физ химия лек апай


«Физикалық химия» пәні бойынша
050112 «Химия»
мамандықтарының студенттері үшін.
ЛЕКЦИЯНЫҢ ҚЫСҚАША КУРСЫ

Лекция №1
Физикалық химия пәні.
Жоспары:
Физикалық химия пәні оның зерттеу объектісі мен әдістері
Физикалық химия пәнінің өнеркәсіппен және ауыл шаруашылығы үшін маңызы
Физикалық химия пәнінің басқа ғылымдармен байланысы.
Лекция мәтіні
Физикалық химия – химиялық құбылыстарды физикалық принциптерінен заңдылықтар негізінде түсіндіретін ғылым. Қазіргі уақытта ол арнайы зерттеу әдістері бар өзіндік ғылым саласына айналып отыр. Физикалық химия әр түрлі химиялық реакциялар және олармен қабаттаса жүретін физикалық процестерді жан-жақты зеттеумен айналысады.Шекаралық ғылым ретінде ол материалдық әлемнің күрделі құбылыстарының арасындағы диалектикалық қарым-қатынастарды ескере отырып зерттеу обьектісін әртүрлі қырларынан зерттейді.
Химиялық реакциялар электрлік құбылыстар жылу берілу электромагниттік толқындардың жұтылуы немесе шығарылуы т.б. физикалық процестермен тығыз байланысты. Мысалы, Гальвани элементтерінде және аккумуляторларда жүретін химиялық реакциялар жәрдемінде электр тогы түзіледі.Көптеген химиялық реакциялар жүргенде жылу түрінде энергия бөлінеді немесе сіңіріледі. Демек, физикалық химия – физикалық заңдылықтар мен зерттеу әдістеріне сүйене отырып, химияның жалпы мәселелерін қарастырады. Физикалық химия заңдарын жалпы химия, биолигия, геология,агрохимия, топырақтану және басқа ғылымдар пайдаланылады.Физикалық химия оның заңдары, зерттеу әдістері химиялық технологияда ерекше маңызға ие болды. Химия өнеркәсібінің дамуы үшін физикалық химия заңдарын жақсы меңгеру қажет. Сол кезде ғана өндіріс негізінде жататын химиялық процесті басқаруға қажетті жағдайларға келтіру мүмкін болады.
Физикалық химия ауыл шаруашылығын химияландыру мәселесінде де алдыңғы қатарлы рөлдердің бірін ойнайды, жаңа тыңайтқыштар өндіру, өсімдік зиянкестерімен күрестің химиялық әдістерін енгізу, топырақтың сулы физикалық қасиеттерін жақсарту мәселелерін шешу, тек физикалық химия бөлімдерінің негізінде ғана мүмкін болмақ.
Химик-сарапшы (химик-эксперт) өзінің күнделікті қызметінде табиғаты мен қасиеттер әр түрлі химиялық қосылыстардың зат құрамын талдап (анализдеп) тексеру үшін әртүрлі физикалық, физика-химиялық және электрохимиялық зерттеу әдістерін қолданады. Мұндай әдістерді қолдана білу үшін олардың теориялық негіздерін, эксперимент жүргізудің тәсілдерін және бұл әдістердің қолданылу аумағы мен мүмкіндіктерін білу қажет.
Пайдаланылу тәсілдеріне байланысты барлық приборлар стационарлы (тақтаға, тұғырыққа, үстелге бекітіліп орнатылған) және тасымалданатын приборлар болып екіге бөлінеді.
Приборлар дәлдік кластары бойынша топтастырылады. Дәлдік класы деп өлшеу аспаптарының қателерінің рұқсат етілген ең жоғары мәнін айтады. Бес түрлі дәлдік кластары бар, олар: 0,2; 0,5; 1; 1,5 және 2,5 деп белгіленеді. Мысалы, амперметрдің дәлдік класы 0,2 болса, онда 5А токты өлшеген кездегі оның ең жоғарғы қатесі 10 тА-ден аспайды, яғни 0,2%-ға тең, т.с.с.
Лабораториялық (зертханалық) электрохимиялық зерттеулерде қолданылатын приборлардың дәлдік кластары 0,2 және 0,5; оларға тексеру кезінде арнайы түзету кестелері жасалынады. Түзетулер рұқсат етілген қатенің шамасынан артпауы қажет.

Лекция .№2
Физикалық химия бөлімдері және физикалық химияның даму тарихы
Жоспары:
1.Физикалық химия бөлімдері Заттар құрылысы,химиялық термодинамика,ерітінділер туралы ілім,электрохимия,химиялық кинетика,фотохимия.
2.Физикалық химияның даму тарихы
3. Физикалық химияның дамуына М.В. Ломоносов, Г.И.Гесс, М.Н.Бекетов ,А.Н.Бутлеров, И.А.Каблуков сияқты ғалымдардың қосқан үлесі
Лекция мәтіні:
Физикалық химия бірнеше негізгі бөлімдерден тұрады:
1. Заттар құрылысы.
2.Химиялық термодинамика.
3.Ерітінділер туралы ілім.
4.Электрохимия.
5. Химиялық кинетика.
6.Фотохимия.
1.Заттар құрылысы – бұл бөлім заттың құрлылысы және оның физика-химиялық қасиеттері арасындағы байланысты және заттардың агрегаттық күйлерін зерттейді.Зат құрылысын анықтауда молекулярлық спектраскопия, рентген құрылымдық анализ,электронографиялық әдістер, электрон микроскоптық әдістер қолданылады.
2. Химиялық термодинамика – химиялық реакциялар және химиялық тепе-теңдік күйлерінің энергетикалық есептеулерін термодинамика заңдары негізінде жүргізетін физикалық химия бөлімі. Бұл бөлім фазалық өтулерді (еру, булану, кристалдану) адсорбция т.б. процестерді қарастырады. Химиялық термодинамиканың маңызды бөлімі термохимия болып табылады.
3. Ерітінділер туралы ілім – ерітінділердің молекулалық құрылымын, олардың қасиеттері ерітінді түзілу процестерін, оларға жүретін реакция ерекшеліктерін ерігіштік мәселелерін қарастырады.
4. Электрохимия – материяның электрлік және химиялық қозғалыс формаларының өзара бір-біріне өтуінің маңызды процестерін электролит ерітінділерінің қасиеттерін, құрылысын электролиз процестерін гальвани элементтерінің жұмысын металдардың электро-химиялық коорозиясын заттардың электросинтезін зерттейді.
5. . Химиялық кинетика - химиялық реакциялардың жылдамдығын температурасын концентрация ортаға араластыруға байланыстылығын, сондай-ақ гомогендік және гетерогендік катализ мәселелерін қарастырады. Сонымен бірге бұл бөлім әртүрлі химиялық процестердің жүру жағдайлары мен өнімдердің шығымы мәселелерін қарастырады. Сондай-ақ биологиялық катализаторлар ферменттердің әсер ету механизмдерінде зерттейді.
6.Фотохимия – электромагниттік сәуле шығарудың химиялық өзгерістердің өтуіне әсерін зерттейді. Маңызды фотохимиялық реакцияларға фотосинтез, люминесценция, фотографиялық және басқа да процестер жатады. Бұлайша бөлу тек шартты түрде ғана, себебі әрбір физика-химия процесс сан түрлі басқа құбылыстармен де байланыстырылады. Соңғы жылдары физикалық химияда жаңа салалар магнетохимия, радиациялық химия, жоғары молекулалық қосылыстардың физикалық химиясы бөлімдері пайда болды.
Физикалық химияның негізін салушы ұлы орыс ғалымы М.В. Ломоносов (1711-1765) ол физикалық химия терминін енгізіп, сонау 1752 жылы осы ғылымның мақсаттарын айқындап, алғашқы оқулықтар “физикалық химияға кіріспе”,”физикалық химия тәжірибелері” деген кітаптар жазды. Ол ең алғаш рет табиғаттың ұлы заңдарының бірі материямен қозғалыстың сақталу заңын ашты.
Ломоносов материяның кинетикалық теориясын қалыптастырып, жылуды молекулалардың қозғалысы ретінде түсіндіреді. Ол ғылымға алғаш рет молекула түсінігін енгізіп, молекула мен атомдардың нақты айырмашылықтарын айқындап, ерітінділерді зерртеп, абсолюттік 0С температура туралы болжам жасады.
Орыс оқымыстысы Г.И.Гесс (1802-1850) термохимияның негізгі заңын “жылу мөлшерінің тұрақтылығы” заңын ашты. Бұл заңын кейінен оның атомымен аталып, одан кейінірек ашылған термодинамиканың бірінші заңының химиялық реакцияларға қатысты түрі екендігі белгілі болды.
Физикалық химияның дамуына орыс ғалымдары М.Н.Бекетов (1826-1911ж.ж.), М.Н.Любавин (1845-1918ж.ж.),А.Н.Бутлеров (1828-1866ж.ж.) өте бағалы үлес қосты.Химияның жалпы дамуына оның ішінде физика-химияның дамуына 1869 жылы Менделеевтің периодты заңды ашуының орасан зор маңызы болды. Менделеев сонымен бірге ерітінділердің гидраттық теорияның авторы. И.А.Каблуков Менделеевтің (1857-1942ж.ж.) гидраттық теориясы негізінде сулы ерітінділердегі электролит иондарының гидратация құбылысын анықтап, электролиттік диссоциация процестеріндегі жылулық реакциялардың маңызын көрсетті.
Лекция №3. Химиялық термодинамика
Жоспары:
1.Термодинамика, физикадағы термодинамикалық әдіс.
2.Термодинамикалық жүйелер, олардың түрлері.
3.Термодинамикалық тепе-теңдік жағдайы.
Лекция мәтіні:
1.Термодинамика – жылу немесе жұмыс түріндегі денелер арасындағы энергия алмасулармен байланысты энергияның әртүрлі формаларының өзара түрленулерін зерттейтін физика саласы. .Термодинамика жалпы техникалық және химиялық темодинамика бөлімдеріне бөлінеді. Химиялық термодинамика – химиялық реакциялар, еру процестері, булану, кристалдану, адсорбсиялану кезіндегі әртүрлі энергия түрлерінің бір-біріне айналуларын, түрлерулерін зерттейді, сонымен бірге нақты жағдайларда химиялық процестің өздігінен жүру мүмкіндігін және шекарасын қарастырады.
Термодинамикалық әдіс – қазіргі уақытта металлургиялық процестерде пластмасса өндірісінде, минералды тыңайтқыштар өндірісінде, отынды химиялық өндіруде қолданылады. Бірақ бұл әдістің кемшілігіде бар. Атап айтқанда, термодинамика реакция өтуге қажетті уақыт туралы түсінік бермейді. Уақыт термодинамикалық теңдеу формулаларына кірмейді. Термодинамикалық әдіс тек макрожүйелерге ғана қолданылады. Оны жеке атом,молекула, электрондарды зерттегенде қолдануға болмайды.
Сыртқы ортадан ойша бөлектелген дене немесе әрекеттесуші денелер жиынтығы термодинамикада жүйе деп аталынады, ал кеңістіктің қалған бөлігі қоршаған орта немесе жай ғана орта деп аталады. Өлшемдері бойынша термодинамикалық жүйелер түйрегіштің ұшынан күн жүйесінің өлшеміне дейін немесе одан да үлкен болуы мүмкін. Басқа сөзбен айтқанда, жүйеде бөлшектердің (атом, молекула, электрон) жеткілікті үлкен саны болу керек. Сол кезде ғана оған термодинамиканың мынадай түсініктерін жылу, температура, қысым сияқты түсініктерін қолдануға болады. Егер де жүйе бөліктерінің арасында бөліну беті болмаса, мысалы, ерітінділер, онда ол гомогенді, ал ондай бет болса, гетерогенді деп аталады. Егер де т ермодинамикалық жүйе қоршаған ортаға энергия бөліп немесе қабылдай алса және қоршаған ортаның үстінен жұмыс жасай алса, ондай жүйелер изоляцияланбаған немесе ашық деп, ал егер жүйе ортамен энергия алмаса алмай, орта жүйенің үстінен жұмыс істей алмаса, онда жүйе изоляцияланған немесе тұйық жүйелер деп аталынады. Жүйенің басқа бөліктерінен бөліну беті арқылы бөлінген. Осы беттен өткенде бірден физика-химиялық қасиеттері өзгеретін, бірдей химиялық және термодинамикалық қасиеттері болатын біртекті бөлігі фаза деп аталады. Жүйенің кез-келген фазасының құрамын көрсетуге болатын құрам бөліктерінің ең аз санын жүйенің компоненттері деп аталады. Кез-кешген т ермодинамикалық жүйенің қасиеттері, оның параметрлерімен немесе тәуелсіз айнымалылармен анықталады. Жүйенің барлық параметрлері 2 топқа бөлінеді: жүйенің өлшемдеріне байланысты қасиеттерін анықтайтын параметрлер (көлем, масса, энтропия) Бірінші топқа жатқызылып, олар экстенсивті деп аталады, ал жүйенің өлшемдеріне байланысты болмайтын параметрлер (температура, қысым, потенциал, молярлы және меншікті көлем) екінші топқа жатқызылып, олар интенсивті параметрлер деп аталады. Жүйенің негізгі параметрлерін таңдағанда тікелей өлшеуге болатын және жүйенің интенсивті қасиеттерін көрсететін параметрлерін таңдайды. Оларға қысым, температура және көлем жатады. Бұл параметрлер бір-бірімен күй теңдеулері арқылы байланысты болады.
Жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйі нағыз тепе-теңдік күйі болып табылады, яғни жүйеге шексіз аз әсер етуде онда шексіз аз өзгерістер туады. Егер бұл шарт орындалмаса, жүйе жалған немесе тұрақсыз тепе-теңдік күйінде болғаны.Мысалы: қалыпты жағдайдағы аса қаныққан ерітінділер қатты салқындаған сұйықтар қатты суыған бу.
Егер де жүйеге қандай да бір әсер нәтижесінде оның термодинамикалық параметрлері өзгермесе, мұндай күйді термодинамикалық тепе-теңдік жағдайы деп атайды. Тұрақсыз жүйеге аз ғана әсер еткенде ол жалған тепе-теңдік күйден нағыз тепе-теңдік күйге ауысады. Осы себептен кез-келген изоляцияланған жүйе уақыт өте келе термодинамикалық тепе-теңдік күйге келіп, өздігінен бұл күйден шыға алмайды. Термодинамикалық жүйенің бір күйден екінші күйге ауысуын термодинамикада процесс деп атайды. Жүйенің бір күйден екінші күйге өткенде қандай параметрлердің тұрақты болуына қарай процестер изохоралы (тұрақты көлемде), изобаралы (тұрақты қысымда(, изотермиялы (тұрақты температурада) болып бөлінеді.
Лекция №4.
Негізгі термодинамикалық түсініктер
Жоспары:
1.Жүйенің параметрлері, экстенсивті және интенсивті параметрлер.
2.Термодинамикалық процесс:изохоралық, изобаралық, изотермиялық процестер.
3.Жүйенің ішкі энергиясы және энтальпия түсінігі.
Лекция мәтіні:
Кез келген термодинамикалық жүйеде энергияның белгілі бір қоры болады, оны ішкі энергия деп атайды, оны U деп белгілейді. Жүйенің толық ішкі энергиясын анықтау мүмкін емес. Бірақ экспериментальді түрде жүйенің ішкі энергиясының өзгерісін ол бір күйден екінші күйге өткенде есептеуге болады. Егер бірінші күйдегі жүйенің энергиясын U деп белгілесек, ал екінші күйдегі ішкі энергия U деп белгілесек, онда жүйеге бірінші күйден екінші күйге өткендегі ішкі энергиясын U = U- Uдеп белгілейміз.
Изоляцияланған жүйеде барлық энергия түрлерінің мөлшері тұрақты. Себебі ол осы жүйені құраушы бөліктердің әрекеттесуі нәтижесінде өзгермейді. Жекеленген изоляцияланған жүйеде жалпы энергиялар жиындысы U әрпімен белгілесек, ол константа болады.
E=U=const.
Термодинамикалық жүйенің ең маңызды сипаттамаларының бірі энтальпия деп аталады.,ол Н әрпімен белгіленеді.Ішкі энергия U ұқсас энтальпияда жүйе жағдайының функциясы саналады. Энтальпия өзгерісі - процестің, үрдістің жүру жолына байланысты болмай, бәлкім жүйенің бастапқы және соңғы жағдайларына ғана байланысты болады. Энтальпия ішкі энергиямен байланыста болады. Оның байланыстылығын төмендегі формуламен сипаттаса болады:
Н =U+pV
Бұл жерде Н –энтальпия, U – жүйенің ішкі энергиясы, p – қысым, V – жүйенің көлемі. Практика жағдайында энтальпия өзгерісін төмендегі формула бойынша анықтаса болады:
ΔН = Н2 – Н1
Жүйенің бір бөлігінен екінші бөлігіне энергияны өткізу әдістері, жолдары ол жылулық және атқарылған жұмыс саналады. Егер де энергия қоршаған ортадан – жүйеге өтетін болса, үрдіс жылулығын оң деп саналады.
Q>0, ал оң жылулық эффектімен жүретін үрдістерді,процестерді эндотермиялық процестер деп аталады, ал кері процесс жылулықжүйеден, сыртқы ортаға шығатын болса, бұл процесс теріс жылулық эффекті бар процесс саналады. Мұндай процесті эндотермиялық процесс деп атайды.
Q<O
Мына нәрсені есте сақтау жөн:
Термодинамикалық жүйелерде термодинамикалық жүйелерге қарама-қарсы, керсінше химиялық реакция үрдісінде ажыралатын жылулық оң белгіленеді, ал жұтылатын жылулық теріс белгіленеді.
Басқаша айтқанда, термодинамикалық жылулықты Q деп белгілесек, ал термохимиялық жылулықты Ō белгілейміз, онда Q = Ō . Демек, термохимиялық процестерде жылулық сыртқы ортаға шығатын болса, оң жылулық саналады, ал жұтылса теріс саналады.
Жүйенің көлемі өзгермеген жағдайда жылулық эффектілері, бұлар изохорлық жылулық эффектілері деп аталады. Қысым өзгермес жағдайдағы жылулық эффектілері изобарлық жылулық эффектілері деп аталады. Орындалған жұмысты оң деп санау – жүйе қоршаған орта үстінен жұмысты орындағанда саналады.
Жұмыс 2 шамамен анықталады:
1.Интенсивтік фактор
2.Экстенсивтік сыйымдылық факторы
Егер де интенсивтік факторы тұрақты шама болса,онда берілген процестегі орындалған жұмыс интенсиытік факторымен сыйымдылық факторның өзгерісіне, көбейтіндісіне тең.
Лекция №5
Термодинамиканың І – заңы
Жоспары:
1. Толық энергияның құраушы бөліктері
2. Жылу,жұмыс,қуат түсініктері және олардың өлшем бірліктері
3.Термодинамиканың І – заңының тұжырымдамасы.
4.Химиялық процесстердің термодинамикасы.
Лекция мәтіні:
Энергия -ғылымдағы өте маңызды физикалық түсінік болып табылады. Энергия деп физикада материяның қозғалысының әр түрлі формаларының жалпы шамасын көрсететін скалярлық физикалық өлшемді айтамыз.
Жүйенің энергиясы дегеніміз сол жүйенің белгілі бір жұмыс жасауға қабілеттілігі. Қандай да болмасын термодинамикалық күйде болатын кез келген термодинамикалық жүйенің толық энергиясы болады.
W – толық энергия
Толық энергия мынадай құраушы бөліктерден тұрады:
Жүйенің механикалық қозғалысынан кинетикалық энергиясынан Wмех
Сыртқы күш өрісіндегі(гравитациялық, электромагниттік) жүйенің потенциялық энергиясы Wn
3. Ішкі энергия U
W = Wмех + W n + U
Дененің немесе термодинамикалық жүйенің ішкі энериясы деп оның термодинамикалық күйіне байланысты ғана болатын энергияны айтады. Ішкі энергия жүйені құрайтын барлық бөлімдердің қозғалыс және әрекеттесу энергиясынан тұрады. Мыс, көп атомды молекуладан тұратын газдың ішкі энергиясы мынадай энергия жиынтығынан тұрады:
Молекуланың жылулық бағытталған және айналмалы қозғалысының кинетикалық энергиясы.
Молекуладағы атомның тербелмелі қозғалысының кинетикалық және потенциялық энергиясынан
3. Молекула аралық әрекеттесулерден туындаған потенциялық энергиядан
4.Атом дар мен иондардың, электрон қабықтарының энергиясынан
5. Атом ядроларындағы нуклондардың әрекеттесуінің кинетикалық, потенциялық энергиясынан.
1847жылы неміс физигі және физиологы Герман Фон Гельмгольц (1821 – 1894) энергияның сақталу заңын тұжырымдады. Изоляцияланған жүйенің толық энергиясы тұрақты болады ,энергия сақталады.Энергия бір формадан екінші формаға мыс, кинетикалық энергиядан потенциялық энерияға ,ешқандай шығынсыз ауыса алады.
Жүйенің ішкі энергиясын жұмыс арқылы немесе жылу беру арқылы өсіруге болады. Бөлшектердің қозғалысы дененің температурасымен байланысты болады. Температура жоғары болған сайын бөлшектер жылдам қозғалады. Жүйенің температурасының өсуі жылу берілу деп аталады.
Жылу деп денеге температура айырмашылығы салдарынан берілетін энергияны айтады.
ХІХ ғасырдың 40-жылдарында неміс дәрігері және физигі Юлиус Роберт Майер (1817-1879) жылудың жай ғана энергиясының басқа бір түрі екендігін анықтады.
Жылудың физикалық бірлігі Джоуль болып қабылданған. Ол механикалық энергияның да бірлігі. Демек жылу дегеніміз - механикалық энергия. Осы кезге дейін физиктер жылудың калория деп атаған бірлігін пайдаланып келген.
1Калория 1кг суды10С –қа13.,5– 14,5 0 С дейін көтерілуге жұмсалатын жылу мөлшері. 1калория 1г суды10С көтерілуге кететін жылу мөлшері.
1Кал = 103кал = 1ккал
Джоуль мен каллорияның арасындағы карым – қатынасы.
1кал =4,186Дж
1 Кал = 4186кДж
Егер де біз денеге күш түсіріп оны ауыстырсақ онда жұмыс жасалады. Ауыр затты көтеру төмен қарай бағытталған гравитациялық күшті жеңіп, Һ биіктікке жеткізу үшін белгілі бір жұмыс жасалынады.Демек
А = F*S cos = 1H * м= 1kг*м2 /c2 = 1Дж
Жұмыс бірлігі (Дж) – ағылшын ғалымы Джеймс Прескот Джоульдің(1818 – 1889) құрметіне берілген
Қуат деп жұмыстың орындалу және энергияның жұмсалу дәрежесін айтады.
Қуат = Жұмыс /Уақыт Р = А/ t = 1Дж/с = 1Вт
Қуат бірлігі 1Вт бу машинасын ойлап тапқан Шотланд инженері Джеймс Ваттың құрметіне берілген (1736 – 1819)
Термодинамиканың бірінші заңы – энергияның сақталу заңы деп атаса да болады. Бұл заң адамзаттың барлық іс- тәжірибелерінде және табиғаттың барлық құбылыстарында орындалады. Энергия негізінен бір-біріне өтіп тұратын екі формада болады:
1.Жылулық энергиясы.
2.Жұмыс энергиясы.
Сол себептен термодинамиканың бірінші заңы жылулық энергиясымен жұмыс арасындағы қатынастарды анықтайды. Әлбетте бұл қатынас жүйенің ішкі энергиясының немесе жүйенің жалпы энергиясының өзгерісі ∆U процесінде қаралады. Жекешеленген изоляцияланған жүйенің ішкі энергияның тұрақтылығының төмендегі қорытынды келіп шығады.
Жүйенің прцесс кезінде ішкі энергияның өзгеруі осы жүйеге берілген жылулық мөлшерімен осы жүйенің атқарған жұмысы арасындағы айырмашылыққа тең болады, яғни
∆U=Q─W
Бұл жерде ∆U- дененің ішкі энергияның өзгерісі, ал Q- жүйеге беретін жылулық, ал W- жүйенің атқарған жұмысы.
Q=∆U+W
Жүйеге берілген жылулық жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге жұмыс істеуге жұмсалады. Соңғы теңдеу термодинамиканың бірінші заңының матаматмкалық сипаттамасы саналады.
Термодинамиканың бірінші заңы былайша анықталады:
Жүйеге берілген жылулық, жүйенің ішкі энергиясын асыруға ∆U және сыртқы жұмыстар V- жұмыс орнындауға жұмсалады. Егерде жүйе өзгерісі өте кішкентай болса, бұл теңдецді былайша жазсақ болады:
δQ=dU+δW
δQ - өте аз мөлшердегі жылулық, dU - өте аз мөлшердегі ішкі энергияның өсуі,δW – элементар жұмыс.
Егерде жүйе бір жағдайдан екінші жағдайға өтетін болса, онда жүйенің ішкі энергиясы бір жағдайда өседі, кейбір жағдайда азаяды. Сол себептен ішкі энергия өзгерісі ∆U оң және теріс шамаларға ие болады.
Термодинамиканың бірінші заңының бірнеше анықтамалары бар, бірақ олардың барлығы бір түрлі мағынаны сипаттайды.
Физикада қоршаған ортамен жүйе шекарасы арқылы масса және энергия алмасу ерекшеліктеріне байланысты жүйелер 3 түрлі болып жіктеледі:
1.Изоляцияланған жүйелер қоршаған ортамен энергиямен де, массамен де алмаспайтын жүйелер.
2.Жабық жүйелер қоршаған ортамен тек энергиямен алмасып, затпен алмаспайтын жүйелер.
3. Ашық жүйелер қоршаған ортамен энергиямен де, затпен де алмасатын жүйелер.
Егер де дене Q - жылу мөлшерін қабылдаса, онда оның ішкі энергиясы осы мәнге өседі U = Q немесе басқа сөзбен айтқанда дене Q мөлшерде жылу қабылдаса белгілі бір жұмыс А орындай алады. Мыс, газдың көлемі ұлғайып, поршенді көтеруі мүмкін. Жылу қабылдаған дене жұмыс жасаса ішкі энергияның өсуі азырақ болады. Дененің ішкі энергиясының өзгеруі дене қабылдаған энергиямен жасалған жұмыстың айырмасына тең болады:
U = Q – A (1)
Немесе басқаша айтқанда жүйенің сыртқы ортадан алған жылуы оның ішкі энергиясын өсіруге және сыртқы күштерге қарсы жұмыс жасалуына жұмсалады.
Q = U + A (2)
Жұмыс сыртқы қысым күштеріне қарсы жұмыс және максималды пайдалы жұмыстан құралады.
A = *Amax + PdV (3)
Мұндағы *Amax –максималды пайдалы жұмыс, PdV - сыртқы қысым күш қарсы жұмыс.
теңдеу термодинамиканың І-заңы д.а. Мұнда ешқандай жаңа физикалық идея жоқ.. Бұл тек энергияның санталу заңының жаңаша, ішкі энергияны ескере отырып, айтылатын түрі.Бұл заң- адамзаттың көп ғасырлық тәжірибесінің жалпы қорытындысы.

Лекция №6
Термодинамиканың ІІ заңы
Жоспары:
1.Табиғаттағы прооцестердің бағыты және жүру мүмкіндігі.
2. Термодинамиканың ІІ заңының тұжырымдамасы.
3. Жылу машинасының ПӘК і
4.Энергия ұғымы. Изоляцияланған жүйеде энергияның өсу заңдары.
5. Ашық жүйелер термодинамикаcы
Лекция мәтіні:
Термодинамиканың І заңының негізгі энергия өзгеруімен байланысты жүретін процесстердің қай бағытта және қанша уақыт жүретіндігін анықтау мүмкін емес. Табиғатта жүріп жататын процестермен күнделікті байқайтынымыз олардың көпшілігі өздігінен сыртқы әсерсіз тек белгілі бір бағытта ғана жүреді.Мыс, су биіктеу жерден сайлау жерге ағады. Газдар қысымы жоғары облыстан қысымы төмен облыстарға таралады. Жылу қызған денеден жылуы төмендеу денеге беріледі. Кері бағытта осы аталған процестер өздігінен жүре алмайды, жүргізуге болады, бірақ ол кезде бұл процестер өздігінен жүрмейтін процестер болып табылады. Өздігінен жүретін процестің ерекшелігі олардың қайтымсыздығы. Кез келген өздігінен жүретін процесті пайдалы жұмыс алу үшін пайдаланса болады. Мыс, диірмен, турбина, поршень. Өздігінен жүрмейтін процестер тек жүйеге сырттан энергия енгенде ғана жүре алады. Термодинамикада қайтымсыз процеспен қатар қайтымды процестер де қарастырылады. Қайтымды процестер идеалды жағдайда ғана мүмкін болады.Әртүрлі физикалық және химиялық процестердің қайтымдылығының және қайтымсыздығын және жылудың жұмысқа және керісінше өту мәселесін термодинамиканың ІІ заңы қарастырады.
Бұл заң да тәжірибе жолымен ашылған және оның бірнеше тұжырымдамалары бар:
1.Клаузиус постулаты 1850 ж
Жай қызған денеден қатты қызған денеге жылу түрінде энергияның өздігінен өту процесі мүмкін емес.
2. Томсон тұжырымдамасы 1851ж
Шексіз уақыт бір бастаудан жылу түрінде энергия пайдалана отырып жұмыс жасайтын мәңгілік двигатель ,екінші реттік мәңгілік двигатель жасау мүмкін емес.
3.Молекулалық кинетикалық көзқарас тұрғысынан термодинамиканың ІІ заңын былай тұжырымдаса болады:
Табиғаттағы барлық процестер өздігінен ықтималдылығы аз күйден ықтималдылығы жоғары күйге өтуге ұмтылады.

Жылу машинасы деп жылу есебінен жұмыс істейтін машинаны айтады. Оның схемасы:
Жұмыс A = Q1 – Q2

Жылу бергіш Т1
228600011747500
Жылу Q1
Жұмысшы дене
228600014287500 Т1 › Т2
Жұмыс А= Q1 – Q2
Жылу Q2
Жылу қабылдағыш Т2


Бұл схемадан көрініп тұрғандай жұмысшы дене қабылдаған Q1 жылуының барлығы жұмыс жасауға пайдаланылмайды. Тек бір бөлігі A = Q1 – Q2 ғана пайдаланылады. Ал жылудың қалған бөлігі Q2 жылу қабылдағышқа беріледі. Демек жылуды 100 процент жылуға айналдыру мүмкін емес және Т1 = Т2 болса, жылудан жұмыс алу мүмкін емес.
Жылу машинасының ПӘК-і деп алынған жұмыстың жылуға қатынасын айтады.

88900169608500= А/ Q (1) A = Q1 – Q2 болғандықтан

= Q1 – Q2 / Q1 = Т1 - Т2/ Т1
Қорытындаласақ кез келген энергия толықтай жылу энергиясына айнала алады, бірақ жылу энергиясы энергияның басқа түріне толықтай айналмайды. Тек бір бөлігі ғана айналады.
Термодинамиканың ІІ заңы ашық жүйеде қолдануға болады.Жүйенің толық энергия қоры 2 құрам бөліктен тұрады. Шартты түрде көз алдымызға елестетсек болады.
U = F + D (3)
Мұндағы F - ішкі энергияның жұмыс жасауға қабілетті пайдалы бөлігі немесе еркін энергия.Ал D - пайдалы жұмысқа айнала алмайтын энергияның өнімсіз бөлігі немесе байланысқан энергия. Ол тек жылуға айналып және таралып кете алатын энергия .Жүйеде еркін энергия көп болған сайын ол көп жұмыс жасай алады. Ал жүйеде температура айырмашылығы төмен болған сайын байланысқан бағасыз энергия. D көбірек болады. Осындай энергия құнсыздығының шамасын көрсететін жүйенің күйіне байланысты болатын функцияларды Клаузиус энтропия д.а. ( грекше эн ішіне тропос айналдыру д.а. ) Бұл функция термодинамикада S- әрпімен белгіленеді

= Q – Q2 / Q1 = Т1 - Т2/ Т1 болғандықтан, бұдан
1- Q2 /Q 1= 1- T2 /T1 онда Q1 /T1 =Q 2/T2 және Q1 /T1 – Q 2 /T2=0
Термодинамикада кездескен қайтымды циклді элементарлы і- циклге бөліп қарастырады . Сонда олардың әрқайсысы үшін b Q1 /T1 - b Q 2/T2 =0 аз мөлшерде жылу сәйкес келеді.Олай болса мұндағы жылу b Q /T келтірілген жылу д.а .Олардың алгебралық сумасы 0 – ге тең.
Ұмтылған шексіздіктер шегінде бұл сумма интегралға өтеді.
Интегралдар теориясы бойынша dS= b Q /T (5)
Мұндағы S- жүйелердің күйінің функциялары dS -толық дифференциал болғандықтан кез келген процестерді энтропияның өзгеруі бастапқы және соңғы күйге ғана байланысты болдады.Мұндағы жүйенің (І күйден 2 күйге өткендегі ) энтропияның өзгеруі(5 – теңдеу энтропияның математикалық жазбасы болып табылады.) Бұл теңдеу қайтымды идеал процестер үшін алынған.
Ал табиғатта өтетін процестер қайтымсыз, себебі кез келген түрленулерде энергияның бір бөлігі жылуға айналады, ол жылу басқа энергия түріне толық айналмайды. Бұдан шығатын қорытынды қайтымсыз процестерде мына теңсіздік орындалады.
dS ›b Q /T (6)
Қорытынды изоляцияланған жүйелерде тек қана энергия өсуімен қабаттаса жүретін процес тер ғана өздігінен жүре алады.

Лекция №7
Байланыс энергиясы және энтропия
Жоспары:
1. Энтропия өзгерісінің құрам бөліктері
2. Стационарлық күй. Оның термиялық тепе-теңдіктен айырмашылығы.
3. Энтропия ағындары. Теріс және оң энтропия
Лекция мәтіні:
Термодинамиканның ІІ заңын ашық жүйелерге қолдану бір қатар қиындықтар туғызады. Изоляцияланған жүйелерде өздігінен жүретіін процестердің бағытының кретериі энтропияның өсуі болып табылады. Ал соңғы күйіне тепе – теңдік күйі жатады. Ал ашық жүйелер бірінші кезекте, биологиялық жүйелер, тепе – теңдік жағдайда өмір сүруін токтатады. Ашық жүйелерде тепе – теңдік күйлердің сақталуы оларда зат пен энергия ағынының арқасында ғана мүмкін болады. Сонымен ашық жүйелер тепе – теңдік күйінде болады. Бұл күйдің параметрлері мен қасиеттері уақыттың функциясы болады.Ашық жүйенің энтропиясының өзгеруі 2 бөліктен құралады.

d s = de S + d si (7)
Мұндағы de S – жүйенің сыртқы ортамен алмасу процестері нәтижесіндегі энтропия өзгерісі, ал d si - жүйенің ішкі қайтымсыз процестердің нәтижесіндегі энтропия өзгерісі.
(7) теңдеу қайтымсыз процес тер термодинамикасының бастапқы ережесі болып табылады. Егерде жүйенің ішінде қайтымды өзгерістер жүрсе, онда энтропия туындамайды.
dі S = 0
Ал барлық қайтымсыз процес тер үшін dі S > 0
Изоляцияланған жүйелерде de S = 0 Олар үшін (7) теңдеу мынадай түрге айналады: d s = de S>0 (8)
Бұл теңдеу классикалық термодинамиканың ІІ заңына сай келеді. (7) теңдеуді дифферциалдаймыз d s/ dt = de S/ dt + d si / d t (9)
Бұл теңдеу жүйенің энтропиясының өзгеру жылдамдығы жүйе мен қоршаған орта арасындағы энтропия алмасу жылдамдығына және жүйенің ішінде энтропияның түзілу жылдамдығының қосындысына теңдігін көрсетеді
de S /dt – мүшесі оң және теріс болуы мүмкін. Сондықтан d si/dt >0 болғанда 3 түрлі жағдай болуы мүмкін:
d S /dt >0 егер de S /dt>0
d S /dt <0 егер de S /dt<0 бірақ de S /dt> d i S /dt
d S /dt >0 егер de S /dt<0 және de S /dt=d i S /dt (10)
Соңғы 3–ші жағдай жүйеде стационарлық күй туындауына сәйкес келеді немесе энтропияның түзілуі оң энтропияның сыртқы ортаға таралуымен конпенсацияланады нәтижеде энтропиялық өзгерісі 0-ге тең.
d s = de S + d si= 0 (11)
Осындай күйді жүйеде энтропияның өзгерісі болмайтын оң энтропиямен теріс энтропия біріне – бірі конпенсацияланатын күйді стационарлық күй деп атайды.
(11) – теңдеудің негізінде биологиялық жүйелердің жалпы қасиеттерін талдау жасау классикалық термодинамиканың ІІ заңымен организмдердің тіршілік әрекеті арасындағы қайшылықтарды түсіндіруге болады. Организмнің өсуі мен дамуы олардың ұйымдастырушылық деңгейінің көтерілуімен қабаттаса жүреді.Сөйтіп классикалық термодинамика тұрғысынан тірі жүйелердің энтропиясы өздігінен азаятын сияқты болып көрінеді.Бірақ бұл қайшылық сырт жағынан ғана себебі өздігінен жүретін процестердің жүру бағыты энтропияның өсуімен анықталатындығы тек қана изоляцияланған жүйелер үшін ғана дұрыс болып табылады. Ал тірі организмдер ашық жүйелерге жатады. Олар үшін
de S /dt<0 ; de S /dt> d i S /dt
Осындай реал жағдайларда организмнің энтропия шамасының төмендеуімен қабаттаса жүретін даму процесі сыртқы ортаның басқа учаскелеріндегі энтропияның өсуі арқылы жүреді. Жердегі организмнің жалпы энтропия алмасуын қарапайым түрде фотосинтез процес інде көмірқышқыл газымен судан күрделі органикалық молекулалардың түзілуі және тыныс алу кезінде фотосинтез өнімдерінің ыдырауы деп қарастырса болады. Дәл осы энергия алмасуы жеке организмнің және жер бетіндегі тіршіліктің болуын қамтамасыз етеді. Осы көзқарас тұрғысынана тірі жүйелердегі тіршілік әрекеті нәтижесіндегі энтропияның кемуі организмнің жарық квантын жұтуымен конпенсацияланады. Ал жарық квантын шығаратын күн жұлдыздарында ядролық реакциялар нәтижесінде оң энтропия түзіледі.
Бұл принцип барлық тірі организмдерге қатысты. Оларға қоректік заттармен бірге түсетін теріс энтропия сыртқы ортада осы қоректік заттар түзілгенде оң энтропияның түзілуімен қабаттаса жүреді нәтижеде жалпы организм + сыртқы орта жүйесіндегі энтропияның өзгерісі әр қашанда оң болады.
Лекция № 8
Ашық жүйеде болатын энтропия және бос энтропия байланысы.
Жоспары:
Ашық жүйедегі энтропияның қайтымсыз процестер нәтижесіндегі құраушысын есептеу проблемасы.
Биологиялық құрылымдардағы энтропияның жұмсалу жолдары.
Пригожин теоремасы және оның тірі жүйедегі орындалуы.
Лекция мәтіні:
Биохимиялық синтез жүріп жататын клетка бөлігіндегі энтропияның кемуі организмнің басқа бөліктеріндегі немесе сыртқы ортадағы энтропияның арқасында жүретін тірі жүйелерде қоректік заттар мен күн энергиясын пайдалану нәтижесіндегі энтропияның кемуі оларда бос энергияның өсуіне алып келеді. Сыртқы ортадан келетін теріс энтропияның ағыны тірі жүйелердің ұйымдасуын көтеріп қоректік заттардың ұйымдасуын төмендетіп қана қоймайды. Сонымен бірге осы заттардың деградациялануы ыдырауы организмге қажетті бос энергияның түзілуін қамтамасыз етеді. Заттардың химиялық құрамы өзгеріп тұратын процес тер өтетін ашық жүйелерде d i S мәнін есептеп шығару басты проблема болын табылады. Егерде ашық жүйеде температураның таралуы тұрғысында тепе – теңдік орнаса (бірақ реагенттің химиялық құрамы тұрғысынан тепе – теңсіздік болса) онда мұндай жүйе біршама тепе – теңсіздік күйде болады. Энтропияның жалпы өсуі бұл жағдайда
d s = de S + d i S (13)
Мұндағы de S= Q /T
ашық жүйенің қоршаған ортамен тепе - тең жылу алмасу нәтижесінде өзгеретін энтропия d i S химиялық реакциялар нәтижесінде болатын энтропиянның өздігінен өсуі заттар алғашқы тепе – теңсіздік күйде болып, нәтижесінде пайдалы жұмыс атқарылады.Онда

d i S = d S - de S = d S- Q /T (14)
Термодинамиканың І заңы
de S=dU + pdv (15)
Максимальды пайдалы жұмыс
A=-( dĞ) Т,Р.
Термодинамика потенциалы деген ұғым бар
Ğ=UТРV-TS
Осыдан келтірілген теңдеулерге сәйкес тұрақты температура мен , қысымда ашық жүйелерде энтропияның түзілу жылдамдығы оның термодинамикалық потенциалының кему жылдамдығына тура пропорционал.
Біршама тепе – теңсіздік жүйеде қайтымсыздықтың жалғыз себебі оның термодинамикалық потенциалының азаюы , энтропиясының өсуінің себебі химиялық реакциялар болып табылады. Бұл реакцияның өздігінен жүруі жүйенің химиялық құрамының өзгеруіне және пайдалы жұмыстың орындалуына септігін тигізеді.Химиялық түрленулер үшін
d i S /dt=(1/Т)Аv >0 (16)

Мұндағы
v-химиялық реакцияның жылдамдығы ,А- химиялық реакцияның қозғаушы күші,
ол бастапқы және соңғы өнімдердің химиялық потенциалының айырмасы:
А= -Σ MRVR
R

MR- Химиялық потенциал
VR- R реагенттінің стехиометриялық коэффиценті
Демек, (16) теңдеуге сәйкес процестердің қозғаушы күші А реагенттердің бастапқы және соңғы химиялық потенциалдардың айырмасына байланысты болады.
Химиялық процестерде энтропияның түзілуі жылдамдылығы қозғаушы күш пен реакция жылдамдығына тура пропорционал. (16) теңдеу жүйеде әрқайсысының жылдамдығы мен қозғаушы күші әр түрлі бірнеше қайтымсыз процестер жүргенде де тура болады.
Биологиялық құрыдымдарда қор ретінде жинақталған энергияның бір бөлігі энтропия түзілуін кемітуге жұмсалады және реакцияның тізбектелу дәрежесімен анықталады.Сонымен бірге биологиялық процестердің маңызды айырмашылығы реакцияға қатысатын заттардың өздері құрылымдық өзгерістерге ұшырайды.Бұл реагенттердің өздерінің реакция барысында энтропиясының өзгеруіне алып келеді
Пригожин теоремасы :
“Біршама жартылай теңдестірілген ашық жүйелерде өзгермейтін орта жағдайларында термодинамикалық тепе теңдікке жақын стационарлық күйде энтропияның ішкі қайтымсыз процестер нәтижесінде өсу жылдамдығының мәні нөлден өзге тұрақты минималдық оң шамаға тең болады”
Энтропияныңөсуінің минимум принципы немесе Пригожин теоремасы ашық жүйеде өздігінен жүретін өзгерістердің жалпы бағытын көрсететін сандық критерий немесе басқаша айтқанда жүйенің эволюциясының критерийі болып табылады.Әр секундтағы энтропия өсімінің мәнінің өзгеруі бойынша жүйенің соңғы стационарлық күйге өтуін болжауға болады.
Айтылған термодинамикалық қайтымсыз процестер негізінде биологиялық құбылыстарды анализдеуге арналған көптеген жұмыстар бар.Бұл теорияларға сай организдердің өсуі мен дамуы өздігінен және үздіксіз жүреді ,соңғы стационарлық күйге жетуге бағытталған боладынәтижесінде энтропияның түзілу жылдамжығы азаяды да соңғы стационарлық күйде минималды мәнге ие болады.
Лекция №9.
Заттың агрегаттық күйлерінің молекулалық кинетикалық теориялар.
Жоспары:
1.Заттың агрегаттық күйлері.
2. Плазма туралы түсінік.
3.Қатты агрегаттық күй.
Лекция мәтіні:
Сыртқы жағдайға байланысты (температура, қсым) кез келген зат үш түрлі агрегаттық күйде бола алады. Бір агрегаттық күйден екіншісіне өткенде бос энергия, энтропия, тығыздық, т.б. негізгі физикалық өасиеттер секірмелі түрде өзгереді.
Сұйықтық

Қатты денелер → газ
Осы аталған үш күйден басқа заттың төртінші күйі болады.Егер де газ күйіндегі затқа күшті иондандырушы факторлар (миллиондаған температура, күшті электр разрядтары, электромагниттік сәулелер ) әсер етсе, заттың молекулалары мен атомдары бұзылып, ол жоғары жылдамдықпен қозғалған оң зарядталған ядролар мен теріс зарядталған электрондардан тұратын қоспаға айналады. Заттың бұл күйін плазмалық күй немесе плазма деп атайды.
Плазманың 2- түрі болады:
1.Изотермиялық плазма – жоғары температурада зат атомдарының термиялық диссоциациясы кезінде алынады (жұлдыздардың заты, шар тәрізді найзағайлар, жердің ионосферасы). Бұл плазма ұзақ уақыт сақталады.
2.Газ разрядты плазма – электр разряды кезінде түзіледі. Сондықтан электр өрісі болған кезде ғана тұрақты болады. Плазманың тамаша қасиеттерінің бірі оның жоғары электр өтімділігі осы қасиеттерден термоядролық синтез реакцияларда пайдалануға болады.
Жеткілікті төмен температурада барлық заттар агрегаттық күйге өтеді. Бұл кезде молекула, атом, иондар арасындағы тартылыс күштері мен тебіліс күштері теңесіп, нәтижесінде зат белгілі бір пішінге ие болады. Сонымен қатар деформациялану қасиетіне ие болады. Деформациялану қабілетіне қарай барлық қатты заттар серпімді, жұмсақ және шытынауық болып үшке бөлінеді.
Құрылымына қарай қатты заттар кристалды және аморфты болвп 2-ге бөлінеді.
1.Кристалды заттардың белгілі бір тәртіпті ішкі құрылымы болады. Олардың тұрақты, нақты балқу температурасы болады.Кристалдық денелерге анизотропия құрылысы тән, яғни кристалдың әртүрлі бағытта бірдей емес қасиеттері болады.
2.Аморфты денелерді құрайтын бөлшектердің орналасуында белгілі бір тәртіп болмайды және олар изотропты, яғни оның қасиеттері барлық уақытта бірдей болады.
Қыздырғанда олар алдымен белгілі бір температура интервалында жұмсарады, олан соң өздерінің тұтқырлығын азайта отырып,сұйық ағынды күйге өтеді. Аморфты денелер құрылымы бойынша сұйықтарға ұқсас болады. Сондықтан оларды қатты суынған сұйықтықтар ретінде қарастырса болады.
Кейбір заттарды кристалды және аморфты күйде де алуға болады. Мысалы, кварц кристалл күйінде де тау хрусталі деп аталады және аморф күйінде де лағыл болуы мүмкін. Аморфты заттардың кристалдармен салыстырғанда энергия қоры үлкен болады.Сондықтан зат аморфты күйден біртінде ристалл күйгеөтді
Құрылымық элементері және олардың арасындағы әсер ету күштер табиғатына қарай кристалдар 4-түрге бөлінеді:
1.Молекулалық торлы кристалдар – олардың кеңістік торларының бұрыштарында Вандер-вальс күштерімен байланысқан полярлы немесе полярсыз молекулалар болады. Мысалы, құрғақмұз, нафталин, кәдімгі мұз,.
Молекулалар арасындағы күштер әлсіз болғандықтан, мұндай заттар берік болмайды, балқу және қайнау температурасы төмен болады.
2.Атмосфералық торлы кристалдар – олардың торларының бұрыштарында кеңістікте белгілі бір бағытталған және бір-бірден ковалентті байланыспен байланысқан атомдар болады. Мысалы: графит, алмаз, бор, тб. Бұл заттар өте берік, қатты болады, балқу температурасы жоғары, ерігіштігі төмен.
3.Иондық торлы кристалдар – олардың торларының бұрыштарында бір-бірімен электростатикалық тартылыс күштерімен байланысқан оң және теріс зарядталған иондар болады. Мысалы: тұздар, оксидтер, миенралдар. Бұлар суда жақсы ериді. Ерітінділері және балқымалары электр тогін жақсы өткізеді.
4. металдық торлы кристалдар – олардың кеңістік торларының бұрыштарында, түйіндерінде негізделген оң зарядталған иондар болады. Ал осы иондардың арасындағы кеңістікте бос күйіндегі электрондар болады. Олар өзіндік электрондық газ құрайды, осы бос электрондар электр өткізгіштік сияқты қасиеттерді анықтайды.

Лекция.№10
Сұйық агрегаттық күй
Жоспары:
1.Сұйық агрегаттық күй.
2.Сұйықтықтардың тұтқырлығы.
3.Сұйықтықтардың булануы және қайнауы
Лекция мәтіні:
Сұйық агрегаттық күй. Сұйықтықтардың ішкі құрылысы қатты заттар мен газдарға қарағанда күрделі болады. Егер де сұйықтықтардың молекулалары полярлы болса ассоциация құбылысы байқалады. Ассоциацияланған сұйықтықтырдың қайнау температурасы жоғары және олар қиын ұшқыш болады.
Сұйық кристалдар деп – сұйық күйде болатын, бірақ кристалдар сияқты анизатропиялық қасиеттері бар заттарға айтылады.
Сұйықтықтардың тұтқырлығы. Егерде шыны таяқпен суды, қант ерітіндісін, глицерин, балды араластырса қозғалысқа қарсы күш байқалады. Бұл күшті ішкі үйкеліс күші немесе тұтқырлық деп атайды. Бұл күш сұйықтық молекулаларының іліну күштеріне байланысты болады. Ішкі үйкеліс күші сұйықтықтың бір-бірлеріне үйкелетін қабатардың ауданына S және қозғалыс жылдамдығы U, ал қабаттардың арақатынасына кері dx кері пропорционал.
Ғ =η· dU/dx· S ( Ньютон формуласы)
η – пропорционалдық коэффициенті.
Егер де S=1м2 dU/dx=1 болса, онда F=η, бұл жағдайда η-тұтқырлық коэффициент деп аталады. Оның мәні әр түрлі сұйықтықтар үшін әр түрлі
су = 1,005
этил спирті = 0,243
күкірт қышқылы = 22,16
глицерин = 1499,0
Бөлме температурасында сұйықтық молекулалар арасында тартылыс күштері осы температурадағы молекулалардың орташа кинетикалық энергиясынан бірнеше есе жоғары. Сондықтан көптеген молекулалар сұйықтықты тастап кете алмайды. Булану проуесі суылумен қабаттаса жүреді. Себебіжылдамдығы ыстық молекулалар өздері кинетикалық энергиясын жоғалтады. Сонда сұйықтықтың үстінде белгілі бір бу болады. Сұйықтық үстіндегі буды қанаққан бу деп атайды. Ол туғызатын бу қысымы қаныққан бу қысымы деп атайды.
Заттың бу күйіне өтуін бу түзілу деп атайды. Оның 2 түрі бар:
1.Булану
2.Қайнау
Булану кезінде бу түзілу сұйықтың бос беткейінде жүреді. Ал қайнау кезінде бу түзілу сұйықтықтың бүкіл көлемінен бу көпіршіктері түрінен бөлінеді. Қайнау кезінде бу қысымы сыртқы қысымға тең болады. Осындай күйдегі температураны бу қысымы дейді.
Лекция №11.
Қаныққан бу ерітінді тепе-теңдігі.
Жоспары:
1.Ерітіндегі еріткіштің бу қысымының азаюы.
2.Раульдің бірінші заңы.Одан ауытқулар.
3.Раульдың бірінші заңынан ауытқулар және оның себептері.
Белгілі бір температурада сұйықтықтардың қаныққан бу қысымы тұрақты шама болып табылады. Мысалы, 293 К температурада су – 2,319·10 3Па, спирт – 5,852·103Па, диэтил эфирі – 5,8928·104Па.
Лекция мәтіні:
Булану эндотермиялық процесс. Сондықтан температураны көтергенде қаныққан бу қысымы артады. Егер де белгілі бір сұйықтыққа басқа бір затты ерітсек, онда сол сұйықтықтың қаныққан буының қысымы азаяды. Себебі еріткіш пен еріген зат молекулалары арасында Вандер-вальс күштері орнап, сонымен бірге еріткіштің көлем бірлігіндегі концентрациясы кемиді.Нәтижесінде уақыт бірлігі ішінде ерітіндінің бетіне ұшып шығатын молекулалардың саны азаяды.
Эксперимент нәтижелерін қорытындылай келе француз физигі Рауль 1887 жылы Раульдің бірінші заңы деп аталатын заңдылықты ашты.
P=P0 n0/n +n0(1)
Р-ерітіндінің қаныққан бу қысымы
Р0- таза ерітіндінің қаныққан бу қысымы
n0- еріткіштің моль саны
n- еріген заттың моль саны.
Яғни ерітіндінің қаныққан бу қысымы таза еріткіштің қаныққан бу қысымының еріткіштің ерітіндідегі мольдік үлесін көбейткенге тең.
теңдеудің екінші бөлігінде Р0-ге бөліп еріткіштің молярлық үлесін еріген заттың молярлық үлесімен алмастырайық.
n/n+n0 +n/ n + n0=1 1-P/P0 =n/n + n0
Бұдан
Р0-Р/ Р0 = n / n + n0 (2)
(2) Теңдеу Раульдің бірінші заңының тұжырымдамасы болып табылады. «Ерітіндінің үстіндегі еріткіштің қаныққан бу қысымының салыстырмалы төмендеуі ерітіндідегі еріген заттың молярлық үлесіне тең болады». Өте күшті сұйылтылған ерітінділерде n- нің мәні nо-мен салыстырғанда өте аз болғандықтан, n-нің мәнін есепке алмасада болады. Сонда сұйылтылған ерітінділер үшін Рауль заңы мынадай түрде жазылады.
P0 – P /P0 = n/n0
Белгілі бір ерітінді үшін қаныққан бу қысымының төмендеуі еріткіш пен еріген заттың табиғатына және температураға байланысты болмайды, тек ерітіндінің концентрациясына байланысты болады. Рауль заңына қатал бағынатын ерітінділер идеал ерітінділер деп аталады. Ерітінділер сұйытылған болған сайын рауль заңынан ауытқиды. Сонымен бірге кейбір қышқыл, негіз тұздардың концентрциялы ерітінділерінде рауль заңынан оң және теріс ауытқулар болады.Раульбың бірінші заңы негізінде еріген заттың молекулярлық массасын есептеп табуға болады.
Р0-Р/ Р0 = n / n + n0 = ?
Демек,
m=M w/W··P/P0-P(3)
Мұндағы P0-таза еріткіштің қаныққан бу қысымы, Р-ерітіндінің бу қысымы, w-еріген заттың массасы, W-еріткіштің массасы, М- еріткіштің молекулалық массасы.
Лекция №12. Сұйық қоспалардың бу қысымы
Жоспары:
1.Сұйытылған ерітінділердің қайнау-қату температуралары.
2.Раульдің екінші заңы.
5.Криоскопия және эбулоскопия әдістердің қолданылуы
Лекция мәтіні:
Ерітінділердің қату және қайнау температуралары оның үстіндегі қаныққан бу қысымына байланысты болады.Ерітінділер таза еріткішке қарағанда төмен температурада қатады және жоғары температурада қайнайды.ерітінділердің қату және қайнау процестерін француз ғалымы Рауль бөге-шегесіне зерттеп, 1822 жылы Раульдің екінші заңы деп аталған заңдылықты ашты.
«Ерітінділердің қату температурасының төмендеуі немесе қайнау температурасының жоғарылауы оның моляльдық концентрациясына тура пропорционал болады.
ΔΤ қату =K·m(4)
Мұндағы ΔΤ – қату температурасының төмендеуі, m = 1000 n / w- молялдық концентрация, n – еріген заттың моль саны, w – еріткіштің массасы,K- криоскопиялық тұрақты деп аталатын коэффициент. (грекше криос-суық деген сөз).
Криоскопиялық тұрақты – тұрақты шама болып табылады.
m=1 болса, ΔΤ=K. Криоскопиялық тұрақты еріген зат және еріткіштің табиғатына байланысты болмайды.
Еріткіш К
Н2О1,86
С6Н65,12
СН3СООН3,90
Криоскопиялық константамен эбулоскопиялық деп атауға болады.(латынша эбулио – қайнау). Е – эбулоскопиялық константа. Ол тек белгілі еріткішке ғана тән және 1 моль бейэлектролитті 1 кг еріткіште еріткенде қайнау температурасы қанша градусқа көтерілетінін көрсететін шама.
ЗатЕ
Н2О0,516
С6Н62,57
Анилин3,69
Этил спирті1,16
Сірке қышқылы3,10
Қайнау температурасы жоғарылауының математикалық өренгі 4-теңдеуге ұқсас болады. Тек мұнда криоскопиялық константаның орнында эбулоскопиялық константа болады.
ΔΤ қайнау =Е·m(5)
Ерітінділердің қату температурасын өлшеуге негізделген әдістерді криоскопиялық әдістер, ал қайнау температурасының жоғарылауына негізделген әдістерді эбулоскопиялық әдістер деп атайды. Ерітділердің қату және қайнау температурасын есептеуге Бекманның диференциялық термометр қолданылады. Бұл термометрдің 5-60С-қа бөлінген шкаласы бар.
Әрбір градус өз кезегінде градустың 10-нан 100-ден бір бөлегіне бөлінген. Сондықтан лупаның көмегімен 0,002 К-ге дейінгі дәлдікпен есептеулер жүргізуге болады. Бұл термометрдің ерекшелігі копиляр түтіктің жоғарғы жағында сынап құйылған қосымша резервуар болады. ΔΤ- анықтағанда алдымен таза еріткіштің қайнау (қату) температурасын, есептеп, одан кейін ерітінділердің қайнау (қату) температурасын өлшейді. Екуінің айырмашылығы ΔΤ-ны құрайды. Криоскопиялық әдісте көп жағдайда заттардың молекулалық массасын анықтау үшін қолданылады. Раульдің екінші заңынан
ΔT=K·1000·n/W(6)
Мұндағы К-судың криоскопиялық константасы, n – еріген заттың моль саны, w-еріткіштің массасы.
n=m/M
Бұдан
M=K·1000·n/WΔT
Мысалы қанттың ерітіндісінде 25 10-3кг суда 17 10-5кг қант еріген болса,ол 273,123 К температурада қатады.
М=1,86·1000·17·10-5 кг /25 10-3·0,037 ⋲342
№13. Осмостық қысым.
Осмостың физикалық негіздері.
Жоспары:
1.Диффузия құрылысы.
2.Диффузия жылдамдығын есептеу формулалары.
3.Осмос құбылысы, оның табиғаты.
Лекция мәтіні:
Концентрлі қант ерітіндісіне су тамызсақ, судың молекулалары қант ерітіндісіне өтіп, қант молекулалары суға өтіп, хаостық жылулық қозғалыс әсерінен қант концентрациясы ерітіндінің бүкіл көлемінде бірдей болады.
Газдарда сұйықтарда, қатты денелерде, молекула,атом, иондардың тәртіпсіз жылулық қозғалысы салдарынан нәтижесінде тепе-теңдік күйі орнайтын заттардың өздігінен тасымалдану процесі диффузия деп аталады.
Бөлшектердің диффузиясы жоғары концентрация облысынан төмен концентрациясы облысы бағытында жүреді. Диффузияның сандық түрде өрнектесе болады. Мысалы, ыдыс түбінен Х1- қашықтықта еріген заттың концентрациясы С1, ал Х2 қашықтықта С2 болсын. Шарт бойынша С1>С2, ал Х2 үлкен болады. Себебі ерітінді ыдыс түбінде концентрлі болады. Бұл жағдайда концентрация граденті, яғни қашықтық бірлігіне келетін концентрацияның өзгерісін былай өрнектейміз.
С2 –С1/Х2 –Х1 = -ΔC/ΔX; (1)
- таңбасы С1>С2 болғандықтан болады.
Фик заңы бойынша екі шетіндегі концентрациясы С1 және С2 түтіктің ойша ауданы S бойынша t уақыт аралығында өтетін еріген зат мөлшері m мынаған тең:

m = -DS·ΔC/ΔX·t(2)
Мұндағы Д-диффузия коэффициенті, оның мәнін табуды А.Эйнштейн ұсынған.
D = RT/N0·1 / 6πηr ; (3)
R – универсал газ тұрақтысы,T – термодинамикалық температура, N0 – Авогадро тұрақтысы, η – ерітіндінің тұтқырлығы, r – диффузияланатын бөлшектердің радиусы.
2-3 – формуланы біріктірсек,
m = -RT/N0·S·/ 6πηr·ΔC / ΔX·t(4)
Теңдіктің екі жағында ·t – уақытқа бөлсек, мынадай формула шығады:
m/t =-RT/N0··S/6πηr·ΔC/X ; (5)
m/t –диффузия жылдамдығы.
5-теңдеуден көріп тұрғанымыздай диффузия жылдамдығы температура мен концентрация градиенті өскенде артады, ортаның тұтқырлығы мен бөлшектер радиусы өскенде кемейеді.
Егер де таза еріткіш пен ерітіндінің арасына немесе концентрациясы әр түрлі жартылай өткізгіш мембрананы қойсақта диффузия жүреді. Жартылай өткізгіш мембрана тек еріткіш молекуладан өткізіп, еріген зат молекуласын өткізбейді (мысалы,клетка қабықшасы, ішек қабырғасы, целофан, пергамент).
Жартылай өткізгіш мембрана арқылы төмен концентрациялы ерітіндіден жоғары ерітіндіге еріткіш молекулаларының біржақты өздігінен жүретін диффузиясы осмос деп аталады. Осмос процесі өте күрделі және оның табиғаты осы күнге дейін жеткілікті зерттелмеген, осмос құбылысын арнаулы аспаптарда осмометрлерде бақылауға болады. Осмосты тоқтату үшін ерітіндіге таңуға қажетті гидростатикалық қысымды осмос қысымы деп атайды.Осмос қысымы Па немесе Ньютон 1м2 пен өлшенеді.осмостық қысым ерітіндіде еріген зат болғандықтан, еріткіштің химиялық потенциалы төмендеуіне байланысты болады. Барлық жүйелер өзінің бүкіл көлемінің барлық бөліктерінде химиялық потенциалдарын теңестіріп, бос энергияның төмен мәнді күйіне өтуге ұмтылады. Осмос қысымы бірінші кезекте ерітіндінің концентрациясына байланысты болады. 40 г/л қант ерітіндісінің бөлме температурасындағы осмостық қысымы 0,3 мПа, ал 530 г/л қант ерітіндісініңкі 10 мПа.
Лекция№14.
Осмос қысымын есептеуге арналған Вант-Гофф теңдеуі және осмос қысымының маңызы.
Жоспары:
1.Осмос қысымы, оған арналған Вант-Гофф теңдеуі.
2.Ванд-Гоффтың біріктірілген заңы.
3.Осмос қысымының маңызы.
Лекция мәтіні:
Қамыс қанты ерітіндісінің әртүрлі концентрациясының осмостық қысымдарын зерттеп, Пфеффер менде Фриз алған нәтижелерін пайдалана отырып 1887 жылы Ван-Гофф осмостық қысым заңдылықтарын ашты. Ол күшті сұйытылған ерітіндінің осмостық қысымы идеал газ заңдарына бағытталумен анықталады. Тұрақты температурада осмостық қысым концентрацияға тура пропорционал, еріген заттың массалық көлеміне кері пропорционал екендігімен анықталады.
Р1 /Р2 = С1 /С2
Егер концентрция тұрақты болса, осмостық қысым термодинамикалық температурасын тап.
Р1 /Р =T1 / T2
Бірдей температура мен бірдей концентрацияда әр түрлі заттардың бірдей осмостық қысымдары болады.Осы заңдылықтарды біріктіргенде осмостық қысымға арналған күй теңдеуін аламыз.
P = m/v·RT = CRT (Вант-Гофф теңдеуі)
Бұл формула бойынша клайпейрон – Менделеев теңдеуіне тура келеді.

c=m/v – молярлық концентрация.
R – универсал газ тұрақтысы, Т- термодинамикалық температура, С – концентрация төмен болған сайын Вант-Гофф теңдеуі орындалмайды. Концентрация жоғары болған сайын Вант-Гофф теңдеуінен ауытқулар болады.Жоғары концентрациялар кезінде вант-Гофф заңынан ауытқуларды ескеруге болады, егерде көлемдік молярлық концентрацияның орнына молялдық концентрацияны Сm қолданса болады.
P = CmRT = RT m1 / m2M· 1000

m1 – еріген зат массасы, m2 – ерітіндінің массасы. Вант-Гоффтың біріктірілген ерітіндінің осмостық қысымы еріген зат газ күйінде сол температураларды ерітіндінің көлеміндегі көлемде түсіретін газ қысымына тең болады. Сондықтан нағыз ерітіндідегі осмостық қысым үшін еріген бөлшектердің массасы, өлшемдері пішінін емес,тек бөлшектер санының ғана маңызы болады. Осмостық жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік әрекетіндегі маңызы зор. Ол өсімдік сабағымен судың көтерілуін клетканың өсуін т.б. құбылыстарды қамтамасыз етеді. Бірдей жағдайда бірдей осмостық қысымдары болатын ерітінділер изотондық ерітінділер деп аталады.
Клетка сыртындағы ерітіндінің осмостық қысымы клетка ішінен жоғары болса гипертондық ерітінділер, ал төмен болса гипотондық ерітінділер делінеді. Адам қанының осмостық қысымы 0,8 мПа. Мұндай осмостық қысым 0,9 0/0NaCI ерітіндісінде де болады. Сондықтан мұндай концентрациялы ерітіндіні физиологиялық ерітінділер деп аталады.
Лекция№15.
Электролит ерітінділері
Жоспары:
1.Электролит ерітінділеріндегі Вант-Гофф және Рауль заңдарынан ауытқулар.
2. Электролиттік диссоциация теориясы.
3. Электролиттік диссоциация теориясының негізгі қағидалары.гидратты теория.
Лекция мәтіні:
Вант-Гофф және Рауль заңдары идеал ерітінділер үшін орындалады. Электр тогын өткізетін ерітінділердің осмостық қысымы Вант-Гофф заңына қарағанда жоғары. Олар Рауль заңымен салыстырғанда жоғарырақ температурада қайнайды, төменірек температурада қатады. Вант-Гофф электролит ерітінділері үшін түзету коэффициентін немесе изотондық коэффициент енгізді.
P = i CRT
і – изотондық коэффициент.
Изотондық коэффициент тәжірибеде байқалатын осмостық қысым (Ртәж)теориялық есептеп шығарған (Ртеор) осмостық қысымнан неше есе көп екенін көрсетеді.
і = Ртәж/ Ртеор
Изотондық коэффициент суда еріген бейэлектролиттер үшін 1-ге тең.Электролит ерітінділері үшін ол 1-ден артық.Электролит сұйытылған сайын і мәні өсе береді.
Вант – Гофф пен Рауль заңдарынан электролит ерітінділерінде болатын ауытқуларды швед ғалымы С. Аррениус (1883-1887) өзінің электролиттік диссоциациясында түсіндірді.
Бұл теория 3 постулатқа негізделеді:
1. Электролиттер сәйкес еріткіштерде қарама-қарсы зарядталған бөлшектерге, иондарға диссоциацияланады.
H2SO4 → H+ + HSO-4
HSO4 → H+ + SO42-
KOH → K+ + OH-
AlOHSO4→ Al+3 + OH- + SO2-4
Электролиттер иондарға ыдырау себепті бөлшектер саны көбейеді. Міне, сондықтан осмостық қысым қайнау, қату температурасына әсер етеді.
Электролиттер ерігенде иондарға толық ыдырамайды.Бұл қасиет диссоциациялану дәрежесі α-мен сипатталады.

α = n / N = n / n + n0;
Мұндағы n- иондарға ыдыраған молекулалар, N-молекулалардың жалпы саны, n0 – бұл иондарға ыдырамаған молеклалар саны.
α = 0 болса, зат электролит емес, α ⋲ 1-ге жақын болса, күшті электролит. Диссоциацияға қабілеттілігі бойынша барлық электролиттер 3топқа бөлінеді.
1. α > 30 % -тен жоғары болса, күшті электролиттер. Мысалы: HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HMnO4, KOH, NaOH.
2. α = 5-30 % аралығында болса, орташа күшті электролиттер. Мысалы: әртүрлі негіздер, қышқылдар, тұздар жатады.
3. α < 5 % -тен кем болса, әлсіз электролиттер болады. Мысалы: құмырсқа, сірке, бензой қышқылдары, HCN, H3BO3, H2CO3, H2S, NH4OH, H2O, HgCl2, т.б.
3.Иондардың арасында әрекеттесу күштері болмайды.Сондықтан олардың ерітінділері өздерін идеал газ жүйелері сияқты ұстайды. Электролиттік диссоциация теориясы электролит ерітінділерінің Вант-Гофф және Рауль заңдарынан ауытқу себебін түсіндіргенімен, электролиттердің химиялық қасиеттерінің ерекшеліктерін түсіндіре алмады.Оларды түсіндіруге талпынып, И.А.Каблуков 1891 жылы гидратты теорияны ұсынды.
Лекция№16.
Дебай-Гюккельдің күшті электролиттер теориясының негізгі қағидалары.
Жоспары:
1.Күшті электролиттер теориясы.
2.Иондану белсенділігі.
6.Ерітінділердің электр өткізгіштігі.
4. Электролиттердің меншікті электр өткізгіштігі.
Лекция мәтіні:
1923 жылы Дебай мен Гюккель күшті электролиттер теориясын жасады. Бұл теорияның жасалуына И.А. Каблуков, Кистяков, А.Нояс т.б. ғалымдар қомақты үлес қосты. Бұл теория бойынша күшті электролит ерітінділерінде әр аттас иондардың арасында электростатикалық тартылу бірдей аттас иондардың арасында тебілу күштері әсер етеді. Әрбір ионның жанында қарсы таңбалы ионның атмосферасы, қоршауы болады.Осы әрекеттесулер нәтижесінде концентрациялы ерітінділерде і коэффициенті концентрация өскен сайын арту орнына кемейді. Себебі иондардың арасында өзара әрекеттесулер болады. Концентрация жоғары болған сайын иондық атмосфера тығыз бола түседі. Ион бір полюске жылжыса иондық атмосфера басқа полюске жылжиды. Сонымен бірге сольваттық қабықта иондарды тежейді. Иондық әрекеттесулер және солваттану олардың жылдадығын тежеп қана қоймай, сонымен бірге осмостық қысымын қаныққан бу қысымының төмендеуін кемітеді. Сондықтан күшті электролиттерге арнап, Льюс белсенділік шамасын енгізген.

a= fc
a- электр белсенділігі, c – аналитикалық коэффициент, f- активтілік коэффициенті.
Белсенділік коэффициенті әдетте, бірден төмен болады. Өте сұйытылған ерітінділерде ғана ол бірге жақындайды. Мұндай кезде а ⋲с.
Ерітінділердің электрлік өткізгіштігі. Ерітінділер туралы сөз болғанда олардың электр кедергісі емес, электр өткізгіштігі айтылады. Электрлік өткізгіштің өлшемі уақыт бірлігінде электролит ерітіндісі арқылы өтетін кулонмен өрнектелген электр мөлшері болып табылады. Сонымен электролит ерітінділерінеарналған теңдеу:
I=LE (1)
I – ток күші, L – электролиттің электр өткізгіштігі, E – электр қозғаушы күш.
Физика курсынан білетініміздей :
I = E/R ; (2)
Мұндағы R-кедергі.
1-2 теңдеуден мынадай өрнек шығарамыз:
I = LE = E / R; LE= E / R; L= 1 / R; (3)
Сонымен, ерітіндінің электр өткізгіштігін оның кедергісіне қарама-қарсы шама есебінде сипаттаса болады. Ом заңы бойынша:
R=·ρ l/s; (4)
l - өткізгіштің ұзындығы, s – қима ауданы, ρ – меншікті кедергі.
4-теңдеудегі R – дің мәнін 3-ші теңдеуге қойсақ болады:
L = 1 /ρ l/s = 1/ρ ·s/l (5)Мұндағы 1/ρ · шамасын меншікті электр өткізгіш деп аталады және оны Н (каппа) әрпімен белгілейді.
L = Н s/l; (6)
Егер s =1м2, l=1м, L = Н
Сонымен, электролиттің меншікті электр өткізгіштігі Н каппа дегеніміз – ұзындығы 1м, қима ауданы 1м2 ерітіндінің бағанының кедергісіне кері шама. Халықаралық бірліктер жүйесінде электрлік өткізгіштік бірлігі сименс (см) өлшенеді.
% KClNaOHH2SO4
5 6,919,0 21,0
10 14,0 13,0 39,01
15 20,0 - 54,0
Меншікті электрлік өткізгіштік ерітінділердің концентрациясына байланысты болады. Концентрация өскенде ол алдымен жоғарылап, содан кейін төмендейді. Меншікті электрлік өткізгіштік иондардың жеке қасиеттеріне де байланысты болады. Иондардың ерітіндідегі қозғалыс жылдамдығы газдардағы молекулалардың жылдамдығынан млндаған есе төмен болады. Н+ және ОН- иондарының жылдамдығы басқа иондардан едәуір үлкен болады. Вернауль мен Фаулердің түсініктері бойынша протондар Н+ гидраксони ионын Н3О түзе отырып, бір молекуладан екінші молекулаға секірмелі түрде жылжиды.
Эквивалентті электрлік өткізгіштік деп 1 к/моль эквивалент еріген зат мөлшерінде еріген заты болатын бір-бірінен 1м аралықта орналасқан электрондар арсындағы ерітінді бағанының өткізгіштігін айтады, оны λ-мен белгілейді.
Λv= Н·V
V-көлем.
Күшті және әлсіз электролиттердің эквивалентті электр өткізгіштігі сұйылтқан сайын артып бір шекті мәнге келгенде тоқтайды, оны λ∞ деп белгілейді және оны шексіз сұйылтқандағы эквиваленттік электр өткізгіштік деп атайды.
Лекция№17.
Электрофоретикалық және релаксациялық эффект.
Жоспары:
1.Электрофоретикалық және релаксациялық эффект.
2.Эквиваленттік электр өткізгіштіктің диссоциация дәрежесімен байланысы.
3.Эквиваленттік электр өткізгіштіктің иондардың қозғалу жылдамдығымен байланысы
Лекция мәтіні:
Ерітінділердің электр өткізгіштігінің кему себебі, олардағы иондардың сыртында
иондық атмосфера болумен байланысты екендігі Дебай-Гюккельдің күшті электролиттер теориясында айтылды. Иондық тежелудің 2 түрі болады:
Электрофоретикалық тежелу.
релаксациялық тежелу.
Электрофоретикалық тежелудің себебі электр өрісінде катиодар мен аниондар өздерінің иондық атмосферасына қарама-қарсы бағытта қозғалады. Бірақ екінші жағынан ионның қозғалу барысында иондық атмосфера сейіледі.ион жаңа орынға келгенде ол бірден қалыптаса қоймайды.Бұл жаңа орында зарядтың тығыздығы төмен болады. Ионның арқасында керсінше зарядтың тығыздығы жоғары болады. Осы құбылыстар нәтижесінде болатын ионның тежелуін релаксациялық тежелу деп атайды. Осындай кедергілердің тежелулердің нәтижесінде электролиттің концентрациясы жоғарылаған сайын оның эквиваленттік электр өткізгіштігі төмендейді. Эквиваленттік электр өткізгіштік температураға байланысты болады.Температура жоғарылаған сайын көпшілік электролиттерде эквиваленттік электр өткізгіштігі жоғарылайды. Бұл жоғарылаудың сызықтық сипаты болады.
λТ = λ 291 [1+ V(T-291)
Мұндағы λТ- белгілі бір температурадағы эквивалентті электр өткізгіштік, λ 291- 2910С температурадағы эквивалентті электр өткізгіштік, Т – термодинамикалық температура, V- өткізгіштің температуралық коэффициенті. Температура 10С-қа көтерілгенде эквивалентті электр өткізгіштік 2-2,5 0/0-ке жоғарылайды.
Ерітінділердің электр өткізгіштігіне арнап, С.Аррениус формула шығарды.Бұл формуланы қорытып шығару үшін екі ғана ионнан тұратын беймарлы электролиттерді мысалға аламыз.
Ерітінді де с кмоль/м3 еріген зат болсын. Диссоциациялану дәрежесі α аниондар мен катиондардың жылдамдығын Uа ,Uк деп белгілейік.ерітіндінің көлденең қимасы S м2 болатын цилиндрлік формалы ыдыста орналасқан. Электродтардың арақашықтығы 1м деп болжайық.Электродтарға тұрақты потенциалдар айырымы Е таңылған кезде иондар қарама-қарсы зарядталған электродтарға жылжи бастайды. Олардың байқалатын жылдамдықтары мынаған тең болады.
Uк= Uк Е/ l; Uа = Uа Е/ l;
Мұндағы Uк- катионның байқалатын жылдамдығы, Uа- анионның байқалатын жылдамдығы, Uк бұл катионның абсолютті жылдамдығы, Uа анионның абсолютті жылдамдығы, Е электр қозғацшы күш, l – электродтардың ара қашықтығы
Электролит ерітіндісі арқылы 1 сек уақыт аралығында электр тогы өт αc ті деп санап, иондардың тарқалуын қарастырсақ, А,А1 қима аудан арқылы SUк м3 көлемдегі барлық иондарды есептеп табуға болады. 1м3 берілген ерітіндіде αc иондар болады. Сонда А,А1 аудан арқылы SUк αc катион, SUа αc анион өтеді.


SUк αc + SUа αc = S αc (Uк + Uа ) (1)
Иондардың жалпы санын S αcЕ / l (Uк + Uа ) ретінде өрнектейміз. Иондардың 1 моль эквивалент массасы 1 сек-та 96500 Кл электр зарядын тасымалдайды. Бұны (Ғ) Фарадей саны деп атайды. Ал барлық иондар 1 сек-та Ғ S αcЕ / l (Uк + Uа ) (2) электр зарядын тасымалдайды.
Физика курсынан 1 сек ішінде өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін электр зарядының мөлшерін ток күші деп атауы да белгілі. Олай болса І = Ғ S αcЕ / l (Uк + Uа ) (3)
І =Е/R; L = 1/R=Н
Екі теңдеуді біріктірсек, мынадай формула шығады:
І = Н SЕ/ l (4)
4-ші теңдеудегі І мәнін 3-ші теңдеуге қойсақ,
Н SЕ/ l = Ғ S αcЕ / l (Uк + Uа ) (5)
Н= Ғ αc / l (Uк + Uа ) (6)
λV =Н/C болғандықтан, λV= Ғ α (Uк + Uа ) (7)
Лекция №18.
Иондардың тәуелсіз тасымалдану заңы.
Жоспары:
иондардың тәуелсіз тасымалдану заңы.
Әлсіз электролиттердің диссоциация дәрежесін анықтау әдістері.
Күшті электролиттердің электр өткізгіштігін анықтау әдістері.
Лекция мәтіні:
Ерітіндінің эквивалентті электр өткізгіштігі сұйылту кезінде электролиттің диссоциациялану дәрежесіне және катион мен анионның абсолюттік жылдамдықтарының көбейтіндісіне тура пропорционал. Фарадей саны мұнда пропорционалдық коэффициенті. 7-теңдеуді Аррениус теңдеуі деп атайды. Одан көптеген өте маңызды салдарлар шығады.
Эксперимент нәтижелері негізінде Кольрауш сұйытылған ерітінділерде әрбір ион өзі эквиваленттік электр өткізгіштігінің белгілі бір үлесін қосады немесе эквивалентті электр өткізгіштік катион мен анионның өткізгіштіктерінің қосындысы болып табылатындығы туралы қорытындыға келді.
λ∞ = lа +lк
Мұндағы λ∞ - шексіз сұйылтқандағы эквивалентті электр өткізгіштік, lк
катионның өткізгіштігі немесе қозғалғыштығы, lа – анионның өткізгіштігі немесе қозғалғыштығы.
«Кольрауш заңы» шексіз сұйылтқанда эквивалентті электр өткізгіштік берілген электролиттің катион мен анионының қозғалғыштығының қосындысына тең.
Кольрауш заңынан шығатын салдар:
«Үш электролиттің өткізгіштігін біле отырып, төртінші электролиттің электр өткізгіштігін есептеп табуға болады.
λ∞(КСІ) = lк+ + lСІ-
λ∞ (NaCl) = lNа + lСІ-
λ∞( КСІ) - λ∞ (NaCl) = lк + lNа
λ∞(КҒ) =lк + lҒ-
λ∞(КҒ) - λ∞(КСІ) + λ∞( NaCl) = lNа + lҒ-
lNа + lҒ- =λ∞(NaҒ).
λ∞(NaҒ) =11,25 – 13,01 + 10,90 =9,025.
Осылай есептеп шығарылған өткізгіштік эксперимент нәтижесімен тура келеді.
Электролиттердің эквивалентті электр өткізгіштігі сұйылтуға тікелей байланысты болады.
λV =α (lк + lа) (1)
(lк + lа) орнына Кольрауш теңдеуіндегі λ∞ мәнін қоямыз.

λV =α λ∞ (2)
α = λV/ λ∞ = λV / lк + lа (3)
3-ші теңдеу әлсіз электорлиттер үшін ,ал күшті электролиттер үшін
fλ = λV / λ∞
формуласы қолданылады. Мұндағы fλ – электрлік өткізгіштік коэффициенті, ол электролиттің берілген концентрацияда тәжірибе жүзінде теориялық есептелгеннен өткізгіштіктің неше есе кем екендігін көрсететін шама.
№19.
Химиялық реакциялардың жылдамдығы.
Жоспары:.
1.Химиялық кинетика.
2.Реакция жылдамдығы.
3.Химиялық реакциялардың жылдамдық константасы.
4.Химиялық реакциялардың жіктелуі.
Лекция мәтіні:
Химиялық кинетика деп - химиялық реакциялардың жылдамдығы және оның әртүрлі факторларға әрекеттесуші заттар табиғатына қысым, температура және катализаторларға тәуелділігін зерттейтін физикалық химия саласын айтады.
Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз – уақыт бірлігіндегі әрекеттесуші заттардың концентрациясының өзгеруі. Концентрацияны көлем бірлігіндегі моль санымен уақытты секундпен белгілеген.
∆t =t1-t2.
Уақыт аралығында әрекеттесуші заттар концентрациясы ∆С=С1 – С2 өзгерсе,онда реакцияның орташа жылдамдығы
Vорт = - ∆C / ∆t; (1)
Математикалық түрде нағыз реакция жылдамдығын V = + dc/d (2) деп белгілейді.Реакцияға қатысатын заттар үшін dc/d < 0, өнімдер үшін dc/dt > 0 әрекеттесуші массалар заңы бойынша реакция жылдамдығы берілген уақыт мезетіндегі әрекеттесуші заттар концентрациясына тура пропорционал.Сондықтан А→В типті реакциялар үшін
V = - dcА/dt =kСА (3)
k-химиялық реакция жылдамдығы константасы деп аталатын пропорционалдық коэффициент.
mА + nk→рс
V = - dcА dcВ/dt = kСАm СВn
СА,СВ – А және В заттардың берілген уақыт мезетіндегі концентрациясы. K-ны және реакцияның меншікті жылдамдығы деп те атайды, ол С,Т, катализаторға, ортаға байланысты болады.
Химиялық реакциялардың жіктелуі.
Барлық кинетикалық реакциялар молекуладағы және реттілігі бойынша ажыралады. Молекулалық дегеніміз – химиялық әрекеттесудің әрбір элементар актігіне қанша молекула қатысатынын көрсететін сан.
1.Молекулалық реакция деп актісіне жалғыз молекула қатысатын реакцияларды айтады.
І2 =2І 86Ra226 →86Rn 222 +2He4
СН3N2СН3 = С2Н6 + N2
2.Биомолекулалық реакция деп элементарлық актісіне екі молекула қатысатын реакцияларды айтады.
Н2 + І2=2НІ
NOI+NOI=2NO+I2
СН3ОН + СН3СООН →СН3СО-О-СН3 + Н2О т.б.
3.Үшмолекулалық реакция деп элементарлық актісіне үш молекула қатысатын реакцияларды айтады.
2NO + О2→ 2NO2
Лекция№20.
Реакциялардың реттілігі мен молекулалығы
Жоспары:
1.Бірінші ретті химиялық реакциялар және олардың кинетикалық теңдеуі.
2.Екінші ретті химиялық реакциялар.
3.Күрделі реакциялар.
Лекция мәтіні:
Реакциялардың реттілігі деп жалпы түрде экспериментальды жолмен табылған кинетикалық теңдеулердегі реагент концентрациясының дәрежелік көрсеткішінің қосындысын айтады. Мысалы:
n 1А + n 2В = n3 С + n4Д реакция үшін реакцияның реті n = n1 + n2. реакцияның молекулалығы мен реттілігі сәйкес келе бермейді. Мысалы:
СН3СООС2Н5 + Н2О → СН3СООН + С2Н5ОН
С12Н22О11 + Н2О →С6Н12О6 + С6Н12О6
Реакцияларда судың концентрациясының өзгеруі өте аз, сондықтан реакция жылдамдығы эфир мен қант концентрациясының өзгеруіне ғана тәуелді болып, ол мономолекулалық реакция кинетикасына бағынады.
1.Бірінші ретті реакциялар. Мұндай реакцияларға V = kc (3) теңдеумен сәйкес келетін реакциялар жатады. (3) теңдеу бойынша
- dc/dt = kс (4)
Егер де а-затының реакцияға дейінгі бастапқы концентрациясы (а-х) реакция соңындағы концентрациясы х-t уақыт ішіндегі әрекеттескен заттың моль саны болса,
-d (а-х)/dt = + dх / dt = k(а-х) (5)
Бұдан
dх / dt = k dt (6)
ln (а-х) = kt + const (7)
const – интегралдық тұрақтысы (х =0, t =0 болғанда) ол мәндерді 7-ші теңдеуге қойсақ, const t =- ln V (8)
ln(а-х) = k t- ln а
Бұдан
k = 1/ t ln а/ а-х (9)
Натурал логарифмнен ондық логарифмге көшсек,
k = 2,303 / t lqа/а-х (10)
k - өлшемі t-1 бірінші ретті реакциялар үшін жартылай ыдырау периоды τ (тау) деген шама қолданылады. Бұл кезде х =а/2; k =2,303/ τ lqа/ а-а/2 =2,303/ τ lq2 (11)
lq2 =0,301, сондықтан
k =0,6932/ τ (12)
2.Екінші ретті реакцияға А + В = С текті қосылу А + В = С+Д текті алмасу,айырылут.б. реакциялар жатады.Екінші ретті реакциялар мынадай теңдеумен сипатталады.
V = +dx / dt = k(а-х)(в-х) (13)
k – реакция жылдамдықтың константасы. А-х затының в-х затының реакция басындағы моль саны х - әрекеттесетін моль саны екі түрлі жағдайда болуы мүмкін. а=в және а =/в
1. а=в жағдайда әрекетесуші заттар концентрациясы бірдей болғандықтан,
+dx / dt =k (а-х)2 (14)
Интегралдық және айнымалыдан бөлсек,
∫ dx/ (а-х)2 =k∫dx (15)
Бұдан
1/ а-х =kt + const (16)
х =0, t =0 болғанда const =1/а const мәнін 16- шы теңдеуге қойсақ,
1/ а-х =kt + 1/а (17)
k=1/t х/ а(а-х) (18)
Бұл k – ның өлшемі t-1с-1
3.Күрделі реакциялар деп – жалпы кинетикалық теңдеу бойынша жылдамдық константасы болатын реакцияларды айтады. Күрделі реакцияларға қайтымды, паралель, бейтәртіп жүретін, қосарланған тізбектің таралу реакциялар жатады.
1. Паралель реакциялар : А →В→С;
6НСІО3 → 2НСІ +3О2
6НСІО3 →3НСІО4 + НСІ
А →В→С →Д бейтәртіп жүретін реакциялар.
С18Н32О16 + Н2О →С6Н12О6 + С12Н22О11
С12Н22О11 + Н2О→ С6Н12О6 + С6Н12О6
3. Қосарланған реакциялар:
А + В→М ҒеSО4 + Н2О2 →Ғе (SО4) + Н2О2 + О2
А +С → N НІ + + Н2О2 →І2 + + Н2О + О2
4.Қайтымды реакциялар:
А + В →А1 + В1
СН3СООН + С2Н5ОН →СН3СООС2Н5 + + Н2О
5.Тізбекті реакцияға бос күйдегі радикалдар қатысатын реакциялар жатады.
Лекция №21.
Химиялық реакциялар жылдамдығына температураның әсері.
Жоспары:
1.Реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті.
2.Аррениустың жылдамдық константасы мен температураны байланыстыратын теңдеуі.
3. Активтелу энергиясы, активтелу теориясы.
Лекция мәтіні:
Температура жоғарылаған сайын химиялық реакциялар жылдамдығы артады. Температура өскен сайын жылдамдық константасының мәні демек, реакцияның да жылдамдығы артады. Егер де kt – арқылы берілген реакцияның температурадағы жылдамдық константасын, ал kТ+10к – арқылы сол реакцияның (Т + 10К) температурадағы жылдамдық константасын белгілесек, екінші мәнінің бірінші мәнеге қатынасы реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін береді.
γ = kТ+10к/ kt ; (1)
Вант-Гофф жақындатылған (импирикалық) ережесі брйынша температуралық коэффициент γ-мәні 2-4 шегінде болады, яғни температураны 10К –ге жоғарылатқанда реакция жылдамдығы 2-4 есе артады. Мысалы: температуралық коэффициент 2-ге тең болғанда температураны 100К –ге өсіру реакция жылдамдығын 1024 есе арттырады.
kТ+10к/ kt =210=1024
Демек, температураның арифметикалық прогрессияда өсуі реакция жылдамдығының геометриялық прогрессияда арттырады. Бірақ практикада γ мәні қатты жоғарылағанда күшті кеміп, тек салыстырмалы қысқа температура интервалында ғана орындалады. Сондықтан химиялық реакцияның жылдамдық константасының температура тәуелділігінің нақтырақ байланыстылығын 1889 жылы С.Аррениус тапты.Аррениустың теңдеуі оңай жазылады.
lnk = В – А/Т; (2)
Мұндағы k – реакция жылдамдығының константасы, Т – термодинамикалық температура, А мен В – берілген реакция ғана үшін тән болатын тұрақтылар.
2-ші теңдеуден көріп тұрғанымыздай k – мәні кері температураға сызықты тәуелділікте болады.
Lnk =f (1/Т); (3)
А мен В мәнін графиктік жолмен табуға болады, А =tgα, ал В мәні ордината осіндегі қисықтың проекциясы. Осындай жолмен А мен В тауып берген реакция үшін жылдамдық константасын кез келген температурада табуға болады.
2-ші теңдеудегі А мәні химиялық процестің активтелу энергиясын Е сипаттайды.
Кез келген химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші молекулалардың соқтығысу санына байланысты болады. Бірақ барлық соқтығысу әрекеттесуге алып келмейді. Бұл құбылысты Аррениустың активтелу теориясы түсіндіреді. Бұл теория бойынша тек молекуланың орташа энергиясынан жоғары энергиясы бар молекулалар ғана реакцияға қабілетті. Осындай артық энергияны активтелу энергиясы деп атайды. Оны кДж/кмольмен өрнектейді.
Активтелу энергиясының мәні молекула құрылысына және оның реакцияға түсетініне байланысты, басқа сөзбен айтқанда, әрбір химиялық реакцияның өзіне тән активтелу энергиясының мәні болады. Мысалы:
2НІ → Н2 + І2, Е =185,77
С2Н4 + Н2→ С2Н6 , Е =182,00
Н2 + І2→2НІ , Е=167,36
2NO2→2 NO + О2, Е =133,89
Молекулалардың активтелу энергиясын сыртқы факторлар әсерінен (температураны жоғарылату, жарық энергиясы, катализатор) төмендетуге болады.Активтелу энергиясы молекулаларда әртүрлі көрінеді. Олар қозғалады, атомдар молекулада жоғары энергиямен тербеледі..
Мына графикте бір күйден екінші күйге өту экзотермиялық болса, энергетикалық деңгейлер айырымы Q реакцияның жүру эффектісі болып табылады.К энергетикалық деңгейі молекулаға түсу үшін қажет болатын ең аз энергия мәні. Демек, жүйе бірінші күйден екінші күйге өту үшін энергетикалық барьерден өту керек.
5.Демек, активтелу энергиясы жоғары болған сайын реакция баяулау жүреді. Активті соқтығысу теорияда Аррениус акивті молекуланың санын Максвелл – Вольциан заңы бойынша табуға болатындығын көрсетті.
Nа =Nжалпы - l=Е / kТ
Nа – активті молекулалар саны, Nжалпы – жалпы молекулалар саны, l- натурал логарифм негізі, k – универсал газ тұрақтысы, Т – термодинамикалық температура.
4-ші теңдеуді мынадай түрге келтіруге болады:
k = k0 l – Е / kt логарифмдеген сан.
lnk = lnk0 – Е / kТ
k – кәдімгі жағдайдағы реакция жылдамдығы, k0 – барлық соқтығысу реакцияға алып келгендегі реакция жылдамдығы.
2 және 4 – ші теңдеулерді салыстыра келе Аррениус теңдеуіндегі константасының физикалық мағынасын түсінуге болады.
А =Е/ k процестің активтелу энергиясын (Е) сипттайды.
В = lnk0 – бір секундтағы көлем бірлігіндегі соқтығысу санын көрсетеді.
Егер де Т1 және Т2 температуралардағы k1 және k2 белгілі болса 4-ші теңдеуден Е – ні табуға болады.
Lnkт2 / kТ 1 =Е/ k (1/Т1 – 1/Та)
Натурал логарифмді ондық логарифмнен алмастырып, k – мәнін қойсақ:
Lg kТ2 / kТ 1 = Е/ 19,149 (1/Т1 – 1/Та)
Яғни температура жоғарылаған кезде жылдамдықтың артуын молекуланың орташа кинетикалық энергиясы өсуінен ғана емес, сонымен қатар реакуияға қабілетті активті молекулалық үлесі өсуімен түсіндіруге болады.
Лекция №22. Гомогенді және гетероген катализ.
Жоспары:
4.Гомогенді және гетерогенді катализ.
5. Активаторлар мен ингивиторлар.
6. Автокатализдік реакциялар.
Лекция мәтіні:
Реакция жылдамдығын өзгертіп, реакция соңында өзгеріссіз қалатын заттар катализатор деп аталады.
Егер де катализ нәтижесінде реакция жылдамдығы артса теріс катализ деп аталады.
Егер де химиялық процесс нәтижесінде катализатор түзілсе, онда процесс автокатализдік деп аталады.
СН3СООС2Н5 + Н2О → СН3СООН + С2Н5ОН
Катализатордың әсерін кемітетін заттарды ангивиторлар немесе каталитикалық улар деп атайды.
Катализатормен әрекеттесуші заттар біртекті жүйе құрап, бір фазада болса гомогенді катализ, ал әр түрлі фазада болса гетерогенді катализ деп атайды.
Химиялық реакциялар жылдамдығы катализаторлар жәрдемінде реттелуі мүмкін. Реакцияның жылдамдығын өзгерту,бірақ реакцияның соңында сапалы және сандық түрде өзгеріссіз тұратын заттарды катализаторлар деп атайды. Катализатор қатынасуында химиялық реакциялар жылдамдығының өзгеруін катализ деп атайды.
Катализ табиғатта кең тарқалған.Мысалы, сырды қайнату катализ процесіне жатады.Қамырды ашыту, ашытқылар катализатор болады.
Әртүрлі заттар катализатор болуы мүмкін және катализатор әртүрлі агрегаттық жағдайда болуы мүмкін газ, сұйық, қатты болуы мүмкін. Катализаторлар тұздар, қышқылдар, негіздер, оксидтер, метталл, әр түрлі органикалық, анорганикалық газ күйіндегі заттар болуы мүмкін.
Кейбір жағдайларда әр түрлі аралықтарда катализатор рөл ойнайды. Кейбір жағдайларда да реакция өнімінің өзі катализатор болуы мүмкін. Радиациондық араласпаға катализатор қосқанымызда химиялық реакцияның жылдамдығы асатын болса, мұндай катализді оң катализ деп атайды.
2КІ + Н2О2 = I2 +2KOH
Егер де катализатор қосқанда реакцияның жылдамдығы төмендесе, ондай катализді теріс катализ деп атайды. Жылдамдықты төмендетуші катализаторды кейбір жағдайда да ингивиторлар деп атайды. Сутегі пероксиді кейбір жағдайларда да ыдырайды.
2Н2О2 = Н2О+O2
Егер де осы реакцияға ацепт анилит органикалық реактивті қоссақ, ол уақытта ыдырау тоқтайды. Бұл уақытта ацет анилит ингивитор болады. Кейбір жағдайларда катализаторлар реакцияның жүруінде пайда болады. Мұндай реакциялар автокаталитикалық деп атайды, ал құбылыстың өзі автокатализ деп аталады.Автокатализ уақытында бастапқы уақытта реакция жылдамдығы өте аз болады.
Катализатор өнімі көбейген сайын реакция жылдамдығы күшейе береді.Бірақ белгілі бір максималға жеткеннен кейін реакцияға кірісуші заттар концентрациясының азаюына байланысты реакцияның жылдамдығы қайтадан төмендей бастайды. Мұндай автокатализ реакциясына мысал сірке этил күрделі эфирінің гидролизін жазсақ болады.
СН3-СОО-С2Н5 + Н2О =CH3COOH+C2H5OH
Бұл реакцияда катализаторлар рөлін сірке қышқылы және сутегі ойнайды.Кейбір жағдайларда заттардың араласпасын күшті катализаторлық рөл ойнайды. Мысалы,
Ғе2О3 +Ві2О3
Аммиактың азот оксидіне айналу реакциясында катализаторлық рөл ойнайды. Алдыңғы уақыттарда бұл реакцияларда қымбат платина ойнайтын еді,бұл екі араласпа арзан. Ал азот оксиді көп мөлшерде азот қышқылы алуда қолданады.
Кейбір жағдайларда өздері актив болса да, кейбір заттарды катализаторға қосқанда олардың катализаторлық активтігін асырады. Мұндай қосымша заттарды прамотрлар немесе активтенуші зат деп атайды.
Катализдік реакуияларда катализатордың әсер ету механизмін көпшілік жағдайларда әсерлесуші заттардың катализаторлармен әсерлесіп аралық актив комплекстердің пайда болуы арқылы түсіндіреді. Мысалы:
А + В =АВ
Бұл реакцияның жылдамдығы төмендегі басқыштармен жүреді:
а) А + кат → А кат
б) А кат + В → АВ + кат
Көпшілік катализ процесі осы механизм арқылы амалға асады. Осылайша аралық комплекстердің пайда болуы катализ реакцияның активтену энергиясын азайтып жібереді. Нәтижесінде реакция өте оңай амалға асады.
Лекция №23.
Катализаторлардың негізгі қасиеттері және катализге әсер ететін факторлар.
Жоспары:
Катализатордың қасиеттері.
Дисперстік дәрежесі.
Катализатор белсенділігіне әр түрлі факторлар әсері.
Лекция мәтіні:
Катализаторлардың өздеріне тән ерекшклігіне таңдамалылық, арнайылылық, яғни белгілі бір реакцияға немесе реакция топтарына әсер ететін қасиеті жатады. Кейде бір түрлі бастапқы заттардан әр түрлі катализаторлар қолдану арқылы әр түрлі өнімдер алуға болады. Мысалы:
СО + Н2 →СН2О (1)
СО + Н2 →СН3ОН (2)
СО + Н2 →жоғары спирттер (3)
СО + Н2 → СН4 + О2 (4)
СО + Н2 →қатты парафиндер (5)

Катализатордың екі маңызды қасиеттеріне, оның катализдейтін реакцияның активтелу энергиясын төмендету қасиеттері жатады. Реакуияға катализатор қатысқанда аралық өнімдер түзіледі. Сондықтан процесс анағұрлым төмен активтелу энергиясы мәнінде өтеді. Каталитикалық процестердегі активтелу энергиясының төмендеуінің себебі ғылымға әлі белгісіз. Тәжірибе көрсеткендей сутегі пероксидінің айырылу реакциясына катализаторсыз 75,312 кДж/мольге дейін, ал фермент катализаны қолданғанда 23,012 кДж/мольге дейін төмендейді.
2Н2О2 →2Н2О + О2
Каталитикалық реакцияның жылдамдығына катализатордың дисперістік дәрежесі қатты әсер етеді. Катализатордың дисрепістік дәрежесі жоғарылаған сайын оның белсенділігі артып, белгілі бір дисперістік дәрежеге дейін созылып, одан соң кемиді. Себебі жүйенің гетерогенділігі жойылады. Катализатордың белсенділігіне дисперстік дәрежеден басқа да факторлар әсер етеді.
1.Температураның әсері. Температура жоғарылаған сайын каталитикалық реакциялардың жылдамдығы артады. Температураның жоғарылауы катализатордың белсенділігіне қарай әсер ете қоймай, сонымен қатар кейде каталитикалық реакцияның бағытына да әсер етеді. Кез келген каталитикалық реакцияның температуралық оптимумы болады.
2. Қысымның әсері. Көлем өзгере жүретін каталитикалық реакцияларға қысымның артуы оң әсер етеді. Кейбір жағдайларда көлем өзгермейтін реакцияларға да қысым оң әсер етеді. Себебі, әрекеттесуші молекулалардың эффективті соқтығысу сандары артады.
3. Еріткіштің әсері. Еріткіштің табиғатына байланысты каталитикалық реакциялардың жылдамдығы әжептеуір өзгеруі мүмкін. Бұл құбылысты толық түсіндіретін теория әлі жасалған жоқ. Бірақ жоамал бойынша еріткіштің полярлы молекуласы әсерінен әрекеттесуші заттар белсенді иондалған күйге өтеді.

№24. Гетерогенді катализ теориялары және ферментативті катализ.
Жоспары:
Гетерогендік катализ теориялары.
Ферментативті катализ, ферменттер.
Ферментативті катализдің ерекшеліктері.
Лекция мәтіні:
Гетерогендік катализ теорияларының катализдің себебі мен механизмін түсінуде тәжірибе санымен ашылған 2 жалпы тұжырымның маңызы ерекше.
Катализ әрекеттесуші заттардың катализатор бетіндегі адсорбцияланумен байланысты.
Каталитикалық реакцияларда катализатордың бүкіл беті емес, активті орталық деп аталатын азғантай бөлігі ғана қатысады.
Адсорбция гетерогенді катализдің маңызды кезеңдеінің бірі. Адсорбция кезінде катализатор бетінде әрекеттесуші молекуланың құрылымдық энергетикалық күйлерінде бірталай өзгерістер болып, олардың реакция қабілеттілігі өзгереді. Бұл кезде молекулалар деформацияланып, олардағы химиялық байланыстар әлсірейді. Сөйтіп, катализатордың бетіндегі адсорбциялық күш өзгерісіне түскен молекулада хемосорбция процесі жүреді.
Қазіргі уақытта катализатордың активті орталығын және жалпы гетерогенді катализ құбылысын түсіндіретін бірнеше теориялар бар. Олардың ішіндегі ең негізделгендеріне А.А. БАландиннің «мультифлетті» теориясы, М.И.Кобузевтің «Активті ансамбльдер» теориясы , С.З. Рогинскийдің «Электрлік химиялық» теориясы жатады.
Мультифлетті теорияның негізінде катализатор бетінің актицті учаскелеріндегі атомның орналасуы мен әрекеттесуші молекулалардың құрылымының сәйкестігі жатыр.
Мультифлет деп аталатын активті ортаның дұрыс геометриялық конфигурациясы болады, ол катализатордың кристалдық торларына байланысты болады. Адсорбция молекула осындай мультифлетке оның индекс топтары мультифлеттің әртүрлі атоммен байланыстыратындай болып отырады. Нәтижесінде адсорбцияланған молекуласының деформациясы жүреді.
Активті ансамбльдер теориясы бойынша каталитикалық белсенділік танытқан бірнеше атомнан тұратын кристалдық емес аморфты түзілімдер болып табылады. Осы атомдар кіші топтарға, ансамбльдерге (2-3 атом) бірігіп активті орталықтар түзеді.Мысалы: көмірге, асбестке, алюмогельге жалатылған темір катализатор ретінде қызмет еткенде олардың бетінде бірнеше темір атомынан тұратын ансамбльдер түзіледі. Катализатордың белсенділігі мен арнайылығы ансамбль саны және олардың өзара орналасуымен анықталады.
Электронды – химиялық теория нағыз заманауи теория . Бірақ ол жетілдіруге мұқтаж теория катализ механизмін катализатор ішіндегі және оның бетіндегі электрондық деңгейлер тұрғысынан түсіндіреді. Катализатор бетінде еркін электрондар болады, оның беттерінің электрлік қасиеттері адсобцияланған молекулаларды деформациялап, олардағы байланыстарды үзіп және қайта құруға әсер етеді. Катализатормен әрекеттесуші заттың қарым қатынасына қарай барлық каталитикалық реакциялар тотығу-тотықсыздану және қышқылдық негіздік болып бөлінеді. Барлық тотығу – тотықсыздану реакциялары негізінен металдармен (Ғе,Ni,Pt), жартылай өткізгіштермен (V2О5,Сr2О3) катализденеді.
Қышқылдық, негіздік реакцияларды катализ протон өтуі нәтижесінде жүзеге асады. Катализатор ретінде бұл кезде әр түрлі оксидтер (ТіО2,АІ2О3) күшті қышқылдар және негіздер қызмет етеді.
Ферменттер катализатор ретінде. Тірі организмде өтетін биохимиялық реакциялар биокатализатор, ферменттер қатысында өтеді. Ферментативті катализдің химиялық катализден принципті ерекшеліктері болады.Бұл ерекшеліктер мынадай:
1.Каталитикалық белсенділік. Белсенділігі бойынша биологиялық катализаторлар химиялық катализаторға қарағанда миллиондаған есе белсендірек болады. Мысалы, 1 моль сахароза ферменті 1 секундта 1000 моль қызылша қантын ыдырата алады.
2.Жоғары химиялық арнайылық ферментінің арнайылығы абсолюттік және стереохимиялық болып бөлінеді. А.а. Мысалы: уриаза тек мочевинаны гидролиздейді. С.а. фермент органикалық қосылыстардың тек арнайы стереоизмерлеріне әсер етеді.
3.Инактивтелу реакция барысында ферменттің құрылысы бұзылады.
4. Ферменттер құрылысының күрделілігі. Олар белоктар апофермент, кофермент бөліктерден тұрады.
5.Сыртқы факторлар әсері.
Лекция №25.
Гетерогенді катализ.
Жоспары:
Гетерогенді катализ ерекшеліктері
Гетерогенді катализ сатылары
Гетерогенді катализдің механизмі мен себептері
Ленкция мәтіні:
Гетерогенді катализ деп әрекеттесетін реагент пен ондағы катализатор әр түрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гетерогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды күйінде болады. Мұндай реакциялар екі фаза аралығында, яғни фазалық бетте, катализатордың бетінде жүреді. Гетерогенді катализде катализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерекшелігі мен құрылысы, химиялық құрамы мен беттік сипатының маңызы зор. Мысалы, платина пластинасын сутек пероксидіне батырса, онда ешбір өзгеріс байқалмайды. Ал осы пластина бетін қырып, сосын сутек пероксидіне батырса, реакцияның едәуір жылдам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрінеді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жоғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшемдегідей етіп ұнтақтап салса, реакция қопарылыспен аяқталады.
Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді: әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытта-луы; әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалар-дың химиялық езгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы.Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордың химиялық құрамына, тағы да басқаларға байланысты болады.(олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді).
Қазір жүздеген, мыңдаған каталиттік реакциялар кеңінен зерттеліп, сипаты жағынан топтастырылған, олардың біразы өндірісте негізгі технологиялық процестерде қолданылады.
Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көптеген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне (үстіне) әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализатордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп аталатын жекеленген шағын бөлшектерден тұратын, аса көп емес бөлігінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардың бірі екен. Осындай адсорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан молекулалардың структуралық құрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбцияланған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінің құрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорбция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорб-цияланған реагенттің мономолекуладан тұратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырылады және ол ете тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары болады.
Лекция № 26
Электр қозғаушы күштер
Жоспары:
1. Электродты процестер олардың жіктелуі
2. Гальваникалық элементтер
3. Қос электр қабаты
Лекция мәтіні:
Электродты процестер дегеніміз ерітінділер мси балқымалардағы бірінші текті өткізгіштен әзірленген электродтарда болатын химиялық құбылыстар. Бұл процестерді өзара байланысты екі топқа бөлуге болады. Біріншісі — потенциал айырмашылығының пайда болуы және гальваникалық элементтердегі электр тогы. Екіншісі — ерітінді мен балкыма арқылы тұрақты электр тогы өткенде жүретін химиялық процестер. Мұны электролиз дейді.
Көптеген химиялық реакциялар тотығу-тотықсыздану реакцияларына жатады. Мысалы, мырыш нластинкасын мыс сульфатының98234505751830009857105155765500ерітіндісіне батырғанда, өздігінен жүретін химиялық реакция нәтижесінде мырыш атомы тотықса, ерітіндідегі мыстың ионы то-тықсызданады. Бұл процесте химиялық реакцияның знергиясы жылу энергиясына айналады, ал ондағы тотығу-тотықсыздану процестерін жеке жүргізсе және злектрон алмасуын сыртқы тізбек арқылы жүзеге асырса, химиялық реакцияның энергиясын пайдаланып жұмыс атқаруга болады. Мұндай жағдайда электрохимиялық тізбек ток көзі қызметін атқарады. Электрохимиялық тізбектерге басқа электр энергиясын беріп, электродтардағы химиялық реакцияларды ездігінен жүре бермейтін бағытта жүргізуге болады. Оған, мыстың еріп, мырыштың бөліну реакциясы мысал болады, яғни бірінші реакция электр энергиясын пайдаланғанда кері жүреді екен.
Енді қалыпты жағдайда өздігінен жүретін химиялық реакцияларды пайдаланып, электрохимиялық тізбекті алуға болатын және оның нәтижесінде электр энергиясы алынатын процестерді қарастырайық. Әдетте, мұндай тізбектерді гальваникалық элементтер дейді.
Қазір электрохимиялық процестер қос электр қабатының пайда болуымен түсіндіріледі. Металды сұйыққа, әдетте бір электролит ерітіндісіне салса, онда металл-сұйық шекарасында ион қабаты пайда болады екен. Металл пластинкасындағы электрондар, сол пластинка бетіне, яғни металдың сүйықпен беттескен жеріне жиналады да, ондағы электрондар ерітіндіден өзіне оң зарядталған иондарды (катиондарды) тартып, шоғырландырады.' Олай болса металдың сұйықпен жанасқан бетінде электрон және оған кері катион қабаты түзіледі. Мұны қос электр қабаты дейді . Ондағы электрондар мен иондар, негізінен, жылулык қоз-ғалыс пен электростатистикалық әрекеттесу нәтижесінде диффу-зиялық қозғалыста болады.
Иондардың белгілі бір бөлігі ерітінді мен металл шекарасында тізіліп, металл бетіндегі электрон қабатына астар болады. Ондағы электр қабаттарының әрқайсысының қалыңдығы электролиттегі ион радиусына шамалас. Қалған иондар диффузиялық әсер арқылы алыстау орналасады және ол алыстаған сайын заряд тығыздығы сирей түседі.Сонымен ерітіндіге салынған металл иондары қатарынан екі күш ықпалында болады: су молекуласы мен металл иондарының арасындағы электростатистикалық тартылыс гидратация құбылысы) және кристалл торының беріктігімен аиықталатын метал-дағы электрондық газдар тарабынан болатын электростатистикалық тартылыс. Әрине, металдың кристалдық торы неғұрлым берік болса, металл ионының да ерітіндігеауысуы солғұрлым қиындау болатыны түсінікті. Сол сияқты гидротациялау энергиясының шамасы жоғарылаған сайын, су молекуласы да металл иондарымен белсенді әрекеттеседі және ерітіндіге жеңіл ауысады.
Осы жоғарыда келтірілген, бір-біріне қарама-қарсы екі күш әсерінен металдың сумен әрекеттесуі тек үстіртін ғана, беттік сипатта қалады және ол металл — су аралығында ғана болады. Металдың суда мүлдем нашар еритіндігіне қарамастан, осы шекарада металл иондарының концентрациясы айтарлықтай бар болады екен. Сондай-ақ металл электрондарына ерітіндіден тартылған катиондар металдың кристалды торындағы электростатистикалық тартылыс салдарынан тек шектелген, металл бетінде шамалы ғана тербелетін кинетикалық қозғалыста болады. Бұл катиондарды гидратталған иондар дейді және олар металдың кристалды торымен берік байланысады.
Лекция 27 Қос электр қабаты және оның қасиеттері
Жоспары:
Электродты потенциал
2.Металл пластинкасын өз тұзының судағы ерітіндісіне салғандағы үш түрлі жағдай
3.Металл бетінің зарядталуы
Лекция мәтіні:
Металл бетін қорғайтын, металл — су фаза аралығында қос электр қабаты туындайды. Шекарада пайда болатын потенциалдардың айырмасы электродты потенциал деп аталады. Ол латынның мүмкіншілік, қуаттылык деген сөздерінен алынған.
Егер сұйық орта су болса, онда жалпы алғандағы барлық металдарға арналған көрініс және құбылыс біртекті болып келеді: металл теріс зарядталады, ал оған шекаралас сұйық оң зарядталады. Бірақ та бұл құбылысты зерттеп, ондағы потенциалдарды өлшесе, олардың мәні әр түрлі екен. Оған басты себеп, біріншіден, металдың кристалдық торындағы байланыс күштерінің әр түрлі болуы, екіншіден, ондағы катиондардың әр түрлі гидраттануы.
Ал металл пластинкасын өз тұзының судағы ерітіндісіне салса, мынадай үш түрлі жағдай болуы мүмкін:
1.Ерітіндідегі металдың бастапқы берілген ион концентрация-сы С металл пластинкасын ерітіндіге енгізгеннен кейін орнағантепе-теңдікке сәйкес келетін концентрациядан С0 аз (С<С0). Мұн-дай жағдайда екі процесс те қатарынан жүреді; әуелі металл ері-тіндіге ауысады:
Ме^Ме+ + е-(а)
және ерітіндіден металл бөлінеді:
Ме+ + е-+*Ме(б)
Жалпы процестің шарты С<С0 болғандықтан, жоғарыдағы екі процестің біріншісі басымырақ жүреді, яғни металл ерітіндіге ауысып, электрон бөлінеді. Мұның нәтижесінде ерітіндідегі металл пластинкасыныц беті теріс, ал оған жанасып жатқан ерітінді қабаты оң зарядталады.
Берілген ерітіндідегі металл ионыныц концентрациясы оған мсталл пластинкасын салған соң орнаған тепе-теңдік жағдайындағы концентрациядан артық, яғнн С>Са. Мұнда ерітіндіден металл иондары бөлініп, пластинка бетіне жиналады. Бұл процесс жүруі үшін, бөлінетін металл катионы өзіне электрон қосып алуы керек. Системада электр көзі, яғни электрон беретін орын жоқ болғандықтан, металл бетінде катион қалады, сөйтіп ерітіндіге салынған металл пластинкасының үсті оң зарядталады.
Берілген ерітіндідегі металл ионыныц концентрациясы оған тең болғандағы жағдайда динамикалық тепе теңдік орнайды.
Лекция 28
Гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші.
Жоспары:
Гальваникалық элементтің жұмысы
Гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші
Якоби-Даниэль гальваникалық элементінің жұмыс жүйесі
Лекция мәтіні:
Гальваникалық элемент дегеніміз химиялық реакциялардың энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын қондырғы. Гальваникалық элемент өзара сыртқы өткізгіш арқылы жалғасқан екі металл пластинкасы енгізілген және өзара жанасатын екі электролит ерітіндісінен тұрады. Электр тогын беретін гальваникалық элемент теңсіздік күйінде болады. Ондағы ток күші азайған сайын, екі электрод арасындағы потенциал айырмасы артады. Ал, егер гальваникалық элементтегі электр тогының күші шексіз аз және система тепе-теңдік жағдайында болса, онда мұндай гальваникалық элемент қайтымды жұмыс істейді. Гальваникалық элемент қайтымды жұмыс істеген кезде алынатын барынша үлкен потен-циал айырмасы осы элементтің электр қозғаушы күші (эқк) деп аталады.
Егер системадағы процестердің кемінде біреуі термодинамикалық қайтымсыз болса, онда мұндай гальваникалық элемент те қайтымсыз. Қайтымсыз элементке мысал Якоби-Даниэль гальваникалық элементі болады. Ол мыс купоросының ерітіндісіне мыс, мырыш сульфатының ерітіндісіне мырыш пластиналары енгізілген системадан тұрады. Ол элементті схема түрінде келесідей өрнектеуге болады:
Си | Си3041 12п50412п
ЕсиЕ~п
103
9738360378269500Схемада екі фазаның беткі шекарасы, мысалы мыс және мырыш пластинасы мен оларға сәйкес ерітінділері тік сызықпен шектеледі. Сондай-ақ бұл сызық осы арада потенциал айырымы пайда болатынын, яғни электр қозғаушы күштің туындайтынын көрсете-ді. Ал екі ерітінді арасы екі тік параллель сызықпен бөлініп көрсетіледі. Мұнда да екі ерітінді иондарының диффузиялық жылдамдығы бірдей болмағандықтан, потенциал айырымы пайда болады. Оны диффузиялық потенциал дейді және электр қозғаушы күшті есептегенде ескерілмейді. Стандартты (нормальды) потенциал шамасы оң болатын металды схеманың сол жағына жазады да оң электрод дейді, ал екінші металды оң бөлігіне жазып, теріс электрод дейді.
Металл — электролит фаза аралығында қос электр қабаты пайда болады, металдың сұйықпен жанасқан беткі қабаты теріс зарядталады, ал металл электродқа жанасатын ерітінді қабаты оң зарядталады. Гальваникалық тізбек тұйықталмай тұрған кез-де, мырыштың электролитте еру процесі тепе-теңдік күйге тез жетеді де, тоқтап қалады. Мырыш электродты мыс электродпен сыртқы өткізгіш арқылы жалғастырса, онда мырыш электродында жиналып қалған артық электрондар сыртқы сым арқылы мыс электродына өтеді және осы кезде тізбекте пайда болатын электр тогы гальванометр кемегімен өлшенеді . Якоби-Даниэль гальваникалық элементінің жұмыс жүйесі негізінен екі бөлінген ыдыстан тұрады. Оның біріншісіне мыс сульфатының судағы ерітіндісі құйылып, оған мыс пластинасы батырылған. Ал екінші бөліміне мырыш сульфатының судағы ерітіндісі құйылып, оған мырыш пластинасы батырылған. Екі металл электроды мен екі ерітіндісі бар ыдысты ортасынан бөліп тұрған кеуек қалақша (пг) тек ионды ғана өткізеді.
Сонымен мырыш электродынан мыс электродына келген электрондар, мыс сульфатының ерітіндісінен мыс электрод пластина-сының беткі қабатына орналасқан катиондарды нсйтралдағанда мыс электродында таза мыс атомы бөлінеді. Бірінші ыдыста, яғни
мыс сульфатының ерітіндісінде бос қалған сульфат иондар пг қалақшадан өтіп, бірінші ыдыстан екіншіге ауысады да ондағы бос қалған мырыш ионымен қосылып, сульфат түзеді. Сондай-ақ, гальваникалық элементтің жұмыс істеген кезінде пайда болған мырыш ионы қалақша арқылы диффузия әсерімен екінші ыдыстан біріншіге ауысады да, ондағы ерітіндіден мыс пластинасына орналасқан мыскатионын алмастырады. Мұның салдарынан бірінші ыдыстағы мыс сульфатының ерітіндісі бірте-бірте мырыш сульфатының ерітіндісіне айналады. Гальваникалық элемент неғұрлым көп жұмыс істесе, мырыш пластинасынан солғұрлым кеп электрон ағып, ерітіндіге мырыш ионы ауысады. Демек, гальваникалық элемент мырыш электрод толық еріп, мырыш катионына айнал-ғанша жұмыс істей береді. Сонымен, гальваникалық элемент жұмыс істегенде электр бірден екі тізбек арқылы тасымалданады: сыртқы өткізгіш сым арқылы қозғалатын электрондар легі және элементтің ішкі сұйық фазасындағы қозғалатын катиондар тобы. Кез келген гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші өзіндегі электрод потенциалдарының айырмасына тең, яғни мұндай тізбектің электр қозғаушы күші:
Е = ЕСи-Е2п(П5)
Мұны Нернст формуласын пайдаланып, қайта жазсақ:
Еси = ~-ІёаСи2+-Еоси; Е2п = Щ-\% а2п2+ -£<>(Ц6)
Е = ЕСа -Егп =-^1ёаСи2+ +ЕСи+^-\§а2п2+ +Е2п (П7) Е = ЕСи-Е«п +^-(\£аСа2+-Іёа2п2+ )
Тепе-теңдік жағдайындағы электродтардың аткивтіктіліктері де өзара тең болатындықтан, (117) теңдеу
Е = Е° -Е°(П8)
Си2іі
түрінде жазылады.
Әр тұрлі екі электродтан құралған, бірақ тұз ерітінділерінің концентрациясы (активтілігі) бірдей болатын гальваникалық элементтердің электр қозғаушы кұші осы элементтердің стандартты потенциал айырмасына тең.
Лекция 29. Электродтық процестер
Жоспары:
Электродтардың бірінші және екінші текті болып бөлінуі
Бірінші текті электродтар: амальгамды электродтар ,Вестон элементі
Екінші текті электродтар: хлоркүміс, каломельді электрод .Газды электродтар.Шыны электрод
Лекция мәтіні:
Гальваникалық элементтер екі электродтан немесе екі жарты элементтен тұрады. Олардың әрқайсысында тотығу-тотықсыздану реакциялары жүреді. Бұл реакцияларды тотығу-тотықсыздану процестері деп те айтады. Әдетте, бұл процестердің әуелі тотыкқан түрін, сосын тотықсызданған түрін жазады. Потенциал айырмасы:
.М-/ —М-/.о , ЯТ ."тотығу
Аф= 5—; Аф = Ф+-г1п „(НУ)
үПі Ғт ч- пр"тотыксыздану
мұндағы ф — потенциал айырмасы; [і; — химиялық потенциал, ал логарифм таңбасының астында тотыққан активтіліктің тотықсызданған түріне қатынасы тұр.Электродты процеске қатысатын заттың химиялық табиғатына орай электродтар бірінші және екінші текті болып бөлінеді. 986028014173200098818701588135009890760576961000Бірінші текті электродтар. Ондағы металл тотықсызданған түрге жатса, ал осы металдың ионы тотыққан болып есептеледі. Бұған мысал ретінде мыс пен мырыш электродтарын алуға болады. Бұл электродтардағы потенциал айырымы катиондардың активтілігінен функционалды тәуелділікте болғандықтан, оны катион арқылы қайтымдылықта болатын электродтар дейді. Оның потенциал айырымы:
Дф=Дф°=^1па2п2+(Дср=£; ДФ° = £°).
Сондай-ақ бірінші текті электродтар қатарында анион арқылы қайтымды болатын электродтар да бар. Мысалы, селенді электродта Зе + 2е^ь5е2_ реакциясы жүреді. Мұндағы потенциал айырмасы:
Е = Е°- -^1па5е2-
Сол сияқты амальгамды электродтар да осы топқа жатады. Амальгама дегеніміз сынаптың басқа металмен қоспасы немесе өзге металдың сынаптағы ерітіндісі. Бұған кадмий металының сынаппен қосылып құраған амальгамасы мысал болады. Ондағы сынапта кадмий металы еріген ерітінді — амальгама тотықсыз-данған түрге жатады. Мұндайда Вестон элементі дейді және онда Сс12+ + 2е^Сс1 реакция жүреді. Амальгамадағы кадмийдің актив-тілігі амальгаманың концентрациясына тәуелді:

Екінші текті электродтар. Бұл электродтар сырты өзінің ері-мейтін тұзымен қапталып, анионның жақсы еритін тұзының ері-тіндісіне батырылған металдан тұрады. Мысалы, күміс сымын суда ерімейтін күміс хлоридімен қаптап, сосын оны суда жақсы еритін хлорлы калий не тұз қышқылының ерітіндісіне батырса, екінші текті электродтар қатарына жататын, электроды хлоркүміс деп аталатын электрод шығады. Оның электродты реакциясы А~С1 (к)+е~:<=*А~+ + С1- түрінде жазылады. Ал потенциал айырымы: Е = Е°—-р- 1~асі- . Келесі екінші текті электродтың жиі кез-
десетін түрі — каломельді электрод. Ол Н~2С12 каломельден, сы-наптан және белгілі концентрациядағы хлорлы калий тұзынан тұрады, басқаша айтқанда, каломельмен сынапты қосып, оны мұқият араластыра келіп алынған пастаны белгілі концентрация-дағы хлорлы калий ерітіндісіне салады. Сонда Н~2С12(,<) + 2е=еь =г=ь2Н~ с) +2С1~ элсктродты процесі жүреді. Ал оның электродты потенциалы хлоркүмістікі сияқты анықталады.
Газды электродтар маңызды топ құрайды. Олар электродты процеске тікелей өзі қатыспайтын, бірақ газды өзіне адсорбциялайтын қабілеті бар металдан тұрады. Ондағы электродты процестерге адсорбцияланған газ және оған сәйкес ерітіндідегі ион- дар қатысады. Олардың арасындағы аса маңыздыларының бірі — сутек электроды. Мұндай электрод алу үшін негізінен жұқа борпылдақ платина қабатымен қапталған, платина сымын не пласти-насын күкірт қышқылына батырады. Электродтағы қышқыл арқылы сутек газын жібергенде, электродтың сыртындағы платинаның жұқа борпылдақ қабаты сутеккс қанығып, газды өз бойына адсорбциялайды. Электродта адсорбциялаиған сутек молекулала-рының біраз мөлшері жеке атомдарға ыдырап, ионданады: Н2(адс)=4*2Н-=ь2Н+ + 2е. Бұл процестегі электродтық потенциалдың айырымы сутек ионының активтілігі мен сутек қысымына тә-уелді. Сутек электроды катионмен салыстырғанда қайтымды.
Газды электродтар анионмен салыстырғанда қайтымды бола алады. Оған оттек электроды мысал. Мұнда да сырты жұқа борпылдақ платинамен қапталған платина электроды сілті ерітіндісіне батырылады да, олар арқылы оттек жібереді. Демек, бұл екі электродтың біріншісіндегі қышқыл орнына екіншіде сілті, ал сутек орнына оттек пайдаланылады.
Редокс-электрод немесе тотығу-тотықсыздану электроды деп, электрод құрамына енетін заттардың өзі реакцияға қатыспайтын, бірақ ерітіндідегі тотығу-тотықсыздану реакцияларыида тек электрондарды тасымалдауға ғана қатысатын жарты элементтерді ай-тады. Мәселен, Ғе3+ + е=<=±:Ғе2+ немесе 8п3+ + е~=<=ь$п2+. Мұндай тотығу-тотықсыздану системасына индиферентті электродты ба-тырған кезде пайда болатын потенциалды редокс-потенциалы деп айтады. Ал (119) жалпы қатынас бойынша мұндай элементтегі редокс-потенциалы (Е) температураға, системаның табиғатына (Е°) және тотыққан-тотықсызданған түрдегі активтілік қатынас-тарына тәуелді болады.
Шыны электрод. 1906 жылы М. Кремер арасы өте жұқа шыны арқылы бөлінген, бірақ сутек иондарының концентрациясы әзара тең емес ерітінділер арасында потенциал айырмасының пайда болатынын байқады. Бертін келе бұл құбылысты Ф. Габер және 3. Клименцевыч тиянақты зерттеді. Олардың тәжірибелерінде қалыңдығы миллиметрдің жүзден, мыңнан бір бөлігіндей бола-тын кішкене шыны шарик ішіне белгілі концентрациядағы қышқыл құйып, оны өлшенетін ерітіндіге батырады. Сонан соң екі ерітінді де каломель электродымен жалғастырылады. Осылай құрастырған тізбектің потенциал айырымы аралары өте жұқа шы-нымен бөлінген екі ерітіндінің рН айырмасына пропорционал болады. Мұндай потенциал айырымының рН өзгешелігіне тәуелділік сипаты екі сутек электродынан жинақталған гальваникалык элементтерде де сақталады. Бұл байқаулардан шынының беткі қабаттары потенциал шамасы ерітіндінің рН-ына тәуелді болатыны көрінеді.
Лекция 30.
Электролиз және электролиз заңдары
Жоспары:
Электролиз кезінде жүретін реакциялардың тотығу-тотықсызданушылық сипаты
Фарадейдің екі заңы :Фарадейдің бірінші заңы
Фарадейдің екінші заңы. Фарадей саны
Лекция мәтіні:
Электролиз деп электр тогының әсерінен болатын химиялық түрлену (өзгеру) процесін айтады. Электролиз кезіндегі химиялық процестер электролит түріне орай, еріткішке байланысты, электрод әзірленген заттың табиғатына сәйкес және басқа да қосымша қосылыстар сияқтыларға қарай сан алуан болуы мүмкін. Электролит арқылы тұрақты ток өткенде катодта электролиттің катионы нейтралды атомға айналып, электродтың беткі қабатында қалады. Мұндай процесс анодта да жүреді және электролит аниондары нейтралданады. Электролиз кезінде пайда болатын нейтрал атомдар мен атом топтары бос күйінде өте тұрақсыз болғандықтан олар өзара не еріткіш пен еріген заттардың моле-кулаларымен химиялық реакцияға түсуі мумкін. Сол сияқты бұл компоненттер электрод әзірленген затпен де химиялық әрекетке түсуі ғажап емес. Электролиз кезінде жүретін барлық реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциясының айқын сипатын көрсетеді: катодта тотықсыздану, анодта тотығу процесі жүреді.
Электролиз кезінде система арқылы сыртқы электр көзінен тұрақты ток өткенде, осы ток күшінің әсерінен электродтың күші өзгеруі мүмкін. Мысалы, электродтағы металл пластинасына токтың оң заряды берілгенде, ол ерітіндідегі су молекуласының металмен әрекеттесу процесін жеңілдетеді, сейтіп металл иондары ерітіндіге ауысады, яғни электрод пластинасы ери бастайды. Ал, осы системадағы екінші электрод әзірленген металл пластинасына теріс заряд берілгенде, керісінше, металдың ерітіндіде еруі қиындап, ерітіндідегі металл катионы зарядсызданып, пластинаның беткі қабатына орналасады.
Электролиз процесіндегі токтың мөлшері және оған сәйкес бөлінетін атом, молекула не атом топтарының массалық қатынасы өткен ғасырдың отызыншы жылдарында ашылған М. Фарадей заңдарына бағынып, оның көмегімен анықталады. Фарадейдің екі заңы бар. Бірінші заңы: электролиз процесінде бөлінетін заттың мөлшері ток күші мен уақытқа, яғни өткен токтың мөлшеріне пропорционалды.
Фарадейдің бірінші заңы электролиз механизмінің қазіргі көзқарасымен үйлеседі. Электролиз процесінде ион алмасуына орай берілген не қосылып алынған электрондар саны өзара тең болғандықтан система арқылы өткен ток мөлшері әрекеттескен ион санына, яғни бөлінген затқа пропорционал болады.Фарадейдің екінші заңы былай тұжырымдалады: әр түрлі электролит ерітінділері арқылы бірдей мөлшерде электр тогы өт975995059772550097751902529840009777730164909500кенде бөлінетін заттардың химиялық эквиваленті бірдей, мұны басқаша айтқанда кез келген заттың бір моль эквиваленттік үлесін ерітіндіден бөліп алу үшін ерітінді арқылы 96487 (96500) Ку-лон электр тогын жіберу қажет. Бұл санды Фарадей саны дейді де оны Ғ әрпімен белгілейді.
1 моль-эквивалент затты бөліп алу үшін ерітіндіден 1А токты 26,8 сағат бойына өткізу керек, ал ток күші 2А болса, онда 13,4 сағат т. с. с.
Электролиз кезінде бөлінетін заттың мөлшерін алдын ала Фарадей заңын сипаттайтын теңдеу бойынша есептеп алуға болады және оны теориялық шығым дейді. Тәжірибе нәтижесінде алынған шығым теориялық шығымнан әр уақытта аз болады екен. Мұның басты себебі электролиз кезінде жүретін негізгі электродтық процестермен қатар қосымша реакциялардың жүруінде. Бұл қосымша реакцияларға жұмсалатын электр мөлшерін ескеру мақсатымен ток бойынша шығым дейтін түсінік енгізіліп, ол ү белгіленеді:
Поляризация (полюстену). Электролиз процесін жүргізгенде іс жүзінде жұмсалатын энергетикалық шығын Фарадейдің екінші заңына сүйеніп есептегеннен артық және оның қайтымсыз қосымша реакциялар нәтижесінде болатыны ескертілді. Бұған басты се-бептердің бірі — электродтардың полюстенуі. Егер ішінде концентрлі этектролиті бар злектролиттік ваннадағы платина электроды арқылы потенциал айырымы 1В ток күші жіберілсе, онда уақыт еткен сайын ток күші бірте-бірте азайып, нөлге жетеді. Электролиттік ваннадағы электр қозғаушы күштің электрод араларында сырттан келетін ток күшіне қарсы бағыттағы потенциал айырымының пайда болуы салдарынан азаятынын байқау қиын емес. Мұндай құбылыстарды поляризация (полюстену) процесі деп атайды.
Негізгі әдебиетгер
1.Оспанов Х.К, Абланова Б.К және т.б. Физикалық химия, Алматы, Қазақ Университеті, 2002ж.
2.Қоқанбаев Ә. Қысқаша физикалық химия курсы, Алматы, 1996ж.
3.Утелбаев Б. Химия; ІДІ.Ш том,. РБК (РИК) Алматы. 1998ж.
4. Алмашев Б.К. Физколлоидты химия практикумы,Алматы, Мектеп, 1986ж.
5.Жанбеков Х.Н. Физикалық және коллоидты химия есептері мен жаттығулар жинағы Алматы, «МерСал» баспа үйі, 2003ж.
6.Герасимов Я.И и др. Курс физической химии, том І,ІІ,М. «Химия», 1985г
7.Климов И.Л, Филько А.И, «Сборник вопросов и задач по физической химия», -М..,Просвещение,1983г.
8.Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М., «Химия», 1970г.
9.Панченков Г.М, Лебедов В.П. Химическая кинетика и катализ. М.,Изд-во МГУ, 1961г.
10.Изгарышев НА. Горбачев С.В. Курс теоретической электрохимии. М.,1970г.
Қосымша әдебиеттер
1.Даниэльс Ф, Олберти Р, «Физическая химия», - М:, Мир, 1976г.
2.«Физическая химия», под реакцей Краснова К.С., М:,Высшая школа, 1982г.
3.Балезин С.А. и др. «Основы физической и коллоидной химии», -М.,Просвещение, 1975г.
4.Добычин Д.П., «Физическая и коллоидная химия»,-М., Просвещение, 1986г.
5. Евстратова К.и др. «Физическая и коллоидная химия»,-М., Высшая школа, 1990г.
6.Стромберг А.Г,Семченко Д.П., «Физическая химия»,-М.,Высшая школа, 1988г.
7.Хельницкий Р.А , «Физическая и коллоидная химия»,-М., Высшая школа, 1988г.
8.Ротмистрова Г.Б и др., «Пособие к курсу физической и коллоидной химии», -М., Просвещение, 1975г.

Приложенные файлы

  • docx 9159529
    Размер файла: 147 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий