Ерітінділермен алғашқы таныстыру. Оқушылар судың еріткіш қасиеті және ерітінділер туралы қарапайым түсінікті табиғаттану курсынан және күнделікті тұрмыстан біледі. Ерітінділер химиялық жағынан жүйелі түрде 8-сыныптағы «Су. Ерітінділер. Негіздер» тақырыбында оқытылады. Бұл тақырыптың мақсаты судың еріткіш қасиетіне сүйене отырып, ерітінді ұғымын саралау, қоспа мен химиялық қосылыс арасынан ерітінділердің алатын орнын көрсету. Ерітіндіден туындайтын ерігіш, ерігіштік, ерігіштік коэффициенту ерітіндінің концентрациясы, қанық ерітінді, қанықпаған ерітінді, сүйық, қою ерітінді ұғымдарын нақтылы қалыптастыру, ерітінділердің өнеркәсіп, ауыл шаруашылығы, табиғат және тұрмыстағы маңызын ашып көрсету.
Ерітінділер туралы алғашқы ұғым қоспалар мен ерітінділердің қасиеттерін салыстыратын тэжірибе арқылы қалыптастырылады. Оқушылар өздеріне үлестіріліп берілген немесе көрнекі көрсетілген дисперстік жүйелерді зерттеп, кесте түрінде жазады.
Тәжірибе нәтижесінде оқушылар әр текті қоспалар біраз тұрғанда жеке құрамдас бөліктерге жіктеледі, ерітінділер бір текті және тұрақты деген қорытындыға келеді. Бір тектілігі мен тұрақтылығы — нағыз ерітінділердің аса маңызды қасиеттері.
| Дисперстік жүйелердің аты | Құрамы | Көріну шегі | Турақтылығы |
| 1 .Суспензия | Саз, су | Әр текті | Тұрақсыз |
| 2. Эмульсия | Өсімдік майы | Әр текті | Тұрақсыз |
| 3. Ерітінді | Су, Темір гидроксиді | Бір текті | Тұрақты |
| 4.Ерітінді | Қант, су | Бір текті | Тұрақты |
Ерітінділер неліктен бір текті болады? Бұл мәселе молекула -кинетикалық теорияның тұрғысынан түсіндіріледі. Еритін зат өзін құрайтын ұсақ бөлшектерге дейін ыдырап, еріткіштің (судың) ішінде біркелкі таралады, яғни еру құбылысы жүзеге асады. Бұдан еру құбылысы оқушыларға бұрыннан таныс физикалық және химиялық құбылыстардың қайсысына жатады деген мәселе туады. Мұны шешу үшін үш тәжірибе көрсетіледі: қатты күйіндегі натрий сілтісінің суда еруі, күкірт қышқылының суда еруі, қатты күйіндегі аммоний нитратының суда epyі. Тәжірибе жасалған ыдыстарға, термометр немесе термоскоп батырылады. Алғашқы екі тәжірибеде жылу бөлінгенін, соңғы тэжірибеде жылу сіңірілгеніне термоскоп арқылы көз жеткізеді. Жылудың бөлінуі немесе сіңірілуі — химиялық құбылыстың белгісі. Тәжірибелерді талқылау барысында мұғалім еритін заттың бөлшектерге ыдырауы физикалық құбылыс екеніне, оған энергия жүмсалатынына, босап шыққан бөлшектердің су молекуласымен әрекеттесуі — химиялық құбылыс, одан жылу бөлінетініне оқушылардың назарын аударады. Ерудің жалпы жылу эффектісі осы екеуінің ара қатынасына тәуелді. Талқылау нәтижесінде еру — физикалық-химиялық құбылыс екені жөнінде қорытынды жасалып, ерітінді ұғымына анықтама беріледі. Ұғымның анықтамаға кіретін негізгі белгілері: а) ерітінді біртекті жүйе; ә) ерітінді еріткіш молекулаларынан және еріген зат бөлшектерінен тұрады; б) еріткіш молекулалар мен еріген зат бөлшектері өзара физикалық жэне химиялық әрекеттеседі.
Еру құбылысымен байланысты негізгі ұғымдардың бірі -ерігіштік. Сапалық жағынан түсіндіргенде ерігіштік дегеніміз -еритін заттың еріткіште біркелкі таралуы. Осы қасиетіне байланысты заттар жақсы еритін, нашар еритін, іс жүзінде ерімейтін деп жіктеледі. Сан жағынан алғанда ери алатын заттардың еру қабілеті ерігіштік коэффициенті арқылы белгіленеді. Ерігіштік коэффициенте анықтау үшін температура, еріткіштің көлемі (100° мл), осы көлемде ери алатын заттың ең көп массасы ескеріледі және г/л көрсетіледі. Мысалы, 20°С температурада 1 л суда 2000 г қант, 2 г ғаныш, 0,0015 г күміс хлориді ериді. Оқушылардың түсінігін нақтылау үшін осы заттарды суда ерітіп көрсетеді. 20°С-де 100 г суда 20 г қант ериді, қант одан артық алынса ерімейді, тұнбаға түседі. Ғаныш және тәжірибеге алынған басқа заттар ерігіштік коэффициентіне сәйкес ериді. Бақылаулар нәтижесінде қанық, қанықпаған, сұйық және аса қанық ерітінділер жөнінде түсінік беріледі.
Қанық ерітінді ұғымының негізгі белгілері: осы температурада, еріткіштің осы мөлшерінде зат одан әрі ерімейді. Осыған керісінше, қанықпаған ерітіндіде зат еруі жалғаса береді. Қаныққан және аса қанық ерітінділердің айырмасына көңіл аударылады. Қаныққан ерітінділердің бәрін аса қанық ерітінділерге жатқызуга болмайды. Заттардың ерігіштігі нашар болғандықтан, ғаныш пен күміс хлоридінің қанық ерітінділері сүйық ерітінділер болып есептеледі. Ерітіндінің сұйық немесе аса қанықтылығы ішіндегі еріген заттың массасымен анықталады.
Қанық ерітінді түсінігі ерігіштіктің анықтамасына кіреді. Ерігіштіктің температураға тәуелділігі 20-60°С аралығында калий нитратын еріту тәжірибесі арқылы дәлелденеді. Тэжірибе 20°С 31,6 г KN03, 30°С-де 45 г, 40°С-де 60 г, 50°С-де 80 г, 60°С-де 106 г KN03 еритінін көрсетеді. Көпшілік заттардың ерігіштігі температураны көтергенде артады, ол ерігіштік қисық сызығы арқылы өрнектеледі.
Бұл тақырыпта еріген заттың ерітіндідегі массалық үлесі және мольмен белгіленетін концентрациялар туралы түсінік беріледі. Ол үшін еріген заттың массалық үлесін табу формуласы бірнеше мысалдармен нақтыланады.
1-мысал. 291 г суда 9 г ас тұзы ерітілді. Ерітіндідегі еріген заттың массалық үлесін пайызбен табыңыздар.
Ш е ш у і. 1. Еріген заттың массалық үлесі (w) еріген зат (е.з.) массасының ерітіндінің жалпы массасына қатынасы бойынша анықталады, пайызбен көрсету үшін бүл қатынасты 100-ге көбейтеді:
w%═m(е.з.)∙100%/m(ерітінді)
- Ерітіндінің жалпы массасы m = 291 г Н20 + 9 г тұз =300 г.
- w% (NaCl)=9г∙100%/300г=3%
Ж а у а б ы. Берілген ерітіндідегі ас түзының массалық үлесі 3%. Бұдан соң жалпы массасы және массалық үлесі берілген ерітіндіні дайындау үшін қажетті еритін заттың және еріткіштің массасын табуға есептеулер жүргізіп, ерітінді эзірлеп көрсетіледі. Массалық улесі көрсетілген ерітінді әзірлеуге сарамандық жұмыс өткізіледі.
Химия зертханаларында мольдік концентрациясы көрсетілген ерітінділер пайдаланылады. Сондықтан соңғы бағдарламада мольдік ерітінділермен таныстыру көзделген. Мольдік концентрация (С) ерітіндінің бір литрінде еріген моль (v) санымен керсетіледі:
С═v/V═моль/л
Осы формула бойынша оқушылар еритін заттың массасын есептеп шығарады, мысалы: калий хлоридінің концентрациясы 0,25 моль 500 мл ерітіндісін эзірлеңіздер.
Ш е ш у і. а) калий хлоридініц мольдік массасын табамыз: М(КСІ) =39 + 35,5 = 74,5 г/моль
э) m(KCl) =M-v=74,5 г/моль-0,25 моль =18,6
б) 1 л 18,6 г, 0,5 л -де екі есе аз 18,6:2=9,3
Ж а у а б ы. 0,25 моль 500 мл ерітінді әзірлеу үшін 9,3 калий хлоридін алу керек.
Ерітінді үғымы — зат жэне химиялық реакция ұғымдарынан кейінгі ең маңызды ұғым. Заттардың көпшілігі ерітінді күйінде реакцияға түседі. Өнеркәсіпте, табиғатта және күнделікті түрмыста ерітінділердің маңызы орасан зор. Ерітінділерді білу көптеген заттардың (сілтілер, қышқылдар, оксидтер, түздар) қасиеттерін терең түсінуге, алмасу жэне тотығу-тотықсыздану реакцияларының мәнін айқындауға, химиялык реакциялардың қайтымдылығы және химиялық тепе-теңдік жөнінде білімді дамытуға жәрдемдеседі. Сондықтан деректі және теориялық материалдардан оқушылардың әзірлігі жеткілікті деңгейге көтерілген соң электролиттік диссоциациялану тақырыбы өтіледі.
Электролиттер теориясының орта мектеп курсындагы орны және оңыту эдістемесі. Ерітінділер туралы оқу материалы 1954 жылға дейінгі багдарламаларда 8 жэне 10-сыныптарда жеке тақырып ретінде оқытылып келген, 1954/55 жылы дербес тақырып түрінде қарастырылмай, басқа тақырыптардың ішіне енгізілді. 1960 жылдан бастап, арнайы тақырып ретінде 7 жэне 9-сыныптарда өтілді. 1986/87 оқу жылынан бастап 8 және 9-сыныптарда оқытылатын болды. 8-сыныптағы оқу материалының мазмұны, негізгі ұғымдарын қалыптастыру мәселелері осының алдында баяндалды.
Оқушыларды электролиттік диссоциациялану теориясымен таныстырудың іс жүзінде қалыптасқан екі әдістемелік тәсілі бар. Бірінші тәсіл — ерітінділердің электр өткізгіштігін сынаудан бастап диссоциациялаудың механизмін түсіндіру, екінші тәсіл — алмасу реакцияларының ерекшелігін қарастырғаннан кейін ерітінділердің электрөткізгіштігін сынау. Бірінші әдістемелік тәсілді пайдаланғанда химиялық байланыстардың типтері және бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластары жөніндегі оқушылардың білімі еске түсіріледі. «Химиялық байланыстар типі әр түрлі заттар ерітінділерінің қасиеттері бірдей бола ма?»- деген мәселе қойылады. Мәселені шешу үшін белгілі бір негізге сүйеніп, таңдап алынған бейорганикалық және органикалық заттардың электрөткізгіштігі сыналады. Электроткізгіштікті сынайтын қүралдың құрылысы, сақтық ережелері түсіндіріліп, сынау нәтижесі кесте түрінде жазылады
Заттардың электрөткізгіштігін сынау
| Алынған заттар мен | Ток өткізуі | Жіктелуі |
| ерітінділер | ||
| 1. Ac тұзы (қатты) | Өткізбейді | |
| 2. Таза су | Өткізбейді | |
| 3. Ac тұзының | Өткізеді | Электролит |
| ерітіндісі | ||
| 4. Қант (қатты) | Өткізбейді | |
| 5. Қант ерітіндісі | Өткізбейді | Бейэлектролит |
| 6. NaOH қатты | Өткізбейді | |
| 7. NaOH ерітіндісі | Өткізеді | Электролит |
| 8. HC1 ерітіндісі | Өткізеді | Электролит |
Тәжірибе бойынша оқушылар қорытынды жасайды: 1) жеке күйіндегі қатты (қант, түз, қышқыл, сілті) жэне сүйық заттар электр тогын өткізбейді; 2) органикалық заттардың (қант) ерітінділері электр тогын өткізбейді; 3) ас түзының, натрий сілтісінің жэне түз қышқылының ерітінділері электр тогын откізеді; 4) ерітінділері немесе балқыған күйінде электр тогын өткізетін заттар -электролиттер, өткізбейтін заттар бейэлектролиттер деп аталады; 5) түздардың, негіздердің жэне қышқылдардың ерітінділері электролиттерге жатады. Иондық немесе полюсті ковалентті байланысы бар бұл заттардың электр тогын өткізу себебін түсіндіру үшін иондарга ыдырау механизмі түсіндіріледі.
Электрөткізгіиш сынаудан басталатын бұл әдістемелік тәсілді қолданғанда кейбір оқушыларда электролиттердің иондарға ыдырауы электр тогының әсерінен жүзеге асады деген пікір туады. Бұл қателікті болдырмау үшін екінші эдістемелік тәсілді пайдаланады.
Химиялық байланыстар және заттардың құрылысы туралы тірек білім еске түсірілгеннен кейін мынадай мәселе қойылады: заттар ерітілмеген күйінде химиялық реакцияларға кірісе ме? Оқушылардың болжамын дэлелдеу үшін бірнеше тэжірибелер жасалады.
1-тәжірибе. Сынауықта 3 — 4 мл концентрлі күкірт қышқылына мырыштың 2-3 түйірін салады. Реакция жүргені байқалмайды. Қышқылды суда ерітіп, 2-3 түйір мырыш салады. Газ көпіршіктері бөлінеді, реакция қуатты жүреді.
2-тәжірибе. Концентрлі сірке қышқылын ацетонда ерітіп, метилоранж қосады. Ештеңе байқалмайды. Сірке қышқылын суда ерітіп, метилоранж ерітіндісін тамызады. Ерітінді қызыл түске боялады.
3-тэжірибе. Қатты күйіндегі кальций гидроксидімен фенолфталеинді араластырады. Өзгеріс байқалмайды. Кальций гидроксидін суда ерітіп, үстіндегі мөлдір ерітіндісін бөліп алады да, фенолфталеин тамызады. Ерітіндіде таңқурай жемісінің (малина) түсі пай да болады.
4-тәжірибе. Қатты күйіндегі натрий сульфаты мен барий хлоридін араластырады, ештеңе байқалмайды. Түздарды суда ерітеді жэне ерітінділерін араластырады, ақ тұнба түзіледі
Бұл тәжірибелерден оқушылар қатты күйіндегі заттар бір-бірімен әрекеттеспейді, еріген заттар арасында ғана алмасу реакциялары жүзеге асады деген қорытындыға келеді. Содан кейін ғана эр түрлі заттар ерітінділерінің электрөткізгіштігі сыналады. Электролиттер жэне бейэлектролиттер жөнінде түсінік беріледі.
Электролиттік диссоциациялану теориясының негізгі ұғымдарын қалыптастыру. Баяндалып өткен екі әдістемелік тәсілді жүзеге асырғанда қойылған көрнекі көрсету және зертханалық тәжірибелерді бақылаудан оқушыларда кейбір ерітінділердің электр тогын өткізіп, енді біреулерінің өткізбейтіні, химиялық реакциялардың еріген заттар арасында ғана жүретіні неліктен деген сұрақ туады. Бұл сұраққа жауап беру үшін мына ұғымдар қалыптастырылады: ерітіндіде иондар түзілу механизмі; диссоциациялану дәрежесі және оған сұйылтудың әсері, күшті және әлсіз электролиттер, элемент атомы мен ионының айырмашылығы, электролиттер арасындағы алмасу реакциялары және олардың ақырына дейін жүру жағдайлары; тұздар гидролизі, бейорганикалық қосылыстар қасиеттерінің иондық құрамына тәуелділігі.
Электролиттердің иондану механизмін түсіндіру үшін бұл құбылыстағы су молекуласының рөлі қарастырылады. Модельдерін, 9-сынып оқулығындағы 2-суретті (6-8), тақтаға сызылған сызбанүсқаларды пайдаланып, су молекуласыньщ құрылысы талданады. Су молекуласын түзуге сутегінің s-электроны, оттегі атомының 2р-электрондары қатысады. р-электрондарының бүлттары гибридтеніп, бір-біріне 105°-қа орналасқан. Сутегі атомдарының бүлттарымен байланыс түзгенде 105° бұрышты пішіні бар молекула түзіледі. Электрон жүлтары оттегі атомдары жағына ығысып орналасуына байланысты молекула полюсті болады, оны шартты түрде +, -таңбасымен белгілейді.
Иондық кристалл торы бар заттарды суға еріткенде судың полюсті молекулалары оң иондарға теріс полюсімен, теріс иондарға оң полюсімен тартылады. Мүны қолдан жасалған жылжымалы кестені талдау арқылы нақтылай түседі. Кестелерден су молекулалары әсерінен натрий хлориді кристалл торының бұзылуы анық көрінеді. Бұл арада су молекуласының диэлектрлік өткірлігі жөнінде айтылады, ол 20°С температурада 81 грамға тең. Иондар арасындағы байланыс су ішінде осыншама есе әлсірейді де, бір-бірінен ажырап кетеді. Иондар ерітіндіге жеке күйінде емес, өз айналасындагы су молекулаларымен химиялық қосылыс түзіп, гидраттанған түрде бөлініп шыгады.
Бұдан соң оқулықты пайдаланып, қышқылдардың полюсті ковалентті байланысы бар молекулаларының иондарға ыдырау механизмі түсіндіріледі. Мұнда диполь — диполь әсерлесуі нэтижесінде қышқыл молекуласы ионданады, содан кейін гидраттанады. Қышқылдан бөлінетін сутегі катионы (протон) су молекуласының құрамына еніп, гидроксоний ионын түзеді, оттегі мен протон донор-акцспторлы механизммен байланысады:
НСІ+ Н20→Н30++ СГ Қышқыл молекулаларының суда еру ерекшелігі ерігенге дейін натрий хлоридіндегі тэрізді иондары болмайды. Олар еру кезінде химиялық байланыс сипатының •өзгеруінен түзіледі. Түзілген сутегінің ионы (протон) бос күйінде жүре алмайды. Қышкылдар ерігенде эрдайым гидроксоний ионы түзіледі, оңайлату үшін гана сутегінің жеке ионы түрінде жазылады.
Электролиттердің иондарға ыдырау процесінің механизмін түсіндіргенде эрекеттіц энергетикалық жағына назар аударылады. Иондык кристалдарды бұзу үшін энергия жұмсалады, иондар гидраттанғанда энергия бөлінеді, ол оң және теріс зарядталған иондар гидраттану энергиясының қосындысына тең болады. Ерудің жалпы жылу эффектісі Q:
Q=(Qk+ Qa- ) — Qo
Qk+ Qa- — иондардың гидраттану энергиясы, Q0 кристалл тордың энергиясы.
Гидраттанған иондар пайда болуының мэні сусыз мыс (II) хлоридін еріту тэжірибесі арқылы түсіндіріледі. Мұнда баса назар аударатын мэселе сусыз мыс (II) ионының да, хлор ионының да түсі болмайды. Гидраттанған мыс (II) ионының түсі көгілдір болады. Мыс (II) ионы мен су молекуласының арасында донор-акцепторлы химиялық байланыс түзіледі де, эр ион судың торт молекуласын қосып алады: Cu(H20)4 +. Мыс тұзының, мысалы сульфаттың ерітіндісін суалтқанда гидраттанған иондар күйінде кристалданады. Кристалл торының түйіндерінде Cu(H20)42+ иондары орналасады. Мұндай заттарды — кристаллогидраттар, ал құрамындағы суды кристалдық су деп атайды.
Электролиттердің иондарға ыдырауын қарастырудан оқушылар жасайтын қорытынды: 1) еріген немесе балқыған күйінде электролиттердің иондарға ыдырауы электролиттік диссоциация деп аталады; 2) иондарға ыдырау су молекуласының қатысуымен жүзеге асады; 3) иондар су молекуласымен гидраттану реакциясына түседі, соның нәтижесінде гидраттар түзіледі. Мэселен, күкірт қышқылы сумен моногидрат және дигидрат түзеді; 4) диссоциациялану кезінде еритін зат бөлшектерінің арасындағы иондық жэне полюсті ковалентті байланыстар үзіледі, иондар мен су молекуласының арасында химиялық байланыс түзіледі.
Айтылғандардыц негізінде электролиттік диссоциациялану теориясының негізгі қагидалары түсіндіріледі.
- Электролиттер ерігенде оң жэне теріс зарядталган иондарға ыдырайды, оң иондар зарядтарының қосындысы теріс иондар зарядтарының қосындысына тең болады.
- «Ион» гректің «кезеген» деген мағынаны білдіретін сөзінен шыққан. Иондар — заряды бар атомдар немесе атомдар тобы. Олар ерітіндіде ретсіз қозғалып жүреді. Тұрақты электр тогын ерітінді арқылы өткізгенде оң зарядталган иондар катодқа тартылады да катиондар, теріс зарядты иондар анодқа тартылатындықтан аниондар делінеді.
- Катодта жэне анодта электр тогының эсерінен тотығу жэне тотықсыздану процестері жүзеге асады.
- Электролиттік диссоциациялану — қайтымды процесс. Иондардың концентрациясы артқанда иондануга кері процесс -мольдену жүзеге асады. Электролит ерітінділеріне массалар эсері заңын қолдануға болады.
Иондар электрондық қүрылысы жэне қасиеттері жагынан атомдарға ұқсамайды. Бұл түсінікті нақтылау үшін натрийдің атомы мен ионы, хлордың атомы мен ионы салыстырылады.
+11Na ls22s2 2р6 3s1 +11Na+ ls22s22p6
+11Na 2е, 8е, 1е, +11Na+ 2е, 8е
Натрий атомы Натрий ионы
Натрий атомы сыртқы қабатындағы 3s электронын оңай беріп, ауада тотығады жэне сумен шабытты эрекеттеседі. Натрий ионы электрон бере алмайды, ауада тотықпайды жэне сумен әрекеттеспейді.
+17С1 ls22s2 2р6 3s2 Зр5 +І7С1— Is2 2s22p63s23p6
+17С1 2е, 8е, 7е, +17Сl— 2е, 8е, 8е
Хлор атомы Хлор ионы
Хлор атомы сыртқы қабатына бір электронды қосып алып, хлорид ионға дейін оңай тотықсызданады. Хлорид ион электрон қосып алмайды, тотықтырғыш қасиет көрсетпейді.
Электролиттік диссоциацияланудың негізгі қағидаларымен танысқан соң барлық электролиттер иондарға толық ыдырай ма деген мэселе туады. Бүл мэселені шешу ушін диссоциациялану дэрежесі туралы ұғым қалыптастырылады. Ол үшін тұз жэне сірке қышқылының концентрациялары бірдей ерітінділерінің электр еткізгіштігі сыналады. Тұз қышқылында электр шамының жарық жанғаны байқалады, демек оның ерітіндісінде электр тогын тасымалдайтын иондардың көп болтаны. Концентрлі сірке қышқылының электр өткізгіштігін сынағанда электр шамы жанбайды. Біртіндеп су қосқанда, алдымен шамның жанғаны, соңынан жарығының күшейгені байқалады. Концентрлі қышқылда иондар аз болады, сұйылтқанда иондарға ыдыраған молекулалар саны көбейіп, электр өткізгіштік артады. Тағы да біраз электролиттердің электр өткізуін сынау арқылы оқушылар әр түрлі электролиттер ерітінділеріндегі иондар саны бірдей болмайтынына көз жеткізеді. Олардың мөлшерін белгілеу үшін диссоциациялану дэрежесі ұғымының енгізілгенін айтады.
Диссоциациялану дәрежесі (а) иондарға ыдыраған бөлшектердің ерітуге алынған бөлшектердің жалпы санына қатынасымен көрсетіледі. Ол электролиттердің күшін сан жағынан сипаттайды. Барлық сілтілер, азот қышқылы, күкірт қышқылы, бромсутек қышқылы, иодсутек қышқылы күшті қышқылдарға жатады, олардың диссоциациялау дэрежелері 30 пайыздан жоғары, α-20 пайызға жуық фосфор қышқылы мен күкіртті қышқыл орта күші бар электролиттерге, α-1,4% сірке қышқылы, 0,1% күкіртсутек қышқылы элсіз қышқылдарға жататыны айтылады. Суда еритін түздардың бэрі күшті электролиттер.
Диссоциациялану дэрежесі туралы білімді бекіту үшін жаттығулар орындалады. Оларда берілген ерітіндіде иондардың массасы немесе концентрациясы бойынша диссоциациялану дэрежесі табылады немесе мольдік концентрациясы, көлемі жэне диссоциациялану дэрежесі көрсетілген ерітінділердегі иондардың массасы, т.б. анықталады.
Қышқылдар мен негадер туралы білімнің дамуы. Электролит-тік диссоциациялану теориясы өтілгеннен кейін бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластары жөніндегі оқушылардың білімі жаңа сатыға көтеріледі. Қышқылдардың, негіздердің жэне тұздардың қүрамы, құрылысы, номенклатурасы, жіктелуі жэне қасиеттері жөніндегі білім нақтыланады. Осы кезге дейін қышқылдар құрамына сутегі атомдары мен қышқыл қалдықтары кіретін күрделі заттар делініп келсе, ендігі жерде күрделі зат үғымы электролит ұғымымен алмастырылады. Сутегі атомы сутегінің ионы немесе протон болып нақтыланады. Ерітіндіде күкірт қышқылының қалдығы, көмір қышқылының қалдығы, фосфор қышқылының қалдығы, т.б. атаулар сульфат анион, карбонат анион, фосфат анион терминдерімен алмастырылады. Барлық қышқылдарға тэн ортақ белгісі — суда ерігенде гидроксоний иондарын түзуі екені ескеріліп, қышқылдарға су ерітінділерінде гидроксоний ионын түзіп, диссоциацияланатын электролиттер деген анықтама беріледі. Қышқылдардың жалпы қасиеттері осы ионының болуына тэуелді екендігі алмасу реакцияларының қысқа теңдеулерін жазу арқылы түсіндіріледі.
- Қышқылдардың бейтараптану реакциясы:
Н30+ + ОН—=2Н20
- Қышқылдардың оксидтермен алмасу реакциясы:
2Н30+ + CuO =Сu2+ +ЗН20
- Қышқылдардың тұздармен алмасу реакциясы:
2Н30+ + СаСОз =Са2+ +С02 + ЗН20
- Қышқылдардың металдармен тотықсыздану реакциясы:
2H3O++Fe0 =Fe2++H2° + 2H20
- Индикаторларға да гидроксоний ионы эсер етеді: а) көк лакмус қызарады; ә) метилоранж қызыл түске боялады.
Негіздердің қүрамы металл катиондары мен гидроксид аниондардан тұратыны айтылады, сондықтан негіздердің химиялық жалпы аты — гидроксидтер. Барлық негіздерге тэн ортақ белгісі — суда ерігенде гидроксид аниондарын бөлуі. Осы белгісіне орай негіздерге судағы ерітінділерде гидроксид аниондарын беретін электролиттер деген анықтама беріледі. Негіздердің жалпы қасиеттері түсіндіріледі.
- Қышқылдармен алмасу реакциясы:
ОН— + Н30+ =2Н20
- Қышқылдық оксидтермен эрекеттесуі:
ОН— + S02 =HS03—
- Түздармен алмасу реакциялары:
ЗОН« + А13+ =А1(ОН)3
- Гидроксид ион индикаторларға эсер етеді: а) қызыл лакмус
көгереді; э) метилоранж сары туске боялады; б) фенолфталеин
таңқурай жемісінің (малина) түсін береді.
Гидроксоний (сутегі) жэне гидроксид иондарының концентрациялары арқылы ерітінді ортасы, топырақтың, қанның, азық-түлік заттарының қышқылдығы анықталады. Бейтарап ортада [Н30+] = [ОН—], қышқылдық ортада [H30+] > [ ОН—], сілтілік ортада [ Н30+] < [ ОН—]. Бұларды білудің сарамандық маңызы нақтылы мысалдармен түсіндіріледі: сүттің қышқылдығын анықтау, топырақтың қышқылдыгын анықтау, т.б.
Туздардың ион алмасу реакцияларын түсіндіру. Электролиттік диссоциациялану теориясына дейін тұздардың химиялық қасиеттері жэне алу жолдары арнайы қарастырылмайды. Сутек және қышқылдар тақырыбында тұздар туралы алғашқы ұғым берілген соң бейорганикалық қосылыстардың басқа кластарын өткенде түздардың реакцияға кірісуі мен реакцияның нәтижесінде түзілуі үдайы кездесіп отырады. Түздар туралы әр жерде алынған мәліметтер бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластары жөніндегі білімді қорытқанда бір жүйеге келтіріледі, бірак олардың химиялық қасиеттері мен алынуы толық талданбайды. Бұл мәселе тұздар қатысатын реакциялардың жүру жағдайларын, мәнін және механизмін саралайтын иондық теория тұрғысынан ғана жан-жақты оқытылады. Тұздардың жалпы қасиеттері ион алмасу реакциялары бойынша түсіндіріледі:
2+ 0 0 2+
- Pb(N03)2+Zn=Pb + Zn(N03)2
Pb2+ + 2N03— + Zn° = Pb° + Zn2+ + 2N03—
Pb2+ + Zn° = Pbi + Zn2+ Реакция қорғасын катионы мен мырыш атомының арасында жүреді, нитрат ионы реакцияға қатыспайды.
- Күшті және түрақты қышқылдар әлсіз қышқылдарды түздарынан ығыстырады:
Na2S03 + 2 HC1 = 2NaCl + Н20 + S02↑
2Na+ + S032+ + 2Н++ 2СГ = 2Na++ 2СГ + HzO + S02
S032— + 2H+ = H20 + S02
Реакция нэтижесінде түзілген күкіртті қышқыл айырылып, газ түзілетіндіктен алмасу реакциясы жүреді. Реакцияның мәні — сульфит анион мен сутек ионының (гидроксонийдің) әрекеттесуі.
- Тұздар сілтілермен эрекеттеседі:
Fe2(S04)3+ 6 КОН = 2Fe (ОН) 3 + K2S04
2Fe3+ + 3S042» + 6K+ + 60H» = 2Fe(OH)3 ↓ + 6K+ +3S042—
2Fe3+ + 60H» = 2Fe(OH)3 ↓
Реакция металл катионы мен гидроксид аниондарының арасында жүреді.
- Түздар озара әрекеттесіп жаңа тұздар түзіледі:
КС1 + AgN03 = AgCl↓+ KN03
К+ + Сl— +Ag+ +N03— = AgСl↓+ К’ +N03—
СГ +Ag+ = AgCl↓
Реакция тұнбаға түсетін затты түзетін иондар арасында жүреді. Тұздардың иондарға ыдырауы талданған соң бұрынғы анықтамасына елеулі өзгеріс енгізіледі. Тұздар дегеніміз суда ерігенде металл катиондарын және қышқыл қалдығы аниондарын түзетін электролиттер. Түздардың металдармен және сілтілермен әрекеттесуі — катиондары арқылы, қышқылдармен әрекеттесуі аниондары арқылы жүзеге асады. Бұл материалдарды өткенде оқушылар ерітіндіде кездесетін катиондар мен аниондар арасындағы әрекеттесу мүмкіндіктерін болжай алатын дәрежеге жетеді. Аниондарының құрамында тотықтырғыш қасиеті бар бейметалдар (концентрлі қышқылдардың сульфат, нитрат, т.б. аниондары) реакцияларының мәніне көңіл аударылады. Олардан әр түрлі тотықсыздану өнімдері бөлінеді. Бұл мәселе жеке элементтердің қосылыстарын өткенде толығырақ қарастырылады.
Оқушылар тұздардың қасиеттерімен зерттеу және зертханалық жұмыстар жасау арқылы танысады. Оқушыларға мәселелік сипаты бар тапсырмалар беріледі, мысалы: мына заттардың эрекеттесу мүмкіндігін жорамалдаңыздар. Жорамал нәтижесін тәжірибе жүзінде тексеріп, жүретін реакциялардың молекулалық, толық иондық және қысқаша иондық теңдеулерін жазыңыздар:
- Мырыш, темір, мыс металдары және қорғасын нитраты:
[Zn + Pb(N03)2=; Fe+Pb(N03)2=; Cu+Pb(N03)2] - Калий сульфаты, натрий силикаты, натрий карбонатының ерітінділері жэне түз қышқылы.
- Натрий хлориді, барий нитраты, алюминий сульфатының ерітінділері жэне калий сілтісі.
- Мыс сульфаты, калий хлориді, кальций нитратының ерітінділері жэне барий хлориді.
Мәселелік әдіс, әсіресе, тұздар гидролизімен таныстырғанда жиі қолданылады. Тұздардың химиялық қасиеттері қарастырылғаннан кейін тұз ерітінділері индикаторларға қандай әсер білдіруі мүмкін деген мәселе қойылады. Оқушылар бейтараптану реакциясын еске түсіріп, тұз ерітінділерінде қышқылдық та, сілтілік те қасиет болмайды деген пікір айтады. Жорамалды тексеру үшін зертханалық жұмыс өткізіледі. Оқушылар үлестіріп берілген калий нитраты, магний хлориді және натрий карбонаты ерітінділерін әмбебап индикатормен сынайды, нәтижесін кесте түрінде жазады. Калий нитраты бейтарап, магний хлориді қышқылдық, натрий карбонатының ерітіндісі сілтілік қасиет көрсетеді. Соңғы екеуінің реакциясы оқушылар пікіріне қайшы келеді. Мұның мәнісін түсіндіру үшін тұздардың ерекше қасиеті — гидролиз процесі туралы ұғым беріледі. Гидролиз ерітіндідегі тұз иондары мен су иондарының арасындағы алмасу реакциялары. Бұл алмасу реакцияларына: а) әлсіз қышқыл мен күшті сілтіден; ә) күшті қышқыл мен әлсіз негізден; б) әлсіз қышқыл мен әлсіз негізден түзілген тұздар ұшырайтынын талдап, бұрынғы білім мен тәжірибе арасындағы қайшылық түсіндіріледі.
- Натрий нитраты — күшті сілті мен күшті қышқылдың тұзы:
2Na++ 2N03— + Н20
н++ ОН—
Мұнда өзара байланысатын иондар жоқ, сутегі және гидроксид ипидарының концентрациясы бірдей, сондықтан ерітінді бейтарап қасиет көрсетеді. Күшті сілті мен күшті қышқылдан түзілген тұздар гидролизге ұшырамайды деген жалпы қорытынды жасалады.
- Магний хлориді әлсіз негіз /Mg(OH)2/ бен күшті
қышқылдан (НС1) түзілген. Ерітіндідегі алмасу
реакциясының толық иондық теңдеуі:
Mg2+ + 2СГ + Н20 MgOH+ + 2СГ + Н+
Н++ ОН—
Қысқаша иондық теңдеуі:
Mg2+ + Н20 MgOH— + Н+
Магний катионы гидроксид анионын байланыстырып, ерітіндіде артық сутек иондары пайда болғандықтан индикатор қышқылдық ортаны білдіреді.
- Натрий карбонаты күшті сілті (NaOH) мен әлсіз қышқылдан
(Н2С03) түзілген. Ерітіндіде жүретін алмасу реакциясының
толық иондық теңдеуі мынадай болады:
Na+ + С032— + Н20 2Na+ + НС03— + ОН—
н++ ОН—
Қысқаша иондық теңдеуі: С032-+ Н20 2Na+ + НС03— + ОН— Карбонат ион сутегі катионын гидрокарбонат ионға дейін байланыстырады да, гидроксид иондары босап шығады, индикатор сілтілік қасиет білдіреді.
Гидролиз — өнеркәсіпте (спирт өндіру, т.б.), ауыл шаруашылығында (топырақтың химиялық өңделуі, т.б.), табиғатта (түұздардың су арқылы шайылуы, т.б.), тірі организмде (майлардың, көмірсулардың, ақуыздың, т.б. қорытылуы) және тұрмыста жиі жүзеге асатын процесс. Сондықтан гидролизді мектептегі химия бағдарламасынан алып тастау жөніндегі ұсыныстар қолдау таппады. Оқушылардың ғылыми және сарамандық әзірлігін күшейту үшін жалпы гидролиз, оның ішінде түздардың гидролизі жөнінде нақтылы білімі болуы керек.
Бұл тақырыпта қарастырылатын маңызды мәселелердің бірі -тұздар алудың негізіне жататын алмасу реакциялары. Олардың мәні қысқа иондық тендеулер арқылы былай көрсетіледі:
- СаО + 2Н30+ = Са2+ +ЗН20
- А1(ОН)3 +ЗН+ = А13+ +ЗН20
- Са(ОН)2 + С02 = СаС03↓ +Н20
- С032+ + 2Н+ = С02 +Н20
- CuS04 + 20Н— = Cu(OH) 2l+S042+
- Si032— + Ca2+ = CaSi03↓
Бұл алмасу реакцияларының жүру жағдайларына, ақырына дейін бару шарттарына көңіл аударылады.
Электролиттік диссоциациялану туралы білімнің дамуы.Оқушылардың жеке сабақтарда алған білімі тақырыпты тұтасынан қорытқанда дамиды. Ең алдымен теорияның ашылу тарихына, жетістігі мен кемшілігіне, даму кезеңдеріне назар аударылады. Электролиттік диссоциациялану теориясын 1887 жылы швед ғалымы СЛ. Аррениус (‘1859-1927ж) ұсынды. Бірақ оны ғалымдар бірден мойындамады. Ол кезде заттардың құрылысы туралы мәліметтер белгісіз болғандықтан атом мен ионның айырмашылығын білу қиынға түсті. Теория электролит ерітінділерінін айрықша қасиеттерін -электр өткізгіштігін, ауытқуларын дұрыс түсіндірді. Дегенмен С.Аррениус электролиттердің еру құбылысын бір жақты, физикалық жағынан ғана, су еритін бөлшектерін бір-бірінен ажыратады деп түсінді. Д.И. Менделеев ерудің гидрат теориясын ұсынды. Еріген зат бөлшектері еріткіш молекулаларымен химиялық әрекеттесіп, гидраттану әрекетінің жүретінің дәлелдеді. 1889-91 жылдары орыс ғалымы И.А.Каблуков иондардың гидраттанатыны туралы көзқарас енгізді. В.А.Кистяковский Д.И.Менделеевтің гидрат теориясы мен С.Аррениустың электролиттік диссоциациялану ілімінің басын қосу идеясын ұсынды. Мектеп багдарламасында иондық теорияның соңгы нұсқасы баяндалады.
Иондық теория бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластары жөніндегі білімді кеңейтті. Қышқылдарды, негіздерді, амфотерлі электролиттерді сан жағынан сипаттауға мүмкіндік жасады. Амфолиттер әрі қышқылдарша, әрі негіздерше иондарға ыдырайтын электролиттер, мысалы:
Н+ + Н2А1О3— А1(ОН)3 А1(ОН)2+ + ОН—
Сілтіде — сутегі катиондары, қышқылда гидроксид аниондары байланысуынан алюминий гидроксиді екі жақты қасиет көрсетеді.
Электролиттік диссоциациялану теориясынан алған білім оттек топшасын, азот топшасын, көміртегі топшасын негізгі және қосымша топшалардың металдарын оқығанда пайдаланылады. Бүл материалдарды өткенде «электролит», «бейэлектролит», «катион», «анион», «иондану», «диссоциациялану», «диссоциациялану дэрежесі», «мольдену» ұғымдары дамытылады, нақтылы магынаға ие болады. Мәселен, кремний қышқылы суда иондарға ыдырамайды деуге болады, сондықтан ол қышқылдарға тэн жалпы қасиеттердің көпшілігін көрсетпейді (индикаторға эсері, металдармен және металл оксидтерімен әрекеттесуі).
Тағы бір назар аударатын мәселе, электролиттік диссоциациялану теориясы ұсынылғалы 100 жылдан асты. Одан бері қышқылдар мен негіздердің қасиеттерін тереңірек түсіндіретін бірнеше теория жарық көрді. Солардың ішінде орта мектепте бұрын соңды қарастырылып келгені протолиттік теория мен электрондық теория. Мұғалімнің протолиттік теорияның қағидаларын, қолдану мүмкіндіктерін білгені жөн. Бұл теорияның негізгі ұғымдары -протон, нротолит, протолиттік реакция, протон тартқыштық, т.б.
Протон — сутегінің электрондық бұлты жоқ ионы. Ерітіндіде бос күйінде жүре алмайды, түзілісімен басқа бөлшектердің құрамына кіреді. Протон алмасу арқылы жүретін реакцияларды протолиттік реакциялар, оларға қатысатын заттарын протолиттер деп атайды. Қышқылдар дегеніміз — протонын беретін протолиттер, негіздер протонды қосып алатын протолиттер. Осы көзқарас түрғысынан иондық реакцияларды тереңірек түсінуге болады.
- Қышқылдың диссоциациялануы: НС1 + Н20 Н30++ СГ
- Негіздердің диссоциациялануы: NaOH+ Н20Na++ Н20+ он-
- Судың диссоциациялануы: Н20+ Н20 Н30++ ОН»
- Бейтараптану реакциясы: H3O++ ОН’ Н20+ Н20
- Гидролиз: S2— + Н20HS—+ОН—
- Гидроксидтің epyi: Zn(OH)2+2H3O Zn2++ 4Н20
1 -3 реакцияларда су молекулалары протонды беріп -қышқылдық және қосып алып — негіздік қасиет көрсетеді. 4,6 реакцияларды гидроксоний ионы — қышқылдық, гидроксид ион негіздік қасиет білдіреді. Бұл теория бойынша негіздің құрамында гидроксид ионының болуы шарт емес, мысалы: NH3 + Н =NH4+ Аммиак протонды қосып алып, негіз екенін білдіреді, бірақ оның құрамында гидроксиді болмайды.
Қышқылдық және негіздік қасиеттер әр затта болуы ықтимал. Қышқылдан айдар тағып жүрген затымыздың өзі протон қосып алып, негіздік қасиет білдіруі мүмкін, мысалы кукірт қышқылы:
H2S04+H+ = H3S04+
сульфатоний
Электрондық георияның элементтері органикалық химияны оқығанда қолданыс табады. Негіз — электрон жұбының доноры, қышқыл акцепторы болатын заттар. Айтылған теориялардың негізін меңгеру оқушылардың ой-өрісін кеңейтеді. Оның үстіне орта мектептерде химиялық білім берудің кейбір тұжырымдамаларында протолиттік теориямен оқушыларды жан-жақты таныстыру, қышқылдар мен негіздердің қасиеттерін осы теорияның тұрғысынан оқыту көзделген. Бұл теория оқушыларда ғылыми-материалистік көзқарас қалыптасуына үлкен жәрдемін тигізеді.