Бейорганикалық химия. Cу. Ерітінділер

Су – сутегі мен оттегінің қалыпты жағдайларда тұрақтылығын сақтайтын қарапайым химиялық қосылысы. Ауыз су, тіршілік көзі, ол Жер шарының \(\frac{3}{4}\) бөлігін алады, тірі ағзалардың 60-70%-ы, ал өсімдіктердің 90% -ы судан тұрады.

Судың физикалық қасиеті

Таза су – түссіз, иіссіз, дәмсіз сұйықтық. Қалыпты қысымда 100\(^{\circ}C\)-та қайнайды да, 0\(^{\circ}C\)-да мұзға \((p=0,92~\frac{г}{см^3})\) айналады, сондықтан мұз су бетінде қалқып жүреді. Сонда оның көлемі 9 %-ға артады. Судың беткі қабатының мұзбен қапталып жатуы ондағы тіршілік иелерінің қыс мезгілінде де өмір сүруіне жағдай жасайды.

Температурасы 4\(^{\circ}C\) болғанда, тығыздығы 1\(\frac{г}{см^3}\) (судың ерекшелігі). Судың жылу сыйымдылығы өте жоғары, оны мына мысалмен түсіндірейік. Жаздың аптап ыстық күндерінде су жылуды сіңіріп, өзеннің маңайын салқындатып тұрады, сондықтан адамдар оның жағалауына дем алуға көптеп барады.

Судың құрамында массасы бойынша 11,19% сутек, 88,81% оттек болады;

Судың айырылуы электр тогының әсерінен жүреді:

\(2H_2O\rightarrow2H_2\uparrow+O_2\uparrow\)

Жай заттармен әрекеттесуі:

I. Судың металдармен әрекеттесу реакцияларын сутегін ал әдістерінде қарастырған болатынбыз:

\(2Na+2HOH=2NaOH+H_2\uparrow\)

\(Ca+2HOH=Ca(OH)_2+H_2\uparrow\)

Белсенділігі тым жоғары емес металл сумен әрекеттескенде оның оксиді түзіледі:

\(Mg+HOH=Mg+H_2\)

Белсенділігі төмен металдар сумен әрекеттеспейді.

II. Бейметалдармен әрекеттесуі: Су кейбір бейметалдармен де әрекеттесе алады. Қыздырға көмірге су қоссақ екі түрлі газ қоспасы түзіледі – ол«су газы» деп аталады:

\(C+HOH=CO\uparrow+H_2\uparrow\)

Көмірді жағарда оған су қосып шылайтынын білесіңдер, сонда түзілген екі газ да жанғыш екен. Хлорды суға жібергенде екі қышқылдың қоспасы түзіледі.

\(Cl_2+HOH=HClO+HCl\)

Күрделі заттармен әрекеттесуі:

I. Активті металдардың оксидтерімен әрекеттесіп гидроксидтер (негіздер) түзеді.

\(Na_2O+H_2O=2NaOH\)

Әктасқа су қосқанда оның қайнай бастағанын көреміз, реакция жылу бөле жүреді: \(CaO+H_2O=Ca(OH)_2+Q\)

II. Кейбір бейметалдардың оксидтері сумен әрекеттескенде қышқыл түзеді. Күкірттің бір түйірін алып жақсак оның оксиді түзіледі:

\(S+O_2=SO_2\)

III. Белсенділігі жоғары металдардың гидридтері де сумен әрекеттесіп гидроксидтер береді.

\(NaH+HOH=NaOH+H_2\uparrow\)

IV. Кейбір тұздар сумен химиялық әрекеттесіп кристаллогидраттар түзеді:

\(CuSO_4+5H_2O=CuSO_4\cdot5H_2O\) мыс купоросы;

\(FeSO_4\cdot7H_2O\) темір купоросы;

\(Na_2SO_4\cdot10H_2O\) глаубер тұзы.

Кристаллогидраттардың молекулалық массасын – тұздың молекулалық массасына су молекулаларының массаларын қосып табамыз.

\(M_r(Na_2CO_3\cdot10H_2O)=106+180=286\)

Ерітінді - екі не одан көп компонентерден ( құрамына кіретін заттар) тұратын гомогенді жүйе. Ерітінділер сұйық , қатты, газ тәріздес болады. Ең маңызды ерітінділер – сұйық ерітінділер, олар газ, сұйық, қатты заттардың сұйықтағы ерітіндісі. Адам, жануарлар, өсімдіктер ерітіндісіз өмір сүре алмайды (ас қорыту – көректік заттар ерітіндіге айналады; қан, лимфа – ерітінді). Химиялық процестермен байланысты өндіріс салаларының барлығы ерітіндіні пайдаланады. Ерітінді еріген зат пен еріткіштен тұрады. Еріткіш еріген заттан көп болады. Көбінесе еріткіш ретінде су алынады. Ерітінділердегі бөлшектердің мөлшеріне қарай ерітінділер жүзгін ( суспензия, эмульсия) , бөлшек мөлшері (радиустары) – ^{\(10^{-5}–10^{-3}\)} см; коллоидты ерітінділер – \(10^{-7}–10^{-5}\)  см; шын (нағыз), молекулалық ерітінділер – ^{\(10^{-8}–10^{-7}\)}см аралығында болады. Нағыз ерітінділерде таралып жүрген зат жеке молекулаларға не жеке иондарға дейін ұсақталады. Олар өте тұрақты, ұзақ уақыт дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаға ыдырамайды. Біз нағыз сулы ерітінделерді қарастырамыз. Ерітінділердің қасиеттері ерітіндіні құрайтын компоненттердің концентрациясына тәуелді болады.

Концентрация – еріген заттың ерітіндідегі мөлшерін көрсетеді. Егер ерітіндінің концентрациясын сандық мөлшермен көрсетпесе, оларды қанықпаған , қаныққан, аса қанық , сұйық , қою, концентрленген деп бөледі.

Қанықпаған ерітінді – еріген заттың жаңа мөлшерін әлі еріте алатын ерітінді.

Қанық ерітінді – белгілі бір температурада затты одан әрі еріте алмайтын ерітінді.

Аса қанық ерітінді – сол температурадағы ерігіштігіне сәйкес еруге тиісті мөлшерден артық затты еріген күйде ұстай алатын ерітінді. Аса қанық ерітінді тұрақсыз, еріген заттың аз мөлшерін ғана ерітіндіге салса, артық еріген зат тез кристалданады.

Сұйық ерітінді – еріген зат аз ерітінді.

Қою ерітінді – еріген зат көп ерітінді

Концентрленген ерітінді - өте қою ерітінділер.

Ерітіндідегі еріген заттың мөлшерін өлшемсіз бірлікпен – үлес не пайызбен, не өлшемді шамамен – концентрациялармен көрсетеді:

Массалық үлес ( С) – еріген заттың массасының ерітіндінің жалпы массасына қатынасы;

Мольдік үлес ( N_i ) – еріген заттың ( не еріткіштің) мөлшерінің ерітіндідегі барлық заттар мөлшерлерінің қосындысына қатынасы , егер \(n_1\) және \(n_2\) - еріткіш пен еріген зат мөлшері болса ( тек бір ғана зат еріген болса) , онда \(N_2=\frac{n_2}{(n_1+n_2)}\) ; \(N_1=\frac{n_1}{n_1+n_2}\) мұндағы \(N_2\) және \(N_1\) еріген зат пен еріткіштің мольдік үлесі.

Молярлы концентрация (\(C_M\)) не молярлылық (М) – еріген заттың мөлшерінің ерітінді көлеміне қатынасы , \(\frac{моль}{л}\)

Моляльды концентрация не моляльдылық ( m ) – ерігензаттың мөлшерінің еріткіш массасына қатынасы , \(\frac{моль}{кг}\) (\(H_2O\))

Эквиваленттің молярлы концентрациясы ,\(C_H\) ( нормальность) – еріген заттың эквивалентінің санының ерітінде көлеміне қатынасы, \(\frac{моль}{л}\).

Мысалы: 250 гсуда 50 г темір (ІІ) сульфатының кристаллогидратын \(FeSO_4\cdot7H_2O\) еріткен. Ерітіндідегі кристаллогидрат пен сусыз темір (ІІ) сульфатының массалық үлесін есептеу керек.

Шешуі: Алынған ерітіндінің массасы 300 г.Кристаллогидраттың массалық үлесі

300 г ерітінді ----------- 100%

50 г кристаллогидрат --- х%  х = 16,7%.

50 г кристаллогидраттағы сусыз тұздың массасы 278 \(\frac{г}{моль}\) ----- 152 \(\frac{г}{моль}\)

50 г ------------- х х = 27,4 г сусыз тұз массасы. 300 г ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесі сонда : \(C=\frac{27,4\cdot100}{300}=9,1\%\)

Ерігіштік. Қаныққан ерітіндідегі еріген заттың шамасы – ерігіштік деп аталады.Заттардың ерігіштігі еритін зат пен еріткіштің табиғатына, температураға, ал газдар үшін қысымға да тәуелді болады. Қатты және сұйық заттың ерігіштігін ерігіштік коэффициентімен (К) көрсетеді, яғни 100 г еріткіште қанық ерітінді түзгенге дейін ери алатын заттың массасы.

Газдардың ерігіштігін абсорбция коэффициентімен сипатталады, ол – еріткіштің бір көлемінде қанық ерітінді түзілгенге дейін еритін газдың көлемі көрсетеді. Генри заңы бойынша тұрақты температурада сұйықтың берілген көлемінде еріген газ массасы сол газдың парциал қысымына тура пропорционал. Оның математикалық өрнегі : с = k · P , мұндағы с – газдың ерігіштігі, \(\frac{моль}{л}\); Р – газдың парциал қысымы , атм; k – пропорционалдық коэффициент, не Генри коэффициенті, моль/л×атм. Генри заңынан газдың еритін көлемі (яғни абсорбция коэффициенті) сол (берілген) температурада газдың парциал қысымына тәуелді емес екендігін көруге болады.

Газдар қоспасының еруі Дальтон заңына бағынады: қоспадағы әр газдың ерігіштігі оның парциал қысымына тура пропорционал.

Қатты заттардың суда еруі көбінесе эндотермиялық процесс, себебі көп жағдайда гидратация кезінде кристалдық торларды бұзуға жұмсалатын энергиядан аз энергия бөлінеді. Осы екі шаманың қатынасы ерудің жалпы жылу эффектісін ( \(\pm Q\)) анықтайды. Егер Q мәні оң болса, қатты заттардың ерігіштігі температураны көтергенде , азаяды, теріс болғанда - артады. Ерігіштіктің температураға тәуелділігін график түрінде бейнелесе – ерігіштік қисығы тұрғызылады, одан заттарды қайта кристалдап тазалағанда алынған заттың шығымын не жоғалтылған мөлшерін анықтайды.