     Н₂                                О₂                                                           16/2=8

     2 г/моль – 22,4 л                                       32 г/моль – 22,4

     1 –              Х л                                                  8          -   Хл

     V_Э2=11,2 л                   Х=22,4×8/32=5,6

     m_ЭН2=1                         m_ЭО2=8 г/моль

     V_ЭН2=11,2 г                 V_ЭО2=5,6 л

     Күрделі заттардың эквиваленттік массаларын табуға арналған формулалар:

     m_Эоксид=М_оксид/элемент×атом саны×элемент валент.

                                m_{Эқышқыл}=М_қышқыл/сутек атом санын

                                m_Энегіз=М_негіз/ОН тобының санына.

                                m_Этұз=М_тұз/N_Ме×Me_вал

     N_Ме  метал атомының саны, Me_вал  металдың қосылыстағы валенттілігі.

     m_ЭAl2(SO4)3=342/2*3=57 г/моль

     Қалыпты жағдай Т=273 К, Р₀ 1 атмосфера 101,3 КПа мм л.

     Авогадро  заңы: бірдей жағдайда(температура, қысым) әртүрлі газдардың тең көлемдеріндегі  молекула сандары бірдей болады.

     Бірінші салдары:

     Әртүрлі газдардың 1 молінің стандартты қалыпты  жағдайда көлемі де бірдей болады.

     V_{1 моль}=22,4л,

     Екінші  салдары: кез-келген заттың бір моліндегі молекула саны бірдей болады, оны Авогадро саны деп атайды, ол 6,02*10²³молекула. Газ көлемі мен масса арасында қ.ж. мынадай байланыс бар.

                                                  m=n*М=(V/V_M)M.

     Газдың  молярлық массасын табу үшін оны сутек  арқылы алынған екі еселенген тығыздығын қолданамыз.

     m_X=2d_H2

     d=Д,  бір газдың екінші газға қарағандағы  тығыздығы. Оны табу үшін екі  газ салыстырылады. Осы екі  газдың молярлық массасын салыстырамыз. Бірақ көлемдері бірдей болады.

     d=Д=М₁/М₂                    m_1, m₂ – бірдей көлемдердің массасы

     d=2V_ауа/28_азот

     Бұл сандардың практикалық қолданылуы бар.

     d=Д=  М₁/М₂           M_X=17d_(NH3)

                                              М_Х=32d_(O2)              M_X=71 (Cl₂) 

     III салдары. Қ.ж. әр түрлі газдардың 1 молінде Авогадро санына тең бөлшек болады.

     1 моль     =N_A=6,02×10²³ моль ^-1

     Егер  газ жағдайы қ.ж.өзгеше болса онда барлық негізгі параметрлерді байланыстыратын  Менделеев- Клапейрон теңдеуін қолданады.

     1 Идеал газдың теңдігін аламыз

       Р₀V₀/T₀=PV/T           (1)

                                              идеал газ үшін  Р₀V₀/T₀   

                           эксперименттік газ үшін PV/T          

     Р₀V₀/T₀=R(2)   R=8,31 Дж/моль×К=0,082 л×атм/моль×К=62360 ммсб.мл/моль К

     1 моль PV=RT  (3)

     Бірақ көп жағдайда мольдің саны 1-ге тең  болмайды,сондықтан моль санын есептеу  керек.

     n=m/M ,  n_NaOH=160/40=4  (4)

     PV=nRT (5)

       PV=m/M RT (6)

     Бұл теңдікті қолданып газдың молярлық массасын табуға болады.  

     Менделеев-Клапейрон  заңы. Бұл заң газдардың көлемі, қысымы, температура байланысын көрсетеді. Сондықтан бұл заң біріккен газ заңы деп те аталады.

       Бойль-Мариотт заңы. Бұл жағдайда (қысым және көлем тұрақты) болғанда берілген газдың мөлшері оның қысымына кері пропорционал болады.

     PV-const,   P₂/P ₁= V₁/V₂

     Гей-Люссак заңы. P-const–бұл жағдайда газ көлемінің өзгерісі температураға тура пропорционал. V₁/T₁  = V₂/T₂  

     Осы екі заңнан Менделев   идеал  газ үшін мынадай теңдеу шығарды.

P *V/T = P^{0 *} V⁰/T⁰    P^{0 *} V⁰/T⁰  =  R   немесе 1 моль газ үшін

P *V = R *T  бірнеше моль газ үшін P*V = n *R*T    n- мольсаны;

n = m / M ; M-молекуладлық салмақ   PV=m/M*RT; M=m*R*T/PV 

     Дәріс 3. АТОМ ҚҰРЫЛЫСЫ  

Дәрістің  жоспары:

     1. Атомның кванттық-механикалық моделі. Квант сандары.

     2. Атом орбитальдары.  Паули принципі. Атомдық орбитальдарының толықтыру ережелері және реттілігі. Көп электронды атомдар ережесі. Клечковский заңдары.

     3. Элементтердің периодтық жүйесі және атом құрылысы. Элементтердің атомдарының электрондық және электрографикалық формулалары. Д.И. Менделеев периодтық заңының маңызы. 

     1911жылы  Э.Резерфорд атом құрылысының   планетарлық моделін ұсынды, бұл  модель  бойынша атом мөлшері  өте кіші оң зарядталған массивті  ядродан тұрады. Ядроға атомның  барлық массасы  шоғырланған. Ядро протон және нейтроннан тұрады. Ядродан біраз қашықтықта атомның электрондар қауызын құрайтын электрондар айналып жүреді.

     1913жылы  Нильс Бор, Планк енгізген сәуле  шашырауының кванттық теориясын  қолданып, Резерфорд теориясын әрі  қарай дамытты. Планктің кванттық  теориясының мағынасы:сәулелі энергия   квант энергиясы түрінде аздап  бөлшектеніп шығады және сіңіріледі.

     Жарық шығаратын дененің энергиясы  квант соңынан квант түрінде  өзгереді.

     Кванттық  түсінікті, ядроны айналып жүрген электрондарға  қолданып, Бор үш негізгі постулатты құрастырды;

     1) электрон белгілі орбита бойынша энергия жұмсамай айналады;

     2) ядроға тақау орналасқан орбита неғұрлым қалыпты атом күйіне сәйкес;

     3) атом энергияны сіңіреді және шығарады, егер электрон бір орбитадан екінші орбитаға ауысса.

     Электрон  және басқа элементар бөлшектердің (протондар, нейтрондар) атомдағы жағдайы кванттық механикаға негізделген:олардың екі жақты қасиеті бар, яғни микробөлшектердің толқындық, ал толқындардың бөлшектік қасиеттері болады.

     Атомның негізгі сипаттамасы, оның заряды және массалық мөлшері.  Ядро заряды Д.И.Менделеевтің периодтық жүйедегі химиялық элементтің реттік нөміріне тең болатын протондар  санымен анықталады. Мысалы, магнийдің реттік нөмірі 12-ге тең, онда ядродағы протондар саны да 12, оның ядро заряды +12-ге тең. Атомның массалық салмағы ядродағы протондар санына тең болғандықтан магний атомының массалық салмағы 12+12=24тең, Mg ) ) ), (+12). Электрон болуының ықтималдылығы мол ядро маңындағы кеңістікті орбиталь деп атайды.

     Атом  – молекулалық ілім тек қана XIX ортасында қалыптасты. Атом-күрделі микрожүйе,ол ядродан және оның кеңістігінде айналып жүретін электрондардан тұрады. Атомның негізгі сипаттамасы, оның энергиясы. Электрондық қабаттарды энергетикалық деңгейлер деп атайды.

     Электрон  энергиясы жарық ағымы бөлшектерінің  энергиясы-фотон сияқты, кез-келген мәнді емес, тек белгілі дискретті квантталатын мәндерді қабылдайды. Оқшауланған атомдағы электронның энергетикалық күйі төрт квант санымен анықталады.

     1. Бас квант саны –n, деңгей нөмірін көрсететін бүтін сан , ол берілген знергетикалық деңгейдегі болатын электрондардың энергиясын сипаттайды.Энергетикалық деңгейдегі электрондардың ең көп саны деңгей нөмірінің екі еселенген квадратына тең шама, яғни