Теоретические основы неорганической химии - каз

     Дәріс 1. Атом-молекулалық ілім.  

Дәрістің  жоспары:

1. Материя туралы түсінік. Химия пәні. Химияның даму кезеңдері.
2. Атом- молекулалық ілім.

 

      Химия бізді қоршаған материалық дүниені  зертейтін жаратылыстану ғылымдарының қатарына жатады. Материя (дүние) біздің санамыздан тыс өмір сүреді және үнемі  қозғалыста болады. Бізді қоршаған орта – табиғат материядан тұрады. Әрбір ғылым материя қозғалысының белгілі бір түрін зерттейді. Біз материяның химиялық түрін зерттейміз.  

      Материя

      ↓           ↓

             Зат        Өріс 

      Бұл теңдіктен  материяның екі түрін  байқадық, ол зат пен өріс және жүйенің  пайда болғанын көрдік. Жүйенің фазалары, құрамды бөлшектері төртеу. Бір агрегатты  күйде, сондықтан гомогенді жүйе. 

      

      Екінші теңдікте гетерогенді жүйенің мысалы келтірілген, өйткені оның құрамы әр түрлі агрегатты күйде (Қ, С, Г). Жүйенің құрамды бөлшегі бір-бірінен шекарамен бөлінеді және әр фазаның физикалық, химиялық қасиеттері ерекше болады.

          Зат- бір немесе бірнеше денелер жиынтығы олар бір-бірімен әрекеттеседі, қоршаған ортадан ойша бөле аламыз. 1) массасы бар , 2) кеңістікте орын алады.

      Өріс  – химиялық заттар бір-бірімен әрекеттесетін және орналасатын материялық орта. Зат пен өріс бір-біріне айналады екен.

     Химия атомдардың қосылуынан жаңа заттар түзілетін  материя қозғалысының түрін зертейді. Химия ғылымы заттардың құрамын, құрылысын, қасиеттерін және олардың  басқа заттарға айналу процестерін  зерттейді. Жалпы химия химиялық өзгерістердің барлығына қатысы бар заңдылықтар мен теориялық  мәселелерді зерттейді. Аноорганикалық химия элементтердің және олардың  қосылыстарының құрамы мен қасиеттерін  қарастырады. Органикалық химия  органикалық заттардың құрамын, құралысын қасиеттерін және олардың  қатысуымен жүретін реакцияларды оқытады. Жоғарғы молекулалық химия пәні полимердің әртүрлі алыну тәсілдерін зерттейді.

     Табиғат бізге шикізаттар береді. Оларға ауа, су, құм, саз, ізбес тасы, көптеген минералдар, кендер, тас көмір, мұнай, табиғи газдар жатады. Химиядан алған білімді өз мамандықтарыңызға пайдалана отырып, осы заттардан халық шаруашылығына  қажетті оттек, сутек, шыны, цемент, керамика бұйымдарын, қара және түсті металдар, кокс, минералдық тыңайтқыштар, пластмассалар, полимерлер, жасанды және синтетикалық талшықтар, каучуктер, дірілер, бояғыш заттар, сода, күкірт, азот, фосфор, тұз қышқылдарын сабын, жасанды кір алғыш заттар өндіреді.

     Сонымен қатар химияның негізгі міндеттеріне осы ғылымның жетістіктерін пайдалана  отырып, өнеркәсіпке, транспортқа, ауыл шаруашылығына, тұрмысқа қажетті химиялық жолмен өндіру жатады. Көптеген химиялық реакциялар энергия бөлу арқылы жүреді. Осы энергияны отын ретінде, іштен  жанатын двигательдерде, космос ракеталарында  қолдану химияның міндеттеріне жатады.

     Өнеркәсіптерде, әсіресе, металлургия және химия  өнеркәсіптерінде, негізгі өнімдер  өндіру кезінде көптеген қосалқы  қалдық заттар түзіледі. Осы қалдықтарды  халық шаруашылығына пайдалы  өнімдерге айналдыру да химияның міндеттеріне жатады. Өнеркәсіпті химияландыру техникалық прогрестің негізгі шарттарының  бірі. Химияның осы кездегі жетістіктерін  пайдаланудың нәтижесінде өнеркәсіп  пен транспортқа қажетті жоғарғы  сапалы болаттар,құймалар ( өте қатты, өте берік, коррозияға төзімді, ыстыққа  төзімді) , ұшақтар мен автомобильдердің дөңгелектеріне қажетті өте шыдамды резиналар, полиметлер, каучуктер, әртүрлі жартылай өткізгіштер, электротехникаға қажетті изоляциялаушы материалдар, жылуэнергетикасына, ғарыш техникасына қажетті материалдар мен жоғарғы колориялы жанғыш заттар, пластмасса, полимерлер. Жасанды талшықтардың көптеген түрлерін өндіру мүмкін болады. Қазіргі кезде дүниежүзілік маңызы бар мәселелердің бірі- қоршаған ортаны қорғау. Техниканың, әсіресе қара және түсті металлургияның химия өнеркәсібінің, тау –кен өндірісінің , автомобиль транспортының, мұнай –газ өнеркәсібінің дамуына және мұнай, газ отындарының жануына байланысты ауаға суға, әртүрлі газдар: азот, көміртек, күкірт оксидтері, күл, щаң- тозаңдар, металдардың қосылыстары, органикалық қосылыстар көптеп қосылады. Бұл заттар адамдардың, жануарлардың, өсімдіктердің тіршілік етуіне зиянын тигізеді. Сондықтан химияның мақсаты жоғарыда аталған өнеркәсіптер мен транспорттың жұмыс істеуі кезінде бөлінетін улы заттарды залалсыздандыру немесе пайдалы қосалқы өнімдерге айналдыру, яғни бір өндірістің қалдығын екінші өндірістің шикізаты ретінде пайдаланып аймақтық қалдықсыз жұмыс істейтін өнеркәсіптер кешенін жасау болып отыр. 

     Д.И.Менделеевтің периодтық заңының маңызы өте  зор.Ол қазіргі химияның негізін  қалап, оны біртекті, біртұтас ғылымға айналдырды. Д.И.Менделеевтің периодтық заңы мен периодтық жүйесі негізінде, атом құрылысы туралы ілім тез тарады. Атом құрылысы туралы ілімнің дұрыстығы әр кезде периодтық заң арқылы тексерілді.

     Атом  – молекулалық ілімді дамытып және оны тұңғыш рет химияға қолданған орыстың ұлы ғалымы М.В. Ломоносов. Ломоносов ілімінің негізгі қағидалары мыналар:

     1.Заттар  молекулардан тұрады.

     2. Молекулалар атомнан тұрады.

     3. Жай заттың молекулалары бірдей  атомдардан тұрады.

     4. Күрделі заттардың молекулалары  әртүрлі заттар атомдарынан тұрады.

     5. Барлық заттардың бөлшектері  үнемі броун қозғалысында болады.

      Атом  – молекулалық ілім тек қана XIX ортасында қалыптасты. Атом-күрделі микрожүйе, ол ядродан және оның кеңістігінде айналып жүретін электрондардан тұрады.

      Атом  молекулалық ілімнің негізгі  қағидаларын толық мойындайтын XIX  ғасырдың орта кезінде жүзеге асты. 1860 жылы Карлсруэ қаласында болған дүниежүзі химиктерінің I-съезінде атом және молекулалардың нақты анықтамалары берілді. 

 

     Дәріс 2. Химияның негізгі ұғымдары мен заңдары.  

Дәрістің  жоспары:

1. Химияның негізгі ұғымдары
2. Масса мен энергияның сақталу заңы;
3. Құрамның тұрақтылық заңы;
4. Эквиваленттер заңы. Эквиваленттерді табу;
5. Авогадро заңы және оның салдары;
6. Менделеев – Клапейрон заңы.

 

      Атом  химиялық қосылыстардағы элементтердің  ең кіші бөлшегі.

      Атом  дегеніміз – оң зарядты ядродан және саны сол оң зарядтарды теңгеретін электрондардан тұратын нейтрал бөлшек.

        Молекула дегеніміз - осы заттың химиялық қасиеттерін сақтап тұратын ең кіші бөлшегі.

      Молекулалары  бір элементтің атомдарынан тұратын  заттарды –жай заттар дейміз. Жай заттарға H₂,CL₂,Na,O_2,N₂  т. б. жатады. Бір элементтің бірнеше жай заттар түзуін аллотропиялық құбылыс дейді. Молекулалары әртүрлі элементтің атомдарынан тұратын заттарды – күрделі заттар дейді. Мысалы; CuO,H₂SO₄.

      Күрделі заттарға барлық оксидтер, қышқылдар, негіздер, тұздар және толып жатқан органикалық қосылыстар мысал бола алады. Атомның ең маңызды көрсеткіштерінің бірі оның массасы. Атомдардың шамасы өте кішкентай шама. Мысалы: сутек  атомының массасы 1,67*10^-27 кг, оттектікі 26,60*10^-27кг көміртегі  19,93*10^-27.Сондықтан атомдардың салыстырмалы массаларын пайдаланады.

      1961 жылы халықаралық келісім бойынша  массаның атомдық бірлігі ретінде  атомдық массасы 12 –ге тең  көміртек изотопы массасының 1/12 бөлігі қабылданды. Көміртек( С-12 ) атомы  массасының 1/12 бөлігі массасының  атомдық бірлігі (м.а.б) деп  аталады.  1 массаның атомдық бірлігі  (1а.м.б.) 1,66* 10-27 кг тең.

      Ar(O)=26,60*10^-27/1,66*10^-27= 16;  

      Ar(H)= 1,67*10^-27/1,66*10^-27=1;                    

      Ar(C)=19,93*10^-27 / 1,66*10^-27=12.

      Салыстырмалы  атомдық масса дегеніміз сол элемент атомы массасының көміртек атомы массасыныкі 1/12 бөлігінен немесе массасының атомдық бірлігінен неше есе ауыр екенін көрсететін сан.

      Салыстырмалы  молекулалық масса дегеніміз сол зат молекуласы массасының 1 массасының атомдық бірлігінен неше есе ауыр екенін көрсететін сан.

      Салыстырмалы  молекулалық массаны (Mr) табу үшін молекула құрамына кіретін барлық атомдардың массаларын қосу керек.

      Mr(Al₂(SO₄)₃=  27*2+32*3+16*12=342.

      Осыған  сәйкес молекулалық массасы 342*1 м.а.б. =342 м.а.б. 

      Моль –зат мөлшерінің өлшемі. Моль деп көміртек изотопының (¹²С)  0,012 килограмында қанша атомдар болса, құрамында сонша құрылыстық бірліктері (атомдар, молекулалар, иондар) болатын заттың мөлшерін айтады. Көміртектің 0,012кг-да 6,02*10²³ атомдар болатынын зерттеулер анықталған. Заттың 1 молінде 6,02*10²³ бөлшек болады. Бұл санды Авогадро саны деп атайды. Заттың 1 моль мөлшерінің массасы молярлық масса деп аталады, оны г/моль немесе кг/моль көрсетеді.

      Сонымен, моль – бұл 0,012 кг көміртегі ¹²С изотопында болатын атомдар санына тең құрылымдық бірліктер (молекулалар, атомдар,иондар,электрондар,) болатын заттың мөлшері.

      Cl₂                                                    М = 72  г/моль

      H₂                                    М = 2                      

      H₂ SO_{4  ,}      М =98                

      O₂                                    М =32 г/моль    

      CO₂                                   М = 44 г/моль  

Көмітектің  бір моліндегі атомдар санын  есептейік:     N=0.012/1.993*10²⁶=6.02*10²³моль^-1 

      N=N_A     

      Қорытынды: Заттың 1 молін білу үшін оның молярлық массасын табу керек.

      Структуралық  бөлшек деген – атом, молекула, ион. Қалыпты жағдайда атомның 1 молінде Авогадро санына тең бөлшек болады, яғни 6,02*10²³моль^-1. 

     Заттар  массасының сақталу  заңы.

     М.В. Ломоносов 1756 жылы жүргізілген зерттеулер бойынша химиялық  түрленулер кезінде заттар массасының өзгермейтіндігін дәлелдеген. Бұл заңды заттар массасының сақталу заңы деп келесідей тұжырымдады: химиялық реакцияға қатысатын заттардың массасы реакция нәтижесінде түзілетін заттардың массасына тең болады.

       ∑m_{реагент} =  ∑ m_өнім       

     Атом  –молекулалық ілім тұрғысынан қарағанда  бұл заңды былай түсіндіруге  болады. Реакцияға қатысқан заттардың  құрамында қандай атомдар қанша  мөлшерде болса, реакция нәтижесінде  шыққан заттардың құрамында сондай атомдар сонша мөлшерде болады. Химиялық реакциялар кезінде атомдар массалары өзгермейтіндіктен реакцияға қатысқан заттардың массасы тұрақты болады. Мысалы: 4P+5O₂=2P₂O₅; 4*31+10*16=4*31+10*16  284=284.

     Әр  түрлі жүйелер қоршаған ортамен  массасын және энергиясын алмастыра  алады. Жүйелер бірнешеу болады:

      1. Ашық жүйе - сыртқы ортамен масса және энергияны- алмастырады.

      2. Жабық жүйе - сыртқы ортамен энергияны алмастырады.

      2. Оқшауланған жүйе - сыртқы ортамен ешқандай алмасу болмайды. Мұндай жүйелерде масса қосындысы сопst, энергия қосындысы да сопst.

     Эйнштейн  – Ферми заңы.

     Жүйеде  энергияның өзгеруі массаларының өзгеруіне  эквивалентті болады

     ∆Е =∆ mc²  

     с-вакуумдағы жарық жылдамдығы

     ∆ m – массасының дефектісі 

     ∆ Е – энергияның өзгеруі

      Құрам тұрақтылық заңы. Заттар массасының сақталу заңы заттың сандық құрамын зерттеуге негіз салды. Егер реакцияға қатысқан және реакция нәтижесінде шыққан заттардың массасы тұрақты болса, сол заттардың сандық құрамы да тұрақты болу крек деген пікір туды. Көптеген зерттеулер химиялық таза заттардың сапалық және сандық құрамы тұрақты болатынын көрсетті.