Б. Б. БАЯХМЕТОВА
ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫҚ ХИМИЯ
ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫ ОРЫНДАУҒА
АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ
Семей-2015 ж.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
Химия және география кафедрасы
БАЯХМЕТОВА Б.Б.
ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫҚ ХИМИЯ
ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫ ОРЫНДАУҒА
АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ
Семей-2015 ж.
Баспаға Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті жаратылыстану ғылымдар факультетінің оқу-әдістемелік бюросы ұсынған.
Хаттама № 3 21.01.2015 ж
Баяхметова Б.Б.
Физикалық және коллоидтық химия пәнінен зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау . –Семей, 2015. –46б.
Физикалық және коллоидтық химия пәнінен зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау құралында физикалық және коллоидтық химия пәндерінің барлық тарауларын қамтитын тәжірбиелік жұмыстар ұсынылған. Әр зертханалық жұмыстың теориялық негіздері, олардың тапсырмалары мен бақылау сұрақтары берілген.
Әдістемелік нұсқау 5В011200–Химия мамандығында оқитын студенттерге арналған.
Мазмұны
Зертханадағы жалпы қауіпсіздік ережелері
5
Зертханалық жұмыс №1. Органикалық қосылыстар құрылысын молекулалық рефракция арқылы анықтау
7
Зертханалық жұмыс №2. Термохимиялық өлшеулер
9
2.1 – жұмыс. Тұздардың еру жылуын анықтау
12
2.2 –жұмыс. Тұздардың гидраттану жылуын анықтау
13
2.3 – жұмыс. Бейтараптау жылуын анықтау
14
Зерханалық жұмыс №3. Ертіндідегі гомогенді реакциялардың тепе–теңдігін зерттеу
15
3.1 – жұмыс. Гомогенді реакциялардың тепе – теңдігін зерттеу
15
3.2 – жұмыс. Химиялық тепе – теңдік
17
Зерханалық жұмыс №4. Балқыма. Екі құрамдас бөлікті жүйенің күй диаграммасы
19
Зерханалық жұмыс №5. Екі құрамдас су-фенол жүйесінде ертінділердің өзара ерігіштігін зерттеу
20
Зерханалық жұмыс№6. Гальваникалық элементтің Э.Қ.К өлшеу
22
Зерханалық жұмыс №7. Әлсіз электролиттердің электрөткізгіштігін зерттеу
23
Зерханалық жұмыс №8. Ацетонның иодталу реакциясының жылдамдығын зерттеу
24
Зерханалық жұмыс №9. Қатты дене–ерітінді арасындағы адсорбция
27
Зерханалық жұмыс № 10. Коллоидты жүйені алу
31
Зерханалық жұмыс №11. Темір гидроксиді золінің ұюы мен тұрақтануын зерттеу
33
Зерханалық жұмыс №12. Амфотерлік полиэлектролиттің изоэлектрлік нүктесін анықтау
37
Зертханалық жұмыс № 13. ЖМҚ молекулалық салмағын анықтау
39
Зерханалық жұмыс №14. Эмульсияны алып қасиетін зерттеу
43
Қосымша
45
ЗЕРТХАНАДАҒЫ ЖАЛПЫ ҚАУІПСІЗДІК ЕРЕЖЕЛЕРІ
1. Химиялық зертханада қауіпсіздік ережелерін сақтамау нәтижесі оқыс жағдайларға әкеледі. Сондықтан зертханалық жұмыс кезінде өте сақтық пен ұқыптылық қажет.
2. Жұмысты дұрыс ұйымдастыру, қолданатын заттардың және реактив ерітінділерінің қасиетін және приборлармен дұрыс жұмыс істей білу қауіпсіз жұмыс жағдайын қамтамасыз етеді.
3. Жұмысқа кіріспес бұрын қажетті ыдыстар мен реактивтерді тексеріп алу қажет.
4. Жұмыс үстелінде қажетсіз қолданылмайтын заттар болмауы қажет.
5. Тәжірибені әдістеме бойынша нақты және ұқыпты жүргізу.
6. Зертханада халатсыз жұмыс жүргізуге рұқсат етілмейді.
7. Химиялық ыдыстан су ішуге және зертханада тамақ жеуге тыйым салынады.
8. Қалдық заттарға арнайы ыдыс, қышқылдар мен сілтілерге арнайы жинағыш ыдыс болуы қажет. Қышқыл мен сілтіні су құбырына бейтараптаусыз құюға болмайды.
9. Улы заттармен жүргізілетін барлық операциялар (жағу, буландыру, араластыру, сұйылту) міндетті түрде сорғыш шкафта қосулы кезінде жүргізілуі қажет.
10. Тез тұтанғыш заттармен жұмыс кезінде от, сіріңке тұтату, шылым шегуге тыйым салынады. Бұл сұйықтықтарды қыздыру тек су жылытқышында жүргізіледі. Жұмыс алдында құм, өртсөндіргіш, асбест, дымқыл шүберек даярлап алу қажет.
11. Суды нығыз (герметически) жабылған ыдыста қайнатуға және суытуға мүлдем болмайды.
12. Жұмыс кезінде хим. реактивтердің дәмін көруге болмайды. Иісі бойынша анықтауда сақтылық қажет, ыдысқа ептеп еңкейе тұрып, өзіңе қарай ақырын қолмен желпей отырып иіскеу керек.
13. Әрбір реактивтің өзінің нақты орыны және концентрациясы мен атауы жазылған этикеткасы болуы қажет. Реактивті ашық қалдыруға болмайды.
14. Пипетка арқылы улы және күдіргі ерітінділерді соруға болмайды, ол үшін арнайы резиналық груша болуы қажет.
15. Спирт шамын өшірмей, толтыруға болмайды. Спирт шамын қақпағын кигізіп өшіреді, үрлеуге болмайды. Спирт шамының көлемінің 23 бөлігін ғана толтырады. Спирт шамын келесі бір жанып тұрған спирт шамы арқылы тұтатуға болмайды.
16. Зертханада от шыққан уақытта тез арада өрт сөндіргішпен өшіру қажет.
17. Егер сумен араласпайтын зат (бензин, май, эфир) жанып жатса сумен өшіруге болмайды. Құммен, қалың матамен, өртсөндіргішпен өшіру керек. Спирт жанса тек сумен өшіру қажет.
18. Концентрлі қышқылды ( күкірт қышқылы, тұз қышқылы ) сұйылтуда қышқылды суға құю керек, керсінше жүргізуге тыйым салынады.
19. Концентрлі қышқылдар мен сілтілер КӘУЗ болып табылады. Теріге тигенде адам терісін қатты зақымдайды. Көзге тамғанда соқырлыққа әкеледі.
20. Концентрлі сұйықтық қақпағы жақсы жабылған шыны ыдыста, себетке салынған күйде болуы қажет. Кристалды сілті шыны ыдыста немесе металл барабанда сақталады. Әрбір ыдыста сәйкес этикетка болу қажет.
21. Кездейсоқ теріге қышқыл тамған болса, тез арада су ағынында жуып,
3-5% ас содасының ерітіндісімен жуып бейтараптайды.
22. Егер концентрлі сілті тамған болса, тез арада су ағынында жуып, 0,5 - 1% - тік сірке қышқылымен жуу керек.
23. Сілті мен қышқылды ыдысқа құю кезінде, бетке шашырап кетуден сақтану үшін қатты еңкеюге болмайды.
Зертханалық жұмыс №1
Органикалық қосылыстар құрылысын молекулалық рефракция арқылы анықтау
Жұмыстың мақсаты: Берілген заттың молярлық рефракциясы арқылы ықтималды құрылысын анықтау. Рефракция аддитивтілігін тәжірибеде зерттеу.
Қажетті құралдар мен ыдыстар: Рефрактометр ИРФ-22, пикнометр, аналитикалық таразы, түтікті тамызғыш.
Реактивтер:Толуол, ацетон, бензол, гексан, гептан, жай және күрделі эфирлер, этил, изопропил спирті, хлороформ, дистилденген су.
Жұмыс реті: Оқытушы тапсырған сұйықтықтың сыну көрсеткіші мен тығыздығын бірдей температурада өлшеп, анықтайды.
Тәжірибелік бөлім
Зерттелінетін заттың меншікті (мольдік) рефракциясын есептеу үшін, алдымен сол заттың тығыздығы мен сыну көрсеткішін анықтау керек. Ол үшін салмағы алдын-ала өлшенген бос пикнометрдің белгілі сызығына дейін дистилденген су толтырады. Судың артық мөлшерін сүзгіш қағазымен сорып алуға болады. Сонан кейін суы бар пикнометрді аналитикалық таразыда өлшеп, салмағын анықтаймыз. Мұндай өлшемді ішінде зерттелінетін сұйықтығы бар пикнометрмен де жүргізеді. Сұйықтың тығыздығын (гсм3) келесі формул бойынша анықтаймыз:
(1.1)
мұндағы g0–бос пикнометрдің салмағы (г); g1, g2–ішінде суы және зерттелінетін сұйықтығы бар пикнометрдің салмағы (г); –25оС температурадағы судың тығыздығы (гсм3).
Тығыздықты үтірден кейін үшінші санға дейінгі дәлдікпен 3 рет анықтап, орташа арифметикалық мәнінін алады. Зерттелінетін сұйықтықтың сыну көрсеткішін Аббе рефрактометрінің көмегімен анықтайды.
Мольдік рефракция RM электрондық поляризацияны көрсетеді және Лоренц- Лоренц теңдеуімен ( 1.2 ) өрнектеледі:
(1.2)
RM – мольдік рефракция, м3 моль
n – сыну көрсеткіші
М – заттың мольдік массы
– тығыздық
Молекулалардың рефракциясын аддитивтілік (біртектілік) ережесі бойынша да есептеуге болады:
( 1.3 )
– атомдар рефракциясының алгебралық қосындысы,
– байланыстар рефракциясының алгебралық қосындысы.
1.2–теңдеу және аддитивтілік (1.3) ережесі бойынша анықталған мольдік рефракция мәндерін салтырамыз. Атомдар, байланыстар рефракция мәндерін анықтама кестесінен (қосымша 1.1)аламыз. Өлшеу нәтижелерін 1.1 кестеге енгіземіз.
1.1кесте.
өлшеу реті
бос пикно-метр салмағы, г
суы бар пикно-метр салмағы, г
зерттелінетін сұйықтығы бар пикнометр салмағы, г
тығыздық
,гсм3
Сыну көрсеткіші,
п
RМ
тәж.
RМ
теор.
Эксперименттен алынған нәтижелер негізінде молярлық рефракцияны (1.2) формуламен есептейді. Әрбір студент берілген заттарды тура осылай есептеп, ықтимал құрылысын сызады. Соңынан экспериментальды нәтижесімен ықтимал құрылысының молярлық рефракцияларының мәнін салыстырады.
Бақылау сұрақтары:
1. Поляризация дегеніміз не?
2. Поляризацияның қандай түрлері бар?
3. Поляризация түрлері мен электрлік қабат арасында қандай байланыс бар?
4.Молекуланың диполь моменті дегеніміз не, ол қандай өлшемдермен анықталады?
5. Мольдік рефракция дегеніміз не?
6. Мольдік рефракция аддиттивтілігі неге байланысты болады?
7. Рефрактометрлік әдіс көмегімен заттың құрылысын қалай анықтайды?
Зертханалық жұмыс №2
Термохимиялық өлшеулер
Калориметр қондырғысы. Жылу эффектісін тәжірибе жүзінде анықтау үшін арнайы қондырғы калориметр пайдаланылады.
Сурет 2.1. Калориметр қондырғысы.
1 – араластырғыш, 2 – қыздырғыш, 3 – термоизолацияланған қақпақ, 4 – зерттелінетін затты енгізетін құрал, 5 – резиналы муфта, 6 – электрлі мотор, 7 – бекітілген құралды ұстаушы, 8 –калориметрлік ыдыс, 9 – Бекман термометрі, 10 – калориметрлік камера.
Калориметр қондырғысы сумен толтырылған калориметрлік камерадан 10,аралыстырғыштан 1, термометрден 9, қыздырғыштан 2 және зерттелінетін затты ертіндіге енгізетін құралдан 4 тұрады. Жұмыс мақсатына байланысты әртүрлі калориметрлік сұйықтық: су, сілті және тұз ертінділері пайдаланылады. Жұмыс барысына сыртқы орта әсерін әлсірету үшін калориметрлік камераны ортасы сумен толтырылған қос қабатты ыдысқа 8 орналыстырады. Тәжірибе барысында температура өзгеруін Бекман термометрімен 9 анықтайды.
Калориметрлік тәжірбиені келесідей кезекпен жүргізеді: Бекман термометрін орнатады; электрлік әдіспен калориметр тұрақтысын анықтайды; процестің жылу эффектісін өлшейді.
Бекман термометр құралы және оны орнату. Бекман термометрі тәжірбие кезінде температураны аса үлкен дәлдікпен (1–3 градус) өлшеу үшін қолданылады. Калориметрлік камераны термоизолацияланған қақпақпен 3 жабады.
Сурет 2.2 Метастатикалы Бекман термометрі.
1 – сынап үшін үлкен көлемді төменгі резервуар, 2 – капелляр және өлшеу шкаласы, 3 – қосымша жоғарғы резервуар, 4 – термометрді дөрекі дәлдеу үшін жоғарғы резервуар шкаласы.
Термометр жіңішке өлшеуіш капиллярымен байланысқан негізгі 1 және 3 қосымша сынап резервуарларынан тұрады. Термометр шкаласы 0,01 градус құндылықпен 5 градусқа бөлінген. Ұлғайтқыш көмегімен термометрде 0,002 градусқа дейінгі дәлдікпен жұмыс жасауға болады.
Термометрді орнату үшін оны тәжірибе температурасымен бірдей суға батырады. Термометрдің жоғарғы бөлігін төмен қарай аударады. Резервуардағы сынап капилляр бойымен үлкен резервуардан қосымшаға ағып, ондағы сынаппен қосылуы қажет. Термометрді калориметрдегі сұйықтық температурасынан 5–6 градусқа жоғары сулы моншаға орнықтырады. 2 – 3 минуттан кейін термометрді сулы моншадан шығарып, оң қолға алады. Сол қолдың үлкен саусағымен термометрдің жоғарғы бөлігін тез ұрып қалады. Сынап бағанасы қосымша резервуармен 4 капилляр жалғанған жерден үзілуі қажет.
Осыдан кейін Бекман термометрін калориметрге орнатады. Егер капиллярдағы сынап термометрдің 0 – 2 градус шкала аралығында болса, Бекман термометр дұрыс орнатылған деп есептелінеді.
Калориметр тұрақтысын анықтау
Калориметрлік тәжірбиенің жылу балансын келесідей теңдеумен жазуға болады:
(2.1)
мұндағы ΔН–калориметрде өтетін процестің жылу эффектісі; K – калориметр тұрақтысы.
Зерттелінетін процестің ΔH есептеу үшін калориметр тұрақтысын K білу қажет. Калориметр тұрақтысы K физикалық мәні бойынша калориметр жылусыйымдылығы болып табылады және сандық жағынан калориметрдің барлық бөлігін бір градусқа қыздыруға қажетті жылу мөлшеріне тең. Калориметр тұрақтысын электрлік әдіспен анықтайды. Ол үшін калориметрді 2.1 суреттегі сызбанұсқаға сәйкес құрастырып, Бекман термометрін орнатады.
Араластырғыш пен секундометрді қосады. Әрбір минут сайын Бекман термометрі бойынша температураны ұлғайтқыш көмегімен 0,002-0,003 градус дәлдікпен өлшейді.
Калориметрдің сыртқы ортамен жылу алмасу салдарынан калориметрлік сұйықтық температурасының жоғарлауы да, төмендеуі де байқалауы мүмкін.
Калориметрдегі температура шамамен минут сайын 0,01 градус болып тұрақтанғаннан кейін, 10 рет алдын ала кезең температурасын өлшейді. Кейін 1-2 минут (уақытты секундомермен дәл өлшейді) электромотор 12 қосады (сур.2.1). Амперметр көрсеткішін және ток өту уақытын жазады. Токты өшіріп, 10 минут бойы қорытынды кезең температурасын өлшейді. Температура өлшеу нәтижелерін кестеге енгізеді.
Тәжірибе уақыты, мин.
Алдын алакезең
Негізгі кезең
Қортындыкезең
0
...
10
11
...
14
15
...
25
Бекман термометрінің көрсетуі, 0С
Жүйеге ток жіберу нәтижесінде алған жылу мөлшерін келесі теңдеумен есептейді:
(2.2)
мұндағы -ток жібергенде бөлінген жылу мөлшері, Дж; I – ток күші, А; R – қыздырғыш кедергісі, Ом; τ – ток жіберу уақыты, с.
Температураны өлшеу негізіндегі нәтижелер бойынша миллиметрлі қағазға температура өзгерісінің уақыттан тәуелділік қисығын тұрғызады (сур.2.3). Тұрғызған графиктен калориметрлік тәжірибе кезіндегі температура өзгерісін t анықтайды. Ол үшін В және С нүктелерінордината осьіне проекциялап, кесінді ортасын mn табадыжәне kp қисығын жүргізеді. I нүктесі арқылы вертикаль жүргізеді. АВ және СD қисықты бөлігін вертикаль қисықтағы Е және F нүктелерімен қилысқанға дейін экстраполяциялайды. EF кесіндісі калориметрлік тәжірибенің температура өзгерісіне t сәйкес келеді. t және мәндері бойынша 2.1–теңдеуге сәйкес калориметр тұрақтысын K есептейді.
Сур. 2.3. Калориметрлік тәжірибе барысында температура өзгерісін анықтау.
Термохимиялық процестердің жылу эффектілерін анықтау. Процестердің (еру, гидрат түзу, нейтралдау) жылу эффектілерін калориметр тұрақтысын K есептегеннен кейін анықтайды. Тәжірибе міндеті температура өзгерісін t өлшеу болып табылады. Температура өзгерісін t калориметр тұрақтысын анықтау кезіндегі сияқты графикалық әдіспен табады.
2.1 – жұмыс. Тұздардың еру жылуын анықтау
Жұмыс мақсаты: Тұздардың еру жылуын анытау.
Құралдар және ыдыстар: Калориметр, Бекман термометрі, пробиркалар, көлемі 400 см3 стакан.
Реактивтер: су, сусыз натрий карбонаты, натрий сульфаты.
Тұзды сұйықтықта ерту кезінде екі процесс байқалады: кристалдықтордың бұзылуы–эндотермиялық процесс және иондардың сольватациясы–экзотермиялық процесс. Осы жылулардың қатынасына байланысты (ол еріген заттың және еріткіш табиғатымен анықталады) еру жылуы оң да, ( Н 0) теріс те ( Н 0) мәнге ие болуы мүмкін. Еру жылуы интегралды және дифференциалды (парциалды) болып бөлінеді.
Интегралды еру жылуы–1 моль заттың таза еріткіштің біраз мөлшерінде еру жылу эффектісі. Дифференциалды еру жылуы – 1 моль заттың еріткіштің шексіз көп мөлшерінде еру жылу эффектісі. Бұл кезде ертінді концентрациясы шексіз аз мәнге ұмтылғандықтан ескерілмейді.
Калориметрлік тәжірибеде тек интегралды еру жылуын анықтайды. Дифференциалды еру жылуын есептеп табады.
Жұмыс реті.Тәжірибені жүргізу үшін калориметрлік стаканға 10 (сур. 2.1) 400 см3 дистилденген су құяды. Судың дәл мөлшерін (±1 г) стаканның бос және толтырылған масса айырымдары бойынша анықтайды.Пробиркаға4құрғақ, жақсы ұнтақталған тұз салады (± 0,01 г). 400 см3көлемге шамамен 5 - 10 г тұз салмағы сәйкес келеді.
Калориметр тұрақтысын анықтағаннан кейін 10 рет алдын ала кезең температурасын өлшейді.Кейін тұзы бар пробирканы4 тез суырып алып, воронка арқылы калориметрге тұзды төгеді. Пробирканы қайтадан калориметрқақпағына 8 орнатады. Тәжірибеніңнегізгі кезеңі тұзды төккеннен кейін 1-3 минуттан соң аяқталады. Кейін 10 рет қорытынды кезең температурасын өлшейді. Өлшеу нәтижелерін кестеге енгізеді. Аралыстырғышты тоқтады, пробирканың 4 сыртын сүзгішқағазбен сүртіп, өлшейді. Еріген тұздың дәл мөлшерін (±0,001 г) пробирканың тұзды төкенгенге дейінгі және кейінгі салмағының айырмынан анықтайды. Алынған нәтижелер бойынша график тұрғызып, калориметрлік тәжірибенің температура өзгерісін tк анықтайды. Белгісіз тұздың меншікті интегралды еру жылуынтеңдеу бойынша есептейміз:
мұндағы m–еріген тұз салмағы, г.
2.2 –жұмыс. Тұздардың гидраттану жылуын анықтау
Жұмыс мақсаты: Гидраттану жылуын анықтау.
Құралдар және ыдыстар: Калориметр, Бекман термометрі, пробиркалар, фарфорлы ыдыс.
Реактивтер: су, мыс кристаллогидраты.
Гидраттану жылуы деп,1 моль қатты кристаллогидраттың қатты сусыз тұздан және қажетті су мөлшерінен түзілуге жұмсалған жылу мөлшерін айтамыз. Әдетте кристаллогидраттардың түзілу жылуын тәжірибеде тікелей анықтамайды. Оның мәнін Гесс заңы және сусыз тұзбен кристаллогидрат еру жылуларының калориметрлік нәтижелері негізінде есептейді.
Мыс сульфат гидраты түзілу мысалында, кристаллогидрат түзілу мен еру жылулары арасындағы байланысты табамыз.
Бастапқы күйде 1 моль сусыз кристалды тұзын және n моль ; соңғы —1 моль n моль - ғы ерітінді аламыз. Бастапқы күйден соңғы күйге ауысуды екі әртүрлі жолмен жүзеге асыруға болады.
Бірінші жол:
CuSO4(қ)+nH2O= CuSO4 (ертінді)
Екінші жол:
CuSO4(қ)+5H2O=CuSO4 5H2O (қ);
CuSO4 5H2O (қ) + (n-5)H2O= CuSO4 (ертінді);
Гесс заңына сәйкес екі жағдайда да жалпы жылу эффектісі келесідей болады:
Тәжірибелік жолмен және анықтау арқылы гидрат түзілу жылуын есептеуге болады.
Жұмыс реті. Тәжірибе жүргізу үшін 7,5 г ұнтақталған екі кристаллогидрат өлшемін алады. Біріншісін кристаллогидраттың еру жылуын анықтау үшін пайдаланады, ал екіншісін фарфорлы ыдысқа салып, сусыз тұз ұнтағы пайда болғанша (көк түсі жоғалады), от жалынында қыздырады. Сусыз тұзды алдын ала өлшенген пробиркаға салып, тез резиналы тығынмен жабады. Суыған соң пробирканы өлшейді. CuSO4 еріту үшін 300 г, ал CuSO4 5H2O – 297 г. су алады.
Сусыз тұздың және кристаллогидраттың еру жылуларын анықтау 2.1 жұмыс әдісіне сәйкес келеді.
2.3 – жұмыс. Бейтараптау жылуын анықтау
Жұмыс мақсаты: Натрий гидроксидінің (натрий күйдіргіші) тұз (хлорлы суттек) қышқылымен бейтараптау жылуын анықтау.
Құралдар мен ыдыстар: Калориметр, Бекман термометрі, пробиркалар, көлемі 400 см3 стакан.
Реактивтер: 0,15н натрий гидрооксиді, 5н тұз қышқылы.
Бейтараптану жылуы деп, 1 моль күшті қышқыл 1 моль күшті негізбен әрекеттескенде бөлінген жылу мөлшерін айтады. Бейтараптау процесін иондық түрде келесідей теңдеумен жазуға болады:
Теңдеуге сәйкес кез келген күшті қышқылды күшті негізбен бейтараптағанда сұйытылған ертінділерде 298,15 К кезінде —54,40·106 Джкмоль тең тұрақты жылу байқалу керек.
Жұмыс реті. Бейтараптау жылуын анықтау үшін калориметрлік стаканға 10 (сур.2.1) шамамен 400 см3 0,15 н NaOH ертіндісін құяды. Сілті ертіндісінің нақты мөлшерін (±1г) бос және толтырылған стакан 4 салмағының айырымы бойынша анықтайды. Сілтіні 5 н НС1 ертіндісімен бейтараптайды. Қышқылды (~10 см3) пипеткамен арнайы ампулаға құяды. Қышқылдың нақты салмағын (+0,01 г) бос және толтырылған ампула салмағының айырымы бойынша анықтайды. Ампуланы калориметр қақпағына 3 орнатады(сур. 2.1).
Калориметр тұрақтысын K анықтаған соң, 10 рет алдын ала кезең температурасын өлшейді. Қақпақтағы ампуланы 8 қолмен басып жібергенде, стакан 4 түбінде сынады. Негізігі кезең 1 - 3 минутқа созылады. Кейін 10 рет қорытынды кезең температурасын өлшейді. Графиктен температура өзгерісін t анықтап, теңдеу бойынша қышқылды негізбен бейтараптау кезінде бөлінген жылу мөлшерін есептейді.
Бақылау сұрақтары
1. Химиялық реакция жылу эффектісі дегеніміз не?
2. Гесс заңы және оның салдарының анықтамасын айтыңыз .
3. Стандартты түзілу және жану жылуы дегеніміз не?
4. Стандартты жағдайда реакция жылу эффектісін түзілу және жану жылулары арқылы қалай есептейміз?
5. Калориметр қондырғысын сипаттап беріңіз. Оның қандай түрлерін білесіз?
6. Калориметр тұрақтысын қалай анықтайды?
7. Тұздардың еру, гидраттану жылуы дегеніміз не?
8. Бейтараптау жылуын қалай анықтайды?
Зерханалық жұмыс №3
Ертіндідегі гомогенді реакциялардың тепе–теңдігін зерттеу
3.1 – жұмыс. Гомогенді реакциялардың тепе – теңдігін зерттеу
Жұмыс мақсаты: Ертіндідегі гомогенді реакциялардың тепе–теңдігін зерттеу.
Құралдар мен ыдыстар: 100 мл сыйымдылықты колба, сулы термостат, 100 мл сыйымдылықты конусты колба, пипетка.
Реактивтер: 0,03 М FeCl3,, 0,03 М KI, дистилденген су, 0,015 М натрий гипосульфит ертіндісі, мұз.
Берілген жұмыста қайтымды реакциялардың негізгі қасиеттерімен және төмендегі реакция мысалында химиялық тепе – теңдікті зерттеу әдістерінің бірімен танысады.
Жұмыс реті. Тығыз жабылатын 100 мл сыйымдылықты 4 құрғақ тығынды колба алады және нөмірлеп, келесі ертінділердің нақты концентрациясын құяды.
Ертінді
Колба 1
Колба 2
Колба 3
Колба 4
0,003 МFeCl3, мл
50
-
55
-
0,03 МKI, мл
-
50
-
45
Сонан соң колбаларды температурасы 25±0,2 С сулы термостатқа 30 минутқа қояды. Титрлеуге қажетті 100 мл сыйымдылықты 8 конусты колбалар дайындайды. Әр колбаға 35-50 мл дистилденген су құяды және оларды суыту үшін мұзға қояды. 1 және 2 колбадағы сұйықтықтарды бір – біріне құйып, ал 10 минуттан кейін 3 және 4 колбадағыны. Ертінділерді құю кезеңін сағатпен белгілейді. Колбаларды тығынмен тығыз жабады және термостатқа орнықтырады. Колбаларды араластыру кезеңінен 25 минут өткен соң, термостаттан шығармай пипеткамен 15 мл ерітінді алып, титрлеу колбасына құяды. Ертіндіні пипеткадан титрлеу колбасына құю кезеңін сынама алу уақыты деп санайды.
Сынама алу уақытын 1 минутқа дейінгі дәлдікпен белгілейміз. Құйғаннан кейінгі бөлінген иодты титрі белгілі 0,015 М гипосульфит ертіндісімен титрлейміз. Гипосульфит ертіндісін ертінді ашық сары түске боялғанша қосады. Сонан кейін бірнеше тамшы крахмал ертіндісін тамызып, көк түс жоғалғанша титрлейді. Титрлеуден кейінгі біраз уақыттан соң пайда болатын ашық көк түс ескерілмейді. Пипетканы сынама аларда зерттелінетін ертіндімен шаймалау керек.
Сынама алғаннан кейін 30 минуттан соң әр колбадан қайтадан 15 мл ертінді алып, гипосульфитпен титрлейді. Кейін 40 минутан соң үшінші және т.б сынама алады. Әр колбадан қатарынан алынған екі сынамадағы иодты титрлеуге кеткен гипосульфиттің бірдей миллилитр мөлшері реакцияның тепе – теңдік күйге жеткен көрсетеді.
Есептеу келесідей жүргізіледі.
1. Тепе – теңдік кезінде иод концентрациясы келесідей болады:
мұндағы - гипосульфит ертіндісінің молярлығы; V1 – тепе – теңдік кезеңіңдегі иодты титрлеуге жұмсалған гипосульфит көлемі; V2 – алынған сынама көлемі, мл.
2. Реакция теңдеуі бойынша бір молекула иод және екі ион Fe2+түзілетіндіктен, Fe2+ионының концентрациясы екі еселенген иод концентрациясына тең болады, .
3. Реакция теңдеуі бойынша концентрациясының өсуі, Fe3+концентрациясы кеміуінетең болғандықтан, Fe3+ тепе – теңдік концентрациясы Fe3+ бастапқы және Fe2+ тепе – теңдік концентрациялар айырымына тең:
немесе
FeCl3 мөлшері оның бастапқы және ертіндімен араластыру кезіндегі сұйылту дәрежесімен анықталады:
мұндағы– FeCl3ертіндісінің бастапқы концентарциясы, мольл; а және b реакцияға қажетті FeCl3 және K Iерітінді мөлшері.
4. I– ион концентрациясы келесідей теңдеумен есептейді:
мұндағы – бастапқы ертінді концентрациясы, мольл.
Осындай ретпен тәжірибені басқа температурада да (мысалы, 40 С) жүргізеді. KC есептеу екі температурада алынған екі ерітінді үшін жүргізіледі. Тәжірибелік нәтижелер мен есептеулерді кестеге жазады.
Кесте 3.1
Колба 1
Колба 2
зат
Колба
Колба
Колба
Колба
12
12
12
12
Сынама нөмірі
Сынаманы алу уақыты
Титрлеуге жұмсалған гипосульфит мөлшері, мл
Сынаманы алу уақыты
Титрлеуге жұмсалған гипосульфит мөлшері, мл
t1кездегі бастапқы концентрациясы
t2кезіндегі тепе–теңдік концентрациясы
t1кездегі бастапқы концентрациясы
t2кезіндегі тепе–теңдік концентрациясы
1
2
3
Тәжірибелік жұмысқа тапсырма
Тәжірибе нәтижелері негізінде зерттелінетін реакциялар үшін екі температура кезіндегі орташа тепе – теңдік константасы мен жылу эффектісін Н есептеңіз.
3.2 - жұмыс. Химиялық тепе – теңдік
Жұмыс мақсаты: Әрекеттесуші заттар концентрацияларының химиялық тепе – теңдікке әсерін зерттеу.
Құралдар мен ыдыстар: пробиркалар, штативтер, шпатель.
Реактивтер: калий роданиді, темір хлориді.
Жұмыс реті. 4 пробиркаға 1 мл0,3 М темір хлориді (III) - FeCl3 және 1 мл0,6 М калий роданиді – KCNS ертінділерін құямыз. Сәл ғана пробиркаларды шайқап, ертінділерді араластырамыз. Барлық пробиркаларды штативке бекітеміз, бір пробиркадағы ертіндіні салыстыру үшін бақылау ретінде аламыз.
Ертіндіде қайтымды реакция орын алады:
Темір үш роданиді ертіндіге қызыл түс береді. Пробиркалардың біріне 1 мл FeCl30,3 M, басқасына 1 мл KCNS0,6 M ертінділерін, үшіншісіне 2-3 микро шпатель KCl қосады. Барлық жағдайдағы түс қарқындылығының өзгеруін бақылау ертіндісімен салыстыра отырып белгілейді. Нәтижелерді кестеге толтырады.
Кесте 3.2
№ пробирка
Қосылған ертінді
Түс қарқындылығының өзгеруі (әлсіреуі, күшеюі)
Тепе – теңдіктің ығысу бағыты (оңға, солға)
1
1 мл 0,3 MFeCl3
2
1 мл 0,3 M KCNS
3
2-3 микрошпатель
KCl
4
-
Байқалған құбылысты түсіндіріп, Ле-Шателье ережесіне сүйеніп сәйкес қорытынды жасаңыз.
Бақылау сұрақтары
1. Химиялық тепе – теңдік сипаттамасы.
2. Тепе – теңдік константасын тепе – теңдік концентрациялар және қысым арқылы өрнектеңіз.
3. Әрекеттесуші массалар заңын сипаттаңыз.
4. Егер жүйені идеалды деп қарастырсақ, КС және КР тепе – теңдік константталарына қандай факторлар әсер етеді?
5. Тепе – теңдік константасы температура мен қысымнан тәуелді ме және қалай?
6. A+B C+D химиялық реакциясы үшін КС және КР тепе – теңдік константалары арасында қандай байланыс бар, егер барлық реагенттер идеалды газтәріздес күйде болса?
7. Тепе – теңдік константасын есептеу жолдарын келтіріңіз.
Зерханалық жұмыс №4
Балқыма. Екі құрамдас бөлікті жүйенің күй диаграммасы
Жұмыстың мақсаты: Екі құрылымдық жүйені зерттеу, балқыманың кристалдану(қатаю) температурасын анықтау, салқындату қисықтарын сызып және күй диаграммасын құру.
Аспаптар мен ыдыстар: Термометрлер,секундомер, электрлік плита, қыздыратын суы бар ыдыс, жай техникалық таразы, колбалар мен пробиркалар, реактивтер, фенол-су, фенол-нафталин, нафталин-дифениламин, несеп нәрі-резорсин, бензол қышқылы және басқа да қолда бар жеңіл балқитын органикалық қосылыстар.
Жұмыс реті: Көптеген жағдайларда органикалық қосылыстардың балқу температурасы жоғары бола бермейді. Мұндай жүйелердің термиалық талдауын лабараториялық жағдайда, кәдімгі пробиркамен термометр көмегімен жүргізуге болады.Ол үшін біренше пробирканы алып, 1-інші мен соңғығы таза 2 органикалық затты, ал аралық пробиркаға осы қосылыстың әртүрлі проценттік қатынаста алынған қоспаларын салады да оларды ортасындағы тесігі арқылы термометр өткізілген тығынмен тығындайды.Термометрдің сынапты ұшы балқитын затқа еніп яғни ішінде қоршалып, тұруы керек. Енді ішінде қатты органикалық зат және олардың қоспасымен термометрі бар, тығындаулы пробирканы не спиртовка жалынымен,не қайнаған ыстық сумен, не қыздырылған маймен жылытып, ішіндегісін толық балқытады.Сонан соң бұл пробирканы өзінен жуандау пробиркаға салып,ондағы температураның төмендеуін,секундомер көмегімен әрбір 30 сек сайын өлшеп,бақылайды.Алынған деректерді ,әуелі не крест не бағана түрінде жазып,сосын мұның негізінде температура-уақыт координатында сызба жасап,салқындатқыш қисықтарын алады.Онда 1 градусты 1 миллиметрге, әрбір 30сек. 1 милиметрге тең деген жөн.Қоспаны қолдағы бар қатты органикалық заттардың, ретіне орай әрбір 2,4,6,8,10 грамдықты 100%-ке балап, есептеуге болады.Және оның реті 1 кестеде берілген.
Құрылымдық бөліктер
Қоспа құрамы (балқыма),%
Қоспа салмағы
1
2
3
4
5
6
7
А
100
80
60
50
40
80
0
2-10
Б
0
20
40
50
60
20
100
Тәжірибе кезінде алынған деректерге сүйене отырып, кристалдану температурасы-құрам координатына күй диаграмассын тұрғызады.
Диаграмма құрастыруға арналған деректер. 2-кесте.
Балқыма реті
Кристалдану жүрісі (сипатты нүктелер)
1
2
3
4
5
6
7
Кристалданудың басталуы,°С
Кристалдану соңы,°С
Бақылау сұрақтары:
1.Көрініс-фаза, құрамдас, еркіндік дәрежесі жайлы түсінік.
2.Гибсстің көріністер дәрежесі.
3.Көріністер арасындағы термодинамикалық тепе-теңдік жағдайы.
4.Кристалдану температурасы, салқындату қисықтары.
5.Термиялық талдау, балқыма күй диаграмма түрі.
Зерханалық жұмыс №5
Екі құрамдас су-фенол жүйесінде ертінділердің өзара ерігіштігін зерттеу
Жұмыс мақсаты: Шекті араласатын екі қүрамдас бөлікті жүйелермен тансып, фенол-су қос құрамдас жүйенің өзара ерігіштік диаграммасын құру.
Жабдықтар мен реактивтер: электролит, термометр, араластырғыш, қыздыру суы, түрлі қатынаста араласатын екі сұйық жұптары.
Жұмыс реті: қолдағы бар реактивтер бойынша фенол-су, үшнитрокатехин-су, паранитрокатехин-су, анилин-су, сияқты бір бірінде шекті еритін екі сұйықтың түрлі қатынастағы қоспасын әзірлейді. Мысалы, фенол- су жұбына арналған қоспа төменде берілген.
Үлгі
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Фенол%
100
90
80
79
70
60
50
40
30
20
10
7
6
5
3
температура
50
15
5
5
35
60
70
70
70
70
45
2
10
-3
-2
Мұндағы жұптардың бәрінеде алуға және кейбіреуін алмауғада болады, мысалы,4, 8, 9, 10 және15 реттегі жұптар. Егер бірінші үлгі тек таза фенолдан тұрса,екіншісі 90% фенолмен 10% судан,және т.с.с. тұрады. Оларға сәйкес температура шамамен берілген,және оларды тәжірибе кезінде нақтылы анықтау керек.
Үлгі ретіндегі жұптардың проценттік қатынасымен санын нұсқау бойынша алуға болады. Оларды алдын ала немесе тәжірибе кезінде әзірлейді. Проценттік қатынасты әрбір 5% ке, 10% ке кейде бір процентке өзгертуге болады. Ең дұрысы алдын ала есептеп, әр түрлі қатынаста алынған фенол мен су қоспасын әзірлеп,тұйық түтікке (ампулаға) салған жөн. Мұны бір орындау мүмкін болмаған жағдайда, әрбір үлгіні пробрикаға салып,термометірді өткізіп, тығындауға болады. Мұндайдағы термометрсынабы екі сұйықты жүйеге толық батып тұрады. Мұны бір не екі колбада да орындауға болады. Ол үшін таза фенолдың, айталық 30г, балқу температурасын анықтайды және оны 100% ретінде қабылдап, сосын оған 10%, яғни 3г су қосып, осықоспаның араласу температурасын анықтайды. Осылайша келесі қатынастағы үлгілердің қандай температурада араласатынын анықтайды.
Өздігінен араласпайтын қоспаны үлкен шыны ыдыстағы суға салып, электромагнит басқа араластырғыштың көмегімен өте баяу қыздырлады. Нәтижесін жазып отырады. Екі сұйық белгілі бір температурада араласып, біртекті мөлдір сұйыққа айналады. Сосын оны дәл осы ретпен кері жасайды,яғни салқындатады. Мұнда да әлгі мөлдірде біртекті сұйық, әуелгі белгілі температурада лайланып, не түйіршікке бөлініп, екіге жіктеледі. Мұны бірнеше рет қайталап, әдетте үш реттен кем емес, мөлдірлік пен лайлану температурасын өзара жақындатады. Жалпы алғанда, бұл бір-ақ температура болуы керек, алайда, қолданбалылықжағдайда бұл айырманы 0,2(0,1-0,5) шамасында болған жөн. Орташа температура өзіне тиісті қоспаның араласу температурасы болып есептелінеді. Әрбір қатынастағы қоспаны жиі-жиі сілкілеп, араластырады. Тәжірибе нәтижесін келесіге жинақтайды.
Үлгі реті
Қоспа құрамы%
Температура
фенол
су
мөлдірлену
лайлану
орташа
1
2
3
4
5
Келесідегі мәлметке сүйеніп,орташа температура-құрам координатындағы диаграмманы тұрғызады. Ординатаға, әрбір сантиметр бес градустан, абциссаға 1см-10% шамасындағы мәнді салады. Алынған сызбаны Гиббс ережесін қолданып, талдайды.
Бакылау сұрақтары:
1. Сұйықтақтарды өзара ерігіштігіне қарай қалай топтайды? Нақтылы мысалдар келтіріндер.
2. Сұйықтықтардың өзара ерігіштігіне температураның әсері қандай?
3. Шекті араласатын сұйықтықтар деп қандай заттарды айтады? Ерудін критикалық температурасы дегеніміз не? Оларды қалай аныктауға болады?
4. Қос компонентті жүйенің құрам-еру температурасы диаграммасың анализдеңіздер.
5. Құрам-еру температурасы диаграммасың пайдаланып, жүйенің құрамың және фазалар мөлшерінің қатынасың қалай анықтайға болады?
Зерханалық жұмыс№6
Гальваникалық элементтің Э.Қ.К өлшеу
Жұмыс мақсаты: пайдаланылатын ерітінділердің активтігіне тәуелді гальваникалық элементтің Э.Қ.К анықтау, алынған нәтижені Нернст теңдеуімен есептелінген деректермен салыстыру.
Аспаптар: Микровальтметр, Якоби-Даниэль элементіне арналған ыдыс, электролиттік көпір, мыс, мырыш-электродтары, ЭВЛ-1М3 хлоркүмісті салыстыру электроды, көлемі 50-100 мл стакандар. Реактивтер: мырыш және мыс сульфаты (0,1-1,0 мольг), қаныққан калий хлориді, қаныққан азот және тұз қышқылдары, түрпі қағазы. Бірінші тапсырма. Якоби-Даниэль элементінің Э.Қ.К өлшеу. Жұмыс реті: электродтарды әзірлеп, олардың беткі қабатын түрпілі қағазбен тазалап, сумен шаяды, мыс электродын бірнеше минут азот қышқылына (1:5), ал мырышты – осындай концентрациядағы тұз қышқылына батырады да электродтарды таза сумен мұқият жуады. Оқытушының нұскауымен мыс пен мырыш сульфаттарының ерітінділерін әзірлеп, Якоби-Даниэль элементінің бірнеше түрін құрастырып, ЭҚК өлшейді. Осы орайда, бір ерітінді ішінде және екі ерітінді электролиттік көпір арқылы өлшеп, диффузиялық потенциалды салыстыра отырып, бағалайды.
Өлшеу нәтижесін кестеге жинақтайды.
Тізбек сұлбасы
Еесепт
Етәж
Салыстырмалы қателік,%
Екінші тапсырма. Жеке электродтың потенциалын анықтау. Жұмыс мақсаты: Электродтық потенциал мәніне электрод табиғатының ықпалын зерттеу. Теңдеу бойынша есептелінген потенциал мәндерін тәжірибе кезіндегімен салыстыру.
Me²+‚ Me=°Me²⁺‚ Me+Me²⁺
Жұмыс реті: Оқытушы не лаборант нұсқауы бойынша екі жарты элемент (жеке екі электрод) әзірленеді,мысалы,
1MCuSO₄⁄Cu және 1MZnSO₄⁄Zn
Мұнан кейін, олардан екі тізбек құрастырады да олардың ЭҚК өлшейді.
(-)Ag,AgClKClканCuSO₄(1M)Cu(+)
(+)ZnZnSO₄(1М)ǁKClканAgCl,Ag(-)
Бірінші тізбектегі хлор күмісті салыстыру электроды теріс, ал екіншіде – оң электродтың міндетін атқарады. Зерттелінетін электродтардың белгілерін тәжірибе кезінде анықтайды,немесе жоғарыдағы теңдеу бойынша есептейді де оларды хлоркүмісті электродтың потенциалымен салыстырады. Жекеленген электрод потенциалын келесі теңдеу бойынша есептейді.
EX=Сu2+⁄Cu-Cl¯AgCl,Ag; Cu²⁺Cu= EX +Cl¯AgCl,Ag
EX=Cl¯AgCl,AgZn²⁺Zn; Zn²⁺Zn=Cl¯AgCl,Ag- EX
Өлшеу нәтижесін кестеге жинақтайды.
Тізбек сұлбасы
ЕX
()тәжірибе
()есептелінген
Салыст қат.%
Бақылау сұрақтары:
1. Тарамдылық және химиялық гальваникалық тізбек дегеніміз не?
2. Гальваникалық тізбектерге арналған Нернст теңдеуі?
3. Гальваникалық тізбектердің ЭҚК термодинамикалық потенциалымен қалайша байланысқан?
4. Диффузиялық потенциал дегеніміз не және оны қалай кемітеді?
Зерханалық жұмыс№ 7
Әлсіз электролиттердің электрөткізгіштігін зерттеу
Жұмыс мақсаты:Меншікті және эквиваленті электрөткізгіштің ертінді концентрациясынан тәуелділігін анықтау, сондай-ақ әлсіз электролиттер үшін диссоциациялану дәрежесін және константасы мен күшті электролиттер үшін электрөткізгіштік коэффициентін анықтау
Аспаптар мен реактивтер:Кондуктометр S-230, термостат, 10мл.пипетка, 5стакан көлемі—100мл.,
Жұмыс реті: Электөткізгіштікті анықтайтын ыдысқа 20 мл зерттелінентін ертінді құяды.Ыдысты термостатқа салып, онда 10— 15 мин ұстайды, кейін ертіндінің электрөткізгіштігін өлшейді. Өлшеуден кейін ыдыстан пипеткамен 10 мл ертінді алады және 10 мл дистилденген су қосады. Су температурасыда ертінді температурасындай болу керек, ол үшін сулы колбаны да термостатта ұстайды. Бір 10 мл пипетка ертінді алу үшін, екіншісі— су үшін.
Ертіндіні сұйылтқаннан кейін жақсылап араластырып, термостатта 2—3 мин ұстайды, ертіндінің өткізгіштігін өлшейді. Сұйылту операциясын 5—6 рет қайталайды.
Тәжірбие және есептеу нәтижелерін кестеге жазады.
№ Өлшеу реті
Ертінді концентрациясы, с
G
λ
Әр концентрация үшін тауып, меншіктіжәне эквивалентттіλэлектөткізгіштікті анықтайды.
Күшті электролиттер үшін эквивалентті электрөткізгіштіктің концентрациядан λ - √с координатасындатәуелділік қисығын тұрғызады және алынған қисықты ординат осімен қисылқанша экстраполирлау арқылы, шексіз сұйытылған кездегі электрөткізгішті анықтайды. Әлсіз электролит үшін келесі теңдеумен анықтайды:
- сұйылту кезіндегі эквивалентті электрөткізгіштік
Кейін әр ертінді үшін электролиттік диссоциация дәрежесі мен константасын анықтайды.Алынған және графикалық әдіспен табылған мәндерін сәйкесінше теңдеумен есептелінген мәндерді салыстырады.
Бақылау сұрақтары:
1. Электролиттің меншікті және эквивалентті электрөткізгіштігі дегеніміз не? Өлшем бірлігіқандай?
2. Меншіктіэлектрөткізгіштіктің концентрациядан тәуелділігін түсіндіріңіз.
3. Күшті және әлсіз электролиттер үшінэквивалентті электрөткізгіштіктің сұйылтудан тәуелдігін түсіндіріңіз.
4. Қандай иондар сулы ертіндіде жоғары қозғалғыштыққа ие?
5 Кольрауш заңдылығының мәнін айтыңыз?
6. Электролиттің меншікті және эквивалентті электрөткізгіштігі өара қалай байланысқан?
Зерханалық жұмыс №8
Ацетонның иодталу реакциясының жылдамдығын зерттеу
Жұмыс мақсаты: Химиялық реакциялардың кинетикасын зерттеген кездегі титрлеу үшін үлгіні бөліп алу тәсілімен жылдамдықтың орташа тұрақтысын анықтаумен танысу және ацетонды йодтану реакциясындағы белсенділеу (активтендіру) энергиясын анықтау. Катализатордың бастапқы концентрациясынан жылдамдық тұрақтысының тәуелділігін зерттеу.
Аспаптары мен ыдыстары: термостат, сыйымдылығы 250 мл өлшеуіш колба, 25 мл пипеткалар, бюреткалар және титрлеуге арналған колбалар.
Реактивтер: Калий йодидінің 4% ерітіндісіндегі йодтың 0,1 н ерітіндісі,0,5н, 0,6н, 0,7н, 0,8н, 0,9н, 1,0н тұз қышқылының ерітінділері, ацетон, 0,1н NaHC ерітіндісі , 0,01н ерітіндісі, крахмал.
Негізгі ілім.Ацетонды қышқыды не сілтілі ортада йодпен әрекеттестіргенде, ол айтарлықтай жылдамдықпен жүреді. Бұл реакцияның әрбір ортадағы механизмі түрліше. Енді соларды қарастырайық .
Сілтілі оратада. Өзіне протонды жеңіл қосып алатын заттарды профильді деп атайды. Ацетон құрамындағы карбонильді осындайға бейім, өйткені электрон тығыздығы отекке ығысқан:
Мұның салдарынан метилді топтың біріндегі сутегінің әйтеуір біреуі қозғалғыш және бөлініп кетуге бейім болады да реакция жүреді:
- С(О)=
Мұндайда ацетонның карбкатионы мен кетоенолдағы анионның арасында тепе- теңдік орнайды.Бұл реакцияның жыдамдығы жәнеоған сәйкес жылдамдық түрақтысы аз,бұл бірінші кезең.Мұнан кейін анион йодпен реакцияға түседі:
С(О)=С
Бұл реакциядағы екінші кезең тезірек жүреді,яғни .
Қышқылды ортада.Орта қышқылды болса ,сутегі ионы артық болып, гидроксоний ионы түзіледі де ацетон профильге айналады.Ацетонға гидроксионды ионнан протон ауысады.
-С(О)-С + +
Кетоенолдың метилді тобындағы сутек қозғалғыш болып, сутек молекуласына қосылады:
+
Бұл реакцияның жылдамдық тұрақтысы - және ол баяу жүреді .Ендеше осылайша бірінші реакцияның мәні кетонның енол түріне таутомерияға айналу.Екінші кезеңде оның енолды түрі йодты қосады:
-С(О)- C++
Реакцияның бұл түрі тез жүреді, яғни .Бірінші жағдайда ацетоннан кетоенол түзілсе, екіншіде кетонның таутомерлі енолға түрленуі жүреді. Қышқылды ортадағы реакция жүрген сайын, гидроксоний ионының мөлшері артып, реакция жылдамдығы үдейді. Мұндай өздігінен үдейтін реакцияларды автокаталиттік деп атайды.
Жоғарыда көрсетілгендей қышқылды ортада ацетонды йодтану реакцияның жыдамдығы, оның бірінші кезеңінің енолдың түзілуі жылдамдығына тәуелді. Демек, ол ацетон мен сутек иондарының шамасына да (таралымына да) тәуелді, ал йодқа тәуелсіз. Мұның нәтижесінде реакция екінші реттілік бойынша жүреді.
Тәжірибелік жұмыстар
Жұмыстың екі түрі ұсынылады:
Бірінші:1. 25-тен 450С температурадағы тұз қышықылының концентрациясында(0,5-тен 1,0н) кинетикалық тәжірибелер жүргізу. Температура мен қышқылконцентрациясын оқытушы не лаборант нұсқайды. 2. Реакция жылдамдығының тұрақтысы есептеу 3. Температурадан жылдамдық тұрақтысының тәуелділігінен туындайтын активтендіру энергиясын анықтау.
Екінші:1. Тұрақты температурада болғанымен, тұз қышқылының әуелгі концентрациясын түрліше болатын жағадайда үш рет кинетикалық тәжірибе жүргізу керек, және мұнда да температура мен концентрацияны оқытушы не лаборант нұсқайды. 2. Реакция жыдамдығының тұрақтысын есептеу қажет. 3. Катализатордың әуелгі коцентрациясына тәуелді болатын орташа тұрақтының сызбасын тұрғызады.
Өлшеу әдістемесі мен нәтижелерді өңдеу. Cыйымдылығы 250 мл колбаға 25мл, 4%-ті калий хлоридіндегі 0,1н йод ерітіндісін, 25 мл 1,0 н тұз қышықылын және оған қосымша колба мойындағы сақиналы сызық белгісіне дейін таза (дистилденген) су құйып термостат ішіне орналастырады .Осы кезде, бұған дейін дайындалған, ысқыланған тығыны бар өлшеуіш пробиркаға орналастырады. Мұндай ішінде 10-15 мл таза сулы бар пробирканы талдаулық таразыда өлшеп, оған пипетка көмегімен өлшеніп, алынған 1,5мл ацетонды (тығыздығы 0,792) қосып, пробирканы қайтадан таразыда өлшеп, өлшеу айырмасы арқылы алынған ацетонның нақтылы да дәл салмағын анықтайды. Термостаттағы үлкен колба мен пробирканы, екеуіндегі температура бірдей болу үшін 10-15 минут ұстап, мұнан кейін пробиркадағы ацетон ерітіндісін колбаға қосып, пробирканы таза сумен1-2 рет шайып, оны да бірінші колбаға қосады. Ерітінді деңгейі белгіге жеткенше оған таза су құяды да оларды жақсылап араастырады, оны термостатқа орналастырады, және бұл кез реакцияның басталуы деп саналады, яғни уақытты өлшей бастайды. Осы кезде бірінші үлгіні пипетка көмегімен 25 мл алады да титрлеуге арналға колбаға құяды.Енді мұндай үлгіні, яғни екіншіні, реакциябасталған соң бір сағаттан кейін, қалған 3-4 үлгінің әрқайсысын әрбір 30 минут сайын алып отырады. Мұндай 25 мл алынған әрбір үлгіге дер кезінде 0,1н NaHCерітіндісін (25мл) қосып, оған 1-2крахмал ерітіндісінің 1-2 тамшысын көрсеткіш (индикатор) ретіндe тамызып, 0,01н натрий гипосульфитінің ерітіндісімен титрлейді. Ацетонды йодтану реакциясындағы жылдамдық константасын, мына теңдеу бойынша септейді:
К=
мұндағы К- жылдамдық тұрақтысы, -ацетонның бастапқы таралымы, гидроксоний йодтарының әуелгі таралымы, яғни тұз қышқылынікі, әрбір өлшенген уақытқа сай реакцияға түскен ацетонның концентрциясын г.бірлігімен өлшеп, келесі теңдулер бойынша есептеп, анықтайды:
=
мұндағы 1,1880-өлшеу айырмасы арқылы есептелінген ацетонның салмағы, 58,08-ацетонның молекулалық салмағы.
мұндағы бірінші титрлеуге кеткен , гипосульфит ерітіндісінің көлемi,әрбір уақытқа сәйкес титрлеуге кеткен осы ерітінді көлемі.
Белсенділеу энергиясын есептеу үшін Аррениус теңдеуін пайдаланады.
Бұл теңдеудегі мен аралығында интегралдап , келесі өрнекті алуға болады:
ln=немесе Е=
мұнан екі температура кезінде есептелінген жылдамдық тұрақтылары бойынша активтендіру энергиясын Е еспетеуге болады.Ондағы R=1,987 кал.немесе 8,31.градус; мен тәжірибені жүргізген кездегі ортаның температурасы , Кельвин өлшемінде.
Жалпы тәжірибе нәтижесін келесі үлгіде жазуға болады.
Тәжірибедегі температура
Тұз қышқылының таралымы (г.)
Суы бар пробирка салмағы (г)
Суы мен ацетон бар пробирка салмағы (г)
Ацетонның салмағы
Үлгі реті
Реакция уақыты
Көлемі ,мл
Г.
К
К
Бақылау сұрақтары:
1. Неліктен ацетонды йодтану реакциясының жылдамдығы йодтың мөлшеріне (концентрациясына) тәуелді болмайды?.
2. Неліктен ацетонды йодтану реакциясын автокалиттікке жатқызуға болады? Мұндайреакциялардың дифференциалды кинетикалық теңделерінің түрі қандай?
3. Неге ацетонды талдаулық таразыда өлшеу керек?
4. Неліктен титрлегенде натрий бикарбонатының ерітіндісін қолданады?
5. Катализатор қатынасқандағы реакция жылдамдығының арту (жоғарылау) себебі неде?
6. Гомогенді каталиттік реакциялардағы жылдамдықтың катализатор конентрациясына тәуелділігін қалай түсіндідіруге болады?
Зерханалық жұмыс №9
Қатты дене-ерітінді арасындағы адсорбция
Жұмыс мақсаты: Белсенділенген көмірмен сірке қышқылының арасындағы адсорбцияны зерттеу және белсенділенген көмірдің беткі ауданын есептеу.
Аспаптар мен ыдыстар: Бюреткалар, сыйымдылығы 100 мл 12 колба, өлшеуіш ыдыс, құйғыш, сүзгіш қағаз.
Реактивтер: 0,4н сірке қышқылының ерітіндісі, белсенділенген көмір,0,1н натрий гидроксидінің ерітіндісі,фенолфталин.
Негізгі ілім. Екі фазааралық беткі қабатында жүретін құбылысты беткі құбылыстар деп атайды.Солардың бірі-адсорбция құбылысы.Адсорбция деп, 2фазаның жанасуы шегіндегі газ не еріген зат күйіндегі молекулаларының жинақталуын айтады.Фазалардағы жанасу шекке жинақталатын (концентрациясы жоғарлайтын), яғни адсорбциялайтын затты адсорбент деп аталады. Қатты адсорбент бетінде жүретін газдың немесе ерітіндідегі еріген заттың адсорбциясы,жеке қабатты адсорбцияның физикалық мәніне негізделе отырып, тұжырымдалған Ленгмюр теңдеуіне бағынады:
(1)
Мұндағы: А-адсорбция шамасы (мөлшері) мольг; А∞-әр тектегі адсорбент үшін тұрақты шама болатын шеткі адсорбция шамасы, мольг; b-заттың адсорбциялық қабілетін сипаттайтын тұрақты; С-адсорбцияланатын заттың тепе-теңдік концентрациясы, мольг.
Бір молекулалық адсорбцияның изотермалық сызбасының түрі, мына суреттегідей :
Ондағы қисықты шартты түрде 3 бөлікке бөлуге болады. Оның бірінші (1) және үшінші (3)бөлігі тура, түзу сызықты да олардың арасы (2) қисықты сызық. Бұған басты себеп, әуелгі кездегі (бірінші бөлік ), адсорбент беті толмаған, бос және адсорбцияланатын молекулалар арсында бәсеке жоқ, ал келесі бөлікте (2) бұл керісінше. Үшіншіде (3) адсорбция өзінің шегіне жеткен, онда бос орын жоқ және ол өзгеріссіз қалғандықтан түзу сызықты. Демек Ленгмюр теңдеуі (1) изотермадағы үш бөлікті де жақсы мазмұндап, түсіндіреді екен. Тепе-теңдіктегі концентрация аз болған кезде, теңдеу басқаша өрнектеуге болады:
(2)
Ал, егер тепе-теңдік концентрациясы үлкен, яғни ВС˃1 болса, теңдеу өзгереді:
(3)
Адсорбцияны, тәжірибе кезінде алынған мәліметтерге сүйеен отырып, яғни адсорбтив концентрациясының адсорбцияға дейінгі және одан кейінгі мәндерінің айырмасын, адсорбент санына, ерітінді мөлшеріне қатынастырып есептейді: (4)
мұндағы V-ерітінді көлемі, мл; m-адсорбент саны (салмағы), г; С1-адсорбтивтің адсорбцияға дейінгі концентрациясы, С2-адсорбтивтің адсорбциядан кейінгі таралымы. Қолданылмалық жағдайда, яғни тәжірибе кезінде шеткі адсорбция өз мәніне көбінесе жете бермейді.Сондықтан да оны талдау тәсілі арқылы табады.Ол үшін Ленгмюр теңдеуін (1) түзу сызықты теңдеуіне келтіреді:
(5)
Тәжірибе кезінде алынған мәліметтерден 1А мен 1С2 мәнін тауып, суреттегідей сызбаға 1А = f(1C2) тәуелділікте түзу тұрғызады. Мұнда С2 адсорбциядан кейінгі тепе-теңдіктік таралым екенін жоғарыда айтылған.Ординат өсін көлбеу түзудің қиған бөлігі шекті адсорбцияға (А∞,мольг) тең, ал осы көлбеудің абцисс өсімен құратын бұрышы 1:А∞В тең және одан тұрақты В-ның шамасын табады. Адсорбенттің маңызды сипаттамаларының бірі, оның меншікті беткі қабаты және оны, егер шекті адсорбция (А∞)мәні болса , оңай есептеуге болады.
(6)
мұндағы NA – Авагадро саны, S0 –адсорбцияланған заттың бір молекуласы орналасқан аудан, Sмен= меншікті аудан м2г.
Жұмыс реті: Берілген 0,4н сірке қышқылынан сұйылту арқылы көлемі бірдей (100мл) таралымы әртүрлі алты ерітінді әзірлейді: 0,4н; 0,2н; 0,5н; 0,02н; 0,025н.
СН3СООН
мл
100
75
50
25
15
7,5
Н2О мл
0
25
50
75
85
92,5
Жуықталған концентрациясы.
0,4
0,3
0,2
0,1
0,07
0,03
Бұлардың әрқайсысын 2-ге, яғни 50мл бөліп, 12 ыдыстағы 6 жұп ерітінді алады. Сосын олардың бірінші алтауына 0,5 грамнан белсенді көмір салып,бір сағатқа қояды. Осы кезде екінші алтауына жеке-жеке сілтімен титрлеп, нақтылы концентрациясын анықтайды. Бір сағаттық уақыт өткен соң көмірді сүзгіш қағазбен бөледі де алтауын сілті ерітіндісімен титрлеп, адсорбциядан кейінгі концентрациясын анықтайды. Тәжірибе нәтижесін кестеге жинақтайды.
Колбалар реті.
Адсорбцияға дейінгі қышқыл концентрациясы.
Адсорбциядан кейінгі қышқыл концентрациясы.
А,мольг
1С2
1А
Тапсырма:
1.А=f(C1) сызбасын тұрғызу;
2. 1A=f(1C2) сызбасын тұрғызу;
3. Көмірдің меншікті ауданын (беткі қабатын) есептеу.
4.Тұрақты В шамасынесептеу.
Бақылау сұрақтары:
1. Адсорбция процессі деген не? Неліктен адсорбция процессі жүреді?
2. Адсорбция түрлері, адсорбциондық күштер типі?
3. Фрейндлих тендеуі, оның физикалық мағынасы қандай?
4. Адсорбция изотермиясы деген не? Фрейндлих – Бедекер және Ленгмюр изотермасының тендеулері?
5. Физикалық және химиялық адсорбцияның ерекшелігі неде?
6. Адсорбция және оның система параметрлерімен байланысы қандай?
7. Адсорбция шамасына қандай факторлар және қалай әсер етеді?
Зерханалық жұмыс № 10
Коллоидты жүйені алу
Жұмыс мақсаты: коллоид ерітінділерін алу кезіндегі әрекеттесуші заттар крнцентрациясының әсерін зерттеу. Аспаптар мен ыдыстар:100мл бес стакан; 5мл бес тамызғыш (пипетка).
Реактивтер: 0,005М және 0,1М темір (III) хлоридінің ерітінділері; 0,005 М және 0,1М сары қан тұзы ерітіндісі - Fe ; таза су.
1-тапсырма. Коллоид ерітінділерін алу кезіндегі әрекеттесуші зат концентрациясының маңызы. Реакция нәтижесінде ерімейтін өнім, екі рет қайта алмасатын реакцияларға ұатынасты алынатын дисперсті бөлшек өлшем, әрекеттесетін зат концентрациясына тәуелді. Жоғары және төменгі концентрация кезінде коллоид жүйе алынады. Әуелгі жағдайда, яғни жоғарғы концентрация кезінде кристалдану ортасы бірлен көбейіп кететіндігімен байланысты . Мұндай әрекеттесуші заттар іріленіп , коллоид бөлшектерін түзеді. Сосын мұндай бөлшектердің ірілену мүмкіндігі шектелінеді. Ал екінші, яғни төменгі концентрация кезінде , кристалдану орталарының пайда болуы қиындағандықтан , қатты түйіршіктер - бөлшектер сирек түзіледі және ол шектеулі болады. Демек, бөлшек өлшемі өспейді, ол ірілене бермейді. Әрекеттесуші заттар концентрациясы орташа кезінде шөгіндіге түсетін өлшемдегі бөлшектер туындайды.
Жұмыс реті. 1-тәжірибе. Көлемі 100мл стаканға, 0,005М темір (III) хлоридінің ерітіндісін құяды да оның үстіне 5мл 0,005 М сары қанды тұздың Fe ерітіндісін қосады. Осылайша алынған ерітінді қоспасын 50 мл таза сумен сұйылтады . Нәтижесінде мөлдір түсті берлин лазурының Fe коллоид ерітіндісі пайда болады. 2-тәжірибе. Мұнда да 1-тәжірибедегі темір (III) хлориді мен сары қанды тұздардың 0,1М ерітінділерін сол көлемде алады. Пайда болатын лайлы ерітіндіден берлин лазурының шөгіндісі түседі. 3-тәжірибе. Көлемі 100мл стаканға 5мл темір (III) хлоридінің қаныққан ерітіндісін және 10мл сары қанды тұздың қаныққан ерітіндісін қосады. Ұйыма тәрізді шөгінді пайда болады. Мұның бір бөлігін екінші стаканға ауыстырып , 100мл таза сумен араластырады. Нәтижесінде тұрақты берлин лазурының золі пайда болады.
Жұмыс мақсаты: кейбір гидрофильді золь қасиетін зерттеу. Аспаптар мен ыдыстар: фарфордан жасалған ұнтаұтағыш кіші келі мен келсап, фарфор табақша, өлшеуіш цилиндр, сыйымдылықтары 200мл стакан, 100 мл өлшеуіш колба,5 мл тамызғыш-пипетка, 10 мл бес пробирка, электр плитасы, қыздыратын жай су, техникалық таразы.
Реактивтер: Крахмал, жапырақша түріндегі желатин, ұнтақты жұмыртқа альбумині, ұнтақты құрғақ казейін, формальдегид, 0,1 М натрий ацетатының ерітіндісі, берлин лазурының – жылтырағының золі Fe , аммоний сульфатының қаныққан ерітіндісі – (, таза су. 2-тапсырма. Гидрофильді зольдерді алу және олардың кейбір қасиеттері.
Лиофильді зольдерді, жоғарғы молекулалық қосылыстарды өздеріне сәйкес еріткіштерде еріту арқылы алады, ақ затты- белокты суда, каучукты бензолда, целлюлозаны эфирде және т.с.с. Бұл заттардың арасында суда еритін зольдердің – гидрофильдінің маңызы зор, мысалы ақ зат – белок , крахмал, глюкоген және басқалар. Лиофильді зольдер жоғарғы молекулалық қосылыстардың ерітіндісі болғандықтан , лиофобты зольдерден гөрі тұрақты болады және мұның нәтижесінде олар өте жоғарғы концентрациялы ерітінді құрап, жоғарғы тұтқырлық және осмостық қысым көрсетеді. Лиофильді ерітінділердің концентрациясы артқан сайын, олар қоюлана келіп, сірленеді де іркілденіп гельге ауысады. Бұл құбылыс кері де жүре алады.
Жұмыс реті. 1-тәжірибе. Крахмал золі– ерітіндісі. Ол үшін 0,5г крахмалды фарфор келісінде мұқият ұнтақтап , фарфор қабықшасына ауыстырып , 10 мл таза сумен араластырады да сосын оған тағы да 90мл таза су қосады. Енді осы қоспаны үздіксіз қозғап , араластыра отырып , баяу қыздырып , қайнатады. Нәтижесінде 0,5 процентті крахмал золі пайда болады, яғни оның жарық сәулесіне шағылыстырып қарағанда ылайланыңқырап көрінеді.
2-тәжірибе. Желатин золі. Сыйымдылығы 200 мл стаканға 0,5г желатинді ұнтақтап , салып, үстіне 50мл таза суды қосып ол ісіну үшін 30 минуттай қояды. Сосын оған тағы да 50мл су қосып , араластырады да оны стаканмен C шамасындағы жылы суға салып , толық ерітеді. Осылайша алынған желатин золін тұрақтандыру үшін оған формальдегид ерітіндісінің 2-3 тамшысын тамызады.
3-тәжірибе. Жұмыртқа альбулинінің золі. Көлемі 100 мл өлшеуіш колбадағы алдын ала ұнталған жұмыртқа альбулинінің 10г ұнтағын немесе тауық жұмыртқасының ақ затын салып, үстіне 40-50мл салқын таза су қосып, толық ерігенше мұқият араластырады. Сосын колбаға таза суды белгіге дейін қосса , ақ зат белок золі пайда болады.
4-тәжірибе. Казеин золі. Көлемі 50 мл өлшеуіш колбаға 0,1М натрий ацетатының 5мл ерітіндісін, 10мл таза су құяды да оған 0,2г ұнтақталған казеин қосады.Сосын оны 40-C қыздырып, араластыра қозғап, толық ерітеді. Колба салқындаған соң оған шекті сызық белгіге дейін таза су қосады. Мұндайда, әлсін ғана опалесцияланатын казеиннің коллоид ерітіндісі пайда болады.
5-тәжірибе. Гидрофильді ерітінділердің қыздыру мен электролит әсеріне тұрақтылығы. Жоғарыдағы тәжірибелерде алынған гидрофильді зольдердің ерітінділерін төрт пробиркаға 5мл құйып, қайнағанша қыздырады. Бұлардың арасында қандай зольдің қыздыруға тұрақты екенін анықтап, сипаттайды. Бір пробиркаға мұның алдындағы тәжірибеде алынған берлин лазурының 5мл золін қяды. Ал төрт пробиркаға 5 мл гидрофильді зольдің ерітінділерін қосады: крахмал, казеин, желатин және жұмыртқа альбулині. Енді осы бес пробирканың әрқайсысын бюреткадан аммоний сульфатының қаныққан ерітіндісін коллоид, ерітіндінің әрқайсысы ұйығанша қосып, оның әрқайсысына кеткен элетролит көлемін өлшейді.
Алынған нәтижелерді кестеге жинақтайды.
Золь
Ұйытуға кеткен электролит, мл
Берлин лазуры
Крахмал
Жұмыртқа альбулині
Казеин
Желатин
Бақылау сұрақтары:
1. Дисперсті жүйелер арасындағы коллоид ерітінділер қандай орын алады?
2. Коллоид ерітінділерді алудың қандай әдістері бар және олар неге негізделген?
3. Коллоид ерітіндісін алу үшін дисперстілікті жоғарылату жеткілікті ме?
4. Шекті концентрациялар заңының мәні не?
Зерханалық жұмыс№11
Темір гидроксиді золінің ұюы мен тұрақтануын зерттеу
Жұмыс мақсаты: Темір гидроксиді золінің ұю табалдырығы мен қорғау санын анықтау.
Аспаптар мен ыдыстар: сыйымдылығы 300мл колба, пипеткалар, пробикалар -10мл-20 дана, 100мл стакан , электр плитасы.
Реактивтер: темір хлоридінің 2 проценттік ерітіндісі, 0,001н натрий сульфатының ерітіндісі, 0,12 % желатин ерітіндісі, таза су.
Негізгі ілім. Коллоидты жүйелердің нағыз ерітінділерден басты айырмашылығы. Олардың меншікті беткі ауданы болуына орай артық беттік энергиясы болады және олар термодинамиканың екінші заңына сәйкес термодинамикалық тұрғыдан алғанда тепе-теңдіксіздегі (тұрақсыз) жүйе болып келеді. Коллоидты жүйелер, бос беттік энергия қорын азайту арқылы тұрақты күйге өздігінен өтуге ұмтылып, бос энергияны ең кіші шекке бағыттайды.Жалпы коллоидты жүйелер тұрақтылығының екі түрі бар:агрегатты және кинетикалық (седиментациялы). Агрегаттық тұрақтылықтың жойылуы, жүйедегі бөлшектердің ірілену тәсілі арқылы өтетін ұю құбылысымен өрнектелінеді,яғни екі бөлшектің өзара жабысып, бірігіп үлкен бөлшек (агрегат) түзуі. Мұнан әрі ұю үрдісі дами түскен кезде, жүйедегі кинетикалық тұрақтылық жоғала бастайды,яғни үлкейген коллоидты бөлшектер жүйе көлемінде біртекті,бірдей таралу қабілетінен айырылып,ондағы бөлшектер не ерітінді бетіне бөлініп шығады,не түбіне тұнба сияқты шөгеді (седиментация). Коллоидты жүйе жайлы ғылымдағы тұрақтылық мәселесі маңызды орынға ие және оның қолданылмалық мәні ерекше. Ұю құбылысын туындататын себептер табиғаты сан алуан болуы мүмкін: температураның өзгеруі, механикалық әсерлер, сәулемен әрекеттесу, жүйенің ескіруі, дисперсиялық көрініс таралымының өзгеруі және т.б. Ал, ілімдік және қолданылмалық тұрғыдан алғандағы электролит қосу арқылы пайда болатын ұю үрдісінің орны мен маңызы ерекше.
Электролитпен ұйытқан кезде оған тән пайда болатын бірқатар жалпы ережелер бар. 1.Қосылатын электролиттің барлық бөліктерінде бірдей ұйытушы қабілет болмайды.Яғни электролиттегі коллоидты бөлшек зарядының кері зарядта болатын ион ғана ұю үрдісін тудырады. Мысалы, оң зарядталған темір гидроксиді гидролизіне, электролиттегі оған кері зарядталған аниондар ұйытушы әсер етеді. 2.Ұю үрдісі q–потенциал нөлге теңелгендегі бірдей электрлік күйде басталмай сол q–потенциал қайсы бір шекті мәнге жеткенде жүреді. Бұл q – потенциал шамасы көптеген жүйелер үшін 30 мВ жуық, алайда бұл шама тек әр түрлі зольді ғана алмай,бір ғана зольді,электролитті алғанда да өз мәнінен ауытқуы мүмкін. 3. Ионның ұйыту қабілеті,оның валенттілігі жоғарылаған сайын артады. Егер бір валентті ионның ұйыту қабілетін бірге тең деп алсақ,онда екі валенттінікі бірнеше ондаған есе, ал үш валенттінікі – бірнеше жүздеген есе артық болады. 4. Валенттілігі бірдей қатардағы иондардың ұйыту қабілеті, олардың радиусы өскен сайын артады. Бұған орай бір валентті сілтілік катиондарды ұйытушы қабілеті бойынша мынадай қатарға орналастырады: Cs+ Pb+K+Na+Li+.
Бұл иондар әсеріндегі айырмашылық, олардың гидротациялық қабілеттілігімен байланысты. 5.Коллоидты жүйеге қосылып,ондағы ұю құбылысын белгілі уақыт аралығында тудыратын электролиттің ең аз мөлшердегі таралымын ұю табалдырығы деп атайды (ммольл). Коллоидты жүйедегі реңнің өзгеруі, лайланып тұнбаға түсуі, тұтқырлығы мен электр өткізгіштіктің, сыну көрсеткіші мен осмостық қысым сияқтылар өзгерісі ұю құбылысы жүргендігінің белгісі болып есептелінеді. Демек, осы өзгерістерге байланысты ұю үрдісін анықтап өлщеп көрсетуге болады.
Коллоидты жүйеге белгілі бр жоғары молекулалық қосылыстар ерітіндісін қосқанда,бөлшектердің беткі қабатында өте жұқа адсорбциялық қабат пайда болып, жүйенің тұрақтылығы артуы мүмкін.Мұндай құбылысты коллоидтың қорғалуы дейді. Мысалы суда еріген коллоидты жүйені,суда жақсы еритін органикалық жоғары молекулалық қосылыстар,коллоидты бөлшектердің бетіне адсорбцияланып,жабысып,өте жұқа қабат құрап қорғайды.Желатин,казеин,гемоглобин сияқты ақзаттардың (белоктардың) қорғаушылық әсері айқын да жоғары,ал крахмал,декстрин,қант сияқты жоғары молекулалық көмірсутектердікі- аз да әлсіз. Сонымен, қорғаушы әсер механизмі,коллоидты бөлшектердің өзара, бірігіп, жабысуына кедергі болатындай,полиметр молекуласынан құралатын мықты да жұқа қабықшаның бөлшек бетінде пайда болуынан тұрады, яғни ұюға кедергі болатын қабықша түзіледі. Әр түрлі жоғары молекулалық қосылыстың (ЖМҚ) қорғаушы әсерін, сипаттау үшін,қорғаушы сан деп аталатын түсінікті пайдаланады. Қорғаушы саны,берілген коллоидты ерітінді ұю құбылысынан қорғап қалуға қажетті құрғақ ЖМҚ ең аз мөлшерін көрсетеді. Қорғаушы саны тек шартты ғана түсінік,өйткені заттың қорғаушылық қабілетіне, бөлшек ұнталығы (өлшемі), ЖМҚ молекулалық салмағы, жүйедегі рН мәні сияқты көптеген себептер ықпал етеді. Коллоидтық қорғау құбылысы табиғатта,әсіресе,тіршіліктегі физиологиялық зат алмасуда үлкен рөл атқарады.
Тәжірибелік жұмыс
Жұмыс реті: темір хлориді әлсіз негізбен күшті қышқылдың тұзы болғандықтан, оның судағы ерітіндісін қайната қыздырғанда гидролизденеді, яғни негіз бен қышқылға ыдырайды:
ҒeCl2+3H2O →Fe(OH)3+3HCl
Темір хлоридінің ыдырау реакциясы тез жүріп, суда ерімейтін аса ұсақта жүзгін бөлшектерді ,темір гидроксидін – Fe(OH)3 түзеді. Ерімейтін бөлік, коллоидты бөлшектің агрегатын-түйірігін құрайды,ол реакция кезінде алынатын тұз қышқылының Fe(OH)3 тұнбасына әсері нәтижесінде түзілетін FeOCl, аралық қосылысы көмегімен тұрақталынады:
Fe(OH)3+HCl→ FeOCl+2H2O
FeOCl→FeO++Cl-
№1тәжірибе. Темір гидроксиді золін алу. Оны алу үшін сыйымдылығы 300 мл колбаға 250мл дистилденген су құйып, электр плитасында қыздырып қайнатады да оған шамамен 10мл темір хлоридінің ерітндісін ақырын тамшылата қосады. Нәтижесінде түзілген қою қызыл қоңыр түсті золь ерітндісін қалыпты, яғни бөлме температурасына дейін салқындатады.
№2 тәжірибе. Ұю табалдырығын анықтау. Он пробиркаға 10 мл темір гидроксидінің гидрозолін құйып,олардың әрқайсысынан ылғи өсіп отыратын мөлшердегі 0,001 Н натрий сульфатының ерітіндісін қосады да әрбір пробиркадағы жалпы көлемді,оларға таза су қосу арқылы теңестіреді.Ол үшін мына кестедегідей етіп,рет-ретімен орналастырады.
Пробирка реті
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Золь,мл
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
Электролит,мл
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Таза су,мл
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Жалпы көлем,мл
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
15,0
Лайлану
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
Мұндағы алу таңбалары,коллоидты ерітіндіге электролит қосылғанымен ұю құбылысының басталмағанын көрсетеді,өйткені электролит мөлшері жеткіліксіз, олар 1-5 пробиркалар. Ал қосу таңбалары,коллоидты ерітіндінің ұйығанын нұсқайды, олар 6-10 пробиркалар. Есептеу үшін әлі ұю басталмаған 5 пробиркаға қосылған электролит көлемі-2,5 мл мен ұю басталған 6 пробиркаға қосылған 3,0 мл екеуінің орташа мәнін ,2,5 мл+3,0 мл=5,5 мл :2 =2,75 мл алады.
Коллоидты ерітіндінің ұю табалдырығын теңдеу бойынша есептейді:
γ = Cэл* Vэл*1000V3
мұндағы γ–ұю табалдырығы,литрдегі ммоль; Cэл– қосылған электролиттің таралымы (концентрациясы); Vэл- есептеуге қажетті,орташа мәндегі электролит көлемі,мысалы,жоғарыдағы 2,75 мл сияқты, V3-алынған коллоидты ерітінді көлемі,айталық кестедегі 10,0 мл.
№3 тәжірибе Қорғаушы санын анықтау. Алдыңғы тәжірибедегідей он пробиркаға әуелі коллоидты ерітіндіні,таза суды,қорғаушы ретіндегі 0,12 процентті желатин ерітіндісін құйып,мұқият араластырып,шамамен 5-7 миуттай сақтайды да тұрақты мөлшердегі электролит қосады. Мұны мысал ретінде берілген келесі кестедегі рет бойынша орындауға болады.
Пробирка реті
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Золь, мл
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
Су, мл
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Желатин, мл
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
Электролит,мл
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Жалпы
11,5
11,5
11,5
11,5
11,5
11,5
11,5
11,5
11,5
11,5
Лайлану
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
Мұндағы да алу таңбасы коллоидты ерітіндінің әлі ұйымағандығын,ал қосу-ұйығандығын көрсетеді.Осындағы 1,5 мл алынған электролит мөлшері екінші тәжірибеде ұйыған алтыншы пробиркадағы электролит көлеміне сәйкес және ол әрбір тәжірибеде өзгеруі мүмкін.Сол сияқты желатин ерітіндісін де екі түрлі етіп әзірлеуге болады. Мысалы, әуелі 50 мг желатинді 100 мл таза суда ерітіп бірінші және кіші таралымдағы ерітіндіні әзірлеп,онымен қорғаушы санын анықтайды да осын мұны 100 мл таза суда 100 мг желатинді ерітіп екінші рет анықтайды. Қорғаушы санын теңдеу бойынша анықтайды:
S=Cж*VжV3
мұндағы Cж- желатин таралымы, Vж -ұю құбылысын болдырмай,коллоидты ерітіндіні қорғайтын желатин ерітіндісінің ең аз көлемі, V3-алынған коллоидты ерітінді,яғни золь көлемі. Мұнда да үшінші мен төртінші пробиркаға қосылған желатин ерітіндісінің орташа мәнін, 4+3,5=7,5;7,52=3,75мл, алады.
Бақылау сұрақтары:
1. Коллоидты жүйедегі тұрақтылық түрлері.
2. Лиофилді және лиофобты жүйелер.
3. Лиофобты жүйедегі тұрақсыздық себептері және ондағы өздігінен жүретін құбылыстар.
Зерханалық жұмыс №12
Амфотерлік полиэлектролиттің изоэлектрлік нүктесін анықтау
Жұмыс мақсаты: Желатин ертіндісінің изоэлектрлік нүктенін тұтқырлық пен ылайлықтың ортадағы тәуелділігі бойынша анықтау. Аспаптар мен ыдыстар:тұтқырлықты өлшейтін құрал(Оствальд вискозиметрі), pH-метр(pH-340), секундомер, сыйымдылығы 100мл шыны ыдыстар, 5 мл тамызғыш, жылы су, 25мл өлшеуіш, құйғыш, сүзгіш қағаз.
Реактивтер:желатиннің бір процентті ерітіндісі, 0,1н тұз қышқылы, 0,1н натрий гидроксиді, таза су.
1-нұсқа. Ортадағы тұтқырлықтың тәуелділігі бойынша желатин ертітіндісінінің изоэлектрлік нүктенін анықтау.
Жұмыс реті: Судағы желатиннің бір процентті, 300мл ертіндісін әзірлейді. Ол үшін өлшенген 3 грамм желатинді сыйымдылығы 500мл шыны ыдысқа салып , үстіне 300мл таза су құяды да 25-30 минуттай ұстайды. Осы кезде судағы желатин ісініп, еруге әзірленеді. Сосын оны температурасы аспайтын жылы суға енгізіп, шыны таяқшамен араластырып, толық ерігенше қыздырады. Еріген желатин ерітіндісін жылы күйінде, ішінде сүзгіш қағазы бар құйғышқа ағыза құйып, сүзе тазалайды да қалыпты температураға ) дейін салқындатады. Енді дайын осы ерітінді, алдын ала реті белгілі, яғни нөмірленген сыйымдылығы 100мл болатын сегіз шыны ыдысқа 25мл өлшеп құяды.
1-кесте
Желатин ертіндісіне 0,1н HCL мен 0,1н NaOH ерітіндісін қосқандағы өлшеу.
Реті
Қосылған 0,1н HCL көлемі,мл
Қосылған 0,1н NaOH көлемі,мл
Есептеулі
1
1,35
-
3,0
2
1,69
-
3,5
3
1,12
-
4,0
4
0,59
-
4,5
5
-
-
5,1
6
-
0.15
7,0
7
-
0.38
9,0
8
1.99
11,0
Жоғарыдағы сегіз ерітіндіге әрқайсысына кестедегі мөлшер бойынша,нақтылы айтқанда, 1,2,3,4 ге тұз қышқылын, бесіншіге бос, алтыншы, жетінші, сегізінші натрий гидроксидін қосып, ортаның 3,0 тең 11,0 дейін өзгертеді.
Дайындалған барлық ертінділердің pH-ын өлшейді. Ол үшін pH-метр кюветасына 1-1,5 мл ертінді құйып, абайлап шыны электродпен қосады; pH мәнін алдымен аспаптың 1-ден 14-ке дейінгі интервал бойынша өлшейді, кейін, дәл шкалаға қойып нақтылайды. Әр өлшеуден кейін кювета мен электродты дистилденген сумен шайып, жуу керек. Мұнан кейін таза судың және жоғарыдағы жаңадан әзірленген сегіз ерітіндінің тұтқырлығын, қыл түтікті Оствальд визқоиметрі көмегімен анықтайды. Олдеген жұмыста мазмұндалған.
2-кесте
Орталық бойынша ертіндінің тұтқырланғын өлшеу нәтижесі
Реті
Ерітінді
Ертіндінің ағу уақытты,,сек
1
2
3
4
5
6
7
8
Зерттелінетін ертінділердің меншікті тұтқырлықтың тәуелділігігін көрсететін қисықты алынған мәлімет бойынша тұрғызып және осы қисықтағы ең аз шама бойынша изоэлектрлік нүктені табады.
2-нұсқа. Ылайлықтың ортаның тәуелділігі бойынша желатин ерітіндісіндегі изоэлектрлік нүктені анықтау.
Аспатар мен ыдыстар; Фотоэлектроколориметр,ФЭК-56М, кюветасы ұзындығы 3 см, pH-метр, pH-340, сиымдылығы 100мл шыны ыдыстар, 5мл тамызғыш пипетка, 25мл өлшеуіш ыдыс, жылы су, құйғыш және сүзу қағазы. Реактивтер: желатиннің бір процентті ертіндісі, 0,1н тұз қышқылы, 0,1н натрий гидроксиді, таза дистилді су.
Жұмыс реті: Мұнда да бірінші нұсқадағыдай желатиннің бір процентті, 300мл ертіндісін әзірлеп, оны сегіз ыдысқа 25мл құйып, оларға 1 кесте бойынша тұз қышқылы мен сілті ертінділерін қосады. Дайындалған ертінділердің pH анықтайды, 1-нұсқада көрсетілгендей. Кейін ертіндінің оптикалық тығыздығын D ФЭК-56М аспабында №2 светофильтрмен ( =364 нм) анықтайды. Ертінділер ылайлығын Фотометрмен жұмыс жүргізу ережесі атты әдістеме бойынша анықтайды. Өлшеуден соң ертіндіні кюветадан қайта колбаға құяды. Өлшеп болғаннан кейін 1 және 2 – ші колбадағы ертінділердің қышқылдығын арттырады, ол үшін 1-шіге бір тамшы, ал 2-шіге екі тамшы конц. CI қосады және осы ертінділердің pH-ы мен D қайта өлшейді.
Желатин ертіндісінің ылайлығын келесі формула бойынша есептейді:
мұндағы D – ертіндінің оптикалық тығыздығы, l – жүйенің қабатының қалыңдығы
Әрбір желатин ертінділерінің ылайлығын өлшеп, нәтижесін 3 кестеге жинақтайды.
3-кесте
Ортадағы орай желатин ерітіндісінің ылайлығын өлшеу нәтижесі
Ыдыс реті
Ерітінді
Ерітінді ылайлығын,
1
2
3
4
5
6
7
8
Кестедегі деректер бойынша ерітінді ылайлығының тәуелділігін өрнектейтін сызбаны тұрғызып, ондағы ең жоғарғы мән көмегімен желатиннің изоэлектрлік нүктесін табады.
Бақылау сұрақтары;
1. Полиамфолиттер деген не?
2.Полиамфолиттегі молекула түрі мен пошымына ерітінді әсері қандай ?
3. Полиэлектролиттердің изоэлектрлік нүктесі деген не ?
Зертханалық жұмыс № 13
ЖМҚ молекулалық салмағын анықтау
Жұмыс мақсаты: вискозиметриялық әдіспен ЖМҚ молекулалық салмағын анықтау. Аспаптар мен ыдыстар: Оствальд вискозиметрі, сыйымдылығы 100 мл болатын 10 ыдыс (колба), электр плитасы, қыздыратын суы бар ыдыс, құйғыш, тамшылатқыш, сүзу қағазы, секундомер. Реактивтер: ЖМҚ ерітіндісі, мысалы, 1% желатиндікі т.б
Негігі ілім. Жоғары молекулалық қосылыстардың–ЖМҚ ерітінділері, тұрақтандырғышты қажет етпейтін, термодинамикалық тұрғыдан алғанда тұрақты да қайтымды түрдегі нағыз ерітінділер. Сондықтан да оларды кейде каллоидты ерітінділерге жатқызудың өзі орынсыздау сияқты. Әйтсе де бұл ерітінділерді коллоидты жүйеге жатқызудың өзінше кейбір себептері де жоқ емес. Атап айтқанда, өте нашар еріткіштердегі жоғары молекулалық қосылыс ерітінділерінде фаза (көрініс) аралықтағы беткі қабаты айқын байқалатын жіңішке жіптің жинақы да будақ түйір сияқты бірігулер, түйірлер(молекулалар жиынтығы болады). Шын мәнінде де олар сұйықты ортадағы қатты көрініс – фаза түрінде жеке жүреді. Жоғары молекулалық қосылыстардың мұндай ерітінділерін, шынымен–ақ коллоидты жүйеге жатқызуға болады. Әдетте жоғарғы молекулалық заттардың жоғарғы таралымдағы (қоюлау), ерітінділерінде, ұзақ мерзім бойында өзгеріссіз қалатын үлкен молекулалардың өзара көптеген біріккен түрлері туындайды. Бұл бөлшектерді ерітіндідегі екінші, яғни қатты көрініс–фаза түрінде немесе оны туындатушы ретінде қабылдауға болады. Бұлардың бәрі де жинақтала келгенде, жоғары молекулалық заттар ерітіндісін коллоидты ерітінділері түрінді де қарастыра беруге болғандығын көрсетеді. Жоғарғы молекулалық қосылыстаң молекулалық салмағына, олардың беріктілігі, мықтылығы, жұмсақтылығы, ісіну мен еру қабілеті сияқты қасиеттері тәуелді. Ендеше олардың молекулалық салмағын анықтаудың мәні ерекше екені даусыз. Жоғары молекулалық қосылыстың молекулалық салмағын анықтау үшін, органикалық қосылыстың молекулалық салмағын анықтау әдісі жарай бермейді. ЖМҚ молекулалық салмағын анықтаудың “жаңа жолдары мен тәсілдері зерттелініп, орныққан және оларды үлкен төрт топқа жіктейді: химиялық, термодинамикалық, молекула, кинетикалық, оптикалық”. Осында қарастырылған молекулалы–кинетикалық әдістер ерітіндідегі үлкен молекулалардың салыстырмалық жылжуына және оған сәйкес туындайтын үйкеліс күшін анықтауға негізделген. Бұл топқа ерітіндінің тұтқырлығы бойынша және ортадан тебілу көмегімен таралу (диффузия) жылдамдығын анықтау сияқтымен жоғары молекулалық қосылыстың молекулалық салмағын анықтау әдістері енеді. Берілген жұмыста желатин ерітіндісінің тұтқырлығы бойынша полимердің молекулалық салмағы анықталады. Мұндай дәл (абсолютті) тұтқырлық түсінігімен қатар, еріткіште зерттелінетін затты еріткеннен кейінгі салыстырмалық тұтқырлық өзгерісімен байланысты меншікті тұтқырлық ұғымымен де пайдаланады. Ерітінді таралымы өзгерген сайын, оған сәйкес тұтқырлық та өзгереді және ол өзгеріс Пуазейль мен Ньютонның тұтқыр ағымына орай, жіңішке тамыр сияқты түтіктен ерітіндінің ағып өтетін уақытына сыбағалы. Осы тәуелділікті пайдалана отырып, меншікті тұтқырлықты, ерітіндінің ағып өтетін уақытымен өрнектеуге болады:
(1 )
мұндағы η мен τ–ерітіндінің зертелетін таралымына қатынасты болатын тұтұқырлық пен ағу мерзімі және - таза еріткіштің тұтқырлығы мен ағу мерзімі. Полимер ерітінділеріндегі таралым жоғарлаған сайын оның тұтқырлығы артып, полимерлену дәрежесі өседі, сондықтан да тұтқырлық пен молекулалық салмақ арасында табиғи байланыс бар. Мұнымен қатар тұтқырлық таралымға да тәуелді, ал таралым дегеннің өзі белгілі көлемдегі молекуласының көрсеткіші. Демек, тұтқырлық әрі таралымға, әрі молекулалық салмақ сияқты екі бірдеі айнымалы шамаға (өлшемге) тәуелді екен. Мұндай мәселе, ерітінді таралымымен байланыса отырып, тек еріген полимердің молекулалық салмағына ғана тәуелді болатын тұтқырлық өлшемін табуға саяды. Ондай өлшем орнына келтірілген тұтқырлықты қабылдайды және ол меншікті тұтқырлықтың өзіне сәйкес таралымға катынасымен есептелінеді:
(2)
мұндағы, – келтірілген тұтқырлық, - меншікті тұтқырлық, С – тиісті таралым. Полимер ерітіндісінің тұтқырлығы аса үлкен емес шамамен нөлден бір-екі процентке дейінгі аралықта таралымға тікелей, яғни түзу сызықты тәуелді.
Сызбадан байқалатындай, таралым шексіз кіші шамаға, яғни нөлге қарай ұмтылған тұста, тұтқырлық таралымға тәуелсіз болады және оны сипаттамалық тұтқырлық деп атап, тік жақшаға алады.
(3)
мұндағы K, α –тұрақты шамалар
Сипаттамалық тұтқырлықтың таралым нөлге теңелгендегі тұтқырлыққа көбейтіндісі емес екендігін сезіп, ординат өсін қиятын геометриялық өрнектегі сызық екенін ұғу қажет. Сипаттамалық тұтқырлық еріген полимердің молекулалық салмағымен байланысты екендігі айқындалған және ол молекулалық салмақты табуға пайдаланылады.
Тәжірибелік жұмыс
Жұмыс реті: Оствальд вискозиметрі босаға сияқты төңкеріліп иілген шыны түтік. Оның бір жағы тік шыны түтік те екіншісінде екі домалақша бар, олардың үстінгісі үлкендеуде төменгісі кішілеу, екі домалақша арасындағы түтікше өте жіңішке, тамыр сияқты капиллярмен жалғасқан. Төменгі – кіші домалақшаның үстінгі және төменгі жағында көлденең, яғни шыны түтікше сыртында сақиналы сызық бар. Осы екі босағаның жақтауы сияқты түтікше көлемі 25 мл шамасындағыдай бөлікпен жалғасқан. Сонда, осы ортадағы ыдыспен тік жарыса түтік орналасқан және оның біреуі әрі кең, әрі тік екіншісі әрі тік, әрі жіңішке, әрі екі сақиналы белгісі мен домалақшасы бар екен. Зерттелінетін ерітіндіні 25 мл шамасында алып, кең де тік түтікше арқылы ортадағы (төменгі) бөлікке құяды. Сосын оны жіңішке түтікше арқылы алмұрт сияқты резеңкелі сорғышпен жоғарғы, үлкен домалақшаның жартысына дейін сорып, көтереді. Ерітіндіні өз салмағымен, төмен қарай ағады, осы кезде ерітінді жоғарғы сақиналы сызыққа жеткен сәттен баста, төменгі, яғни екіншіге жеткенге дейін уақытты секундомер көмегімен өлшейді. Әрбір таралым үшін 3-6 рет өлшеп, орта мәнін алады. Вискозиметрдегі көлем мен көлденең қима өзгеріссіз, ал таралым және оған сәйкес тұтқырлық өзгереді. Тәжірибе кезіндегі температура 25 – 300С. ЖМҚ ерітіндісін таза ( дистилді-қайнаған) суда әзірлейді. Ол үшін оқытушы айтқан мөлшердегі желатинді асқан дәлдікпен өлшеп, алып, 100 мл таза суда ерітеді. Еру ісін тездету мақсатымен температурасы 500С шамасындағы жылы суға салады. Толық еріген соң оны қалыпты жағдайдағы температураға дейін салқындатып, сүзгіш қағаз арқылы сүзді. Ерітінді таралымы екі проценттен аспаған жөн. Жеті рет өлшейді және таза судыкін өлшеуден, сосын ең кіші таралымнан бастап, ең жоғарға дейін. Аралық таралымдары әрбір үлкенін сұйылту арқылы алуға болады. Мысалы, ең үлкен таралым екі прцент және оны реті жетінші дейік. Осыдан 50 мл алып, оған 50 мл таза су қосса, бір процентті алтыншы ерітінді шығады. Ал осыны да жоғарғыдағыдай жасаса, жарты процентті бесінші ерітінді алынады. Оны мынадай кестелік ретпен де көрсетуге болады.
Тәжірибе реті
1
2
3
4
5
6
7
Таралым %
0,00
0,062
0,125
0,25
0,5
1,0
2,0
Әрбір таралымды өлшер алдында, вискозиметрді осы ерітіндінің шағын мөлшерімен жіңішке түтікше арқылы сора тартып, шаяды.
Тәжірибе мәліметтерін кестеге жинақтайды
ЖМҚ ерітіндісінің таралымы
Ағу уақыты ,τ,сек
=η :
Молекулалық салмақты Марк – Кун – Хаувинк теңдеумен есептейді:
(3)
мұндағы, - көбейткіш және ол су үшін 0,67 тең, К–тұрақты, ол су үшін 5,9 *10-4 тең, бұлар әрбір еріткіш үшінанық тамадан алынады. Сипаттамалық тұтқырлықты табу үшін, таралым мен келтірілген тұтқырлық арасындағы тәуелділікті сипаттайтын сызбаны сызып, ондағы түзуді ординатаға дейін созып, ординаттағы кесіндіні өлшейді.
Бақылау сұрақтары:
1. Қандай қосылыстарды жоғары молекулалық дейді?
2. ЖМҚ молекулалық салмағын табудың қандай әдістері бар?
3. Полимердің молекулалық салмағын анықтаудың химиялық әдісі неге негізделген?
4. Термодинамикалық әдіс неге негізделген?
5. Молекулалы – кинетикалық әдіс неге негізделген?
6. Оптикалық әдіс неге негізделген?
Зерханалық жұмыс №14
Эмульсияны алып қасиетін зерттеу
Жұмыс мақсаты: сұйытылған майшыты алып, тегін анықтау; бензол-су майшытындағы көріністі айналдыру. Аспаптар мен ыдыстар: микроскоп, шыны әйнек, сыйымдылығы 100 мл, берік тығындалынатын тығынды колбалар. Реактивтер: натрий олеатының 3% ерітіндісі, бензол қаныққан CaCl2 ерітіндісі, судан III және метиленді көк бояулары. Жұмыс реті: сыйымдылығы 100мл болатын екі колбаны алады. Оның біріншісіне 10 мл натрий олеатының 3%судағы ерітіндісін, судан III болуымен боялған 10мл бензолды құяды. Егер судан III бояуы жоқ болса,онда суды бояйтын метиленді көкті пайдаланады. Енді екінші колбаға мл таза су мен мл бензолды құяды. Мұнан кейін екі колбаны да мықтылап тығындайды да біртекті майшыт алынғанша сілкелей араластырады. Сосын екеуін шамалы уақытқа қояды. Бірінші колбадағы майшыт тұрақты болады да екіншідегі тез бұзылып екі қабаттағы сұйыққа бөлінеді, мұны тұрақсыз майшыттың бұзылуы дейді. Алынған майшыттардың тұрақтылығын түсіндіріңдер. Колбада түзілген майшыттың тегін анықтау үшін,біріншіден, яғни тұрақтыдан алынған тамшыны шыны әйнекке тамызып,микроскоппен қарап ненің қандай боялғанын анықтайды. Мұнымен қатар бірінші колбадағы қалдыққа кальций хлоридінің қаныққан ерітіндісінен қосып сілкілей араластырады. Мұның нәтижесінде пайда болатын жаңа майшыттың тегін микроскоп көмегімен анықтайды. Жұмыс соңындағы есепте екі жағдайдағы және кері тұстағы майшыт тамшыларын сызып, ондағы тамшы бетінің құрылысын, молекуланың орналасу бағытын суретке салып, көрсетеді.
Бақылау сұрақтары
1. Ұсақ әртекті жүйеге қандай жүйелер жатады Оның коллоидты жүйемен қандай жалпы қасиеті бар?
2.Майшыт дегеніміз не және олар қалай жіктелінеді?
3.Майшыт тұрақсыздығы неде?
4.Орнықтырушыға қойылатын талап ?
5.М\В және В\М тектігінің суретін сал ?
6.Майшыттағы жүзгіндік көрініс айналуының мәні неде?
7.Майшыт тегін анықтау әдістері?
Қосымша 1.1
Атомдық рефракция ( Эйзенлор бойынша)
Атомдар, топтар
Атомдар, топтар
Азот
Оттек
алифатикалық аминдердегі
гидроксилдегі
1,525
бірінщілік
2,322
карбонилдегі
2,211
екіншілік
2,502
эфирдегі
1,643
үшіншілік
2,840
асқын тотықтағы
2,190
ароматикалық аминдердегі
Металдар
біріншілік
3,213
алкилді туындыларда
аммиактағы
2,480
қалайы
сынап
қорғасын
13,840
12,840
18,330
Үшіншілік имидтегі () және
нитрилдегі ()
3,766*
3,118*
Мышьяк
уретандағы ()
2,320
үшалкиларсиндегі
11,550
Алифатикалық қосылыстардағы нитротоптар
Күкірт
біріншілік нитроалкандағы
6,718
сульфитті топтағы
11,130
екіншілік нитроалкандағы
6,618
сульфатты топтағы
11,180
Ароматикалық қосылыстардағы нитротоптар
7,300
хлорсульфонатты топтағы
16,370
Бром
8,865
Фосфор
Суттек
1,100
екіалкиларилфосфаттағы
9,8-10,4
Йод
13,900
үшалкилфосфаттағы
9,140
Көміртек
2,418
Хлор
5,967
Байланыс
Циклдер
Циклдер
қос
үш
1,733
2,398
үшмүшелік
төртмүшелік
0,71
0,48
-0,55