Б. Б. БАЯХМЕТОВА ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫҚ ХИМИЯ ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫ ОРЫНДАУҒА АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ. Семей-2015 ж.

Transcript

1 Б. Б. БАЯХМЕТОВА ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫҚ ХИМИЯ ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫ ОРЫНДАУҒА АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ Семей-2015 ж.

2 ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ Химия және география кафедрасы БАЯХМЕТОВА Б.Б. ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫҚ ХИМИЯ ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫ ОРЫНДАУҒА АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ Семей-2015 ж. 2

3 Баспаға Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті жаратылыстану ғылымдар факультетінің оқу-әдістемелік бюросы ҧсынған. Хаттама ж Баяхметова Б.Б. «Физикалық және коллоидтық химия пәнінен зертханалық жҧмыстарды орындауға арналған әдістемелік нҧсқау». Семей, б. Физикалық және коллоидтық химия пәнінен зертханалық жҧмыстарды орындауға арналған әдістемелік нҧсқау қҧралында физикалық және коллоидтық химия пәндерінің барлық тарауларын қамтитын тәжірбиелік жҧмыстар ҧсынылған. Әр зертханалық жҧмыстың теориялық негіздері, олардың тапсырмалары мен бақылау сҧрақтары берілген. Әдістемелік нҧсқау «5В Химия» мамандығында оқитын студенттерге арналған. 3

4 Мазмұны Зертханадағы жалпы қауіпсіздік ережелері 5 Зертханалық жҧмыс 1. Органикалық қосылыстар қҧрылысын 7 молекулалық рефракция арқылы анықтау Зертханалық жҧмыс 2. Термохимиялық ӛлшеулер жҧмыс. Тҧздардың еру жылуын анықтау жҧмыс. Тҧздардың гидраттану жылуын анықтау жҧмыс. Бейтараптау жылуын анықтау 14 Зерханалық жҧмыс 3. Ертіндідегі гомогенді реакциялардың тепе 15 теңдігін зерттеу 3.1 жҧмыс. Гомогенді реакциялардың тепе теңдігін зерттеу жҧмыс. Химиялық тепе теңдік 17 Зерханалық жҧмыс 4. Балқыма. Екі қҧрамдас бӛлікті жҥйенің кҥй 19 диаграммасы Зерханалық жҧмыс 5. Екі қҧрамдас су-фенол жҥйесінде 20 ертінділердің ӛзара ерігіштігін зерттеу Зерханалық жҧмыс 6. Гальваникалық элементтің Э.Қ.К ӛлшеу 22 Зерханалық жҧмыс 7. Әлсіз электролиттердің электрӛткізгіштігін 23 зерттеу Зерханалық жҧмыс 8. Ацетонның иодталу реакциясының 24 жылдамдығын зерттеу Зерханалық жҧмыс 9. Қатты дене ерітінді арасындағы адсорбция 27 Зерханалық жҧмыс 10. Коллоидты жҥйені алу 31 Зерханалық жҧмыс 11. Темір гидроксиді золінің ҧюы мен 33 тҧрақтануын зерттеу Зерханалық жҧмыс 12. Амфотерлік полиэлектролиттің 37 изоэлектрлік нҥктесін анықтау Зертханалық жҧмыс 13. ЖМҚ молекулалық салмағын анықтау 39 Зерханалық жҧмыс 14. Эмульсияны алып қасиетін зерттеу 43 Қосымша 45 4

5 ЗЕРТХАНАДАҒЫ ЖАЛПЫ ҚАУІПСІЗДІК ЕРЕЖЕЛЕРІ 1. Химиялық зертханада қауіпсіздік ережелерін сақтамау нәтижесі оқыс жағдайларға әкеледі. Сондықтан зертханалық жҧмыс кезінде ӛте сақтық пен ҧқыптылық қажет. 2. Жҧмысты дҧрыс ҧйымдастыру, қолданатын заттардың және реактив ерітінділерінің қасиетін және приборлармен дҧрыс жҧмыс істей білу қауіпсіз жҧмыс жағдайын қамтамасыз етеді. 3. Жҧмысқа кіріспес бҧрын қажетті ыдыстар мен реактивтерді тексеріп алу қажет. 4. Жҧмыс ҥстелінде қажетсіз қолданылмайтын заттар болмауы қажет. 5. Тәжірибені әдістеме бойынша нақты және ҧқыпты жҥргізу. 6. Зертханада халатсыз жҧмыс жҥргізуге рҧқсат етілмейді. 7. Химиялық ыдыстан су ішуге және зертханада тамақ жеуге тыйым салынады. 8. Қалдық заттарға арнайы ыдыс, қышқылдар мен сілтілерге арнайы жинағыш ыдыс болуы қажет. Қышқыл мен сілтіні су қҧбырына бейтараптаусыз қҧюға болмайды. 9. Улы заттармен жҥргізілетін барлық операциялар (жағу, буландыру, араластыру, сҧйылту) міндетті тҥрде сорғыш шкафта қосулы кезінде жҥргізілуі қажет. 10. Тез тҧтанғыш заттармен жҧмыс кезінде от, сіріңке тҧтату, шылым шегуге тыйым салынады. Бҧл сҧйықтықтарды қыздыру тек су жылытқышында жҥргізіледі. Жҧмыс алдында қҧм, ӛртсӛндіргіш, асбест, дымқыл шҥберек даярлап алу қажет. 11. Суды нығыз (герметически) жабылған ыдыста қайнатуға және суытуға мҥлдем болмайды. 12. Жҧмыс кезінде хим. реактивтердің дәмін кӛруге болмайды. Иісі бойынша анықтауда сақтылық қажет, ыдысқа ептеп еңкейе тҧрып, ӛзіңе қарай ақырын қолмен желпей отырып иіскеу керек. 13. Әрбір реактивтің ӛзінің нақты орыны және концентрациясы мен атауы жазылған этикеткасы болуы қажет. Реактивті ашық қалдыруға болмайды. 14. Пипетка арқылы улы және кҥдіргі ерітінділерді соруға болмайды, ол ҥшін арнайы резиналық груша болуы қажет. 15. Спирт шамын ӛшірмей, толтыруға болмайды. Спирт шамын қақпағын кигізіп ӛшіреді, ҥрлеуге болмайды. Спирт шамының кӛлемінің 2/3 бӛлігін ғана толтырады. Спирт шамын келесі бір жанып тҧрған спирт шамы арқылы тҧтатуға болмайды. 16. Зертханада от шыққан уақытта тез арада ӛрт сӛндіргішпен ӛшіру қажет. 17. Егер сумен араласпайтын зат (бензин, май, эфир) жанып жатса сумен ӛшіруге болмайды. Қҧммен, қалың матамен, ӛртсӛндіргішпен ӛшіру керек. Спирт жанса тек сумен ӛшіру қажет. 5

6 18. Концентрлі қышқылды ( кҥкірт қышқылы, тҧз қышқылы ) сҧйылтуда қышқылды суға қҧю керек, керсінше жҥргізуге тыйым салынады. 19. Концентрлі қышқылдар мен сілтілер КӘУЗ болып табылады. Теріге тигенде адам терісін қатты зақымдайды. Кӛзге тамғанда соқырлыққа әкеледі. 20. Концентрлі сҧйықтық қақпағы жақсы жабылған шыны ыдыста, себетке салынған кҥйде болуы қажет. Кристалды сілті шыны ыдыста немесе металл барабанда сақталады. Әрбір ыдыста сәйкес этикетка болу қажет. 21. Кездейсоқ теріге қышқыл тамған болса, тез арада су ағынында жуып, 3-5% ас содасының ерітіндісімен жуып бейтараптайды. 22. Егер концентрлі сілті тамған болса, тез арада су ағынында жуып, 0,5-1% - тік сірке қышқылымен жуу керек. 23. Сілті мен қышқылды ыдысқа қҧю кезінде, бетке шашырап кетуден сақтану ҥшін қатты еңкеюге болмайды. 6

7 Зертханалық жұмыс 1 Органикалық қосылыстар құрылысын молекулалық рефракция арқылы анықтау Жұмыстың мақсаты: Берілген заттың молярлық рефракциясы арқылы ықтималды қҧрылысын анықтау. Рефракция аддитивтілігін тәжірибеде зерттеу. Қажетті құралдар мен ыдыстар: Рефрактометр ИРФ-22, пикнометр, аналитикалық таразы, тҥтікті тамызғыш. Реактивтер:Толуол, ацетон, бензол, гексан, гептан, жай және кҥрделі эфирлер, этил, изопропил спирті, хлороформ, дистилденген су. Жұмыс реті: Оқытушы тапсырған сҧйықтықтың сыну кӛрсеткіші мен тығыздығын бірдей температурада ӛлшеп, анықтайды. Тәжірибелік бӛлім Зерттелінетін заттың меншікті (мольдік) рефракциясын есептеу ҥшін, алдымен сол заттың тығыздығы мен сыну кӛрсеткішін анықтау керек. Ол ҥшін салмағы алдын-ала ӛлшенген бос пикнометрдің белгілі сызығына дейін дистилденген су толтырады. Судың артық мӛлшерін сҥзгіш қағазымен сорып алуға болады. Сонан кейін суы бар пикнометрді аналитикалық таразыда ӛлшеп, салмағын анықтаймыз. Мҧндай ӛлшемді ішінде зерттелінетін сҧйықтығы бар пикнометрмен де жҥргізеді. Сҧйықтың тығыздығын (г/см 3 ) келесі формул бойынша анықтаймыз: g g 0 2 H 2O g1 g (1.1) 0 мҧндағы g 0 бос пикнометрдің салмағы (г); g 1, g 2 ішінде суы және зерттелінетін сҧйықтығы бар пикнометрдің салмағы (г); Н 2 О 25 о С температурадағы судың тығыздығы (г/см 3 ). Тығыздықты ҥтірден кейін ҥшінші санға дейінгі дәлдікпен 3 рет анықтап, орташа арифметикалық мәнінін алады. Зерттелінетін сҧйықтықтың сыну кӛрсеткішін Аббе рефрактометрінің кӛмегімен анықтайды. Мольдік рефракция R M электрондық поляризацияны кӛрсетеді және Лоренц- Лоренц теңдеуімен ( 1.2 ) ӛрнектеледі: 2 n 1 M Пэл RМ (1.2) 2 n 2 R M мольдік рефракция, м 3 / моль n сыну кӛрсеткіші М заттың мольдік массы тығыздық Молекулалардың рефракциясын аддитивтілік (біртектілік) ережесі бойынша да есептеуге болады: Raт R М Rбай ( 1.3 ) 7

8 Raт атомдар рефракциясының алгебралық қосындысы, R бай байланыстар рефракциясының алгебралық қосындысы. 1.2 теңдеу және аддитивтілік (1.3) ережесі бойынша анықталған мольдік рефракция мәндерін салтырамыз. Атомдар, байланыстар рефракция мәндерін анықтама кестесінен (қосымша 1.1)аламыз. Ӛлшеу нәтижелерін 1.1 кестеге енгіземіз. 1.1кесте. ӛлшеу R М R М реті тәж. теор. бос пикнометр салмағы, г суы бар пикнометр салмағы, г зерттелінеті н сҧйықтығы бар пикнометр салмағы, г тығызд ық,г/см 3 Сыну кӛрсет кіші, п Эксперименттен алынған нәтижелер негізінде молярлық рефракцияны (1.2) формуламен есептейді. Әрбір студент берілген заттарды тура осылай есептеп, ықтимал қҧрылысын сызады. Соңынан экспериментальды нәтижесімен ықтимал қҧрылысының молярлық рефракцияларының мәнін салыстырады. Бақылау сұрақтары: 1. Поляризация дегеніміз не? 2. Поляризацияның қандай тҥрлері бар? 3. Поляризация тҥрлері мен электрлік қабат арасында қандай байланыс бар? 4.Молекуланың диполь моменті дегеніміз не, ол қандай ӛлшемдермен анықталады? 5. Мольдік рефракция дегеніміз не? 6. Мольдік рефракция аддиттивтілігі неге байланысты болады? 7. Рефрактометрлік әдіс кӛмегімен заттың қҧрылысын қалай анықтайды? 8

9 Зертханалық жұмыс 2 Термохимиялық ӛлшеулер Калориметр қондырғысы. Жылу эффектісін тәжірибе жҥзінде анықтау ҥшін арнайы қондырғы калориметр пайдаланылады. Сурет 2.1. Калориметр қондырғысы. 1 араластырғыш, 2 қыздырғыш, 3 термоизолацияланған қақпақ, 4 зерттелінетін затты енгізетін қҧрал, 5 резиналы муфта, 6 электрлі мотор, 7 бекітілген қҧралды ҧстаушы, 8 калориметрлік ыдыс, 9 Бекман термометрі, 10 калориметрлік камера. Калориметр қондырғысы сумен толтырылған калориметрлік камерадан 10,аралыстырғыштан 1, термометрден 9, қыздырғыштан 2 және зерттелінетін затты ертіндіге енгізетін қҧралдан 4 тҧрады. Жҧмыс мақсатына байланысты әртҥрлі калориметрлік сҧйықтық: су, сілті және тҧз ертінділері пайдаланылады. Жҧмыс барысына сыртқы орта әсерін әлсірету ҥшін калориметрлік камераны ортасы сумен толтырылған қос қабатты ыдысқа 8 орналыстырады. Тәжірибе барысында температура ӛзгеруін Бекман термометрімен 9 анықтайды. Калориметрлік тәжірбиені келесідей кезекпен жҥргізеді: Бекман термометрін орнатады; электрлік әдіспен калориметр тҧрақтысын анықтайды; процестің жылу эффектісін ӛлшейді. 9

10 Бекман термометр құралы және оны орнату. Бекман термометрі тәжірбие кезінде температураны аса ҥлкен дәлдікпен (1 3 градус) ӛлшеу ҥшін қолданылады. Калориметрлік камераны термоизолацияланған қақпақпен 3 жабады. Сурет 2.2 Метастатикалы Бекман термометрі. 1 сынап ҥшін ҥлкен кӛлемді тӛменгі резервуар, 2 капелляр және ӛлшеу шкаласы, 3 қосымша жоғарғы резервуар, 4 термометрді дӛрекі дәлдеу ҥшін жоғарғы резервуар шкаласы. Термометр жіңішке ӛлшеуіш капиллярымен байланысқан негізгі 1 және 3 қосымша сынап резервуарларынан тҧрады. Термометр шкаласы 0,01 градус қҧндылықпен 5 градусқа бӛлінген. Ҧлғайтқыш кӛмегімен термометрде 0,002 градусқа дейінгі дәлдікпен жҧмыс жасауға болады. Термометрді орнату ҥшін оны тәжірибе температурасымен бірдей суға батырады. Термометрдің жоғарғы бӛлігін тӛмен қарай аударады. Резервуардағы сынап капилляр бойымен ҥлкен резервуардан қосымшаға ағып, ондағы сынаппен қосылуы қажет. Термометрді калориметрдегі сҧйықтық температурасынан 5 6 градусқа жоғары сулы моншаға орнықтырады. 2 3 минуттан кейін термометрді сулы моншадан шығарып, оң қолға алады. Сол қолдың ҥлкен саусағымен термометрдің жоғарғы бӛлігін тез ҧрып қалады. Сынап бағанасы қосымша резервуармен 4 капилляр жалғанған жерден ҥзілуі қажет. Осыдан кейін Бекман термометрін калориметрге орнатады. Егер капиллярдағы сынап термометрдің 0 2 градус шкала аралығында болса, Бекман термометр дҧрыс орнатылған деп есептелінеді. Калориметр тұрақтысын анықтау 10

11 Калориметрлік тәжірбиенің жылу балансын келесідей теңдеумен жазуға болады: H K t (2.1) мҧндағы ΔН калориметрде ӛтетін процестің жылу эффектісі; K калориметр тҧрақтысы. Зерттелінетін процестің ΔH есептеу ҥшін калориметр тҧрақтысын K білу қажет. Калориметр тҧрақтысы K физикалық мәні бойынша калориметр жылусыйымдылығы болып табылады және сандық жағынан калориметрдің барлық бӛлігін бір градусқа қыздыруға қажетті жылу мӛлшеріне тең. Калориметр тҧрақтысын электрлік әдіспен анықтайды. Ол ҥшін калориметрді 2.1 суреттегі сызбанҧсқаға сәйкес қҧрастырып, Бекман термометрін орнатады. Араластырғыш пен секундометрді қосады. Әрбір минут сайын Бекман термометрі бойынша температураны ҧлғайтқыш кӛмегімен 0,002-0,003 градус дәлдікпен ӛлшейді. Калориметрдің сыртқы ортамен жылу алмасу салдарынан калориметрлік сҧйықтық температурасының жоғарлауы да, тӛмендеуі де байқалауы мҥмкін. Калориметрдегі температура шамамен минут сайын 0,01 градус болып тҧрақтанғаннан кейін, 10 рет «алдын ала кезең» температурасын ӛлшейді. Кейін 1-2 минут (уақытты секундомермен дәл ӛлшейді) электромотор 12 қосады (сур.2.1). Амперметр кӛрсеткішін және ток ӛту уақытын жазады. Токты ӛшіріп, 10 минут бойы «қорытынды кезең» температурасын ӛлшейді. Температура ӛлшеу нәтижелерін кестеге енгізеді. Тәжірибе уақыты, мин. Бекман термометрінің кӛрсетуі, 0 С Алдын алакезең Негізгі кезең Қортындыкезең Жҥйеге ток жіберу нәтижесінде алған жылу мӛлшерін келесі теңдеумен есептейді: 2 H ток I R (2.2) мҧндағы H ток -ток жібергенде бӛлінген жылу мӛлшері, Дж; I ток кҥші, А; R қыздырғыш кедергісі, Ом; τ ток жіберу уақыты, с. Температураны ӛлшеу негізіндегі нәтижелер бойынша миллиметрлі қағазға температура ӛзгерісінің уақыттан тәуелділік қисығын тҧрғызады (сур.2.3). Тҧрғызған графиктен калориметрлік тәжірибе кезіндегі температура ӛзгерісін t анықтайды. Ол ҥшін В және С нҥктелерінордината осьіне проекциялап, кесінді ортасын mn табадыжәне kp қисығын жҥргізеді. I 11

12 нҥктесі арқылы вертикаль жҥргізеді. АВ және СD қисықты бӛлігін вертикаль қисықтағы Е және F нҥктелерімен қилысқанға дейін экстраполяциялайды. EF кесіндісі калориметрлік тәжірибенің температура ӛзгерісіне t сәйкес келеді. t және H ток мәндері бойынша 2.1 теңдеуге сәйкес калориметр тҧрақтысын K есептейді. Сур Калориметрлік тәжірибе барысында температура ӛзгерісін анықтау. Термохимиялық процестердің жылу эффектілерін анықтау. Процестердің (еру, гидрат тҥзу, нейтралдау) жылу эффектілерін калориметр тҧрақтысын K есептегеннен кейін анықтайды. Тәжірибе міндеті температура ӛзгерісін t ӛлшеу болып табылады. Температура ӛзгерісін t калориметр тҧрақтысын анықтау кезіндегі сияқты графикалық әдіспен табады. 2.1 жұмыс. Тұздардың еру жылуын анықтау Жұмыс мақсаты: Тҧздардың еру жылуын анытау. Құралдар және ыдыстар: Калориметр, Бекман термометрі, пробиркалар, кӛлемі 400 см 3 стакан. Реактивтер: су, сусыз натрий карбонаты, натрий сульфаты. Тҧзды сҧйықтықта ерту кезінде екі процесс байқалады: кристалдықтордың бҧзылуы эндотермиялық процесс және иондардың сольватациясы экзотермиялық процесс. Осы жылулардың қатынасына байланысты (ол еріген заттың және еріткіш табиғатымен анықталады) еру жылуы оң да, ( Н 0) теріс те ( Н 0) мәнге ие болуы мҥмкін. Еру жылуы интегралды және дифференциалды (парциалды) болып бӛлінеді. Интегралды еру жылуы 1 моль заттың таза еріткіштің біраз мӛлшерінде еру жылу эффектісі. Дифференциалды еру жылуы 1 моль заттың еріткіштің шексіз кӛп мӛлшерінде еру жылу эффектісі. Бҧл кезде ертінді концентрациясы шексіз аз мәнге ҧмтылғандықтан ескерілмейді. Калориметрлік тәжірибеде тек интегралды еру жылуын анықтайды. Дифференциалды еру жылуын есептеп табады. 12

13 Жұмыс реті.тәжірибені жҥргізу ҥшін калориметрлік стаканға 10 (сур. 2.1) 400 см 3 дистилденген су қҧяды. Судың дәл мӛлшерін (±1 г) стаканның бос және толтырылған масса айырымдары бойынша анықтайды.пробиркаға4қҧрғақ, жақсы ҧнтақталған тҧз салады (± 0,01 г). 400 см 3 кӛлемге шамамен 5-10 г тҧз салмағы сәйкес келеді. Калориметр тҧрақтысын анықтағаннан кейін 10 рет «алдын ала кезең» температурасын ӛлшейді.кейін тҧзы бар пробирканы4 тез суырып алып, воронка арқылы калориметрге тҧзды тӛгеді. Пробирканы қайтадан калориметрқақпағына 8 орнатады. Тәжірибенің«негізгі кезеңі» тҧзды тӛккеннен кейін 1-3 минуттан соң аяқталады. Кейін 10 рет «қорытынды кезең» температурасын ӛлшейді. Ӛлшеу нәтижелерін кестеге енгізеді. Аралыстырғышты тоқтады, пробирканың 4 сыртын сҥзгішқағазбен сҥртіп, ӛлшейді. Еріген тҧздың дәл мӛлшерін (±0,001 г) пробирканың тҧзды тӛкенгенге дейінгі және кейінгі салмағының айырмынан анықтайды. Алынған нәтижелер бойынша график тҧрғызып, калориметрлік тәжірибенің температура ӛзгерісін t к анықтайды. Белгісіз тҧздың меншікті интегралды 0 еру жылуын H T теңдеу бойынша есептейміз: r мҧндағы m еріген тҧз салмағы, г. T r H K t x / m 2.2 жұмыс. Тұздардың гидраттану жылуын анықтау Жұмыс мақсаты: Гидраттану жылуын анықтау. Құралдар және ыдыстар: Калориметр, Бекман термометрі, пробиркалар, фарфорлы ыдыс. Реактивтер: су, мыс кристаллогидраты. Гидраттану жылуы деп,1 моль қатты кристаллогидраттың қатты сусыз тҧздан және қажетті су мӛлшерінен тҥзілуге жҧмсалған жылу мӛлшерін айтамыз. Әдетте кристаллогидраттардың тҥзілу жылуын тәжірибеде тікелей анықтамайды. Оның мәнін Гесс заңы және сусыз тҧзбен кристаллогидрат еру жылуларының калориметрлік нәтижелері негізінде есептейді. Мыс сульфат гидраты тҥзілу мысалында, кристаллогидрат тҥзілу мен еру жылулары арасындағы байланысты табамыз. Бастапқы кҥйде 1 моль сусыз кристалды CuSO 4 тҧзын және n моль H 2 O ; соңғы 1 моль CuSO4 n моль H 2 O - ғы ерітінді аламыз. Бастапқы кҥйден соңғы кҥйге ауысуды екі әртҥрлі жолмен жҥзеге асыруға болады. Бірінші жол: CuSO 4 (қ)+nh 2 O= CuSO 4 (ертінді) инт H 0 T 1 Екінші жол: 0 CuSO 4 (қ)+5h 2 O=CuSO 4 5H 2 O (қ); T 13 гидрh 0 CuSO 4 5H 2 O (қ) + (n-5)h 2 O= CuSO 4 (ертінді); инт. Н Т 2

14 Гесс заңына сәйкес екі жағдайда да жалпы жылу эффектісі келесідей болады: интh T 1 гтдр. H T интh T 2 Тәжірибелік жолмен инт H 0 T 1 және инт H 0 T 2 анықтау арқылы гидрат 0 тҥзілу жылуын интh T есептеуге болады. Жұмыс реті. Тәжірибе жҥргізу ҥшін 7,5 г ҧнтақталған екі кристаллогидрат ӛлшемін алады. Біріншісін кристаллогидраттың еру жылуын анықтау ҥшін пайдаланады, ал екіншісін фарфорлы ыдысқа салып, сусыз тҧз ҧнтағы пайда болғанша (кӛк тҥсі жоғалады), от жалынында қыздырады. Сусыз тҧзды алдын ала ӛлшенген пробиркаға салып, тез резиналы тығынмен жабады. Суыған соң пробирканы ӛлшейді. CuSO 4 еріту ҥшін 300 г, ал CuSO 4 5H 2 O 297 г. су алады. Сусыз тҧздың инт H 0 T 1 және кристаллогидраттың инт H 0 T 2 еру жылуларын анықтау 2.1 жҧмыс әдісіне сәйкес келеді. 2.3 жұмыс. Бейтараптау жылуын анықтау Жұмыс мақсаты: Натрий гидроксидінің (натрий кҥйдіргіші) тҧз (хлорлы суттек) қышқылымен бейтараптау жылуын анықтау. Құралдар мен ыдыстар: Калориметр, Бекман термометрі, пробиркалар, кӛлемі 400 см 3 стакан. Реактивтер: 0,15н натрий гидрооксиді, 5н тҧз қышқылы. Бейтараптану жылуы деп, 1 моль кҥшті қышқыл 1 моль кҥшті негізбен әрекеттескенде бӛлінген жылу мӛлшерін айтады. Бейтараптау процесін иондық тҥрде келесідей теңдеумен жазуға болады: 0 H 2 O OH 2H 2 O; r H T Теңдеуге сәйкес кез келген кҥшті қышқылды кҥшті негізбен бейтараптағанда сҧйытылған ертінділерде 298,15 К кезінде 54, Дж/кмоль тең тҧрақты жылу Н 0 Т байқалу керек. Жұмыс реті. Бейтараптау жылуын анықтау ҥшін калориметрлік стаканға 10 (сур.2.1) шамамен 400 см 3 0,15 н NaOH ертіндісін қҧяды. Сілті ертіндісінің нақты мӛлшерін (±1г) бос және толтырылған стакан 4 салмағының айырымы бойынша анықтайды. Сілтіні 5 н НС1 ертіндісімен бейтараптайды. Қышқылды (~10 см 3 ) пипеткамен арнайы ампулаға қҧяды. Қышқылдың нақты салмағын (+0,01 г) бос және толтырылған ампула салмағының айырымы бойынша анықтайды. Ампуланы калориметр қақпағына 3 орнатады(сур. 2.1). Калориметр тҧрақтысын K анықтаған соң, 10 рет «алдын ала кезең» температурасын ӛлшейді. Қақпақтағы ампуланы 8 қолмен басып жібергенде, стакан 4 тҥбінде сынады. «Негізігі кезең» 1-3 минутқа созылады. Кейін 10 рет «қорытынды кезең» температурасын ӛлшейді. Графиктен температура ӛзгерісін t анықтап, теңдеу бойынша қышқылды негізбен бейтараптау кезінде бӛлінген жылу мӛлшерін есептейді. 14

15 Бақылау сұрақтары 1. Химиялық реакция жылу эффектісі дегеніміз не? 2. Гесс заңы және оның салдарының анықтамасын айтыңыз. 3. Стандартты тҥзілу және жану жылуы дегеніміз не? 4. Стандартты жағдайда реакция жылу эффектісін тҥзілу және жану жылулары арқылы қалай есептейміз? 5. Калориметр қондырғысын сипаттап беріңіз. Оның қандай тҥрлерін білесіз? 6. Калориметр тҧрақтысын қалай анықтайды? 7. Тҧздардың еру, гидраттану жылуы дегеніміз не? 8. Бейтараптау жылуын қалай анықтайды? Зертханалық жұмыс 3 Ертіндідегі гомогенді реакциялардың тепе теңдігін зерттеу 3.1 жұмыс. Гомогенді реакциялардың тепе теңдігін зерттеу Жұмыс мақсаты: Ертіндідегі гомогенді реакциялардың тепе теңдігін зерттеу. Құралдар мен ыдыстар: 100 мл сыйымдылықты колба, сулы термостат, 100 мл сыйымдылықты конусты колба, пипетка. Реактивтер: 0,03 М FeCl 3,, 0,03 М KI, дистилденген су, 0,015 М натрий гипосульфит ертіндісі, мҧз. Берілген жҧмыста қайтымды реакциялардың негізгі қасиеттерімен және тӛмендегі реакция мысалында химиялық тепе теңдікті зерттеу әдістерінің бірімен танысады. 2FeCl3 2KI 2FeCl2 I2 2KCl Жұмыс реті. Тығыз жабылатын 100 мл сыйымдылықты 4 қҧрғақ тығынды колба алады және нӛмірлеп, келесі ертінділердің нақты концентрациясын қҧяды. Ертінді Колба Колба 2 Колба Колба ,003 МFeCl 3, мл ,03 МKI, мл Сонан соң колбаларды температурасы 25±0,2 С сулы термостатқа 30 минутқа қояды. Титрлеуге қажетті 100 мл сыйымдылықты 8 конусты колбалар дайындайды. Әр колбаға мл дистилденген су қҧяды және оларды суыту ҥшін мҧзға қояды. 1 және 2 колбадағы сҧйықтықтарды бір біріне қҧйып, ал 10 минуттан кейін 3 және 4 колбадағыны. Ертінділерді қҧю кезеңін сағатпен белгілейді. Колбаларды тығынмен тығыз жабады және 15

16 термостатқа орнықтырады. Колбаларды араластыру кезеңінен 25 минут ӛткен соң, термостаттан шығармай пипеткамен 15 мл ерітінді алып, титрлеу колбасына қҧяды. Ертіндіні пипеткадан титрлеу колбасына қҧю кезеңін сынама алу уақыты деп санайды. Сынама алу уақытын 1 минутқа дейінгі дәлдікпен белгілейміз. Қҧйғаннан кейінгі бӛлінген иодты титрі белгілі 0,015 М гипосульфит ертіндісімен титрлейміз. Гипосульфит ертіндісін ертінді ашық сары тҥске боялғанша қосады. Сонан кейін бірнеше тамшы крахмал ертіндісін тамызып, кӛк тҥс жоғалғанша титрлейді. Титрлеуден кейінгі біраз уақыттан соң пайда болатын ашық кӛк тҥс ескерілмейді. Пипетканы сынама аларда зерттелінетін ертіндімен шаймалау керек. Сынама алғаннан кейін 30 минуттан соң әр колбадан қайтадан 15 мл ертінді алып, гипосульфитпен титрлейді. Кейін 40 минутан соң ҥшінші және т.б сынама алады. Әр колбадан қатарынан алынған екі сынамадағы иодты титрлеуге кеткен гипосульфиттің бірдей миллилитр мӛлшері реакцияның тепе теңдік кҥйге жеткен кӛрсетеді. Есептеу келесідей жҥргізіледі. 1. Тепе теңдік кезінде иод концентрациясы келесідей болады: 1 V1 CI C, 2 Na2S2O 3 2 V мҧндағы C Na2S2O - гипосульфит ертіндісінің молярлығы; V 3 1 тепе теңдік кезеңіңдегі иодты титрлеуге жҧмсалған гипосульфит кӛлемі; V 2 алынған сынама кӛлемі, мл. 2. Реакция теңдеуі бойынша бір молекула иод және екі ион Fe 2+ тҥзілетіндіктен, Fe 2+ ионының концентрациясы екі еселенген иод концентрациясына тең болады, С 2 2С I. 2 Fe 2 3. Реакция теңдеуі бойынша Fe концентрациясының ӛсуі, Fe 3+ концентрациясы кеміуінетең болғандықтан, Fe 3+ тепе теңдік концентрациясы Fe 3+ бастапқы және Fe 2+ тепе теңдік концентрациялар айырымына тең: 2 немесе С Fe С 3 СFeCl С 2 3 С Fe С 3 2 Fe FeCl 3 I 2 FeCl3 мӛлшері оның бастапқы және ертіндімен араластыру кезіндегі сҧйылту дәрежесімен анықталады: a СFeCl С 0 3 FeCl3 a b 16

17 Сынама нӛмірі Сынаманы алу уақыты Титрлеуге жҧмсалған гипосульфит мӛлшері, мл Сынаманы алу уақыты Титрлеуге жҧмсалған гипосульфит мӛлшері, мл зат t1кездегі бастапқы концентрациясы t2кезіндегі тепе теңдік концентрациясы t1кездегі бастапқы концентрациясы t2кезіндегі тепе теңдік концентрациясы мҧндағыс 0 FeCl FeCl 3 3 ертіндісінің бастапқы концентарциясы, моль/л; а және b реакцияға қажетті FeCl 3 және K Iерітінді мӛлшері. 4. I ион концентрациясы келесідей теңдеумен есептейді: С I С b СKI С 0 KI a b 0 мҧндағы С KI бастапқы ертінді концентрациясы, моль/л. Осындай ретпен тәжірибені басқа температурада да (мысалы, 40 С) жҥргізеді. K C есептеу екі температурада алынған екі ерітінді ҥшін жҥргізіледі. Тәжірибелік нәтижелер мен есептеулерді кестеге жазады. KI a С I 2 Кесте 3.1 Колба 1 Колба 2 Колба Колба Колба Колба 1/2 1/2 1/2 1/ Тәжірибелік жҧмысқа тапсырма Тәжірибе нәтижелері негізінде зерттелінетін реакциялар ҥшін екі температура кезіндегі орташа тепе теңдік константасы мен жылу эффектісін Н есептеңіз жұмыс. Химиялық тепе теңдік Жұмыс мақсаты: Әрекеттесуші заттар концентрацияларының химиялық тепе теңдікке әсерін зерттеу. Құралдар мен ыдыстар: пробиркалар, штативтер, шпатель. Реактивтер: калий роданиді, темір хлориді. Жұмыс реті. 4 пробиркаға 1 мл0,3 М темір хлориді (III) - FeCl 3 және 1 мл0,6 М калий роданиді KCNS ертінділерін қҧямыз. Сәл ғана 17

18 пробиркаларды шайқап, ертінділерді араластырамыз. Барлық пробиркаларды штативке бекітеміз, бір пробиркадағы ертіндіні салыстыру ҥшін бақылау ретінде аламыз. Ертіндіде қайтымды реакция орын алады: FeCl 3 3KCNS Fe CNS 3 3KCl Темір ҥш роданиді ертіндіге қызыл тҥс береді. Пробиркалардың біріне 1 мл FeCl 3 0,3 M, басқасына 1 мл KCNS0,6 M ертінділерін, ҥшіншісіне 2-3 микро шпатель KCl қосады. Барлық жағдайдағы тҥс қарқындылығының ӛзгеруін бақылау ертіндісімен салыстыра отырып белгілейді. Нәтижелерді кестеге толтырады. Кесте 3.2 пробирка Қосылған ертінді 1 1 мл 0,3 MFeCl мл 0,3 M KCNS микрошпатель KCl 4 - Тҥс қарқындылығының ӛзгеруі (әлсіреуі, кҥшеюі) Тепе теңдіктің ығысу бағыты (оңға, солға) Байқалған қҧбылысты тҥсіндіріп, Ле-Шателье ережесіне сҥйеніп сәйкес қорытынды жасаңыз. Бақылау сұрақтары 1. Химиялық тепе теңдік сипаттамасы. 2. Тепе теңдік константасын тепе теңдік концентрациялар және қысым арқылы ӛрнектеңіз. 3. Әрекеттесуші массалар заңын сипаттаңыз. 4. Егер жҥйені идеалды деп қарастырсақ, К С және К Р тепе теңдік константталарына қандай факторлар әсер етеді? 5. Тепе теңдік константасы температура мен қысымнан тәуелді ме және қалай? 6. A+B C+D химиялық реакциясы ҥшін К С және К Р тепе теңдік константалары арасында қандай байланыс бар, егер барлық реагенттер идеалды газтәріздес кҥйде болса? 7. Тепе теңдік константасын есептеу жолдарын келтіріңіз. 18

19 Зертханалық жұмыс 4 Балқыма. Екі құрамдас бӛлікті жүйенің күй диаграммасы Жұмыстың мақсаты: Екі қҧрылымдық жҥйені зерттеу, балқыманың кристалдану(қатаю) температурасын анықтау, салқындату қисықтарын сызып және кҥй диаграммасын қҧру. Аспаптар мен ыдыстар: Термометрлер,секундомер, электрлік плита, қыздыратын суы бар ыдыс, жай техникалық таразы, колбалар мен пробиркалар, реактивтер, фенол-су, фенол-нафталин, нафталиндифениламин, несеп нәрі-резорсин, бензол қышқылы және басқа да қолда бар жеңіл балқитын органикалық қосылыстар. Жұмыс реті: Кӛптеген жағдайларда органикалық қосылыстардың балқу температурасы жоғары бола бермейді. Мҧндай жҥйелердің термиалық талдауын лабараториялық жағдайда, кәдімгі пробиркамен термометр кӛмегімен жҥргізуге болады.ол ҥшін біренше пробирканы алып, 1-інші мен соңғығы таза 2 органикалық затты, ал аралық пробиркаға осы қосылыстың әртҥрлі проценттік қатынаста алынған қоспаларын салады да оларды ортасындағы тесігі арқылы термометр ӛткізілген тығынмен тығындайды.термометрдің сынапты ҧшы балқитын затқа еніп яғни ішінде қоршалып, тҧруы керек. Енді ішінде қатты органикалық зат және олардың қоспасымен термометрі бар, тығындаулы пробирканы не спиртовка жалынымен,не қайнаған ыстық сумен, не қыздырылған маймен жылытып, ішіндегісін толық балқытады.сонан соң бҧл пробирканы ӛзінен жуандау пробиркаға салып,ондағы температураның тӛмендеуін,секундомер кӛмегімен әрбір 30 сек сайын ӛлшеп,бақылайды.алынған деректерді,әуелі не крест не бағана тҥрінде жазып,сосын мҧның негізінде температура-уақыт координатында сызба жасап,салқындатқыш қисықтарын алады.онда 1 градусты 1 миллиметрге, әрбір 30сек. 1 милиметрге тең деген жӛн.қоспаны қолдағы бар қатты органикалық заттардың, ретіне орай әрбір 2,4,6,8,10 грамдықты 100%-ке балап, есептеуге болады.және оның реті 1 кестеде берілген. Қҧрылымдық Қоспа қҧрамы (балқыма),% Қоспа бӛліктер салмағы А Б Тәжірибе кезінде алынған деректерге сҥйене отырып, кристалдану температурасы-қҧрам координатына кҥй диаграмассын тҧрғызады. Диаграмма қҧрастыруға арналған деректер. 2-кесте. Балқыма реті Кристалдану жҥрісі (сипатты нҥктелер) Кристалданудың Кристалдану соңы, С басталуы, С 19

20 5 6 7 Бақылау сұрақтары: 1.Кӛрініс-фаза, қҧрамдас, еркіндік дәрежесі жайлы тҥсінік. 2.Гибсстің кӛріністер дәрежесі. 3.Кӛріністер арасындағы термодинамикалық тепе-теңдік жағдайы. 4.Кристалдану температурасы, салқындату қисықтары. 5.Термиялық талдау, балқыма кҥй диаграмма тҥрі. Зертханалық жұмыс 5 Екі құрамдас су-фенол жүйесінде ертінділердің ӛзара ерігіштігін зерттеу Жұмыс мақсаты: Шекті араласатын екі қҥрамдас бӛлікті жҥйелермен тансып, фенол-су қос қҧрамдас жҥйенің ӛзара ерігіштік диаграммасын қҧру. Жабдықтар мен реактивтер: электролит, термометр, араластырғыш, қыздыру суы, тҥрлі қатынаста араласатын екі сҧйық жҧптары. Жұмыс реті: қолдағы бар реактивтер бойынша фенол-су, ҥшнитрокатехин-су, паранитрокатехин-су, анилин-су, сияқты бір бірінде шекті еритін екі сҧйықтың тҥрлі қатынастағы қоспасын әзірлейді. Мысалы, фенол- су жҧбына арналған қоспа тӛменде берілген. Ҥлгі Фенол% температура Мҧндағы жҧптардың бәрінеде алуға және кейбіреуін алмауғада болады, мысалы,4, 8, 9, 10 және15 реттегі жҧптар. Егер бірінші ҥлгі тек таза фенолдан тҧрса, екіншісі 90% фенолмен 10% судан,және т.с.с. тҧрады. Оларға сәйкес температура шамамен берілген,және оларды тәжірибе кезінде нақтылы анықтау керек. Ҥлгі ретіндегі жҧптардың проценттік қатынасымен санын нҧсқау бойынша алуға болады. Оларды алдын ала немесе тәжірибе кезінде әзірлейді. Проценттік қатынасты әрбір 5% ке, 10% ке кейде бір процентке ӛзгертуге болады. Ең дҧрысы алдын ала есептеп, әр тҥрлі қатынаста алынған фенол мен су қоспасын әзірлеп,тҧйық тҥтікке (ампулаға) салған жӛн. Мҧны бір орындау мҥмкін болмаған жағдайда, әрбір ҥлгіні пробрикаға салып,термометірді ӛткізіп, тығындауға болады. Мҧндайдағы термометрсынабы екі сҧйықты жҥйеге толық батып тҧрады. Мҧны бір не екі колбада да орындауға болады. Ол ҥшін таза фенолдың, айталық 30г, балқу 20

21 температурасын анықтайды және оны 100% ретінде қабылдап, сосын оған 10%, яғни 3г су қосып, осы қоспаның араласу температурасын анықтайды. Осылайша келесі қатынастағы ҥлгілердің қандай температурада араласатынын анықтайды. Ӛздігінен араласпайтын қоспаны ҥлкен шыны ыдыстағы суға салып, электромагнит басқа араластырғыштың кӛмегімен ӛте баяу қыздырлады. Нәтижесін жазып отырады. Екі сҧйық белгілі бір температурада араласып, біртекті мӛлдір сҧйыққа айналады. Сосын оны дәл осы ретпен кері жасайды,яғни салқындатады. Мҧнда да әлгі мӛлдірде біртекті сҧйық, әуелгі белгілі температурада лайланып, не тҥйіршікке бӛлініп, екіге жіктеледі. Мҧны бірнеше рет қайталап, әдетте ҥш реттен кем емес, мӛлдірлік пен лайлану температурасын ӛзара жақындатады. Жалпы алғанда, бҧл бір-ақ температура болуы керек, алайда, қолданбалылықжағдайда бҧл айырманы 0,2 (0,1-0,5 ) шамасында болған жӛн. Орташа температура ӛзіне тиісті қоспаның араласу температурасы болып есептелінеді. Әрбір қатынастағы қоспаны жиі-жиі сілкілеп, араластырады. Тәжірибе нәтижесін келесіге жинақтайды. Ҥлгі Қоспа қҧрамы% Температура реті фенол су мӛлдірлену лайлану орташа Келесідегі мәлметке сҥйеніп,орташа температура-қҧрам координатындағы диаграмманы тҧрғызады. Ординатаға, әрбір сантиметр бес градустан, абциссаға 1см-10% шамасындағы мәнді салады. Алынған сызбаны Гиббс ережесін қолданып, талдайды. Бакылау сұрақтары: 1. Сҧйықтақтарды ӛзара ерігіштігіне қарай қалай топтайды? Нақтылы мысалдар келтіріндер. 2. Сҧйықтықтардың ӛзара ерігіштігіне температураның әсері қандай? 3. Шекті араласатын сҧйықтықтар деп қандай заттарды айтады? Ерудін критикалық температурасы дегеніміз не? Оларды қалай аныктауға болады? 4. Қос компонентті жҥйенің қҧрам-еру температурасы диаграммасың анализдеңіздер. 5. Қҧрам-еру температурасы диаграммасың пайдаланып, жҥйенің қҧрамың және фазалар мӛлшерінің қатынасың қалай анықтайға болады? 21

22 Зертханалық жұмыс 6 Гальваникалық элементтің Э.Қ.К ӛлшеу Жұмыс мақсаты: пайдаланылатын ерітінділердің активтігіне тәуелді гальваникалық элементтің Э.Қ.К анықтау, алынған нәтижені Нернст теңдеуімен есептелінген деректермен салыстыру. Аспаптар: Микровальтметр, Якоби-Даниэль элементіне арналған ыдыс, электролиттік кӛпір, мыс, мырыш-электродтары, ЭВЛ-1М3 хлоркҥмісті салыстыру электроды, кӛлемі мл стакандар. Реактивтер: мырыш және мыс сульфаты (0,1-1,0 моль/г), қаныққан калий хлориді, қаныққан азот және тҧз қышқылдары, тҥрпі қағазы. Бірінші тапсырма. Якоби-Даниэль элементінің Э.Қ.К ӛлшеу. Жұмыс реті: электродтарды әзірлеп, олардың беткі қабатын тҥрпілі қағазбен тазалап, сумен шаяды, мыс электродын бірнеше минут азот қышқылына (1:5), ал мырышты осындай концентрациядағы тҧз қышқылына батырады да электродтарды таза сумен мҧқият жуады. Оқытушының нҧскауымен мыс пен мырыш сульфаттарының ерітінділерін әзірлеп, Якоби-Даниэль элементінің бірнеше тҥрін қҧрастырып, ЭҚК ӛлшейді. Осы орайда, бір ерітінді ішінде және екі ерітінді электролиттік кӛпір арқылы ӛлшеп, диффузиялық потенциалды салыстыра отырып, бағалайды. Ӛлшеу нәтижесін кестеге жинақтайды. Салыстырмалы Тізбек сҧлбасы Е есепт Е тәж қателік,% Екінші тапсырма. Жеке электродтың потенциалын анықтау. Жұмыс мақсаты: Электродтық потенциал мәніне электрод табиғатының ықпалын зерттеу. Теңдеу бойынша есептелінген потенциал мәндерін тәжірибе кезіндегімен салыстыру. φ Me²+ Me =φ Me² + Me+ 0,059 lg a Me² + n Жұмыс реті: Оқытушы не лаборант нҧсқауы бойынша екі жарты элемент (жеке екі электрод) әзірленеді,мысалы, 1MCuSO₄ Cu және 1MZnSO₄ Zn Мҧнан кейін, олардан екі тізбек қҧрастырады да олардың ЭҚК ӛлшейді. (-)Ag,AgCl KClканǁCuSO₄(1M) Cu(+) (+)Zn ZnSO₄(1М)ǁKClкан AgCl,Ag(-) Бірінші тізбектегі хлор кҥмісті салыстыру электроды теріс, ал екіншіде оң электродтың міндетін атқарады. Зерттелінетін электродтардың белгілерін тәжірибе кезінде анықтайды,немесе жоғарыдағы теңдеу бойынша есептейді 22

23 де оларды хлоркҥмісті электродтың потенциалымен салыстырады. Жекеленген электрод потенциалын келесі теңдеу бойынша есептейді. E X =φ Сu2+ Cu -φ Cl /AgCl,Ag ; φ Cu² +/Cu= E X +φ Cl / AgCl,Ag E X =φ Cl / AgCl,Ag φ Zn² +/Zn; φ Zn² +/Zn=φ Cl /AgCl,Ag - E X Ӛлшеу нәтижесін кестеге жинақтайды. Тізбек сҧлбасы Е X (φx)тәжірибе (φx)есептелінген Салыст қат.% Бақылау сұрақтары: 1. Тарамдылық және химиялық гальваникалық тізбек дегеніміз не? 2. Гальваникалық тізбектерге арналған Нернст теңдеуі? 3. Гальваникалық тізбектердің ЭҚК термодинамикалық потенциалымен қалайша байланысқан? 4. Диффузиялық потенциал дегеніміз не және оны қалай кемітеді? Зертханалық жұмыс 7 Әлсіз электролиттердің электрӛткізгіштігін зерттеу Жұмыс мақсаты: Меншікті және эквиваленті электрӛткізгіштің ертінді концентрациясынан тәуелділігін анықтау, сондай-ақ әлсіз электролиттер ҥшін диссоциациялану дәрежесін және константасы мен кҥшті электролиттер ҥшін электрӛткізгіштік коэффициентін анықтау Аспаптар мен реактивтер: Кондуктометр S-230, термостат, 10мл.пипетка, 5стакан кӛлемі 100мл., КCl, NaOH, HCl, CH 3OH Жұмыс реті: Электрӛткізгіштікті анықтайтын ыдысқа 20 мл зерттелінентін ертінді қҧяды.ыдысты термостатқа салып, онда мин ҧстайды, кейін ертіндінің электрӛткізгіштігін ӛлшейді. Ӛлшеуден кейін ыдыстан пипеткамен 10 мл ертінді алады және 10 мл дистилденген су қосады. Су температурасыда ертінді температурасындай болу керек, ол ҥшін сулы колбаны да термостатта ҧстайды. Бір 10 мл пипетка ертінді алу ҥшін, екіншісі су ҥшін. Ертіндіні сҧйылтқаннан кейін жақсылап араластырып, термостатта 2 3 мин ҧстайды, ертіндінің ӛткізгіштігін ӛлшейді. Сҧйылту операциясын 5 6 рет қайталайды. Тәжірбие және есептеу нәтижелерін кестеге жазады. Ӛлшеу реті Ертінді концентрациясы, с G λ К д 23

24 Әр концентрация ҥшін G тауып, меншікті және эквиваленттті λ электрӛткізгіштікті анықтайды. Кҥшті электролиттер ҥшін эквивалентті электрӛткізгіштіктің концентрациядан λ - с координатасындатәуелділік қисығын тҧрғызады және алынған қисықты ординат осімен қисылқанша экстраполярлау арқылы, шексіз сҧйытылған кездегі электрӛткізгішті анықтайды. Әлсіз электролит ҥшін келесі теңдеумен анықтайды: v v - сҧйылту кезіндегі эквивалентті электрӛткізгіштік Кейін әр ертінді ҥшін электролиттік диссоциация дәрежесі мен константасын анықтайды. Алынған және графикалық әдіспен табылған мәндерін сәйкесінше теңдеумен есептелінген мәндерді салыстырады. Бақылау сұрақтары: 1. Электролиттің меншікті және эквивалентті электрӛткізгіштігі дегеніміз не? Ӛлшем бірлігіқандай? 2. Меншіктіэлектрӛткізгіштіктің концентрациядан тәуелділігін тҥсіндіріңіз. 3. Кҥшті және әлсіз электролиттер ҥшінэквивалентті электрӛткізгіштіктің сҧйылтудан тәуелдігін тҥсіндіріңіз. 4. Қандай иондар сулы ертіндіде жоғары қозғалғыштыққа ие? 5 Кольрауш заңдылығының мәнін айтыңыз? 6. Электролиттің меншікті және эквивалентті электрӛткізгіштігі ӛара қалай байланысқан? Зертханалық жұмыс 8 Ацетонның иодталу реакциясының жылдамдығын зерттеу Жұмыс мақсаты: Химиялық реакциялардың кинетикасын зерттеген кездегі титрлеу ҥшін ҥлгіні бӛліп алу тәсілімен жылдамдықтың орташа тҧрақтысын анықтаумен танысу және ацетонды йодтану реакциясындағы белсенділеу (активтендіру) энергиясын анықтау. Катализатордың бастапқы концентрациясынан жылдамдық тҧрақтысының тәуелділігін зерттеу. Аспаптары мен ыдыстары: термостат, сыйымдылығы 250 мл ӛлшеуіш колба, 25 мл пипеткалар, бюреткалар және титрлеуге арналған колбалар. Реактивтер: Калий йодидінің 4% ерітіндісіндегі йодтың 0,1 н ерітіндісі,0,5н, 0,6н, 0,7н, 0,8н, 0,9н, 1,0н тҧз қышқылының ерітінділері, ацетон, 0,1н NaHCO 3 ерітіндісі, 0,01н Na 2 S 2 O 3 ерітіндісі, крахмал. 24

25 Негізгі ілім.ацетонды қышқыды не сілтілі ортада йодпен әрекеттестіргенде, ол айтарлықтай жылдамдықпен жҥреді. Бҧл реакцияның әрбір ортадағы механизмі тҥрліше. Енді соларды қарастырайық. Сілтілі оратада. Ӛзіне протонды жеңіл қосып алатын заттарды профильді деп атайды. Ацетон қҧрамындағы карбонильді осындайға бейім, ӛйткені электрон тығыздығы отекке ығысқан: Н 3 С С(О) С Н 3 Мҧның салдарынан метилді топтың біріндегі сутегінің әйтеуір біреуі қозғалғыш және бӛлініп кетуге бейім болады да реакция жҥреді: Н 3 С С(O) СН 3 + ОН к 1 Н 3 С- С(О)= СН 2 + Н 2 О Мҧндайда ацетонның карбкатионы мен кетоенолдағы анионның арасында тепе- теңдік орнайды.бҧл реакцияның жыдамдығы жәнеоған сәйкес жылдамдық тҥрақтысы К 1 аз,бҧл бірінші кезең.мҧнан кейін анион йодпен реакцияға тҥседі: Н 3 С(О)=СН 2 + I 2 k 2 H 3 C C CH 2 I + I Бҧл реакциядағы екінші кезең тезірек жҥреді,яғни К 2 > К 1. Қышқылды ортада.орта қышқылды болса,сутегі ионы артық болып, гидроксоний ионы Н 3 О + тҥзіледі де ацетон профильге айналады.ацетонға гидроксионды ионнан протон ауысады. Н 3 С-С(О)-СН 3 + Н 3 О + Н 3 С С(О) СН3 + +Н 2 О Кетоенолдың метилді тобындағы сутек қозғалғыш болып, сутек молекуласына қосылады: Н 3 С(О) СН 3 +Н 2 О к 1 СН 3 С(О) = СН 2 + Н 3 О + Бҧл реакцияның жылдамдық тҧрақтысы -К 1 және ол баяу жҥреді.ендеше осылайша бірінші реакцияның мәні кетонның енол тҥріне таутомерияға айналу.екінші кезеңде оның енолды тҥрі йодты қосады: Н 3 С С(О) = СН 2 + I 2 + H 2 O k 2 H 3 C-С(О)- CH 2 I+H 3 O + + I Реакцияның бҧл тҥрі тез жҥреді, яғни K 2 > K 1.Бірінші жағдайда ацетоннан кетоенол тҥзілсе, екіншіде кетонның таутомерлі енолға тҥрленуі жҥреді. Қышқылды ортадағы реакция жҥрген сайын, гидроксоний ионының мӛлшерін 3 О + артып, реакция жылдамдығы ҥдейді. Мҧндай ӛздігінен ҥдейтін реакцияларды автокаталиттік деп атайды. Жоғарыда кӛрсетілгендей қышқылды ортада ацетонды йодтану реакцияның жыдамдығы, оның бірінші кезеңінің енолдың тҥзілуі жылдамдығына тәуелді. Демек, ол ацетон мен сутек иондарының шамасына да (таралымына да) тәуелді, ал йодқа тәуелсіз. Мҧның нәтижесінде реакция екінші реттілік бойынша жҥреді. Тәжірибелік жұмыстар Жҧмыстың екі тҥрі ҧсынылады: Бірінші:1. 25-тен 45 0 С температурадағы тҧз қышықылының концентрациясында(0,5-тен 1,0н) кинетикалық тәжірибелер жҥргізу. Температура мен қышқылконцентрациясын оқытушы не лаборант нҧсқайды. 2. Реакция жылдамдығының тҧрақтысы есептеу 3. Температурадан 25

26 жылдамдық тҧрақтысының тәуелділігінен туындайтын активтендіру энергиясын анықтау. Екінші:1. Тҧрақты температурада болғанымен, тҧз қышқылының әуелгі концентрациясын тҥрліше болатын жағадайда ҥш рет кинетикалық тәжірибе жҥргізу керек, және мҧнда да температура мен концентрацияны оқытушы не лаборант нҧсқайды. 2. Реакция жыдамдығының тҧрақтысын есептеу қажет. 3. Катализатордың әуелгі коцентрациясына тәуелді болатын орташа тҧрақтының сызбасын тҧрғызады. Ӛлшеу әдістемесі мен нәтижелерді ӛңдеу. Cыйымдылығы 250 мл колбаға 25мл, 4%-ті калий хлоридіндегі 0,1н йод ерітіндісін, 25 мл 1,0 н тҧз қышықылын және оған қосымша колба мойындағы сақиналы сызық белгісіне дейін таза (дистилденген) су қҧйып термостат ішіне орналастырады.осы кезде, бҧған дейін дайындалған, ысқыланған тығыны бар ӛлшеуіш пробиркаға орналастырады. Мҧндай ішінде мл таза сулы бар пробирканы талдаулық таразыда ӛлшеп, оған пипетка кӛмегімен ӛлшеніп, алынған 1,5мл ацетонды (тығыздығы 0,792) қосып, пробирканы қайтадан таразыда ӛлшеп, ӛлшеу айырмасы арқылы алынған ацетонның нақтылы да дәл салмағын анықтайды. Термостаттағы ҥлкен колба мен пробирканы, екеуіндегі температура бірдей болу ҥшін минут ҧстап, мҧнан кейін пробиркадағы ацетон ерітіндісін колбаға қосып, пробирканы таза сумен1-2 рет шайып, оны да бірінші колбаға қосады. Ерітінді деңгейі белгіге жеткенше оған таза су қҧяды да оларды жақсылап араастырады, оны термостатқа орналастырады, және бҧл кез реакцияның басталуы деп саналады, яғни уақытты ӛлшей бастайды. Осы кезде бірінші ҥлгіні пипетка кӛмегімен 25 мл алады да титрлеуге арналға колбаға қҧяды.енді мҧндай ҥлгіні, яғни екіншіні, реакциябасталған соң бір сағаттан кейін, қалған 3-4 ҥлгінің әрқайсысын әрбір 30 минут сайын алып отырады. Мҧндай 25 мл алынған әрбір ҥлгіге дер кезінде 0,1н NaHCO 3 ерітіндісін (25мл) қосып, оған 1-2крахмал ерітіндісінің 1-2 тамшысын кӛрсеткіш (индикатор) ретіндe тамызып, 0,01н натрий гипосульфитінің Na 2 S 2 O 3 ерітіндісімен титрлейді. Ацетонды йодтану реакциясындағы жылдамдық константасын, мына теңдеу бойынша септейді: 2,3 К= lg C o,h 3O + C 0 C x τ(c o C 0,H 3O + C 0 Co,H 3 O+ Cx мҧндағы К- жылдамдық тҧрақтысы, C 0 -ацетонның бастапқы таралымы, C o,н3 О + гидроксоний йодтарының әуелгі таралымы, яғни тҧз қышқылынікі, C x әрбір ӛлшенген уақытқа сай реакцияға тҥскен ацетонның концентрциясын г.экв лбірлігімен ӛлшеп, келесі теңдулер бойынша есептеп, анықтайды: ацетон салмағы 1,1880 C 0 = 100 = 100 М ацетон , мҧндағы 1,1880-ӛлшеу айырмасы арқылы есептелінген ацетонның салмағы, 58,08-ацетонның молекулалық салмағы. c O,H3O + = N HCl ; 26

27 С х = V 0 V τ N Na 2 S 2 O мҧндағы V 0 бірінші титрлеуге кеткен, гипосульфит ерітіндісінің кӛлемi,v τ әрбір уақытқа сәйкес титрлеуге кеткен осы ерітінді кӛлемі. Белсенділеу энергиясын есептеу ҥшін Аррениус теңдеуін пайдаланады. dlnk dt = E RT 2 Бҧл теңдеудегі Т 1 мен Т 2 аралығында интегралдап, келесі ӛрнекті алуға болады: ln K 2 K 1 = E R T 1T 2 немесе Е= 2,3RT K 2 1 T 2 lg K 1 T 1 T 2 T 2 T 1 мҧнан екі температура кезінде есептелінген жылдамдық тҧрақтылары бойынша активтендіру энергиясын Е еспетеуге болады.ондағы R=1,987 кал. моль 1, град 1 немесе 8,31 Дж моль.градус; Т 1 мен Т 2 тәжірибені жҥргізген кездегі ортаның температурасы, Кельвин ӛлшемінде. Жалпы тәжірибе нәтижесін келесі ҥлгіде жазуға болады. Тәжірибедегі температура Тҧз қышқылының таралымы (г.экв л) Суы бар пробирка салмағы (г) Суы мен ацетон бар пробирка салмағы (г) Ацетонның салмағы Ҥлгі реті Реакция уақыты Na 2 S 2 O 3 Кӛлемі,мл С х Г.экв л К К Бақылау сұрақтары: 1. Неліктен ацетонды йодтану реакциясының жылдамдығы йодтың мӛлшеріне (концентрациясына) тәуелді болмайды?. 2. Неліктен ацетонды йодтану реакциясын автокалиттікке жатқызуға болады? Мҧндайреакциялардың дифференциалды кинетикалық теңделерінің тҥрі қандай? 3. Неге ацетонды талдаулық таразыда ӛлшеу керек? 4. Неліктен титрлегенде натрий бикарбонатының ерітіндісін қолданады? 5. Катализатор қатынасқандағы реакция жылдамдығының арту (жоғарылау) себебі неде? 6. Гомогенді каталиттік реакциялардағы жылдамдықтың катализатор конентрациясына тәуелділігін қалай тҥсіндідіруге болады? Зертханалық жұмыс 9 Қатты дене-ерітінді арасындағы адсорбция Жұмыс мақсаты: Белсенділенген кӛмірмен сірке қышқылының арасындағы адсорбцияны зерттеу және белсенділенген кӛмірдің беткі ауданын есептеу. 27

28 Аспаптар мен ыдыстар: Бюреткалар, сыйымдылығы 100 мл 12 колба, ӛлшеуіш ыдыс, қҧйғыш, сҥзгіш қағаз. Реактивтер: 0,4н сірке қышқылының ерітіндісі, белсенділенген кӛмір,0,1н натрий гидроксидінің ерітіндісі,фенолфталин. Негізгі ілім. Екі фазааралық беткі қабатында жҥретін қҧбылысты беткі қҧбылыстар деп атайды.солардың бірі-адсорбция қҧбылысы.адсорбция деп, 2фазаның жанасуы шегіндегі газ не еріген зат кҥйіндегі молекулаларының жинақталуын айтады.фазалардағы жанасу шекке жинақталатын (концентрациясы жоғарлайтын), яғни адсорбциялайтын затты адсорбент деп аталады. Қатты адсорбент бетінде жҥретін газдың немесе ерітіндідегі еріген заттың адсорбциясы,жеке қабатты адсорбцияның физикалық мәніне негізделе отырып, тҧжырымдалған Ленгмюр теңдеуіне бағынады: A bc A (1) 1 bc Мҧндағы: А-адсорбция шамасы (мӛлшері) моль/г; А -әр тектегі адсорбент ҥшін тҧрақты шама болатын шеткі адсорбция шамасы, моль/г; b-заттың адсорбциялық қабілетін сипаттайтын тҧрақты; С-адсорбцияланатын заттың тепе-теңдік концентрациясы, моль/г. Бір молекулалық адсорбцияның изотермалық сызбасының тҥрі, мына суреттегідей : Ондағы қисықты шартты тҥрде 3 бӛлікке бӛлуге болады. Оның бірінші (1) және ҥшінші (3)бӛлігі тура, тҥзу сызықты да олардың арасы (2) қисықты сызық. Бҧған басты себеп, әуелгі кездегі (бірінші бӛлік ), адсорбент беті толмаған, бос және адсорбцияланатын молекулалар арсында бәсеке жоқ, ал келесі бӛлікте (2) бҧл керісінше. Ҥшіншіде (3) адсорбция ӛзінің шегіне жеткен, онда бос орын жоқ және ол ӛзгеріссіз қалғандықтан тҥзу сызықты. Демек Ленгмюр теңдеуі (1) изотермадағы ҥш бӛлікті де жақсы мазмҧндап, 28

29 тҥсіндіреді екен. Тепе-теңдіктегі концентрация аз болған кезде, теңдеу басқаша ӛрнектеуге болады: A A bc (2) Ал, егер тепе-теңдік концентрациясы ҥлкен, яғни ВС >1 болса, теңдеу ӛзгереді: A A (3) Адсорбцияны, тәжірибе кезінде алынған мәліметтерге сҥйеен отырып, яғни адсорбтив концентрациясының адсорбцияға дейінгі және одан кейінгі мәндерінің айырмасын, адсорбент санына, ерітінді мӛлшеріне қатынастырып есептейді: C1 C2 A V (4) 1000m мҧндағы V-ерітінді кӛлемі, мл; m-адсорбент саны (салмағы), г; С 1 - адсорбтивтің адсорбцияға дейінгі концентрациясы, С 2 -адсорбтивтің адсорбциядан кейінгі таралымы. Қолданылмалық жағдайда, яғни тәжірибе кезінде шеткі адсорбция ӛз мәніне кӛбінесе жете бермейді.сондықтан да оны талдау тәсілі арқылы табады.ол ҥшін Ленгмюр теңдеуін (1) тҥзу сызықты теңдеуіне келтіреді: 1 A bc A 1 bc bc A bc 1 A bc (5) Тәжірибе кезінде алынған мәліметтерден 1/А мен 1/С 2 мәнін тауып, суреттегідей сызбаға 1/А = f(1/c 2 ) тәуелділікте тҥзу тҧрғызады. Мҧнда С 2 адсорбциядан кейінгі тепе-теңдіктік таралым екенін жоғарыда айтылған.ординат ӛсін кӛлбеу тҥзудің қиған бӛлігі шекті адсорбцияға (А,моль/г) тең, ал осы кӛлбеудің абцисс ӛсімен қҧратын бҧрышы 1:А В тең 29

30 және одан тҧрақты В-ның шамасын табады. Адсорбенттің маңызды сипаттамаларының бірі, оның меншікті беткі қабаты және оны, егер шекті адсорбция (А )мәні болса, оңай есептеуге болады. S уд A NaS 0 (6) мҧндағы N A Авагадро саны, S 0 адсорбцияланған заттың бір молекуласы орналасқан аудан, S мен = меншікті аудан м 2 /г. Жұмыс реті: Берілген 0,4н сірке қышқылынан сҧйылту арқылы кӛлемі бірдей (100мл) таралымы әртҥрлі алты ерітінді әзірлейді: 0,4н; 0,2н; 0,5н; 0,02н; 0,025н. СН 3 СООН ,5 мл Н 2 О мл ,5 Жуықталған концентраци ясы. 0,4 0,3 0,2 0,1 0,07 0,03 Бҧлардың әрқайсысын 2-ге, яғни 50мл бӛліп, 12 ыдыстағы 6 жҧп ерітінді алады. Сосын олардың бірінші алтауына 0,5 грамнан белсенді кӛмір салып,бір сағатқа қояды. Осы кезде екінші алтауына жеке-жеке сілтімен титрлеп, нақтылы концентрациясын анықтайды. Бір сағаттық уақыт ӛткен соң кӛмірді сҥзгіш қағазбен бӛледі де алтауын сілті ерітіндісімен титрлеп, адсорбциядан кейінгі концентрациясын анықтайды. Тәжірибе нәтижесін кестеге жинақтайды. Колбалар реті. Адсорбцияға дейінгі қышқыл концентрациясы. Адсорбциядан кейінгі қышқыл концентрациясы. Тапсырма: 1.А=f(C 1 ) сызбасын тҧрғызу; 2. 1/A=f(1/C 2 ) сызбасын тҧрғызу; 3. Кӛмірдің меншікті ауданын (беткі қабатын) есептеу. 4.Тҧрақты В шамасынесептеу. А,моль/г 1/С 2 1/А Бақылау сұрақтары: 1. Адсорбция процессі деген не? Неліктен адсорбция процессі жҥреді? 2. Адсорбция тҥрлері, адсорбциондық кҥштер типі? 3. Фрейндлих тендеуі, оның физикалық мағынасы қандай? 4. Адсорбция изотермиясы деген не? Фрейндлих Бедекер және Ленгмюр изотермасының тендеулері? 5. Физикалық және химиялық адсорбцияның ерекшелігі неде? 30

31 6. Адсорбция және оның система параметрлерімен байланысы қандай? 7. Адсорбция шамасына қандай факторлар және қалай әсер етеді? Зертханалық жұмыс 10 Коллоидты жүйені алу Жұмыс мақсаты: коллоид ерітінділерін алу кезіндегі әрекеттесуші заттар крнцентрациясының әсерін зерттеу. Аспаптар мен ыдыстар:100мл бес стакан; 5мл бес тамызғыш (пипетка). Реактивтер: 0,005М және 0,1М темір (III) хлоридінің ерітінділері; 0,005 М және 0,1М сары қан тҧзы ерітіндісі - K 4 Fe (CN) 6 ; таза су. 1-тапсырма. Коллоид ерітінділерін алу кезіндегі әрекеттесуші зат концентрациясының маңызы. Реакция нәтижесінде ерімейтін ӛнім, екі рет қайта алмасатын реакцияларға ҧатынасты алынатын дисперсті бӛлшек ӛлшем, әрекеттесетін зат концентрациясына тәуелді. Жоғары және тӛменгі концентрация кезінде коллоид жҥйе алынады. Әуелгі жағдайда, яғни жоғарғы концентрация кезінде кристалдану ортасы бірлен кӛбейіп кететіндігімен байланысты. Мҧндай әрекеттесуші заттар іріленіп, коллоид бӛлшектерін тҥзеді. Сосын мҧндай бӛлшектердің ірілену мҥмкіндігі шектелінеді. Ал екінші, яғни тӛменгі концентрация кезінде, кристалдану орталарының пайда болуы қиындағандықтан, қатты тҥйіршіктер - бӛлшектер сирек тҥзіледі және ол шектеулі болады. Демек, бӛлшек ӛлшемі ӛспейді, ол ірілене бермейді. Әрекеттесуші заттар концентрациясы орташа кезінде шӛгіндіге тҥсетін ӛлшемдегі бӛлшектер туындайды. Жұмыс реті. 1-тәжірибе. Кӛлемі 100мл стаканға, 0,005М темір (III) хлоридінің ерітіндісін қҧяды да оның ҥстіне 5мл 0,005 М сары қанды тҧздың K 4 Fe (CN) 6 ерітіндісін қосады. Осылайша алынған ерітінді қоспасын 50 мл таза сумен сҧйылтады. Нәтижесінде мӛлдір тҥсті берлин лазурының Fe 4 Fe (CN) 6 коллоид ерітіндісі пайда болады. 2-тәжірибе. Мҧнда да 1-тәжірибедегі темір (III) хлориді мен сары қанды тҧздардың 0,1М ерітінділерін сол кӛлемде алады. Пайда болатын лайлы ерітіндіден берлин лазурының шӛгіндісі тҥседі. 3-тәжірибе. Кӛлемі 100мл стаканға 5мл темір (III) хлоридінің қаныққан ерітіндісін және 10мл сары қанды тҧздың қаныққан ерітіндісін қосады. Ҧйыма тәрізді шӛгінді пайда болады. Мҧның бір бӛлігін екінші стаканға ауыстырып, 100мл таза сумен араластырады. Нәтижесінде тҧрақты берлин лазурының золі пайда болады. Жұмыс мақсаты: кейбір гидрофильді золь қасиетін зерттеу. Аспаптар мен ыдыстар: фарфордан жасалған ҧнтаҧтағыш кіші келі мен келсап, фарфор табақша, ӛлшеуіш цилиндр, сыйымдылықтары 200мл стакан, 100 мл ӛлшеуіш колба,5 мл тамызғыш-пипетка, 10 мл бес пробирка, электр плитасы, қыздыратын жай су, техникалық таразы. 31