Орта мектептегі ерітінділер теориясын оқыту

Азеотроптық (бөлінбей қайнайтын) ерітінділер

 

Құрамдас бөліктер		Қайнау температурасы.			Азеотроптың құрамы
А	В	А	В	азеотроп
1	2	3	4	5	6
Максимумдық  қайнау температурасы
СНзСІ	СНзСОСНз	61,2	56.25	64,5	20,5
Н2О	НСІ	100	-85	110	20,3
Н2О	НNОз	100	85	120	68,0
СНзОСН3	НСІ	-23,65	-84	-1,5	40,0
1               _	2	3	4	5	6
Минимумдық қайнау температурасы
С2Н5ОН	С6Н6	100	78,3	78,13	95,53
СS2	СНзСОСНз	46,25	56,25	56.25	34,0
СНСІз	С2Н5ОН	61,2	78.2	59.З	6,7
Н2О	С2Н5ОН	100	78,30	78,15	95,57

Көп   жағдайда   азеотроптық  ерітінділерді   химиялык, жолмен бөледі. Азеотроптық құрамдас бөліктері бөлінуін төмен немесе жоғары кысымда айдау аркылы жеңілдетуге болады,   мысалы,   С2Н5ОН—Н2О  ерітіндісінің  бетіндегі қысымды сынап бағанасы бойынша 100 мм кеміткенде, азеотроптағы спирттің мөлшері 99,6 мольдік процентке дейін көтеріледі де, оның қайнау температурасы 34,2 ° С-ге дейін төмендейді. Қазіргі кезде азеотропты ерітіндіні бөлу үшін айдау алдында оған үшінші кұрамдас бөлік қосады. Ол басқа бір температурада қайнайтын екі қабаттык жүйе түзеді. Мысалы,  абсолюттік   (сусыз)   спирт  алу  үшін  кәдімгі сатылатын ректификатқа химиялық заттар қосады. Олар кальций оксиді, металдық кальций, сусыз тотығатан сияқты спиртпен әрекеттеспейтін, суды жақсы сіңіретін заттар. Осыған байланысты сусыз таза спирт қайтадан айдағанда алынады[16,12].                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Сұйықтардың  өзара еруі

           Кез келген екі сұйықтықты араластырсақ, олар өзара үш түрлі жағдайда ериді: 1) екі сұйық өзара өте жақсы еритіндіктен, кез келген қатынаста араласып, гомогендік ерітінді береді (мысалы С2Н5ОН     — Н2О, Н2О-ацетон, Н2О-глицерин, т.б. ); 2) екі сұйықтық бір-бірінде аздап қана ериді (мысалы, су-эфир, су-анилин, т.б.); 3) екі сұйықтық бір-бірінде іс жүзінде ерімеуі мүмкін (мысалы, су-сынап, су-бензин т.б.)

Бұл үш жағдайдың біріншісі — кәдімгі ерітінді, ал үшінші жағдайдың іс жүзінде маңызы жоқ болғандықтан, тек екінші жағдайға тоқталайық. Бұл жағдай ерітінді буының үлестік қысымының Рауль заңынан оң ауытқуы өте көп болған кезде байқалады. Сұйықтықтардың өзара еруін жүйелі түрде алғаш рет В. Ф. Алексеев зерттеді. Екі сұйықтық анилин мен суды өзара еруі аздап қана болатын жағдайды қарастырайық. Егер анилинге су қосатын болсақ, олар бір-бірінде нашар еритіндіктен, екі қабат түзіледі. Оларды әбден шайқап, біраз қойғаннан соң қайтадан екі қабатқа балінеді: жоғары қабаты-анилинге қаныққан су қабаты, ал төменгісі суға қаныққан анилиннің қабаты. Осы екі кабаттың құрамы температураға байланысты өзгереді және әр қабаттың құрамында екінші еритін сұйықтық мөлшері көбейеді. Оны мына мәліметтерден көруге болады. 

1-кесте

 

Температура °С	20	60	100	140	160	168
100 г ерітіндіде 1 г Н2О баранилиннің қабаты	5,0	5,8	8,5	11,9	28,8	51,4
100 г ерітіндіде 1 г анилин бар су кабаты	3,1	3,8	7,21	10,5	24,9	48,6

1-кестеден  температура артқан сайын анилин қабатында біртіндеп су мөлшерінің, ал су қабатында анилин мөлшерінің көбейетінін көреміз. 168°С температураға дейін әр кабаттың құрамдарының айырмашылығы кемиді ал 168°С температурада екі сұйықтық бір-бірінде шексіз ериді. Осы нашар ерудің шексіз (өте жақсы) еруге ауысатын температурасы дағдарыстық температура деп аталады. Бұл терминді алғаш В. Ф. Алсксеев енгізген.

Су-анилин жүйе күйінің диаграммасы 1-суретте көрсетілген. Өзара еру қисығы бөліну қисығы немесе бинодальдық қисық деп аталады.  

 

 

  

 

 

        Никотин

1-сурет.   Су-анилин   жүйесінің                     сурет. Никотин-су  жүйесінің диаграмма                                  диаграммасы

       Осы  қисықтың сыртқы алаңы гомогендік  әр түрлі құрамдағы сұйық ерітіндіге  сәйкес келеді. Ал қисықпен шектелген алаң екі сұймқтықтың тепе-теқдікте болатын гетерогендік аймағы болып табылады. Қисықтағы кез келген нүкте белгілі бір температурадағы тепе-тендік қабаттарының құрамын сипаттайды. Бір температура сәйкес келетін осындай екі нүктені қосатын түзу АА “нода” немесе “коннода” деп аталады. Сұйықтықтың шексізеруіне сәйкес келетін нүкте (К) ерудің дағдарыстық температурасы болады.

Өзара шектеле еритін фенол-су, күкіртті көміртек-метил спирті сияқты қоспаларда да температура артқан сайын өзара ерігіштік көбейіп, жоғары бір температурада яғни дағдарыстық температурада шексіз ерігіштікке айналады.

Кей жағдайда температура артқан сайын екі сұйықтықтың өзара ерігіштігі кемиді. Мұндай жағдайлар үшін екі сұйықтықтың шексіз ерігіштігі ең төменгі температурада яғни төменгі дағдарыстық температурада болатыны байқалады. Мысалы, коллидин мен су үшін “төменгі” дағдарыстық температура — 57°С. Коллидин дегеніміз — триметилпиридин С5Н2(СНз)зN. Төменгі дағдарыстық температураны триметиламин-су (12,5°С), метилпипиридин-су (480 С) сияқты басқа да жүйелерден байқауға болады. Шексіз ерігіштіктері жоғары және төменгі температуларда байқалатын жүйелер бар. Олардың жоғары және   төменгі   дағдарыстық   температуралары   болады. Мысалы, су-никотин жүйесінде 2 дағдарыстық температура бар (2-сурет). 

 Мұндағы жоғары дағдарыстық  температура (К1) — 207°С, ал төменгі дағдарыстық температураға (К2)— 60,8°С сәйкес келеді. Төменгі дағдарыстық температурада шексіз еріген ерітінді құрамында — 29%, ал жоғарғы дағдарыстық' температурада 32% никотин болады. Жүйеге үшінші бір затты енгізгенде екі сұйықтың өзара еруі өзгереді. Егер осы үшінші зат екі сұйықтықта да еритін болса, онда екі сұйықтықтың өзара еруі артады. Мысалы, егер жүйеге LiJ- тың қажетті мөлшерін енгізсе, онда су мен анилиннің кез келген температурада, кез келген қатынаста бір-бірінде шексіз еритінін байқаймыз. Егер үшінші құрамдас бөлік екі сұйықтықтың біреуінде ғана ерісе, онда олардың өзара ерігіштігі әдетте кемиді. Мысалы, фенол су жүйесінде 3% КСІ ерітсе, ол жүйенің дағдарыстық температурасы 30 градусқа артады. Кейбір жағдайларда жүйеге үшінші қүрамдас бөлікті енгізгенде біртекті ерітінді екі қабатқа бөлінеді. Мысалы, су-спирт біртекті ерітіндісі кальций карбонатын қосқанда екі қабатқа бөлінеді: біреуі — сусыз этил спирті, ал екіншісі — К2СОз-тің судағы ерітіндісі. Ерігіштіктің түз катысуында кемуін ығыстырылу деп атайды. 

 Егер өзара ерігіштік  өте аз болса (мысалы, су-бензол тәрізді бір-бірінде іс жүзінде ерімейтін сұйықтықтар), онда әр сұйықтықтың қоспа бетіндегі қысымы сол таза сұйықтық бетіндегі қысымға, ал жалпы қысым таза сұйықтықтың сол температурадағы қысымдарының қосындысына яғни 

                          Р = Р01 + Р02-ға тең болады..

Өзара ерімейтін сұйықтықтар қоспасының қайнау температурасы жеке сұйықтықтың қайнау температурасынан төмен болып кетеді. Бу қысымының құрамы сұйықтықтар қоспасының құрамына тәуелсіз болады, ейткені құрамдас бөліктердін мольдік үлестері X және (1 - X) сол температурада тұрақты шамалармен (Р01 жәнс Р02) анықталады:

Х=Р01 / (Р01+Р02) және (1-Х)= Р02 / (Р01+Р02)

Аздап ұшатын сұйықты басқа ұшқыш, бірақ ерігіштігі аз, химиялық әрекеттеспейтін сұйықпен араластырып қайнатқанда, оның қайнау температурасының кемуі сұйық қоспаларды су буымен айдауда жиі қолданылады. Аса қыздырылған су буын қолдана отырып, сумен араласпайтын сұйықты қаныққан буының қысымын арттыру арқылы белгілі бір жоғарырақ температураға дейін ыдыратпай қыздыру арқылы айдау кезінде заттың еруін арттыруға болады. Бұл тәсіл органикалық технология мен лабораторияларда жиі пайдаланылады. Мысалы, эфирмайларын осы тәсілмен айдайды. Сұйықтарды сипаттайтын термодинамикалық теңдеулерде реал ерітінділердің і құрамдас баліктерінің химиялық потенциалын жазғанда, оның мольдік үлесінің орнына сол құрамдас бөліктің активтілігі колданылады:

m = m° = m і0 (Т) + RТ 1п аі                               (7)

Тендеуді (7) кез келген идеал емес ерітінділерге колдануға болады. Реал ерітінділердегі әрекеттесуді есепке алу үшін қолданылатын активтілік ерітіндісінің идеал ерітінді занынан ауыткуын түсіндірмесе де, ерітінді термодинамикасын математикалық түрде көрсетуге мүмкітідік береді. Активтік немесе активтілік коэффициентін (аі) бу мен идеал газ қысымының қатынасымен бу және реал газ ұшқыштықтарының қатынасы арқылы табуға болады:               

 аі = Рі / Рі0         (8а)                                   аі = f і  /  f і0                    (8Ә)

Активтілікті тек осы формулалар арқылы ғана емес, сонымен қатар қайнау температурасы мен қату температурасын, электр қозғаушы күшті өлшеу т.б. арқылы да табуға болады. Ол тәсілдерді кейінірек қарастырамыз [30,31].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Заттың өзара араласпайтын екі еріткіште таралуы.

Егер өзара ерімейтін екі сұйықты араластырсақ, онда таза сұйықтардан екі қабат түзіледі. Енді осы жүйеге екі сұйықта да еритін үшінші бір құрамдас бөлікті қоссақ, онда тепе-теңдік орныкканда, ол сүйықтардағы ерігіштігі бірдей болмағандықтан екі түрлі концентрация (қоюлық) көрсетіп, таралады. Тепе-теңдіктің орнығу жағдайы сол заттың екі фазадағы химиялық потенциалының теңесуі яғни:    m’3    = m3’’ ендеше:

m 30 ‘+ RТ 1п х3’ =  m 30’’ (Т) + RТ 1п x3           (9) 

9-тендеудегі хз және хз — үшінші заттың бірінші және екінші фазадағы мольдік үлестері. Осы теңдеуді (9) түрлендіріп, мынадай өрнек алуға болады:                   

1п (Хз'/Хз")=( m 3°"+m 3°') RТ=f (Т)=сопst            (10) 

10-теңдеу белгілі бір  температурада заттың әр фазадағы  мольдік үлесінің көрінісі болып  табылады. Демек:                              

 Х3’ /Х3" = Km-y       болады.                           (11)

Мұндағы Кт-у таралу түрақтысы деп аталады. Ол температураға байланысты шама және белгілі- бір температурада тұрақты болады. Жоғарыда айтылғандай, егер ерітінді идеал емес болса, онда 11-тендеудегі мольдік үлестердің орнына заттың активтілігін, ал ерітіндісұйытылған болса, онда заттың концентрациясын (қоюлығын) пайдаланып таралу тұрақтысын табуға болады:                  

                      а3'/а3" = Кт-у    (12а)          С3'/С3" = Кт-у   (12Ә)

Сұйытылған ерітінділерде бірнеше зат болса, олардың  әрқайсысы екі фазада әр заттың таралу коэффицентіне байланысты таралады.Жеке заттың таралу коэффициенті-басқа заттардың болу- болмауына тәуелсіз шама. Бұл тұжырымдаманы 1890 ж. Нернст айтқан болатын.  Таралу коэффициенттерін өлшеу арқылы еріген заттың  активтілігің анықтауға болады.                           

Таралу заңы сол ерігін затты бөліп жиып алуға мүмкіндік береді. Егер еріген заттың екінші еріткіштен ерігіштігі көп болса, ерітіндіге сол еріткішті қоса отырып, барлық затты осы еріткішке ауыстыруға болады. Кендерді байытудың бір тәсілі — эксракция осы таралу заңына негізделген. Мысалы, суда еріген органикалық заттарды эфирмен экстракциялағанда оған күшті қышқыл немесе күшті негіз қосады. Сонда оның ерігіштігі артады. Себебі органикалық қышқылдар мен оның тұздары суда аздап болса да иондарға диссоцияланады. Ал эфирде тек диссоциацияланбаған молекулалар ғана ериді. Өте күшті қышқыл не негіз қосқанда органикалық қышқылдар мен оның тұздарыныңдиссоциациялануы кеміп, эфирде еруі артады. Сулы ерітіндіге тұздарды қосып та экстракцияның тиімділігін арттыруға болады. Қазіргі кезде экстракция кендерге өте аз тараған элементтерді байытып, өсімдік материалдарынан қажетті заттарды бөліп алуда кең қолданылып жүр.

2 Негізгі бөлім

2.1 Орта мектепте ерітінділер теориясын оқыту

Білім – теңіз, оның тереңіне сипатын жетік білетін, сырын меңгерген, құпиясын ашатындар ғана бойлай алмақ. Ондай адамдарды дайындайтын мұғалім. Ал мұғалім білімді оқушы санасына сабақ арқылы жеткізеді. Ол мұғалімнің бір – біріне ұқсамайтын жан – жақты өткізген сабақтары. Қазіргі таңда әлемдік оқу үрдісінің өзегі - жаңа технологиялар екені мәлім. Әлемнің бірнеше елінен сынақтан өткізілген жаңаша оқыту төрт бағытты қамтиды. 
Олар мыналар: