Текстовые учебные пособия, авторские лекции
Теориялы материялды оытуа методикалыМухленов И.П. Основы Химическая технология, - М., «Просвещение», 1973, Мухленова И.П. Общая химическая технология, Под редакц, «Высшая школа» - 1984 ч. 1.2, Кутепов А.М. т.б. Общая химическая технология, -М, 2003, Соколов Р.С. Химическая технология. – М, 2003. І –ІІ часть. оулытарында крсетілген.
Лабораториялы жне практикалы (семинар) сабатараКлючников М.Г. Практические занятия по химической технологии,- М., «Просвещение», 1984 Химиялы технология курсындаы органикалы осылыстарды оыту (методикалы нсау) – Алматы, 1990.
Тихвинская М.Ю. Практикум по химической технологии, - М.,«Просвещение», 1984 методикалы нсаулар оулыында берілген.
УМК содержит авторские тексты лекций преподавателя кафедры химии по общей химии. Они разработаны в соответствии с требованиями ГОСО и рабочей программой, утвержденной на кафедре, но в то же время они отражают научные пристрастия преподавателя и специфику специальности.
ПН БОЙЫНША ДРІСТЕРДІ КОНСПЕКТІСІ
Дріс 1-3
Атом рылысы
Атом ш негізгі блшектен трады: протондардан ( р ), электрондардан ( е ) нейтрондардан ( n ).
Бл блшектерді кейбір сипаттамалары тмендегі кестеде крсетілген:
1 – кесте. Протон, электрон, нейтронны сипаттамалары
| Протон (р) | Электрон () | Нейтрон (n) | |
| Заряд, Кл | +1,602 • 10 -19 | –1,602 • 10 – 19 | |
| Салыстырмалы заряд | +1 | –1 | |
| Тыныштытаы масса, кг | 1,673 • 10-27 | 9,109 • 10-31 | 1,675 • 10-27 |
| Салыстырмалы масса |
Кестеден протон мен нейтронны тыныштытаы массасы бірдей екенін круге болады, ал электронны массасы лде айда тмен. Протон мен электронны зарядтары бірдей, біра арама – арсы табалы, нейтрон электрлік бейтарап. Осыан байланысты атом электрлік бейтарап. Сонымен о зарядталан атом ядросы протон мен нейтроннан трады.
|
А – массалы p-протон n- нейтрон саны
 |
Атом лшемі: 10-8 см
Ядро лшемі: 10-13 см
Ядрода протондар мен нейтрондарды стап тратын кштер ядролы кштер деп аталады. Атомны барлы массасы ядрода жинаталан.
Бір элементті ядро зарядтары бірдей, массасы р трлі (нейтрон саны р трлі) атом трлері изотоптар деп аталады:
(19p 20n)
(19p 21n)
(19p 22n)
Элементті атомды массасы оны изотоптарыны массаларыны орта мніне те.
Траты жне трасыз изотоптар.Барлы изотоптар траты жне радиоактивті болып блінеді. Траты изотоптар радиоактивті ыдарауа шырамайтындытан, олар табии жадайда саталады. Мысалы, 16О, 12С, 19 траты изотоптар болып табылады. Табии элементтерді кпшілігі траты изотоптарды екі немесе одан да кп оспаларынан трады. Барлы элементтерді ішіндегі траты изотоп саны е кбі (10 изотоп) – алайы. Сирек жадайда, мысалы аллюминий немесе фосфорда табиатта тек бір ана траты изотоп кездеседі, ал алан изотоптары трасыз.
Радиоактивті изотоптар з кезегінде табии жне жасанды болып келеді. Екеуі де здігінен ыдырайды. Ол шін - или - блшектерді сырта шыармайынша траты изотоп тзілмейді. Барлы изотоптарды химиялы асиеттері негізінен бірдей.
Радиоактивті ыдырау трлері. здігінен ядролы айналуды негізгі ш трі бар:
1. - ыдырау. Ядро екі протон жне екі нейтроннан тратын гелий 4Не атомыны ядросы болып келетін, яни - блшекті шыарады. -ыдырау кезінде изотопты массалы саны 4-ке, ал ядро заряды 2-ге азаяды. Мысалы,
Ra 
Rn + 
He
2. - ыдырау. . Трасыз ядрода нейтрон протона айналады, осыдан ядро электронды (-блшекті) шыарады:
_
n p + e + 
v
- ыдырау кезінде изотопты массалы саны згермейді, протон мен нейтрон сандары саталады, ал, ядро заряды 1-ге седі. Мысалы,
Th 
Pa + 
e
3. - ыдырау. озан ядро те аз толын зындыымен –сулені шыарады. Осыдан ядро энергиясы азаяды, ал ядро заряды мен массалы саны згеріссіз алады.
Радиоактивті ыдырау жылдамдыы.Радиоактивті элементтерді ыдырау жылдамдытары бір-бірінен ерекшеленеді жне олар температура сияты ішкі жадайлара (бдан кдімгі химиялы айналулардан ядролы реакцияларды маызды ерекшелігін круге болады) туелді емес. рбір радиоактивті элемент жартылай ыдырау периодымен 1/2 сипатталады. Демек, уаыт те бастапы затты жартысы здігінен ыдырайды. Дл осылай уран 238U шін жартылай ыдырау периоды 1/2= 4,5·109 жыл. На осы себептен уран активтігі бірнеше жылдар ішінде байалатындай згермейді. Радий 226Ra шін жартылай ыдырау периоды 1/2 = 1600 жыл, сондытан радийді активтігі урана араанда жоары. Жартылай ыдырау периоды нерлым аз, сорлым радиоактивті ыдырау жылдамыра жретіндігі тсінікті. ртрлі элементтер шін жартылай ыдырау периоды миллиондаан секундтар лесінен миллиардтаан жылдара дейін згеруі ммкін.
Мысал ретінде уранны 
U табии ыдырауыны айналуын крсететін болса, аралы радиоактивті изотоптар арылы траты изотоп орасына 
Pb (1. сурет) дейін теді. 1.суреттегі сызбансада ртрлі элементтер шін жартылай ыдырау периодын 1/2 (сызышаны астында),радиоактивті элементтерден шыарылан блшектер (сызышаны стінде) крнекі суреттелген.
|
1. сурет. Уран-238 ыдырау сызбансасы.
Енді радиоактивті ыдырау заы шін математикалы рнекті табамыз.
Жартылай ыдырау периоды 1/2 - бастапы зат атомыны здігінен ыдырауа (бастапы затты атом санын m0 арылы белгілейміз) кеткен уаыт. Сонда уаыт туімен бір жартылай ыдырау периодынан бастапы атомны жартысы m1=1/2m0 алады.
Уаыт те екі жартылай ыдырау периоды теесіп, алан атомны жартысы ыдырайды, демек 1/2 m1, жне m2 = 1/2 m1 = 1/2 (1/2m0) = m0(1/2)2 алады. Жартылай ыдырауды ш кезеі ткенде бастапы зат атомынан m3 = 1/2 m2 = m0(1/2)3 алады.
Осы жерден жартылай ыдырау периодын 1/2 жне затты бастапы санын біле отырып, кез-келген уаыт t аралыы шін алан атом санын табуа болатын формула орытамыз:
m(t) = m0 ·(1/2)t/1/2. (1)
Бл - жалпы жадайда логарифмдеумен шешілетін крсеткіш функция.
Осыдан, жартылай ыдырау периоды ыдырамаан радиоактивті атом санына порпорционал, мндай реакциялар бірінші ретті реакциялар деп аталады. Ал бл кез-келген изотопты жартылай ыдырау периоды ыдырау сатысында кбіне ыдырау тратысы деп аталатын жылдамды константасымен (k) байланысты. Ыдырау тратысы радиоактивті изотоп ядросыны трасыздыын сипаттайды жне жартылай ыдырау периодымен мына атынаста байланысан:
1/2= 0,693/ k. (2)
рбір наты изотоп зіндік траты мнімен 1/2 жне k сипатталады; осыны біле отырып, уаытты t есептеуге болады, уаыт те радиоактивті кз интенсивтігі белгілі бір сана азаяды. (1) жне (2) формулаларынан келесі тедікті аламыз
t = 2.303 
(3)
Тменде суреттеу трінде органикалы айналу лгісіні суін арастырамыз.
Табии радиоактивтікті талдауды аятай келе, 1. суреттегі (уран атары деп аталатын) табии радиоактивті элементтер атарын еске тсірсек, таы да екі баса табии атар бл - актиний атары, 
U басталып жне 
Pb аяталатын, жне торий атары 
Th басталып 
Pb аяталатын белгілі. Жне таы да тртінші атар бар, біра ол табиатта кездеспейді жне жасанды трде алынан.
Осыдан баса ртрлі изотоптарды жіктеп зерттегендей, табии радиоактивті айналуын жаластырушыларды табуа ммкіндік туды. Бл айнылым Содди-Фаянсты араласу заына баынады:
Егер атом -блшектерді шыару арылы ыдыраса, онда тзілетін элементтерді реттік номері бастапы элементпен салыстыранда екі бірлікке азаяды; атом массасы 4 есе тмендейді. - ыдырау нтижесінде периодты жйені басына арай реттік номері екі тора ауысан элемент тзіледі.
Егер атом -блшектерді шыару арылы ыдыраса, бастапы элементпен салыстыранда тзілетін элементті реттік номері бірге седі; атом массасы згермейді. - ыдырау нтижесінде периодты жйені соына арай бір тора кейін ауысан элемент тзіледі.
-сулелену атом зарядына да, массасына да згеріс келмейді. 1.суреттегі сызбанса жоарыда баяндалан Содди-Фаянсты араласу дісін крнекі суреттеген.
Жасанды айналу. Біз элементтерді жасанды айналу ммкіндігін алдында арастырды. Мндай трдегі бірінші реакцияны Резерфордты азот атомын -блшектермен бомбалауымен (атылауымен) жзеге асыран:
N + He 
O + 
p.
азіргі уаытта жасанды айналуды жзеге асыру шін кбіне протондар мен нейтрондарды олданады. Мысалы,
B + p 
C,
1930 ж. Э.Лоуренс дние жзінде бірінші болып циклотрон (атом ядросын бомбалау шін, элементар блшектерді жылжамдататын «снарядтарды») жасады, осыдан кейін ртрлі лгідегі ядролы реакциялар ашылып зерттелді. азіргі кезде химияны арнайы блімі ядролы химия элементтерді айналуларын зерттеумен шылданады.
Брын белгісіз болан технеций, франций, астат жне т.б., сияты элементтер, сондай-а барлы трансуран элементтеріні (реттік номері 92 жоары элементтер) синтезі ерекше маыздылы крсетті. азіргі уаытта 17 трансуранды элементтер (Z = 93 тен Z = 109 осанда дейін) алынан. Атомды номері 99 жне одан жоары трансуран элементтеріні кпшілігі С немесе N сияты ауыр блшектермен атылау арылы алынан. Мысалы, эйнштейний 
Es N ядросымен уран-238 атылау арылы алан:
U + N Es + 4 
n.
Радтоактивті изотоптарды олдану.Радиоактивті изотоптар те жиі жне ртрлі лгіде олданылады.Ол бір жаынан оларды сулеленуін олдану ммкіндігі болса, ал екінші жаынан оны сулеленуіні баса зата серіні ммкіндігіне негізделген.
Мысалы радиоактивтік сйы заттарды кемуінде: нерксіпте сусындарда жина бактарынан жне бырткізгіштерден кемуді анытау шін;
инженерлік рылыста жерасты суткізгіштерден кемуді анытау шін; энергетикада электростанцияларда жылуткізгіштерден кемуді анытау шін; аын суларды баылауда магистральді коллекторлар шін кемуді анытаанда; мнайндіретін нерксіптерде мнайбырларындаы кемуді анытау шін т.б. кеінен олданыс табады. Барлы ммкін болатын жадайларда зерттелетін сйыа мір суру уаыты ыса изотоптар осылады. Сулелену дегейіні бірден жоарылауы бетінде сйыты кеміген орнын крсетеді.
Изотоптар сондай-а ылыми зерттеулер мен медицинада кеінен олданылады. Ионданатын сулелену тірі лпаны бзуа белсенді. атерлі ісік лпалары сау азаа араанда сулеленуге нерлым сезімталыра келеді. Бл детте кобальт-60 радиоактивті изотобыны кмегімен алынатын -сулеленуімен атерлі ісік ауруларын емдеуге (радиациялы емдеу) ммкіндік береді.
«Табаланан атомдар» химиялы реакцияларды механизмі шін кеінен олданылады. Мысал ретінде кшті ышыл атысында карбон ышылы мен спиртті рекеттесуінен крделі эфирді тзілуіні этерификация реакциясыны механизмін руды крсетуге болады. детте карбон ышылыны, спирт жне ккірт ышылыны оспасын бірнеше сааттар ішінде айнатады. Егер «табаланан» 18О изотопы мен спирт олданылатын болса, онда «табаланан» оттегі суды емес, крделі эфирді рамына кіреді. Бл реакцияда байланысты зілуін келесі трде тетіндігін длелдейді:
|
(4)
Баса сипаттамалы мысал. Фотосинтез – биосферадаы бірден-бір маызды процесс; оны німі ретінде іс жзінде органикалы осылыстарды барлыы дерлік бола алады. Жарыты серінен жасыл сімдіктерге хлорофилмен сіірілетін пигменттерді серінен нтижесінде кміртек диоксиді мен судан глюкозалар С6Н12О6 мен оттегі тзілуі жреді. Фототсинтез тедеуін толы малдаса:
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
Кемінде оттегін СО2 –ден алуа болады деп ктуге болады. Алты молекула суда алты молекула О2 тзу шін оттегі жетіспейді. Суды кейбір зерттеулеріні бірінде оттегі бойынша табаланан Н218О, ал кейбір жадайда табаланан оксидті С18О2 олдананда, бірінші жадайдан 18О2, екіншісінде 16О2 алынандыы длелденген. Демек оттегіні барлыы фотосинтез кезінде судан пайда болады. СО2 рамындаы оттегі жартылай глюкоза молекуласы, жартылай айтадан тзілген су молекуласыны рамына кіруі ммкін. Су атысында Н218О тетін реакция тедеуін дрысыра келесі трде жазуа болады:
6С16О2 + 12 Н218О С6Н1216О6 +6 18О2 +6 Н216О.
Радиоактивті изотоптар сондай-а химиялы жне биологиялы зерттеулерде, медицинада е кп олданылуы 2-кестеде келтірілген.
2-кесте. Биологияда жне медицинада олданылатын радиоактивті изотоптар сипаттамасы.
| Ыдырау тедеуі | 1/2 | Энергия, МэВ |
 Т  Не +
 С N +
 Р  S +
 Р  S +
 S  Cl +
 Fe  Co + +
 Co  Ni + +
 Se  Br + +
 I  Xe + +
| 12,26 жыл 5730 жыл 14,2ту 25,3 ту 8,72 ту 44,5 ту 5,27 жыл 118,5 ту 8,04 ту | 0,019 0,156 1,71 0,249 0.167 1.565 2,824 0.864 0.971 |
сіресе радиоактивті кміртегін С органикалы туындыларды жасын радиокміртегі дісі (геохронология) негізінде (америка физико-химигі
У.Ф. Либби;1960ж. химия бойынша Нобель сыйлыыны иегері болан) олдану ызытыра. Либби зіні дісін дегенде белгілі длел радиоактиві кміртегі С изотобыны (кміртегі (IV) оксиді трінде) жер атмосферасыны стігі абатында азот атомдарын нейтрондармен атылау кезінде тзілуінде арышты суле рамына кіретіндігін олданды:
N + n С + p (5)
Радиоактивті кміртегі з кезегінде - сулені шыару арылы айтадан азот атомына айналады:
С N + . (6)
Атмосферада тзілген радиоактивті кміртегі кміртегі (IV) оксиді трінде фотосинтез процесінде барлы сімдіктерге, ары арай осы сімдіктермен оректенетін (немесе олданатын рамында кмірышыл газы бар су арылы) жануарлар азасына тседі.
Тірі лпаларда радиоактивтікті дегей траты, йткені оны азаюы табии радиоактивті С ыдырау салдарынан траты радиоактивті кміртекті азаа тсуімен компенсацияланады .Осыдан лпа рамындаы С 1 грамына санаанда тірі лпа минутына 15,3 -блшекті шыарады.
Тірі аза лген кезде онда оларды СО2 жтуы тотатылып, ал оан жинаталан С (6) реакция бойынша жартылай ыдырау периодымен 5730 жыл ыдырайды. Зерттелген лгіде радиоактивті кміртегі рамын (натыра – сулелену активтігін лшегенде, яни уаыт бірлігінде -ыдырау санын) лшей келе, оны «жасын», яни оны рамындаы кміртекті атмосферада пайда болан уаытын анытауа болады.
Массалы саны бірдей, ядро заряды р трлі атомдар трі изобаралар деп аталады:
(18p 22n)
(19p 21n)
(20p 20n)
р трлі элементтерді ядро рамы р трлі. йткені, атомны басты сипаттамасы оны массасы емес, оны ядросыны о заряды.
Тек протий атомында ( 'Н ) нейтрон болмайды. Мысалы, борды табиатта екі изотопы бар: 10 В – 19,6 %; 11 В – 80,4 %. Борды салыстырмалы атомды массасы мына атынас бойынша аныталады:
Элементтер мен оларды осылыстарыны химиялы асиеттерін сырты жне аяталмаан дегейдегі электрондар саны анытайды.
Атомды теория классикалы механикадан квантты механикаа дейін дамыды.
Кптеген эксперименттік зерттеулер нтижесінде о зарядталан ядроны теріс зарядталан электрондар оршайтындыы аныталан. Атом протондар мен электрондар арасындаы тартылыс кштер жне электрондар арасындаы тебіліс кштер арылы тепе – тедік алпында болады. Бл модель электрондар ядродан белгілі араашыта болады деп арастырмады.
1911 жылы Эрнест Резерфорд электрондар ядроны айналасында белгілі саиналы орбитальдармен озалады деп болжаан. Бл модель сутек атомын дрыс сипаттаанмен, кпэлектронды атомдарды дрыс сипаттай алмады.
1913 жылы Нильс Бор атом рылысыны квантты моделін сынан. Бор моделі бойынша электрондар ядро айналасында саиналы, планетарлы орбиталар бойынша озалады. Бл теорияны баса белгілі теориялардан айырмашылыы, ол электронны энергиясы бір орбитада траты болып алады жне р орбитаны зіне сай энергиясы болады. Бор моделі бойынша атомда бірнеше белгімі энергиялы орбиталар болуы ммкін, ал электрондар оздеріне сай орбиталармен озалады.Осы кз арастара негізделіп Бор атом урылысыны квантты моделін усынан.