Дәріс 5. Қорытпалар туралы жалпы түсінік

Техникада таза металдар өте сирек қолданылады. Көптеген жағдайларда қорытпалар екі немесе одан да көп элементтерден тұратын күрделі денелерді құрайды. Бір немесе бірнеше элементтерді негізгі құралғыштарда ерітіп одан кейінгі салқындату арқылы қорытпаларды алуға болады. Қорытпалардың қасиеттері оны құрайтын элементтердің қасиеттерінен мүлде өзгеше болады.

Бір элементтің екінші элементтегі аздаған мөлшері бастапқы материалдың қасиеттерін өзгертеді. Қорытпаларда өтетін құбылыстарды зерттеу үшін жалпы қорытпаның табиғатын білу керек, ол үшін қорытпаның құрамында мүмкін болатын құрастырушылары туралы мәліметті зерттеу керек. Қатты қорытпаларда бір уақытта химиялық қосылыс және таза металдарды (металдар және металлоидтар) байқауға болады. Металдар өте майдаланған түрде өзара қоспа түзуі мүмкін, ондағы жеке элементтерді микроскоппен өте қатты үлкейткенде ғана байқауға болады. Қорытпалар толығымен химиялық қосылыстан, қатты ерітіндіден және таза металдардан құралуы мүмкін. Қорытпаның сапасы және оның қасиеттері құрамындағы қандай да бір элементтердің болуынан және олардың майда болуы дәрежесінен тәуелді болады.

Химиялық қосылыстар элементтердің атомдарының белгілі бір мөлшеріне ие болады, олар кристалл торларын түзеді, осы кристалл торларлар бастапқы кристалл торларынан өзгеше болады, ондағы атомдар әрбір қосылысқа сәйкес орын алады. Химиялық өосылыстар бір температурада балқиды немесе ыдырайды. Химиялық қосылыстың түзілуі қасиеттердің бірден өзгеруімен сипатталады (мысалы, қаттылық пен морттылық қасиеттерінің жоғары болуы, жақсы электр өткізгіштігі).

	Кейде қандай да бір қатты денелер сұйықтықпен түйісетін болса, онда олар толығымен немесе жартылай сол сұйықтармен біртекті қоспалар түзеді, оларды ерітінділер деп атайды, мысалы, қанттың, тұздың судағы ерітіндісі және т.б.
а – таза металл; б – орын басу қатты ерітіндісі; в – ену қатты ерітіндісі (Гуляев). 5.1 – сурет. Кристалл торлары

Бір дененің екіншісінде еру процессінің мағынасы бір дене түйірлерінің екіншісіне енуімен түсіндіріледі. Берілген мөлшердегі сұйықтықта қатты зат мөлшерінің еру қабілеттілігі өзгеруі мүмкін және ол алынған заттардың табиғатынан, температурадан және қысымнана тәуелді болады. Ерітілген заттың мөлшерінің процентпен сипатталуы ерітіндінің концентрациясы деп аталады.

Қатты денелер түрлі сұйықтықтар сияқты өзара әрекеттескен кезде ерітінділер түзеді. Бір қатты дене екіншісінде еріген біртекті қорытпалар өатты ерітінділер деп аталады. Қорытпаларды рентгенографиялық әдіспен зерттеу арқылы қатты ерітінділерде еріген заттың атомдары еріткіш атомдарының орнын басатынын анықтаған (5.1.б – суретте көрсетілген, орын басу қатты ерітіндісі) немесе еріткіштің кеңістіктің торының ішіндегі атомдардың арасында (ену қатты ерітіндісі) орналасады (5.1.в – суретте көрсетілген).

Қатты ерітіндінің химиялық өосылыстан айырмашылығы, химиялық қосылыс белгілі бір құрамды болады және ерекше кеңістіктік торға ие болады, ал қатты ерітінді шоғыры өзгереді және ерітінді бір элементтің кристалдық торына ие болады. Қатты ерітіндінің сұйықтан айырмашылығы, сұйық ерітіндіде түйірлер (атомдар, молекулалар) өз орындарын еркін ауыстыра алады, ал қатты ерітіндіде еріген заттың атомдары (молекулалары) еркін қозғала алмайды және еріткіштің кеңістіктік торында орналасады. Қатты ерітіндінің механикалық қоспадан айырмашылығы еріген заттың атомдары орналасатын бір кеңістіктік торға ие болады, ал механикалық қоспада бірнеше кеңістіктік торға ие болады (қоспаға кіретін элементтердің санына байланысты). Микроқұрылымдық және рентгендік талдаулар ерітінділерді таза элементтерден ажыратуға мүмкіндік бермейді, ал химиялық және спектральды талдаулар таза металдарды және қатты ерітінділерді, сонымен қатар ерітіндіге кіретін жеке элементтерді анықтауға мүмкіндік береді.

Екі таза элементтен түзілген қатты ерітіндіден басқа химиялық қосылыс негізіндегі қатты ерітінділер болуы мүмкін. Химиялық қосылыс торында жеке атомдар үшінші элемент атомдарымен немесе химиялық қосылыс құрамына кіретін басқа элемент атомдарымен орын ауыстырады.

Кейде химиялық қосылысқа немесе қатты ерітіндіге жататын аралық құрастырушылар түзілуі мүмкін. Олар тұрақты құрамға ие болады, атап айтсақ, олардың атомдары химиялық қосылыстағы сияқты кеңістіктік торда белгілі бір орын алады, бірақ еріткіштің торын сақтайды, бұл қасиеттері қатты ерітіндіге ұқсас болады.

Жоғарыда айтылғандай ену және орын басу қатты ерітінділері болады. Ену қатты ерітінділері енетін атомдар кіші өлшемді болғанда және еріткіш торында еритін заттың атомдары орналасатында бос орындар болғанда түзіледі. Орын басу қатты ерітінділері тор параметрлерінің бір – бірінен айырмашылығы болғанда және элементтердің атом радиустарының айырмашылығы аз болғанда түзіледі. Торлар оғары серпімділікке ие болуы керек және атомдардың орын басуы кезінде бұзылмауы керек. Еріген заттың атомының диаметрі еріткіштің атомының диаметрінен үлкен болған жағдайда атомдардың орын басуы кезіндегі параметрлері ұлғаяды және егер еріген заттың атомдарының диаметрі кіші болса, төмендейді.

Еріген атомдардың мөлшері артқан сайын кеңістіктік тор айтарлықтай қисаяды және соңында еріген заттың атомдарының мөлшері белгілі бір дәрежеге келгенде еріткіш торлары түрленеді және жаңа құралғыштардың түзілуімен бірге атомдардың топталуы жүреді (механикалық қоспа, химиялық қосылыс және т.с.с.). Ол затта берілген элементтің белгілі бір мөлшері ғана еритінін көрсетеді. Сыртқы қаптамадағы электрондардың санының арасындағы айырмашылық неғұрлым аз болса, соғұрлым ерігіштік жоғары болады. Ерігіштік температураға байланысты өзгеруі мүмкін.

Гиббс фазалар ережесі. Кристалдану процессі фазалар ережесіне бағынады. Ол белгілі температуралар кезінде түрленулердің өтетіндігін және қорытпада бір уақытта қанша біртекті заттардың (фазалардың) қанша мөлшері болатындығын анықтауға мүмкіндік береді. Фазалар ережесін қолдану арқылы жасалған эксперименттердің дұрыстығын тексеруге болады, осыған дейінгі анықталмаған түөзгертулер және т.б. туралы айтуға болады. Фазалар ережесін 1876 жылы Гиббс ұсынған және содан бастап осы ереже зерттеушілермен кеңінен қолданылады. Осы ережені ұсынбастан бұрын, жүйелер, компоненттер және фазалар түсінігі туралы мәлімет алайық.

Жүйе дегеніміз – берлгілі бір жағдайларда (қысым, температура және т.б.) қыздыру немесе салқындату кезінде өтетін өзгерістерді байқауға болатын, зерттеуге алынған денелер (заттар).жүйелер қарапайым және күрделі болады. Қарапайым жүйе бір компоненттен, ал күрделі жүйелер бірнеше компоненттен тұрады.

Жүйені құрастыруға қажетті заттарды компонент деп атаймыз. Компонент таза элемент немесе химиялық қосылыс болуы мүмкін. Егер химиялық қосылыс қыздыру және баяу салқындату кезінде ыдырамайтын болса, онда ол компонент бола алады. Қарапайым жүйелерде тек қана физикалық түрленулер өтеді, мысалы, қатты күйден сұйыққа, газға өтуі (немесе керісінше), сонымен қатар бір аллотропиялық күйден екіншісіне өту. Күрделі жүйеде химиялық процестердің өтуі мүмкін.

Айта кететін бір жай барлық механикалық қоспа жүйе болмайды. Мысалы, эмульсияны жүйе деуге болмайды. Жүйелер біртекті және біртексіз болып бөлінеді. Біртексіз жүйелер біртекті бөлшектерге бөлінуі мүмкін. Жүйенің физикалық және химиялық біртекті бөлшектері фаза деп аталады. Әрбір фаза өзара беттік бөлінумен ажыратылады, бір фазаның екіншісіне өтуі үзілісті орындалады. Жүйедегі фазалардың санына байланысты бір фазалы, екі фазалы және т.с.с. болып бөлінеді. Таза металл, біртекті қатты ерітінді және химиялық қосылыс фаза бола алады. Осы заттар қатты, сұйық немесе газ тәрізді күйде болуы мүмкін. Бір компоненттен тұратын жүйе (таза металл, химиялық қосылыс, қатты ерітінді) бірнеше фазадан тұруы мүмкін: қатты, сұйық, газ тәрізді, сонымен қатар түрленулер нәтижесінде түзілетін. Металлдар мен олардың қорытпаларында газ тәрізді фаза болмайды деп есептеледі.

Фазалар ережесі келесідей сипатта болады:

С = К – Ф + 2(5.1)

мұндағы: С– жүйедегі бостандық дәрежесінің саны (варианттілік);

К – компоненттер саны;

Ф– фазалар саны; 2 – тұрақтылықтың ауыспалы сыртқы факторларының саны: температура және қысым.

Вариантілік деп тұрақтылық факторларының санын айтамыз, олар фазалардың өзгеруінсіз өзгеруі мүмкін. Тұрақтылық факторларының санына: температура, қысым және концентрация жатады.

Металдық жүйелердегі қысым тұрақты болғандықтан, фазалар ережесі келесідей түрге ие болады: С = К – Ф + 1. Фазалар ережесі фазалар саны және компоненттердің жүйенің бостандық дәрежесінің сандық тәуелділігін береді. Егер бостандық дәрежесі нөлге тең болса, онда тепе – теңдік факторын фазалар санын өзгерту арқылы ғана өзгертуге болады. Бостандық дәрежесі нөлге тең болатын жүйелер вариантсыз деп аталады (нонвариантты, температураны фазалардың санын өзгерту арқылы ғана өзгертуга болады, жоғары температуралар қатты фазаның жоылуына әкеледі, ал температураның төмендеуі сұйық фазаның жойылуымен қатар жүреді), бір бостандық дәрежесі бар жүйелер – моновариантты (бір бостандық дәрежесі бір айнымалыны температураны немесе концентрацияны өзгерту мүмкіндігін көрсетеді) фазалар санының өзгеруінсіз, температура өзгергенде сұйық ерітіндінің концентрациясы да өзгереді, екі бостандық дәрежесімен – қос вариантты (дивариантты) – екә бостандық дәрежесі қорытпаның фазалар санын қиратпай температурасын және консцентрациясын өзгертуге мүмкіндік береді.

Нег. 2 [37 – 45]

Бақылау сұрақтары:

1. Фаза дегеніміз не?

2. Компонент дегеніміз не?

3. Жүйе дегеніміз не?

4. Қорытпа деп нені айтамыз?

5. Қандай қатты ерітінділерді орын басу және ену қатты ерітінділері деп айтамыз?

6. Химиялық қосылыс деп нені айтамыз және олар қандай жағдайларда түзіледі?

7. Қандай жүйелер нонварианттық жүйелер деп аталады?

Дата добавления: 2013-12-13