Sirtqi bo’lim talabalari uchun Qurilish kimyosi fanidan amaliy mashg’ulotlarini bajarish uchun

Ushbu uslubiy ko'rsatma Samarqand Davlat Arxitektura Qurilish Institutining

Asosiy mavzular

1-Mavzu. Atomda elektron orbitalarning tuzilishi.: Atom yadrosi atrofida elektronlar harakatlanadigan energetik pogʻonalar 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 raqamlari yoki K, L, M, N, O, P, Q harflari bilan belgilanadi. Har bir energetik pog'onadagi elektronlar soni N=2n² formula yordamida hisoblanadi. Elektron yadroga qancha yaqin joylashgan boʻlsa, uning energiyasi shuncha kam bo'ladi. Yadrodan uzoq joylashgan elektronlarning energiyasi katta bo'ladi. s, p, d, f, g, h pog'onachalarda joylashgan elektronlarning maksimal soni mos ravishda 2, 6, 10, 14, 18, 22 ta boʻladi. Oxirgi ikki pogʻonachaga ega boʻlgan elementlar hozircha ma'lum emas. Elektronlarning pog'onachalarda joylashish tartibini Klechkovskiy qoidasi izohlaydi. Unga koʻra n+l yigʻindi (bu yerda n bosh kvant son; 1 – orbital kvant son) kichik bo'lgan pog'onacha oldin toʻladi. Yig'indi bir xil boʻlganda n kichik va I kattaroqqa to'g'ri kelgan pogʻonacha oldin toʻladi. Masalan, n+l=4 n=3, l=1 (1) va n=4, l=0 (2) hollarda kuzatilishi mumkin. Bunda (1) holat 3p pog'onachaga toʻgʻri keladi va u oldin toʻladi, (2) holat esa 4s pogʻonachaga toʻgʻri keladi, bu pogʻonacha 3p pogʻonacha toʻlgandan keyingina toʻlishi mumkin. n+l=5 quyidagi uch holatga toʻgʻri keladi: a) n=3, l=2 b) n=4, l=1; va c) n=5, l=0. Bunda oldin a holatga to'g'ri keladigan 3d, keyin b holatga toʻgʻri keladigan 4p va soʻngra c holatga to'g'ri keladigan 5s pog'onacha toʻladi. Elektron pog'onachalar Hund qoidasiga binoan toʻlib boradi. Hund qoidasiga koʻra bir pogʻonachada joylashgan elektronlarning spin (urchuq, aylanishni ifodalaydi) soni maksimal boʻlishi kerak. Atomdagi elektronlar orbitallarining shakli elektronlarning turlicha harakatlanish xususiyatlari bilan belgilanadi. Orbitallar orasida (masalan, sva p) oraliq shakllarning yo'qligi elektronning bir holatdan ikkinchisiga keskin sakrab oʻtishidan guvohlik beradi. Bunday oʻtishlarni izohlash uchun kvant sonlaridan foydalaniladi. Kvant sonlari bosh, orbital, magnit va spin kvant sonlariga boʻlinadi. Bosh kvant son (n) elektronning energiyasini belgilab, butun sonlar: 1, 2, 3, 4, ... bilan ifodalanadi. Elektron buluti kvant holatining oʻzgarishi energiyaning yutilishi yoki chiqishi bilan bog'liq. Orbital kvant son l=k-1 ga (k – qarab chiqilayotgan pogʻonachaning tartib raqami: s pogʻonachaning tartib raqami – 1, p – pogʻonachaning tartib raqami – 2, d - pog'onachaning tartib raqami 3 va h.k.) teng bo'lgan butun sonlarni qabul qiladi. U elektronlarning shaklini tasvirlaydi. Elektronlarning energetik pogʻonalari energetik pog'onachalarni ham o'z ichiga oladi. Shuning uchun ham elektronning energiyasi faqatgina elektron bilan yadro orasidagi masofaga emas, balki uning harakat momentiga ham bogʻliq. Birinchi n=1 energetik pogʻonaga faqat bitta l=0, ikkinchi n=2 energetik pogʻonaga l=0 va l=1 pogʻonachalar toʻgʻri keladi (1-ilova). Har qanday atomdagi boʻlishi mumkin bo'lgan energetik pogʻonachalar soni qat'iy boʻlib, ular bosh kvant songa teng. l=0, 1, 2, 3, ... pogʻonachalarni mos ravishda s-, p- d-, f-, g, harflari bilan belgilash qabul qilingan. s-elektronlar shar, p-elektronlar gantel, d-elektronlar rozetka yoki murakkab gantel shakliga ega. Bosh kvant sonlar harflar oldida yoziladi, masalan, 1s, 2s, 2p va hokazo.
2-Mavzu. Elementlarning elektromanfiyligi.: Moddalar o'z tuzilishlariga ko'ra molekulyar va nomolekulyar tuzilishli boʻladi. Molekulyar tuzilishli moddalarga kovalent bog'lanish xos. Nomolekulyar bog'lanishli moddalar atom, ion va metall kristal panjarali moddalarga boʻlinadi. Bunday moddalarga asosan kovalent, ion va metall bog'lanishlar xos. Kovalent bog'lanish qutbsiz va qutbli boʻlib, unga toʻyinuvchanlik va yoʻnaluvchanlik xossalari xos bo'ladi. Kimyoviy bog'lanish muayyan energiyaga ega. Kimyoviy bog'lanish energiyasi bog'lanishning uzunligiga bog'liq boʻlib, bog'lanishning uzunligi qancha katta boʻlsa, energiya shuncha kichik bo'ladi. Vodorod bog'lanishning energiyasi eng kichik boʻlib, u shu bog'lanishda qatnashadigan ftor, kislorod, azot, xlor, brom va boshqa element atomlariga bog'liq. Vodorod bog'lanish ichki va tashqi molekulyar boʻladi. Valent bog'lanishlar usuli asosida moddalar tarkibidagi elementlarning gibridlanish turlarini aniqlash mumkin. Gibridlanish va molekula geometriyasi oʻzaro bog'liq. sp³ gibrid orbitallar soni 4 ta, sp² gibrid orbitallar soni 3 ta, sp gibrid orbitallar soni 2 ta, sp³d gibrid orbitallar soni 5 ta va h.k. bo'ladi.
3-Mavzu. Kimyoviy kinetika.: Kimyoviy reaksiyalar davomida vaqt birligida ta'sirlashuvchi moddalar konsentratsiyalari kamayib, reaksiya mahsulotlarining konsentratsiyalari ortadi. Bunday oʻzgarish egri chiziqli (1-chizma) boʻladi. Shuning uchun ham ko'pincha o'rtacha tezlik (v) aniqlanadi: v = C1-C2/Δτ Kimyoviy reaksiyaning tezligi vaqt birligida hosil bo'lgan moddaning miqdori boʻyicha ham aniqlanishi mumkin. Teng vaqt oraligida hosil boʻlgan modda miqdori qancha ko'p boʻlsa, reaksiya shuncha tez sanaladi. Kimyoviy reaksiyalarning tezligi qator omillarga bog'liq. Bunday omillar qatoriga konsentratsiya (gazsimon moddalar uchun – bosim), harorat, katalizator va boshqalar kiradi. Ta'sirlashuvchi A va B moddalar uchun reaksiya tezligining konsentratsiyaga bog'liqligi v = k[A]m [B]n (bu erda m van A va B oldidagi stexiometrik koeffitsientlar) formula bilan tasvirlanadi. Reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi Vant-Goff tenglamasi yordamida ifodalanadi: Vtz = γ V t1 (t2-t1)/10 (1) yoki Vtz/Vt1 = γ (12-11)/10 (2) formula reaksiya tezligining harorat oʻzgarganda necha marta oʻzgarishini koʻrsatadi. Agar γ >1 boʻlganda reaksiya tezligining ortishi va γ<1 boʻlganda kamayishi haqida xulosa qilinadi. Reaksiyalar tezligining harorat koeffitsientlari, shuningdek, reaksiyalarning tezlik konstantalari yordamida ham aniqlanishi mumkin: kt+10/kt = γ, (5) bu erda k, va k₁₊₁₀ - reaksiyaning t va t+10 gradusdagi tezlik konstantalari. Reaksiyalarning tezlik konstantalari haroratga bog'liq, bu bog'liqlik Arrenius tenglamasi 2,303 lg k = A/T + B (6) yordamida ifodalanadi. Ikki xil harorat uchun Arrenius tenglamasi 2,303 lg(k2/k1) = A(1/T1 - 1/T2) (7) yoki 2,303 lg(k2/k1) = E(T2-T1)/2,303RT1T2 (8) bu erda E = - AR = −8,314 A J/mol. Bu formulalar asosida A va B koeffitsientlar orqali reaksiyalarning tezlik konstantalari, shuningdek, reaksiyaning aktivlanish energiyalari hisoblanishi mumkin.
4-Mavzu. Eritmalar: Bir modda muhitida (dispers muhit) ikkinchi moddaning juda mayda zarrachalari (dispers zarracha) taqsimlangan mikrogeterogen sistemalarga dispers sistemalar deyiladi. Dispers muhit gaz, suyuq yoki qattiq boʻlishi mumkin. Dispers zarrachalar ham har xil agregat holatda boʻladi. Dispers zarrachalarning oʻlchamiga (disperslik darajasi) qarab dispers sistemalar quyidagilarga boʻlinadi: dag'al dispers sistemalar (suspenziya, emulsiya – 100 nm dan yirik, 1 nm=10⁻⁹ m), kolloid eritma (1-100 nm) va chin eritmalar (1 nm dan kichik, molekula va ionlar oʻlchamlarigacha). Dispers sistema u yoki bu turining hosil boʻlishi muayyan agregat holatning yuzaga kelishidagi molekulalararo, ionlararo, atomlararo va boshqa oʻzaro ta'sir kuchlari tufayli boʻladi. Bir xil agregat holatda faqat bir xil turdagi modda zarrachalari ta'sirlashuvi uchrasa, dispers faza hosil boʻlishida har xil moddalar zarrachalarining taʼsiri kuzatiladi. Kimyoda chin eritmalar koʻproq ahamiyatli. Ikki yoki undan ortiq tarkibiy qismlardan iborat boʻlgan oʻzgaruvchan tarkibli bir fazali (gomogen) sistemalarga eritmalar deyiladi. Eritma hosil boʻlishida agregat holati oʻzgarmaydigan tarkibiy qism erituvchi deb ataladi. Bir xil fazadagi eritmalarda erituvchi, koʻpincha, ko'p miqdorli boʻladi. Ayrim hollarda buning aksi ham uchraydi. Masalan, konsentrlangan kislotalar, jumladan, sulfat, fosfat kislotalarda erituvchi suv atigi 2% ni tashkil etadi. Eritmalar gaz, suyuq va qattiq eritmalarga boʻlinadi.
5-Mavzu. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzish usulari va misollar asosida o'rganish: Moddalar oksidlanish darajalarining oʻzgarishi bilan boradigan reaksiyalarga oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari deyiladi. Oksidlanish darajasi – birikmadagi elementning shartli zaryadini koʻrsatadi. Ion bog'lanishli birikmalarda elementlarning elektr zaryadi haqiqatga ancha yaqin boʻladi va ionning zaryadiga mos keladi. Kovalent bog'lanishli birikmalarda esa elektr manfiyligi katta element manfiy, elektr manfiyligi kichik element – musbat zaryadli deb olinadi. Organik va ayrim anorganik birikmalarda elementlarning oʻrtacha oksidlanish darajasidan tashqari har bir atomning haqiqiy oksidlanish darajasi ham hisobga olinadi. Haqiqiy oksidlanish darajasi birikmaning struktur yoki yarim struktur formulasi asosida baholanadi. Elementlarning oksidlanish darajalarini koʻrsatish uchun arab raqamlari oldiga tegishli ishora (ionlarning zaryadlarida ishora raqamdan keyin ko'rsatiladi) qo'yiladi. Masalan, +1, +2, -1, -2 va hokazo. Ayrim elementlar bir necha oksidlanish darajasiga ega boʻladi. Elementning oksidlanish darajasi eng past boʻlganda, u faqat qaytaruvchi, eng yuqori boʻlganda, u faqat oksidlovchi boʻladi. Oksidlanish darajasi oraliq hollarda boʻlsa, element sharoitga mos ravishda oksidlovchi ham, qaytaruvchi ham boʻlishi mumkin. Elementlarning oksidlanish darajalaridan tashqari ingliz olimi Franklend tomonidan 1853 yilda kiritilgan valentlik tushunchasi elementlarning kimyoviy birikmalardagi miqdoriy nisbatlarini asoslash uchun xizmat qiladi. Elementning stexiometrik valentligi berilgan element atomining biriktirishi yoki almashtirishi mumkin boʻlgan vodorod atomlari soni bilan belgilanadi. Ayrim elementlar oʻzgarmas, ayrimlari oʻzgaruvchan valentli boʻladi. Elementlarning valentliklarini vodoroddan tashqari boshqa elementlar orqali ham aniqlash mumkin, masalan, kaliy, natriy va h.k. Elementlarning valentliklari, odatda, rim raqamlari bilan koʻrsatiladi.
7-Mavzu. Elektroliz.: Elektroliz jarayoni. Elektr toki ta'sirida suyuqlanma yoki eritmada ketadigan oksidlanish qaytarilish reaksiyalari elektroliz deb ataladi. Elektoliz jarayoni syuqlanma yoki eritmada amalga oshadi. Suyuqlanmalar elektrolizi. Elektoliz jarayonini belgilaydigan koʻrsatkichlardan biri elektrodlardir. Agar tuzlarning suyuqlanmasiga biror inert modda, masalan, grait, ko'mir yoki platina elektrod tushirilgan bo'lsa, shu suyuqlanmada oksidlanish – qaytarilish reaksiyasi sodir boladi. Suyuqlanmada ham Na⁺ va Cl⁻ ionlari hosil boʻlgani uchun katodda kationlar qaytarilsa, anodda anionlar oksidlanadi. NaCl+Na⁺+Cl⁻ Katod (-) Na⁺+e→Na⁰ 2 qaytarilish Anod (+) 2Cl⁻-2e→Cl₂⁰ 1 oksidlanish Elektrolizning umumiy tenglamasi: 2NaCl= 2Na+Cl2°. Agar elektroliz jarayonida ishqorlar suyuqlanmasi ishtirok etsa: KOH → K⁺ +OH⁻ Katod (-) K⁺+e→K⁰ Anod (+) 4OH⁻-4e→O2+2H2O 1 Elektrolizning umumiy tenglamasi: 4 KOH= 4K°+O2°+2H2O. Suyuqlanmalar elektrolizi natijasida juda faol bo'lgan mettallarni va metallmaslarni olish mumkin boʻladi. Suyuqlanmalar elektrolizida ishqoriy va ishqoriy er metallari, alyuminiy, ftor, xlor olinadi. Bu moddalarning birikmalari faqat yuqori haroratdagina elektrolizga uchraydi. 2NaF=2 Na⁺+F₂⁰ 2NaH=2 Na⁺+H₂⁰ 2KI=2K⁺+I₂ Na2S=2Na⁺+S⁰ 2 NaBr=2Na⁺+Br₂ 2Al₂O₃=4A1°+3O₂⁰ 2 Ca(OH)₂=2Ca°+O₂+2H₂O Agar eritmada metallarning kuchlanishlar qatorida alyuminiy va vodorod orasida joylashgan metallarning kationlari bor bo'lsa, u holda bir paytni o'zida ham metall ham vodorod katoinlarining qaytarilishi kuzatiladi: Katod (-) Zn²++2H₂O+4e→ Zn°+H₂+2OH Agar eritmada metallarning kuchlanishlar qatorida vodoroddan keyin turgan metallar kationlari (Cu, Ag, Hg, Au, Pt) bo'lsa, eritmada faqat shu metall kationlarining oʻzi qaytariladi. Faradey qonunlari elektr kimyoda muhim ahamiyatga ega boʻlib, ularning birlashgan matematik ifodasi m = i t Э M / nF va qM_n = itM/nF, yordamida elektroliz natijasida ajralib chiqqan modda massasi (m, g), elektroliz uchun sarflangan tok kuchi qiymati (I, A), elektroliz vaqti (t, sek), moddaning ekvivalenti (E, ekv.mol), elektroliz reaksiyasining unumi (n) singari kattaliklar aniqlanishi mumkin.