Тотығу-тотықсыздану реакцияларының түрлері

18 ғасырдың аяғында А.Лавуазье жанудың оттекті теориясын ұсынған кезден бастап тотығу заттардың оттекпен қосылуы, ал тотықсыздану оттекті бөліп алу процестері деп қаралған.1920 1930 ж. химияда электрондық түсініктің қалыптасуына байланысты оттек қатыспайтын реакциялардыңда тотығу-тотықсыздану реакциялар болатындығы анықталды. Тотығу-тотықсыздану реакциялар процестері көбінесе электрондық теңдеулермен өрнектеледі. Зарядтардың сақталу заңына қайшы келмес үшін Т отығу-тотықсыздану реакциялар кезінде тотықтырғыштың қосып алған электрондар саны тотықсыздандырғыштың берген электрондар санына тең болуы керек деген жалпы ереже сақталады.Тотығу-тотықсыздану процесінің осы күнгі теориясын жасаған Ресей ғалымдары – Л.В.Писаржевский,Я.И.Михайленко, А.М.БеркенгеймжәнеС.В.Даин. Ол теорияның нег қағид- ы: Тотығу дегеніміз атомның, молекуланың,ионның электрон беру процесі. Na0-ē=Na+ I—ē=I0 N-3-5 ē=N+2 Тотықсыздану дегеніміз атомның, молекуланың, ионның электрон қосып алу процесі. Cr+6+3ē=r+3, S0+2ē=S-2, Mn+7+5 ē=Mn+2, Тотықтырғыш-электрон қосып алушы бөлшек Тотықсыздандырғыш- электрон беруші бөлшек. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестірудің екі тәсілі бар, электронды баланс және ионды-электронды тәсілдер. Электронды баланс тәсілі бойынша мынадай реакцияны мысалға алуға болады: Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O

S+4 -2e=S+6

5 Mn+7 +5e=Mn+2 2

5S+4 + 2Mn+7 = 5S+6 + 2Mn+2

5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4→5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Ионды-электрондытәсілбойынша:

Na2SO3+KMNO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O

SO32- +MnO4- +H+ →SO42- +Mn2++ H2O 5

SO32- +H2O -2e= SO42- + 2Н+

2 MnO4- + 8H+ +5e= Mn2+ + 4H2O 5Na2SO3+KMnO4+3H2SO4→5Na2SO4+2MnSO4+K2SO4+3H2O

Барлықмүмкінболатынтотығу-тотықсыздануреакцияларынүштипкебөліпқарауғаболады. 1.Атомаралықжәнемолекулааралықтотығу-тотықсыздануреакциялары – әртүрліатомдардың, иондардың, молекулалардыңарасындаэлектронауысуыныңнәтижесіндежүреді.Бұлеңжиікездесетінреакциялар.
MnO2+ HCl→MnCl2 + Cl2↑ + H2O
Коэффициенттердітабуүшінекіәдістідепайдаланамыз:
Mn+4 +2e= Mn+2 1

MnO2 + 4H+ +2e= Mn2+ +2H2O 2 1

2C-l -2e= Cl2 2 1

2Cl- -2e = Cl2 2 1
Берілген Mn иондарынбайланыстыруүшінтағыда 2HCl қажетекенінескеріп, реакцияныңтолықтеңдеуіжаз-з:

MnO2+ 4HCl= MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

2. Молекула ішіндегі тотығу-тотықсыздану реакциялары – бір ғана молекуладағы екі түрлі атомның бірінен-біріне электрон бұлтының ауысуынан болады. Көбіне мұндай ре-р күрделі заттардың ыдырауына сәйкес келеді. Мәселен, Бертолле тұзының ыдырауы: 2KClO3→2KCl + 3O2↑

Cl+5 +6e=Cl- 6 2

3O-2 -6e= 3/2O2 6 2

3. Өзіндік тотығу-тотықсыздану н/е диспропорциялану р/яры – бір ғана атомның түрінің тотығып, әрі тотықсыздануынан шығады.Мұндай реакция жүру үшін, диспропорцияланатын атомның тотығу дәрежесі аралық күйде болуы шарт, сонда ғана ол өзі тотығып әрі тотықсыздана алады. Мысалы:

KMnO4+H2O→KMnO4+KOH

Mn+6 -e=Mn+7 2

MnO42- -e=MnO4- 2

Mn+6 +2e=Mn+4 1

MnO42- +2H2O+2e=MnO2 + 4OH- 1
Екі коэффициенттің бір молекуланың алдына қойылатынын ескеріп, оларды өзара қосып ортақ коэффициент табамыз: 3K2MnO4+2H2O→2KMnO4+4KOH+MnO2 Тотығу-тотықсыздану реакциялары жүруінің басты шарты, оған міндетті түрде тотықсыздандырғышпен тотықтырғыш қатысу қажет. Тотықсыздандырғыштар ретінде:

-металдардың бейтарап атомдары (Na, Ca, Al), -кейбір бейметалдар (C,Si,H2), -бейметалдардың теріс зарядты қарапайым иондары (Cl,Br,I) -өздерінің тотығу дәрежесін арттыра алатындай қабілеті бар ме-дың оң зарядты иондары (Ge, Sn, Cr) -құрамында аралық ТД-е ие атомдары бар, күрделі иондар мен молекулалар қолданылады (SO2, NO, MnO2) Техникалық ж/е лабораториялық жұмыстарда жиі қолданылатын аса маңызды тотықсыздандырғыштардың қатарына мыналар жатады: С пен СО-металлургияда оксидті кендерден металл алуға, кейбір активтігі аз металды ерітінділерінен бөлуге жұмсалады; темір,мырыш,алюминий ж/е қалайы- органикалық заттарды өндіруде, әсіресе нитроқосылыстарды тотықсыздандыруға қажет; күкірттіқышқыл H2SO3 және оның тұздары Na2SO3, NaHSO3- бейорганикалықжәнеорганикалықзаттардыөндіруде,фотографияда, мата өнеркәсібінде т.б жерлерде қолданылады;Натрий сульфиді Na2S органикалық ароматы нитро- ж/е азоқосылыстарды тотықсыздандырады; натрий тиосульфаты Na2S2O3- бояу ісінде қажет, металл күйдегі натрий-титан топшасының элементтерін бос күйде бөліп алуға жұмсалады; атом күйіндегі- сутек- лабор-қ жұмыстар кезінде жиі қолданылады; электртогы – электролиз процесінің жүргізуші күші, оның арқасында көптеген Ме-р алынды. Тотықтырғыш ретінде -күштібейметалдар (F2,Cl2,Br2,I2,O2,O3) -құрамында жоғары ТД бар элементтердің атомы кіретін күрделі иондар (NO, SO4, MnO,) -жоғары валентті оксидтер(PbO2,SO3,CrO3,Mn2O7) пассив металдардың иондары (Aq, Au, Cu) т.б қолдан-ды. Олардың ішіндегі аса маңыздылары мыналар: Оттек-металлургия ж/е химия өнеркәсібінің басты тотықтырғышы, жеке күйіндеде, әрі басқа газдар мен қоспа түріндеде жұмсала береді; Озон-оттектен де күшті тотықтырғыш, көптеген бояғыш заттарды ағартып, толып жатқан анорганикалық зат-ды тотықтырып, суды ж/е ауаны зарарсыздандыруға қажет; Калийперманганаты KMnO4 көптеген анорганикалық ж/е органикалық заттарды тотықтыратын күшт т-тырғыш; Азот N,күкірт S, дихромқышқылы – бос күйіндегі металдармен металл еместерді, күрделі бейорганикалық ж/е орг-қ сан алуан заттарды тотықтыратын, жиі қолданылатын реагенттер; Сутек пероксиді-жұмсақ тотықтырғыш,сүйек,сабан,тері бояуларды ағартады,медицинада дезинфекцияға қажет. Сонымен қатар жиі тотықсыздандырғыштар қатарына H3PO4,HCOOH,HClO3,NaClO,NaBrO,H2S2O8, (NH4)2S2O8 жатады.

34)Ерітінділердің коллигативтік қасиеттері мен Рауль заңын түсіндіріңіз Бір затта екінші зат ерігенде еріткіштің де, еріген заттың да қасиеті өзгереді. Еріткіштің қасиеті өзгеруден туатын жаңа қасиеттер барлық ерітінділерге ортақ қасиетке айналады. Мұндай қасиеттерге: осмос, ерітінділер буының қысымы, ерітінділердің қату жәнеқайнау тепературалары жатады. Осмос. Ерітінділердің, оның ішінде сұйық ерітінділердің қасиеттерін зерттегенде, ол ерітіндідегі заттың күйі газ күйіне өте ұқсас екендігі анықталды. Газдардың негізгі қасиеті-диффузия арқылы мейлінше кең көлем алуға тырысуы. Осындай қасиет еріген затта да облады: 1 ыдысқа қанттың конц.ерітіндісі құйылады және оның үстіне араласып кетпейтіндей етіп, ептеп сол қанттың сұйық ерітіндісін құяды. Бұл жағдайда екі жақты диффузия жүреді,яғни қанттың молекулалары конц.ерітіндіден сұйық ерітіндіге, ал сұйық ерітіндіден конц.ерітіндіге диффузияланады. Біраз уақыттан кейін судың да, қанттың да молекулалары араласып ерітіндіге айналады. Енді судың молекулаларын өткізетін, одан ірірек қант мол-н өткізбейтін түбі жартылай өткізгіштен жасалған ыдысқа қант ерітіндісімен таза су құйылған екінші кеңірек ыдыстың ішіне қойса, 1 жақты диффузия байқалады. Мұнда су мол-ы диффузияланады, әрі олар қанттың ерітіндісі құйылған кіші ыдысқа тез көшеді, кері өтуі баяуырақ болады. осының нәтижесінде қант ерітіндісінің концентрациясы кемиді. Осындай шала өткізгіш арқылы болатын, бір жақты диффузияны осмос деп атайды(грек.итеру, басу). Осмос қысымы ерітіндінің концентрациясына, температурасына тәуелді. 1886 жылы Вант-Гофф бұл тәуелділік, бұрын газдарға қолданылып жүрген Бойль-Мариот пен Гей-Люссак заңдарына өте ұқсас екендігін тапты. Р= cRT. Ерітіндінің осмос қысымы, сол еріген зат газ күйінде болып, осы температурада, ерітіндінің көлеміндегі көлем алып тұрғандағы туғызатын қысымына тең. Буының қысымы.Ерітінділердің бетіндегі буының қысымы сумен салыстырғанда едәуір төмен болуы- ерітінділердің негізгі қасиеттерінің бірі. әрбір сұйық белгілі темпе-да бетіндегі бумен тепе-теңдікте болады, яғни оның бетінен үзіліп шығып буға айналатын молекулалар саны будан қайтып сұйыққа қонатын молекулалар санына тең. Еріген зат еріткіштің бу қысымын төмендетеді. 1887 жылы француз физигі Рауль ерітінділермен жұмыс істей келе мынадай заң ашты: Электролит емес заттардың сұйық ерітінділерінің буының қысымының кемуі, еріткіштің кесімді мөлшерінде еріген заттың мөлшеріне пропорционал. Ерітінділердің қатуы және қайнауы. Әрбір таза заттың өзіне тән қату және қайнау температуралары болады. сұйықтың қату темп.д\з-оның сұйық және қатты күйлерінде бетіндегі буының қысымдары біріне- бірі тең болатын темп. Айталық 0º-та мұз бен сұйық судың бетіндегі буының қысымы тең болады. сондықтан 0° С таза судың қату темп. Сұйықтың қайнау темп.д\з- сұйық бетіндегі буының қысымы сыртқы атмосфералық қысымға теңесетін темп.;суды алсақ 100ºС-та оның буының қысымы 101,3 кПа, сондықтан 1атм қысымда, су 100°С-та қайнайды. Суда бір затты еріткенде бу қысымы кемиді. Ерітінділердің қатуу мен қайнау темп. өлшеп осы мәселенің сан жағын есептеген Рауль болатын. Оның эксперименттік қорытындылары Рауль (1887ж) заңы деп аталады.1. Қату темп-ң төмендеуі, еріткіштің сол салмақ мөлшеріндегі еріген заттың мөлшеріне пропорционал.2. Түрлі заттардың эквимолекулалық мөлшерлері бір еріткіштің бірдей етіп алынған мөлшерінде ерітілген болса, ол ерітінділердің қату темп-сы бірдей градус санына төмендейді. Мысалы, глюкозаның 0,1 молін (18г) 1000г суға ерітсек одан қату темп-сы 0,186ºС-қа төмендейді. Енді этил спиртінің 0,1 молін (4,6г) не қанттың 0,1 молін (34,2г) ерітсек, олар да ерітінідлерінің қату темп-н 0, 186ºС-қа төмендетеді.
35 Осмос. Қайнау температурасының жоғарылауы мен қату температурасының төмендеуі.

Бір затта екінші зат ерігенде еріткіштің де, еріген заттың да қасиеті өзгереді. Еріткіштің қасиеті өзгеруден туатын жаңа қасиеттер барлық ерітінділерге ортақ қасиетке айналады. Мұндай қасиеттерге: осмос, ерітінділер буының қысымы, ерітінділердің қату жәнеқайнау тепературалары жатады. Осмос. Ерітінділердің, оның ішінде сұйық ерітінділердің қасиеттерін зерттегенде, ол ерітіндідегі заттың күйі газ күйіне өте ұқсас екендігі анықталды. Газдардың негізгі қасиеті-диффузия арқылы мейлінше кең көлем алуға тырысуы. Осындай қасиет еріген затта да облады: 1 ыдысқа қанттың конц.ерітіндісі құйылады және оның үстіне араласып кетпейтіндей етіп, ептеп сол қанттың сұйық ерітіндісін құяды. Бұл жағдайда екі жақты диффузия жүреді,яғни қанттың молекулалары конц.ерітіндіден сұйық ерітіндіге, ал сұйық ерітіндіден конц.ерітіндіге диффузияланады. Біраз уақыттан кейін судың да, қанттың да молекулалары араласып ерітіндіге айналады. Енді судың молекулаларын өткізетін, одан ірірек қант мол-н өткізбейтін түбі жартылай өткізгіштен жасалған ыдысқа қант ерітіндісімен таза су құйылған екінші кеңірек ыдыстың ішіне қойса, 1 жақты диффузия байқалады. Мұнда су мол-ы диффузияланады, әрі олар қанттың ерітіндісі құйылған кіші ыдысқа тез көшеді, кері өтуі баяуырақ болады. осының нәтижесінде қант ерітіндісінің концентрациясы кемиді. Осындай шала өткізгіш арқылы болатын, бір жақты диффузияны осмос деп атайды(грек.итеру, басу). Осмос қысымы ерітіндінің концентрациясына, температурасына тәуелді. 1886 жылы Вант-Гофф бұл тәуелділік, бұрын газдарға қолданылып жүрген Бойль-Мариот пен Гей-Люссак заңдарына өте ұқсас екендігін тапты. Р= cRT.

Ерітіндінің осмос қысымы, сол еріген зат газ күйінде болып, осы температурада, ерітіндінің көлеміндегі көлем алып тұрғандағы туғызатын қысымына тең. Буының қысымы.Ерітінділердің бетіндегі буының қысымы сумен салыстырғанда едәуір төмен болуы- ерітінділердің негізгі қасиеттерінің бірі. әрбір сұйық белгілі темпе-да бетіндегі бумен тепе-теңдікте болады, яғни оның бетінен үзіліп шығып буға айналатын молекулалар саны будан қайтып сұйыққа қонатын молекулалар санына тең. Еріген зат еріткіштің бу қысымын төмендетеді. 1887 жылы француз физигі Рауль ерітінділермен жұмыс істей келе мынадай заң ашты: Электролит емес заттардың сұйық ерітінділерінің буының қысымының кемуі, еріткіштің кесімді мөлшерінде еріген заттың мөлшеріне пропорционал. Ерітінділердің қатуы және қайнауы. Әрбір таза заттың өзіне тән қату және қайнау температуралары болады. сұйықтың қату темп.д\з-оның сұйық және қатты күйлерінде бетіндегі буының қысымдары біріне- бірі тең болатын темп. Айталық 0º-та мұз бен сұйық судың бетіндегі буының қысымы тең болады. сондықтан 0° С таза судың қату темп. Сұйықтың қайнау темп.д\з- сұйық бетіндегі буының қысымы сыртқы атмосфералық қысымға теңесетін темп.;суды алсақ 100ºС-та оның буының қысымы 101,3 кПа, сондықтан 1атм қысымда, су 100°С-та қайнайды. Суда бір затты еріткенде бу қысымы кемиді. Ерітінділердің қатуу мен қайнау темп. өлшеп осы мәселенің сан жағын есептеген Рауль болатын. Оның эксперименттік қорытындылары Рауль (1887ж) заңы деп аталады.1. Қату темп-ң төмендеуі, еріткіштің сол салмақ мөлшеріндегі еріген заттың мөлшеріне пропорционал.2. Түрлі заттардың эквимолекулалық мөлшерлері бір еріткіштің бірдей етіп алынған мөлшерінде ерітілген болса, ол ерітінділердің қату темп-сы бірдей градус санына төмендейді. Мысалы, глюкозаның 0,1 молін (18г) 1000г суға ерітсек одан қату темп-сы 0,186ºС-қа төмендейді. Енді этил спиртінің 0,1 молін (4,6г) не қанттың 0,1 молін (34,2г) ерітсек, олар да ерітінідлерінің қату темп-н 0, 186ºС-қа төмендетеді.

36 Электролиттер ерітіндісі. Аррениустың электролиттік диссоциация теориясы. Электролиттер - негіздер, қышқылдар, тұздар балқымалары мен ерітінділері электр тогын өткізеді.
Аррениус теориясының негізгі қағидалары:
1. Тұздар, қышқылдар, негіздер ерігенде және балқығанда иондарға ыдырайды.
2. Ерітінділер мен балқымалардың ток өткізгіштігі осы иондардың концентрациясына тәуелді болады. Электролит молекулаларының иондарға ыдырау процесін электролиттік диссоциация дейді. Иондардың оң зарядталғаны катодқа тартылатындықтан катиондар деп, ал анодқа тартылатындары аниондар деп аталады. Ағылшын физигі М. Фарадей XIX ғасырдың 30-шы жылдары «электролит, ион, катион, анион» терминдерін енгізді. Ионды және ковалентті полюсті байланысты молекулалар суда ерігенде иондарға толығымен ыдырайды:
NaCl↔ Na++ Cl-;
HCl ↔ Н++ CI-;
H2S04 ↔ 2Н+ + S042-
Иондардың формулалары да зарядтың таңбасы (+, -) оның сан мәнінен кейін жазылады. Негіздер дегеніміз судағы ерітінділерінде диссоциацияланып металдың катионына және гидроксидтің анионына ыдырайтын электролит. KOH↔K+ +OH-
Ba(OH)2↔BaOH+ +OH- ↔Ba2+ + OH-
Қыш. Дег. Судағы ерітінділерде сутектің катионына және қыш.қылдығының аинонына диссоц. Қосылыс. HCl=H+Cl
H3PO4=H+H2PO4=2H+HPO4=3H+PO4
Тұздар деп судағы ерітінділерінде метал катионы мен қыш.қалдығы анионына ыдырайтын қосылыс.
Диссоциациялану дәрежесі, диссоциациялану константасы және ерітіндінің концентрациясы бірімен бірі мына математикалық теңдеумен байланысты (оны Оствальдтың сұйылту заңы деп атайды). КД =α2/ (1-α)C
Әлсіз электролиттер үшін диссоциациялану дәрежесі өте аз, сондықтан (1-α)=1 тең деп алуға болады, сонда: KД=α2/C; α=√(K/c)

37 .Тұздар гидролизі - тұздың құрамындағы иондары мен су молекулаларының арасында жүретін, н7әтижесінде әлсіз электролит молекуласы не иондары түзілетінреакциялар.[1]
Тұздар түзілу табиғатына қарай мынадай топқа бөлінеді:
I. Күшті негіз бен күшті қышқылдан KCl, K2S04, NaN03, NaCl;
ІІ. Күшті негіз бен әлсіз қышқылдан Na2S, Na2C03, K2S03, Na3P04;
ІІІ. Әлсіз негіз бен күшті қышқылдан Al2(S04)3, FeS04, ZnCl2. IV. Күшті негіз бен күшті қышқылдан бейтарап орта пайда болады.Сондықтан тұздар гидролизденбейді.
I. Натрий хлориді (NaCl) — NaOH күшті негіз (к.н.) және HCl күштіқышқыл (к.қ.) әрекеттескенде түзілетін тұз. NaCl —> Na++ CI- НОН —> Н++ ОН-
Диссоциация нәтижесінде пайда болған әр аттас иондар электростатикалық күштердің әсерінен тартылады. Сонда түзілген электролиттеркүшті болғандықтан (NaOH, HCl) құрамдас бөліктеріне толық диссоциацияланады, сондықтан су иондарының концентрациялары өзгермейді.Сондықтан күшті негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұздар гидролизге ұшырамайды, оның ортасы бейтарап болады.
IІ. Натрий карбонаты Na2CO3- NaOH күшті негіз (к.н.) бен әлсіз көмір (Н2СО3) қышқылы (ө. к.) әрекеттескенде түзілген тұз. Na2CO3--> 2Na++ CO32- НОН —> Н++ OH-
Күшті негіз бен әлсіз қышқылдың тұзы гидролизденгенде тұз құрамындағы қышқыл қалдық анионы су құрамынан сутек катионын қосып алып, ерітіндіге гидроксид ионы босап шығады, сондықтан орта негіздік (сілтілік) болады. Гидролиздену реакциясының молекулалық теңдеуі: Na2C03+ НОН = NaHC03+ NaOH
IІI. Алюминий хлориді АlСl3- Аl(ОН)3әлсіз негіз (ө.н.) бен HCl күшті кышқыл (к.қ.) әрекеттескенде түзілген тұз. АlСl ->3Аl3++ 3Cl- НОН -> Н++ ОН-
АlСl3ерігенде түзілген Аl3+иондары судың ОН-иондарымен бірігіп (Аl0Н)2+ионын түзеді, сутек ионы ерітіндіде қалады, ал түзілген қышқыл иондалады.Тұздардың гидролизге ұшырауы және олардың судағы ерітіндісіндегі ортасы тұздың құрамындағы иондардың қасиеттеріне тәуелді. Гидролизге тек ерімтал тұздар ғана түседі, гидролиз қайтымды үдеріс.
Гидролиздену дәрежесі aг
Гидролизконстантасы- Кг
Кд–диссоциация константасы
Әлсіз қышқыл (Кд.қ)
Негіз (Кд.негіз)
Кw= [H+].[OH–] = 10–14