Практикалық сабақ 5

Мазмұны

Құрметті студенттер мен химия әуесқойлары! Бұл "Практикалық сабақ 5" химияның негізгі ұғымдарының бірі – ерітінділер мен олардың концентрациясын тереңірек түсінуге арналған. Бұл тақырып тек зертханалық тәжірибелер үшін ғана емес, сонымен қатар күнделікті өмірде, өнеркәсіпте және қоршаған ортаны қорғауда да маңызды рөл атқарады.

Химия – бізді қоршаған әлемді түсінуге көмектесетін ғылым. Заттардың қалай әрекеттесетінін, неліктен олардың әртүрлі қасиеттері бар екенін және оларды қалай қолдануға болатынын білу өте қызықты. Бұл сабақта біз ерітінділердің құрамын қалай анықтауға болатынын және осы білімді нақты жағдайларда қалай қолдануға болатынын зерттейміз.

Презентация

Дәріс материалдарын төмендегі сілтемеден жүктеп алуға болады:

Практикалық сабақ 5 - Жүктеп алу

Практикалық сабақ 5: Ерітінділер және олардың концентрациясы

Тақырыпқа Кіріспе

Химиядағы ерітінділер – бұл бір немесе бірнеше заттың (еріген зат) басқа бір затта (еріткіш) біркелкі таралуынан түзілетін біртекті қоспалар. Ерітінділердің маңыздылығын асыра бағалау мүмкін емес, себебі химиялық реакциялардың көпшілігі ерітінділерде жүреді. Күнделікті өмірде біз сусындардан бастап, дәрі-дәрмектерге дейін, тіпті ауаның өзінен (азот, оттегі және басқа газдардың ерітіндісі) ерітінділермен жиі кездесеміз. Ерітіндінің құрамын сипаттайтын ең маңызды параметр – оның концентрациясы. Концентрация – берілген еріткіш немесе ерітінді мөлшеріндегі еріген заттың мөлшерін көрсететін шама.

Негізгі Ұғымдар мен Анықтамалар

• Ерітінді (Solution): Екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын, физикалық қасиеттері барлық көлемде біркелкі болатын гомогенді жүйе.
• Еріген зат (Solute): Еріткіште еритін және әдетте аз мөлшерде болатын зат. Мысалы, тұзды су ерітіндісінде тұз – еріген зат.
• Еріткіш (Solvent): Еріген затты ерітетін және әдетте көп мөлшерде болатын зат. Көбінесе су әмбебап еріткіш ретінде қолданылады.
• Концентрация (Concentration): Ерітіндінің белгілі бір көлеміндегі немесе массасындағы еріген заттың мөлшерін білдіретін шама. Химияда концентрацияны көрсетудің бірнеше тәсілі бар:
  • Массалық пайыз (% m/m немесе % w/w): Ерітіндінің жалпы массасындағы еріген зат массасының үлесі. Формуласы: \((m_{\text{еріген зат}} / m_{\text{ерітінді}}) \times 100\%\)
  • Көлемдік пайыз (% v/v): Ерітіндінің жалпы көлеміндегі еріген зат көлемінің үлесі. Көбінесе сұйық заттардың ерітінділері үшін қолданылады (мысалы, алкогольді сусындардағы этил спиртінің мөлшері). Формуласы: \((V_{\text{еріген зат}} / V_{\text{ерітінді}}) \times 100\%\)
  • Масса-көлемдік пайыз (% m/v немесе % w/v): 100 мл ерітіндідегі еріген заттың грамм саны. Медицинада және фармакологияда жиі кездеседі. Формуласы: \((m_{\text{еріген зат}} / V_{\text{ерітінді}}) \times 100\%\)
  • Молярлық концентрация (Молярлық, M): 1 литр ерітіндідегі еріген заттың моль саны. Бұл химиялық есептеулерде ең жиі қолданылатын концентрация бірлігі. Формуласы: \(n_{\text{еріген зат}} / V_{\text{ерітінді (л)}}\)
  • Миллионға бөліктер (ppm – parts per million) және миллиардқа бөліктер (ppb – parts per billion): Өте төмен концентрацияларды білдіру үшін қолданылады, әсіресе қоршаған ортаны қорғау мен талдау химиясында маңызды. 1 ppm – 1 кг ерітіндідегі 1 мг еріген затқа немесе 1 литр судағы 1 мг еріген затқа тең.

Ерітінділерді Дайындау және Концентрацияны Есептеу

Зертханада ерітінділерді дайындау дәлдікті және ұқыптылықты қажет етеді. Ең алдымен, ерітіндінің қажетті концентрациясын ескере отырып, еріген заттың немесе еріткіштің қажетті мөлшерін есептеу керек. Мысалы, егер бізге 250 мл 0.1 M натрий хлориді (NaCl) ерітіндісін дайындау қажет болса:

1. NaCl-дің молярлық массасын анықтаймыз: Na (22.99 г/моль) + Cl (35.45 г/моль) = 58.44 г/моль.
2. Қажетті моль санын есептейміз: \(n = M \times V = 0.1 \, \text{моль/л} \times 0.250 \, \text{л} = 0.025 \, \text{моль}\).
3. Қажетті массаны есептейміз: \(m = n \times M_{\text{молярлық масса}} = 0.025 \, \text{моль} \times 58.44 \, \text{г/моль} = 1.461 \, \text{г}\).

Осылайша, бізге 1.461 г NaCl өлшеп алып, оны аз мөлшердегі дистилденген суда ерітіп, содан кейін ерітіндінің жалпы көлемін 250 мл-ге жеткізу қажет болады. Бұл процесс үшін өлшеуіш колбалар қолданылады, олар дәл көлемді қамтамасыз етеді.

Қауіпсіздік ережелері: Ерітінділермен жұмыс істегенде әрқашан қорғаныш көзілдірік, қолғап киіп, желдеткіш шкафта жұмыс істеу керек. Әсіресе қышқылдар мен сілтілерді сұйылтқанда өте абай болу қажет, өйткені бұл экзотермиялық реакциялар жылу бөлуі мүмкін.

Нақты Әлемдегі Қолданыстар мен Мысалдар

Ерітінділер мен олардың концентрациясын түсіну өмірдің көптеген салаларында өте маңызды:

• Медицина және Фармакология: Дәрілік заттардың дозасы, инъекцияларға арналған ерітінділердің (мысалы, глюкоза, физиологиялық ерітінді) концентрациясы адам денсаулығы үшін өте маңызды. Қате концентрация ауыр салдарға әкелуі мүмкін.
• Азық-түлік өнеркәсібі: Сусындардағы қанттың немесе тұздың мөлшері, тағамдық қоспалардың концентрациясы, консервілеудегі тұзды ерітінділердің тығыздығы – бәрі де концентрацияға негізделген.
• Қоршаған ортаны қорғау: Ауадағы ластаушы заттардың (көміртегі тотығы, азот оксидтері) немесе судағы ауыр металдардың, пестицидтердің концентрациясы ppm немесе ppb деңгейінде өлшеніп, қауіпсіздік стандарттарына сәйкестігі бақыланады. Су тазарту станцияларында химиялық заттардың дозасын дәлдікпен реттеу қажет.
• Ауыл шаруашылығы: Өсімдіктерге арналған тыңайтқыштардың, гербицидтер мен инсектицидтердің ерітінділерінің концентрациясы өсімдіктердің өсуіне және топыраққа әсер етеді. Дұрыс концентрация өнімділікті арттырады және қоршаған ортаға зиянды әсерді азайтады.
• Өнеркәсіп: Химиялық өндірісте, металлургияда, бояу өндірісінде, тазалау құралдарын жасауда және басқа да салаларда химиялық процестердің тиімділігі мен қауіпсіздігі ерітінділердің концентрациясын дәл бақылауға байланысты.

Тұрақты Даму Мақсаттарымен (ТДМ) Байланыс

Ерітінділер мен концентрацияны түсіну Біріккен Ұлттар Ұйымының Тұрақты Даму Мақсаттарына (ТДМ) жетуге тікелей қатысты:

• ТДМ 3: Салауатты өмір салты және әл-ауқат (Good Health and Well-being): Дәрі-дәрмектерді дәл дозалау, вакциналар мен медициналық ерітінділерді қауіпсіз дайындау, ауруларды диагностикалаудағы химиялық тесттердің дәлдігі – бәрі де концентрацияны түсінуге негізделген. Бұл адамдардың денсаулығы мен әл-ауқатын қамтамасыз етеді.
• ТДМ 6: Таза су және санитария (Clean Water and Sanitation): Бұл мақсат үшін ерітінділер туралы білімнің маңызы зор. Судағы ластаушы заттардың (ауыр металдар, пестицидтер, микробтар) концентрациясын анықтау және бақылау, сондай-ақ суды тазарту үшін қолданылатын химиялық заттардың (хлор, коагулянттар) дұрыс концентрациясын қолдану – таза және қауіпсіз ауыз суды қамтамасыз етудің кілті. ppm немесе ppb деңгейіндегі өлшеулер судың сапасын бақылауда өте маңызды.
• ТДМ 12: Жауапты тұтыну және өндіру (Responsible Consumption and Production): Химиялық өндірісте ерітінділердің концентрациясын оңтайландыру арқылы қалдықтарды азайтуға, ресурстарды тиімді пайдалануға және қауіпті химикаттардың қоршаған ортаға шығарындыларын шектеуге болады. Мысалы, шоғырланған тазалау құралдарын өндіру және қолдану қаптама материалдарын және тасымалдау шығындарын азайтады, бұл ТДМ 12-ге үлес қосады.
• ТДМ 2: Аштықты жою (Zero Hunger): Ауыл шаруашылығында тыңайтқыштар мен пестицидтерді дұрыс концентрацияда қолдану өсімдіктердің өнімділігін арттырып, топырақтың деградациясын болдырмайды, бұл азық-түлік қауіпсіздігін нығайтуға көмектеседі.

Қызықты Фактілер мен Соңғы Жаңалықтар

• Нанотехнологиядағы ерітінділер: Нанобөлшектерді (мысалы, алтын немесе күміс нанобөлшектері) ерітінділерде синтездеу және олардың концентрациясын дәл бақылау медицинада (диагностика, дәрі жеткізу), электроникада және материалтануда жаңа мүмкіндіктер ашады. Олардың концентрациясы оптикалық және электрондық қасиеттеріне тікелей әсер етеді.
• "Жасыл" химиядағы еріткіштер: Химияда дәстүрлі қауіпті органикалық еріткіштерді алмастыратын "жасыл" еріткіштерді, мысалы, иондық сұйықтықтар мен асқын сындық көмірқышқыл газын қолдану белсенді түрде зерттелуде. Бұл еріткіштер қоршаған ортаға аз зиян келтіреді және тұрақты химиялық процестерге ықпал етеді.
• Дәлдіктің шегі: Заманауи аналитикалық химия әдістері (мысалы, масс-спектрометрия, хроматография) заттардың өте төмен, триллионға бөліктер (ppt – parts per trillion) деңгейіндегі концентрацияларын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл криминалистикада, допинг-бақылауда және экологиялық мониторингте шешуші рөл атқарады.

Қорытынды

Практикалық сабақ 5-те біз ерітінділер мен олардың концентрациясының химиядағы және күнделікті өмірдегі маңыздылығын зерттедік. Бұл тақырыпты меңгеру сізге химиялық процестерді жақсырақ түсінуге, зертханалық жұмыстарды дәлдікпен орындауға және қоршаған әлемдегі көптеген құбылыстарды ғылыми тұрғыдан түсіндіруге мүмкіндік береді. Концентрацияны дәл есептеу және оны дұрыс қолдану Тұрақты Даму Мақсаттарына жетуде, әсіресе таза суды қамтамасыз етуде және жауапты өндірісті дамытуда шешуші рөл атқарады.

Бұл білім сіздің химиялық сауаттылығыңыздың негізін қалайды және болашақтағы ғылыми немесе кәсіби қызметіңізде міндетті түрде пайдалы болады деп үміттенеміз.