314 Fizicka Hemija IV MAK PRINT

7/25/2019 314 Fizicka Hemija IV MAK PRINT

http://slidepdf.com/reader/full/314-fizicka-hemija-iv-mak-print 1/144

Филимена Карафиљковска

Виолета Солакова

ФИЗИЧКА ХЕМИЈА

ЗА ЧЕТВРТА ГОДИНА

ХЕМИСКО - ТЕХНОЛОШКА СТРУКА

- ЗАДОЛЖИТЕЛЕН И ИЗБОРЕН ПРЕДМЕТ-

СКОПЈЕ 2012



Izdava~: MINISTERSTVO ZA OBRAZOVANIE INAUKA NA REPUBLIKA MAKEDONIJAul. Mito Haxivasilev Jasmin, bbSkopje

Recenzenti: - , . -

, “ ” –

, “ ” -

:

. 22-4407/1 29.07.2010 .

CIP - ". “,

544(075.3)

,

- : / , . - : , 2010. - 214 . : . ; 30

ISBN 978-608-226-125-61. , [ ]

COBISS.MK-ID 84274954

Печати: Графички центар дооел, Скопје



3

Најголем успех на писателот е ако ги поттикне на размислување оние што се способни да размислуваат.

Де Лакроа

ПРЕДГОВОР

Овој учебник е наменет за учениците кои физичката хемија ја изучуваат во четврта година, хемиско-технолошка струка. Учебникот се состои во два дела. Првиот дел го изучуваат како задолжителен предмет, а вториот како изборен.Од аспект на возраста на учениците, структурата и методолошкиот приод, учебникот е усогласен со барањата на наставната програма.

Во првиот дел од учебникот, материјалот е систематизиран и изложен во четири

тематски целини од различни области на хемијата и физиката. Поголем дел од нив се сосема нови тематски подрачја. Таков пример е симетријата кај молекулите, спектроскопија,кристални супстанци и електрохемија.Методите во спектроскопијата и електрохемијата се инструментални, што значи, за прв пат се среќаваат со ваков вид методи.

Во изборната физичка хемија има три тематски целини. 1. Првата тема „Оптички методи„, ги опишува основните видови оптички методи како

инструментални методи, ги истакнува предностите и недостатоците на нивната практична примена.

2. Втората тематска целина ја дава примената на колоидната хемија, ги опишува електричните и оптичките својства на колоидните системи и ги поврзува со соодветна примена.

3. Во третата тема ги објаснува електрохемиските процеси во практиката, особено нивната примена и значење.

Наставните единици покрај основниот текст, содржат слики, табели, шеми, графикони,кои го зголемуваат визуелниот ефект.

На крајот од тематските целини дадени се прашања и задачи за проверка и утврдување на стекнатото знаење. Прашањата и задачите можат да се работат на часот или како домашна задача.

Овој учебник треба да им помогне на учениците во стекнување на нови знаења и умеења, кои се неопходни во изучување на хемијата и усмерување на факултетите за природни науки.

Посебно се заблагодаруваме на сите оние што помогнаа во целосно оформување на учебникот.

Особена благодарност му изразуваме на нашиот ученик Сашо Стојковиќ (генерација 2006/2010 год.), кој неуморно помагаше, давајќи свое согледување, забелешки и сугестии, во голем дел учествуваше со своите знаења и умеења посебно во темите Структура на атомите, молекулите и кристалите, Атомски и молекулски спектри, како и Оптички методи. Имајќи желба и љубов кон науката, истражувајќи како млад истражувач во полето на хемиската технологија, науката на материјали и хемиското образование неуморно пишува научни и образовни трудови со цел развој на современата наука и современиот живот. Тој има искуство и како ученик - ментор одржувајќи предавања на одредени теми од областа на хемијата и хемиската технологија, земајќи учество на натпревари по хемија и освојуваќи први места.



4

Бидејќи учебникот Ви е наменет Вам ученици, од Вас очекуваме забелешки и сугестии за се што е во него. Затоа можете да ни пишете на следниве e-mail адреси:

[email protected] , [email protected]; [email protected]

Скопје 2010 година Од авторите



5

ВОВЕД

Предметот физичка хемија, според програмските содржини во четиригодишното

образование, за хемиско - технолошка струка се изучува во трета и четврта година. За полесно изучување, а и во врска со методите кои при тоа се ползуваат, физичката хемија се дели на повеќе поддисциплини. Хемиската термодинамика, хемиската рамнотежа или рамнотежа меѓу фазите и хемиската кинетика се изучуваат во трета година. Структурната хемија, електрохемијата, колоидната и макромолекуларната хемија, учениците ги изучуваат во четврта година.

Физичката хемија, како природна наука се занимава со изучување на законитостите на кои се покоруваат хемиските реакции, а во учебникот за четврта година се објаснува градбата на супстанците, електрохемиските процеси (конверзија на хемиска енергија во електрична и обратно), колоидните системи и макромолекулите.

Физичката хемија при изучување на оваа проблематика, се потпира врз законите на физиката и употребува дел од математичкиот апарат.

Посебно значење на физичката хемија даваат, примената на макроскопските и микроскопските методи во практиката и секојдневниот живот.

Физичката хемија претставува основа за сите други хемиски дисциплини.



6



7

1 СТРУКТУРА НА АТОМИТЕ , МОЛЕКУЛИТЕ И КРИСТАЛИТЕ

Тоа што го знаеме е капка, а тоа што не го знаеме - море

Њутн

Основни цели на тема: Структура на атомите, молекулите и на кристалите

- Резимирање на претходните знаења за структурата на материјата; - Објаснување, структура на атомот според квантно – механичкиот модел; - Разликување атомски, хибридни орбитали од молекулските орбитали и нивно

претставување на геометриски облик ; - Создавање (формирање) на јонска и ковалентна врска; - Формирање на Сигма и Пи врска;

- Дефинирање на поимите поларна и неполарна врска, диполен момент, делокализација на електроните;

- Дефинирање на поимите: симетрија, елементи на симетрија, кристална решетка,елементарна ќелија,кристални системи и видови системи;

- Определување елементи на симетрија, кај молекулите (вода, јаглерод диоксид и амонијак );

- Поврзување вид на хемиска врска со својствата на супстанцата (агрегатна состојба,кристална или аморфна супстанца);

- Опишување на градбата на кристални решетки со конкретни примери.

1.1 АТОМИТЕ И МОЛЕКУЛИТЕ - НАЈВАЖНИ ГРАДБЕНИ ЕДИНКИ НА СУПСТАНЦИИТЕ

Структурата на материјата, градбените единки и структурната хемија не се релативно нови поими со кои учениците се среќаваат оваа учебна година бидејќи ги изучиле во претходните години од образованието. Оваа наставна единица всушност претставува резиме на претходно стекнатите знаења од областа на структурната хемија.

РЕЗИМИРАЊЕ НА ПРЕТХОДНИТЕ ЗНАЕЊА ЗА СТРУКТУРАТА НА МАТЕРИЈАТА

Материјалниот свет е изграден од голем број градбени единки т.е. нивни групации или соединенија. Материјата се јавува во повеќе форми, а една од нив е супстанцијата.

Распоредот на материјалните единки во природата е дефиниран и точноопределен со

законитости. Научната дисциплина чиј предмет на проучување претставува распоредот на материјалните единки и законитостите, според кои тие се распоредени, се нарекува структурна хемија.

Материјата всушност претставува комбинација од материјални единки. Материјата се јавува во повеќе форми, а една од нив е супстанцијата.

Супстанциите, нивните промени и законитостите според кои се одвиваат тие промени претставуваат примарен предмет на проучување на хемијата како наука.

Градбата на супстанцијата се поистоветува со градбата на самата материја.Супстанциите се изградени од голем број единки. Тие единки опстануваат самостојно и како такви учествуваат во структурата на супстанциите, односно материјата или меѓусебно се поврзуваат градејќи посложени честички.

Основните честички градители на материјата, од кои произлегуваат посложените градбени единки, се нарекуваат атоми . Името атом потекнува од страрогрчкиот јазик (зборот atomos) што значи неделив. Старогрчкиот филозоф Демокрит е првиот што ја замислил



8

идејата за честички, кои понатаму не можат да се делат, експериментирајќи со сечење едно јаболко. Тој го сечел јаболкото на половина, четвртина, осмина, шеснаeстина итн. Му се јавила идејата дека сепак постои честичка што натаму не може да биде поделена.

Современата наука го потврдила постоењето на таа честичка, а истовремено докажала дека, сепак , не е неделива (радиоактивно распаѓање на атомите), но името атом и понатаму останува во употреба.

Како самостојни честички, атомите ја градат супстанцијата односно материјата. Но,

повеќето од нив меѓусебно се здружуваат, односно врзуваат за да ја постигнат стабилноста кон која се стремат. За стабилноста, поврзувањето, како и за начинот на поврзување на атомите ќе стане збор во наредните методски единици.

Секој атом, всушност, претставува хемиски елемент. Хемиските елементи се групирани во Периодниот систем на елементите (Сл. 1). Во 1869 рускиот хемичар Дмитриј Иванович Менделеев ја составил првата таблица во која ги подредил хемиските елементи според нивните својства, кои се во периодична зависност од атомската маса и структура. Елементите се подредени во хоризонтални периоди и во вертикални групи. Редниот број на елементот во Периодниот систем претставува атомскиот број односно бројот на протони во неговото атомско јадро.

Слика 1. Периоден систем на елементите.

Сложените градбени единки составени од два или повеќе истоимени или различни атоми се нарекуваат молекули .

Јоните претставуваат сложени градбени единки, кои настануваат со примопредавање на атомски фундаментални честички, односно електрони, при што настануваат позитивни јони (атоми со недостиг од еден или повеќе електрони во електронската обвивка) и негативни јони (атоми со вишок од еден или повеќе електрони во електронската обвивка). Јоните се разликуваат од молекулите по својата структурата и видот на врската меѓу нив.



9

1.2 МОДЕЛИ НА ГРАДБА НА АТОМОТ И ВИДОВИ АТОМСКИ ОРБИТАЛИ

Денес е позната конституцијата на атомот т.е. дека тој е составен од фундаментални честички. Атомот има пречник од околу 10-10 m. Тој се состои од атомско јадро, кое е позитивно, и електронска обвика, која е негативна, и со пречник 100000 пати поголем од оној на јадрото. Во јадрото се сместени позитивните честички, протони (p+, m = 1,0073 u), и

неутралните честички, неутрони (nо, m = 1,0087 u, кои имаат приближно еднаква маса, а во електронската обвивка, која се наоѓа околу атомското јадро, со голема брзина се движат електрони (е-) кои имаат околу 1836 пати помала маса од масата на протоните и неутроните.

Атомскиот број претставува бројот на протоните во атомското јадро, а пак масениот број е збирот од протоните и неутроните.

Изотопи се хемиски елементи што имаат еднаков број протони, но различен број неутрони, а со тоа и различна атомска маса како на пример изотопите на елементот водород:протиум (1Н), деутериум (2Н) и тритиум (3Н). При определувањето на релативната атомска маса ( Аr) се зема изотопниот состав на елементите бидејќи во природата тие се среќаваат во смеса.

Изобари се хемиски елементи со еднаков масен, а различен атомски број како на пример: тритиум (3Н) и хелиум - 3 (3Не).

МОДЕЛИ НА АТОМОТ

Идејата за постоење на атомот била позната од далечните времиња. но се поставило прашањето поврзано со структурата, составот и со изгледот на оваа честичка наречена атом.

Со развојот на хемијата и на физиката низ минатото биле предлагани голем број идеи,биле донесувани голем број заклучоци, биле поставувани теории за да се разбере структурата на атомот, неговиот изглед и состав.

Најголем број од теориите во минатото го претставувале атомот како сфера, односно топка или како систем аналоген на Сончевиот систем.

1. Моделот на Далтон Англискиот алхемичар Џон Далтон во 1804 година ја дал својата теорија за атомот

според која: - Хемиските елементи се состојат од атоми, со тоа што атомите на еден елемент се

меѓусебно исти; - Соединенијата се состојат од молекули, со тоа што молекулите на едно соединение се

меѓусебно исти. Молекулите се групации на атомите; - Во една хемиска реакција доаѓа до разложување на молекулите на атоми, а потоа тие

повторно се групираат, но на поинаков начин. Во хемиските реакции атомите никогаш не преминуваат од еден во друг елемент.

2. Моделот на Томпсон Научникот Џозеф Џон Томпсон ја предложил својата теорија за атомот според која: - Атомот претставува честичка во која електроните се обложени на некои позитивно

наелектризирани честички.

3. Моделот на Радерфорд Новозеландскиот научник Ернест Радерфорд, кој го открил атомското јадро, ја

предложил својата теорија за планетарниот модел на атомот во 1911 година, според која: - Атомот има многу мало јадро, со позитивен и негативен полнеж, со радиус 10.000 пати

помал од радиусот на електронската обвивка (во која се сместени електроните со негативен полнеж).



10

4. Моделот на Бор Данскиот научник Нилс Бор, кој патеките по кои се движат електроните ги нарекол

орбити , ги изнесол своите заклучоци во 1913 година, познати како Борови постулати, кои гласат:

- Кулоновата сила го соопштува планетарното забрзување на електронот потребно за неговото динамички стабилно кружно движење.

- Дозволени се само орбити кај кои аголниот момент е целоброен производ и изнесува h/2 π .

- Електронот што се движи по стабилна орбита не зрачи. - Емисијата или апсорпцијата на зрачењето се јавува само при преодот на електронот

од една во друга орбита.

5. Хипотезата на Де Броли Луј де Броли во 1924 година ја поставува својата теорија за корпускуларно-брановиот

дуализам на атомот, според која: - Двојна природа на честичките, освен кај светлината, се јавува и кај материјата.

6. Моделот на Шредигер (современ модел на атомот): Ервин Шредигер го предложил својот сложен модел на атомот (Сл. 2), односно

фотонската теорија, која се темели на резултатите на квантната механика, според која: - Енергетската состојба на електроните во еден атом може да се опише со воведување

на вредностите на четирите квантни броја.- Четирите квантни броја го определуваат и просторот во кој постои најголема

веројатност да се пронајде електронот. - Просторот за во кој е најголема веројатноста да се пронајде електронот се нарекува

атомска орбитала.

Вернер Хајзенберг го поставил својот принцип на неопределеноста според кој: Не може точно да се определат точната положба на еден електрон и брзината со која

тој се движи во истиот момент.

Слика 2. Современ модел на атомот.

КВАНТНИ БРОЕВИ

Електронската обвивка е изградена од електрони распоредени во енергетски нивоа, а во рамките на нивото во потслоеви односно орбитали.

Електроните во атомите немаат произволна енергија, туку се наоѓаат во точно определено енергетско ниво.



11

Однесувањето на електроните може да се опише со т.н. бранова функција, која се обележува со грчката буква ψ ( пси ).

Делот од хемијата чиј предмет на проучување претставуваат методите на квантната механика се нарекува квантна хемија.

Енергетската состојба на електронот и просторот во кој е сместен, како и што е погоре наведено, се определуваат со четирите квантни броја: главен квантен број , орбитален квантен број , магнетен квантен број и спински квантен број .

1. Главен квантен број - n Главниот квантен број, кој го определува електронскиот слој , односно

енергетското ниво, претставува цел број со вредности 1,2,3,4,5,6,7 итн. Броевите го означуваат бројот на електронскиот слој. Слоевите се обележуваат и со букви почнувајќи од латиничната буква K (Таб. 1)

Табела 1. Вредност на главниот квантен број за даден електронски слој.

Главен квантен број

- n 1 2 3 4 5 6 7

Електронски слој

(енергетско ниво)

K L M N О Р Q

Максималниот број електрони во рамките на едно енергетско ниво се определува според формулата:

N е- = 2n2

- каде што N е- претставува максималниот број електрони во еден слој, а n претставува

вредноста на главниот квантен број, односно електронскиот слој во кој се сместени електроните.

2. Орбитален квантен број - l Орбиталниот квантен број го определува електронскиот потслој во даден слој. Тој

може да има вредности од 0 до n-1. Потслоевите се обележуваат со латинични букви почнувајќи од s (Таб. 2).

Табела 2. Вредност на орбиталниот квантен број за даден потслој.

Орбитален квантен број

- l

0 1 2 3 4 5

Електронски потслој s p d f g h

3. Магнетен квантен број - ml

Магнетниот квантен број може да има вредности од - l до + l вклучувајќи го и бројот 0 . Магнетниот квантен број, всушност, го определува бројот на орбиталите во рамките на еден потслој.

4. Спински квантен број - ms

Спинскиот квантен број е во врска со насоката на вртење на електронот околу својата оска (во насока на стрелките на часовникот или спротивна). Спинскиот квантен број има две вредности - ½ и + ½.



12

АТОМСКИ ОРБИТАЛИ

Делот од просторот во кој веројатноста за наоѓање на електронот е најголема (90 - 95%) се нарекува атомска орбитала, како што е и погоре наведено. Во една атомска орбитала може да се сместат најмногу два електрона.

Атомските орбитали може да бидат:

- пополнети, - полупополнети,- празни во зависност од тоа дали во нив се сместени два електрона, еден електрон или ниту

еден соодветно. Атомските орбитали шематски се претставуваат со квадратчиња, а електроните со

стрелки:

↑↓

пополнета атомска орбитала

↑

полупополнета атомска орбитала

празна атомска орбитала

Според принципот на Паули :- Не е можно два електрона во атомот да ги имаат истите вредности за сите четири

квантни броја.- Електроните се стремат да ја зафатат најниската енергетска состојба. Тие ги

пополнуваат слоевите и потслоевите според нараснувањето на нивната енергија и во согласност со овој принцип.

Пополнувањето на орбиталите со електрони е дефинирано со правилото на Хунд според кое:

- Кога на располагање има повеќе орбитали со еднаква енергија, електроните ги пополнуваат така што заземаат што е можно поголем број од нив.

1. s-орбитала (потслој) s- орбиталата, (Сл. 3) геометриски претставува сфера во која максималниот број електрони изнесува два. s-орбиталата (потслој) се јавува во сите енергетски нивоа. Оваа орбитала е со најниска енергија.

Слика 3. ѕ - орбитала.

2. p-орбитала (потслој) p- орбиталата (Сл. 4), геометриски, има форма на просторна правилна осумка.Максималниот број електрони што може да се сместат во p-потслојот изнесува шест.



13

p- потслојот се јавува во сите енергетски нивоа почнувајќи од второто и е составен од три идентични p-орбитали, со иста енергија, кои се нормални една на друга во однос на оските на правоаголниот координантен систем. Трите p-орбитали се означуваат како: р1, р2 и р3 (рx, рyи рz).

Слика 4. р1, р2 и р3 (рx, рy и рz) орбиталите.

3. d-орбитала (потслој) d- орбиталата (Сл. 5), геометриски, има форма на просторна правилна осумка.

Максималниот број електрони што може да се сместат во d-потслојот изнесува десет.d- потслојот се јавува во сите енергетски нивоа почнувајќи од третото и е составен од

пет идентични d-орбитали (со иста енергија). Петте d-орбитали се означуваат како: d1, d2, d3, d4 и d5 (dz2, dxy, dxz, dyz и dx2 - y2).

d1-орбиталата е ротационо симетрична во однос на оската z.d2, d3, d4 и d5 - орбиталите имаат структура на две просторно правилни осумки нормални

една на друга.

Слика 5. d1, d2, d3, d4 и d5 (dz2, dxy, dxz, dyz и dx

2- y

2) орбиталите.

4. f-орбитала (потслој) f-орбиталата има сложена геометриска структура,. Се јавува во сите енергетски нивоа

почнувајќи од четвртото. Седумте f-орбитали се обележуваат како: f 1, f 2, f 3, f 4, f 5, f 6 и f 7 или,според постарата, номенклатура: fx (x2 - y2), fy (x2 - y2), fz (x2 - y2), fz3, fxyz, fxz2 и fyz2 (Сл. 6).

Во f-слојот максимално може да се сместат 14 електрони.



14

Слика 6. f 1, f 2, f 3, f 4, f 5, f 6 и f 7 (fx (x2- y

2), fy (x

2- y

2), fz (x

2- y

2), fz

3, fxyz, fxz

2 и fyz

2 ) орбиталите.

Бројот на потслоевите теоретски може да биде бесконечен, но досега се познати само хемиски елементи кај кои постојат електрони сместени и до h-потслоевите. Овие хемиски елементи се добиени по вештачки пат и се нестабилни.

Со зголемување на оддалеченоста на атомските орбитали од атомското јадро (со растење на вредноста на главниот квантен број), бидејќи тоа послабо ги привлекува кон себе,

како и со зголемувањето на бројот на електрони во нив (растење на електронската густина во дадениот електронски слој), расте и нивната енергија (Сл. 7).

Слика 7. Шематски приказ на растењето на енергијата на орбиталите со зголемувањето на бројот на електрони односно со растењето на вредноста на главниот квантен број. Енергијата на атомските

орбитали расте според насоката на стрелките.



15

ЕЛЕКТРОНСКА КОНФИГУРАЦИЈА

Електронската конфигурација на еден хемиски елемент претставува означување на распоредот на електроните низ енергетските нивоа и орбитали во електронската обвивка на атомот.

Електронската конфигурација претставува рационален приказ на пополнувањето на атомските орбитали со електрони.

Електронската конфигурација на хемиските елементи (Сл. 8) се запишува на начин на кој се прикажани видовите атомски орбитали и бројот на електрони сместен во нив.

Пример, електронската конфугурација на елементот јаглерод е: 6С: 1ѕ2 2ѕ2 2р2. Левиот долен индекс пред симболот на елементот јаглерод го означува максималниот број на електрони сместени во електронската обвивка на атомот.

Слика 8. Шематски приказ на атомските орбитали и електронски конфигурации на некои елементи.

1.3 ПРЕПОКРИВАЊЕ НА ОРБИТАЛИТЕ - СИГМА (σ) И ПИ (π) ВРСКИ

Атомите се всушност основните единки од кои се изградени сите супстанции. Атомите имаат способност меѓусебно да се поврзуваат градејќи молекули или јони.

Во хемиските реакции атомите не се менуваат, туку само се прегрупираат. Сепак постојат и атоми на хемиски елементи што не учествуваат во хемиските реакции, односно не

градат хемиска врска бидејќи поседуваат карактеристика за која ќе стане збор понатаму во градивото (благородните гасови).

Способноста на атомите за хемиска врска произлегува од нивните својства, кои зависат од валентните електрони.

Валентни електрони се електрони што се сместени во последното енергетско ниво од електронската обвивка на атомот.

Својствата на атомот, во голема мера, зависат од валентните електрони. Главно постојат три типа хемиска врска: ковалентна врска, јонска врска и метална врска.

Предмет на проучување на оваа методска единица претставува ковалентната врска бидејќи таа се остварува со препокривање на орбиталите. Јонската и металната врска се проучени во наредните методски единици. Тие се остваруваат на друг начин.



16

КОВАЛЕНТНА ВРСКА

Ковалентната врска, која се остварува со препокривање на орбиталите, заради формирање заеднички парови, претставува еден од начините на кој атомите се поврзани во молекули, карактеристична за елементите од групата на неметалите.

Теоријата за овој вид хемиско сврзување ја предложил американскиот научник Гилберт Њутн Луис во 1916 година.

Електронските парови се формираат заради пополнување на последното енергетско ниво со осум електрони односно формирање електронски октет бидејќи за атомите на сите хемиски елементи осумте електрони во последниот електронски слој претставуваат хемиска стабилност на дадениот елемент (освен за елементите водород и хелиум, кај кои стабилноста е постигната со пополнување на последниот електронски слој со два електрона, односно формирање електронски дублет).

Електронските октети на атомите на благородните гасови се целосно пополнети со осум електрони (освен дублетот на хелиумот, кој е пополнет со два електрона), па поради тоа тие не стапуваат во хемиски реакции (постојат исклучоци, пр. формирање соединенија на ксенонот со флуорот, но истражувањата се сè уште во тек ).

При препокривањето на атомските или хибридните (за кои ќе стане збор подоцна)орбитали се формираат молекулски орбитали .

Молекулската орбитала, односно електронскиот пар, која се формирала при образувањето на ковалентната врска е заедничка за атомите на двата елемента.

Формирањето на ковалентната врска и на електронските парови се претставува со формулите што ги предложил Луис во 1916 година, наречени Луисови формули кај кои атомите се претставени со симболите на хемиските елементи, а валентните електрони со точки (Сл. 9).

Слика 9. Луисови формули на хлор тетрафлуорониум катјон, тетрахлор метан и амонијак .

ХИБРИДИЗАЦИЈА И ХИБРИДНИ ОРБИТАЛИ

Хибридизација претставува мешање на атомските орбитали, со различни енергии, од последното енергетско ниво (валентните електрони) при што се создаваат хибридни

орбитали со еднаква енергија. Хибридизацијата се одвива заради создавање можност за градење хемиска врска,

односно формирање заеднички електронски пар со цел пополнување на електронскиот октет.Најкаректеристични примери за хибридни орбитали се ѕр3, ѕр2 и ѕр-орбиталите. Покрај

нив, секако, постои и голем број други хибридни орбитали (кои се формираат со хибридизација на атомските орбитали со повисока енергија), но поради нивната сложеност, тие нема да бидат предмет на проучување во овој учебник .



17

ЅР3 ХИБРИДНИ ОРБИТАЛИ

Наједноставен пример за претставување на хибридните орбитали е ѕр3-орбиталата,која има облик на просторно деформирана осумка.

ѕр3-хибридната орбитала се формира со мешање на една ѕ-атомска орбитала и три р-атомски орбитали при што се создаваат четири ѕр3-орбитали кои, геометриски, имаат форма на тетраедар (Сл. 10). Аглите меѓу секоја од четирите ѕр3-хибридни орбитали во тетраедарот

изнесува 109,28о.

Слика 10. Просторен приказ на ѕр3 хибридната орбитала.

Формирањето на ѕр3 орбиталата е карактеристично за атомот на елементот јаглерод,чие формирање хибридни орбитали е објаснето во градивото.

Електронската конфигурација на јаглеродот е: 6С: 1ѕ2 2ѕ2 2р2 што значи дека јаглеродот во второто енергетско ниво има четири валентни електрони распоредени во целосно пополнетата, со пониска енергија, ѕ-орбитала и делумно пополнетата (само со 2 електрона),со повисока енергија, р-орбитала. Атомот на јаглеродот се стреми да го пополни својот електронски октет, а за тоа му се потребни уште четири електрони. Тоа значи дека јаглеродот се врзува со други елементи и со нив формира заеднички електронски пар. Но, за да го формира заедничкиот електронски пар, потребни му се орбитали со еднаква енергија. Поради тоа доаѓа до мешање на атомските 2ѕ2 и 2р2-орбитали за да се создадат хибридни орбитали со еднаква енергија.

Пред да се формираат хибридните орбитали, карактеристично за елементот јаглерод е преминувањето во т.н. ексцитирана состојба (возбудена состојба). Оваа состојба, која е претходник на хибридизацијата, се создава кога јаглеродниот атом е подготвен за хемиска реакција. Создавањето на ексцитираната состојба се карактеризира со преминување на еден електрон од пополнетата 2ѕ2 во празната 2р3

0-атомска орбитала. Според тоа, јаглеродниот атом кога се наоѓа во ексцитирана состојба ја има електронската конфигурација 6С: 1ѕ2 2ѕ1 2р3.

Потоа настанува мешањето на атомските орбитали 2ѕ1 и 2р3 при што се формираат четири ѕр3-хибридни орбитали со еднаква енергија, кои формираат заеднички електронски парови со директно препокривање на орбиталите со соседниот атом, односно, со оној со кој се образува врската (Сл. 11).

Слика 11. Формирање на ѕр3 хибридни орбитали.



18

ЅР2 И ЅР-ХИБРИДНИ ОРБИТАЛИ

ѕр2 и ѕр-хибридните орбитали се формираат на сличен начин како и ѕр3-орбиталите.Со мешање на една ѕ и две р-орбитали се формираат три ѕр2-орбитали, а со мешање

на една ѕ и една р-атомска орбитала се формираат две ѕр-хибридни орбитали. Геометриската форма на трите ѕр2-орбитали е планарна (тригонална) односно аголот меѓу секоја од нив

изнесува 120о, а геометриската форма на ѕр-орбиталите е линеарна со агол меѓу нив од 180о.При формирањето на хибридната ѕр2 - орбитала (Сл. 12), нехибридизирана останува

една р-орбитала, која учествува во формирањето на пи-врската кај незаситените соединенија (на јаглеродот), а пак , при формирањето на хибридната ѕр - орбитала (Сл. 13),нехибридизирани остануваат две р-орбитали, кои учествуваат во формирањето на две π -врски кај незаситените соединенија.

Слика 12. Формирање ѕр2 хибридни орбитали.

Слика 13. Формирање ѕр хибридни орбитали.



19

ФОРМИРАЊЕ СИГМА (σ) И ПИ (π ) -ВРСКИ

Формирањето на ковалентната врска, односно создавањето на заедничкиот електронски пар е резултат на препокривањето на атомските или хибридните орбитали при што се формираат молекулски орбитали.

Препокривањето на орбиталите може да биде директно ( фронтално ) или бочно ( странично ).

При директно препокривање на орбиталите (Сл. 14) се формира т.н. сигма- врска ( σ ).Сигма врската се формира при препокривање на:

- ѕ со ѕ атомски орбитали,- ѕ со р атомски орбитали,- ѕ атомска со ѕр3 хибридна орбитала,- ѕ атомска со ѕр2 хибридна орбитала,- ѕ атомска со ѕр хибридна орбитала,- ѕр3 со ѕр3 хибридни орбитали,- ѕр2 со ѕр2 хибридни орбитали,- ѕр со ѕр хибридни орбитали,- ѕр3 со ѕр2 хибридни орбитали,- ѕр3 со ѕр хибридни орбитали,- ѕр2 со ѕр хибридни орбитали и - голем број други видови атомски и хибридни орбитали , кои имаат посложена

геометриска структура. Сигма-врската се одликува со поголема стабилност, односно потребна е поголема

енергија за нејзино раскинување, за разлика од пи-врската, која се формира со бочно препокривање на атомските орбитали.

При бочното, односно страничното препокривање на атомските орбитали доаѓа до формирање на т.н. пи - врска ( π ).

Пи-врската се формира при странично препокривање на: - р со р атомски орбитали (Сл. 14) (тие што останале нехибридизирани при

формирањето на ѕр

2

и ѕр - орбиталите). Пи-врската се одликува со помала стабилност во споредба со сигма-врската. Оваа врска е најкарактеристична за незаситените соединенија на јаглеродот, кои во својата структура содржат двојни или тројни врски меѓу С-атомите (при ѕр2хибридизација се формираат една сигма и една пи односно при ѕр-хибридизација една сигма и две пи-врски), па поради тоа овие соединенија се одликуваат со голема реактивност за разлика од неговите заситени соединенија, кои во својата структура содржат само единечни врски (сигма).

Слика 14. Формирање сигма и пи - врски.

НЕСВРЗУВАЧКИ ОРБИТАЛИ

Хибридните орбитали што се пополнети со електрони, а не учествуваат во

формирањето на врските се нарекуваат несврзувачки орбитали .Тие орбитали имаат слободен електронски пар. Несврзувачките орбитали, во најголем

дел, се карактеристични за соединенијата на неметалите составени од повеќе од два атома.



20

1.4 ПОЛАРНИ И НЕПОЛАРНИ ВРСКИ - ДЕЛОКАЛИЗАЦИЈА НА ЕЛЕКТРОНИТЕ

Ковалентната врска се образува со формирање заеднички електронски пар меѓу два атома од ист или меѓу два атома од различен хемиски елемент.

Според тоа постојат хомоатомски (составени од два исти елементи) и хетероатомски (составени од два различни елементи) ковалентни соединенија.

ПОЛАРНИ И НЕПОЛАРНИ ВРСКИ

Сепак , иако станува збор за заеднички електронски пар помеѓу атомите што ја градат ковалентната врска, постои разлика меѓу хомоатомската и хетероатомската ковалентна врска во однос на привлекувањето на електронскиот пар од страна на атомите на елементите што ја градат врската.

Кај хомоатомските молекули (О2, Н2, N2, F2, P4, S8, Cl2, Br 2, F2 и други) електронскиот пар е еднакво привлечен од двата атома што ја градат врската. Во овој случај нема појава на парцијален електричен полнеж кај атомите што ја градат молекулата. Според тоа оваа молекула е неполарна (Сл. 15).

Слика 15. Пример за неполарна молекула е молекулата на водородот.

Кај хетероатомските молекули (Н2О, НCl, Н2Ѕ, NН3, НF, СО и други) електронскиот

пар е повеќе привлечен кон атомот со поголемо атомско јадро (со поголема вредност на величината електронегативност) т.е. не се совпаѓаат центрите на позитивна и негативна наелектризираност. Во овој случај се јавува парцијален електричен полнеж. Негативен парцијален електричен полнеж ( δ – ) поседува атомот на елементот што повеќе го привлекува заедничкиот електронски пар кон себе, а позитивен парцијален електричен полнеж ( δ + ) поседува атомот на елементот во молекулата што помалку го привлекува заедничкиот електронски пар (Сл. 16). Според тоа оваа молекула е поларна.

Слика 16. Пример за поларни молекули се молекулите на водата.

Електронегативноста претставува физичка величина која се однесува на способноста на атомот на еден елемент, да ги привлекува електроните на другите атоми на елементите со кои е сврзан. Во рамките на една периода во периодниот систем на елементите, електронегативноста се зголемува, а во рамките на една група, опаѓа со растење на атомскиот број.

Хетероатомските молекули се карактеризираат со едно векторско својство т.н. Диполен момент кое се бележи со грчката буква μ (ми). Диполниот момент всушност претставува производ од количеството електричество односно полнеж (q) и растојанието меѓу



21

атомите во молекулата кои се носители на парцијалните електрички полнежи (r ) според формулата:

μ = q r

Хетероатомските молекули што се составени од повеќе од два атома може да бидат и неполарни (Сл. 17) ако збирот на векторите на диполните моменти е еднаков на нула (нулти

вектор), но и поларни (Сл. 17) ако збирот на векторите на диполните моменти е различен од нула (не е нулти вектор).

Слика 17. Формирање поларни и непорани ковалентни врски прикажани со Луисови формули.

ДЕЛОКАЛИЗАЦИЈА НА ЕЛЕКТРОНИТЕ

Во минатото се претпоставувало дека заедничкиот електронски пар секојпат е лоциран помеѓу две атомски јадра, односно меѓу двата атома што ја градат ковалентната врска. Со експерименти е утврдено дека, сепак , оваа теорија не може да ги објасни структурите на сите

ковалентни соединенија бидејќи кај некои од нив (најмногу кај оние кај кои постои ѕр2-

хибридизација) електронскиот пар е лоциран меѓу повеќе од два атома.Пример за лоцирање на електронскиот пар меѓу повеќе од два атома претставува

структурата на ароматичниот јаглероводород бензен, кај кого електронските парови што се формирани меѓу шестте ѕр2 хибридизирани јаглеродни атоми се дислоцирани односно делокализирани низ целата шестоаголна структура на ова соединение.

Во 1930 Лајнус Полинг ја предложил оваа современа теорија за структурата на бензенот според која електронските парови од нехибридизираните р-орбитали што ја градат π -врската делумно се препокриваат, односно формираат т.н. електронски облак , кој е заеднички за сите шест јаглеродни атоми.

Припадноста на електронскиот пар меѓу повеќе од два атома се нарекува

делокализација на електроните.Структурата на соединенијата кај кои е присутна оваа појава се нарекува резонантна структура.

Делокализацијата на електроните, односно резонантна структура (Сл. 18), покрај во структурата на бензенот и неговите деривати е присутна и кај киселинските анјони на неорганските и органските киселини како и кај некои други соединенија.



22

Слика 18. Делокализација на електроните односно резонантна структура на бензенот и на сулфатниот анјон.

1.5 ЈОНСКА И МЕТАЛНА ВРСКА

ЈОНСКА ВРСКА

Јонската врска, за разлика од ковалентната, е карактеристична за цврстите

супстанции кај кои градбените единки се јоните.Теоријата за јонската врска ја предложил научникот Косел во 1915 година, според која:Јонската врска се остварува со сврзување елементи со спротивни својства (изразит

метал со изразит неметал). Јоните на металите се со позитивен полнеж и се нарекуваат катјони , а јоните на неметалите се со негативен полнеж и се нарекуваат анјони .

Катјоните и анјоните меѓусебно се привлекуваат со сили од електростатска природа при што на тој начин се остварува хемиска врска.

Катјоните и анјоните се формираат со примопредавање на валентните електрони. Атомите на металите оддаваат еден или повеќе валентни електрони за да овозможат

претпоследното енергетско ниво да ја преземе улогата на нивото со валентните електрони,односно се оксидираат, а атомите на неметалите ги примаат тие електрони со за го пополнат последното електронско ниво со осум електрони, односно се редуцираат (Сл. 19).

Мо - nе- → Мn+

Nо + nе-→ Nn-

Мn+ + Nn-→ Мn+Nn-

- каде што Мо претставува атом на метал, - nе- број на електрони што атомот на металот ги испушта и Мn+ претставува позитивен јон на металот, односно катјон.

- каде што Nо претставува атом на неметал, + nе- број на електрони што атомот на неметалот ги прима и Nn- претставува негативен јон на неметалот, односно анјон.

- Мn+Nn- претставува јонско соединение.

Слика 19. Образување на јонска врска меѓу натриум и хлор.



23

Притоа се образуваат двојки од јони, но во кристалната решетка на јонските супстанции сите спротивно наелектризирани јони меѓусебно се привлекуваат при што доаѓа до формирање јонски агрегати .

Јонските агрегати се групираат на точноопределен начин градејќи јонски кристали (Сл. 20), кои најчесто имаат правилна геометриска форма, односно припаѓаат на некој од кристалните системи за кои станува збор подоцна во оваа тема.

Постојат и исклучоци кај кои соединенија изградени од метал и неметал не се сврзани

со јонска врска, туку со ковалентна, но тоа најчесто се случува при определени услови.Пример за ваков тип соединенија се алуминиум хлоридот (кога е растопен или е во гасовита состојба), кој е составен од молекули со формула Al2Cl6, берилиум сулфатот и други.

Слика 20. Структура на јонски кристал.

МЕТАЛНА ВРСКА

Металната врска претставува еден од видовите за хемиско сврзување на материјалните единки карактеристична за металите, како што кажува и самото име.

Металната врска се образува со делокализација на валентните електрони на атомите на металот низ неговата кристална решетка при што се формираат метални катјони околу кои се движат делокализираните електрони образувајќи т.н. електронски гас (Сл. 21).

Електроните се многу подвижни, поради што металите се карактеризираат со многу добра спроводливост на топлина и електрицитет.

Слика 21. Распоред на јоните и електронскиот гас во кристалната решетка на металите.

1.6 СИМЕТРИЈА И ЕЛЕМЕНТИ НА СИМЕТРИЈА

Поимот симетрија всушност претставува еден вид на статичка рамнотежа на некое тело.

Симетријата се карактеризира со елементи на симетрија. Елементите на симетрија ја карактеризираат симетричноста на телата.

Атомите, молeкулите и јоните, односно градбените единки на материјата може да се сметаат како тела, па според тоа и тие се карактеризираат со елементи на симетрија.

Постојат повеќе елементи кои ја карактеризираат симетријата, но најприменувани за определување на симетричноста на атомите, молекулите, јоните па дури и атомските орбитали во електронската обвивка на атомот претставуваат:



24

- центарот на симетрија,` - оската на симетрија и

- рамнината на симетрија.

1. Центар на симетрија - iЦентарот на симетријата ( i) е хипотетичка точка која претставува тежиште на

телото. Сите тела, па и оние со неправилна геометриска структура, имаат само еден центар на симетрија односно едно тежиште кое всушност претставува центар на рамнотежа на телото.

Сепак , кога станува збор за определување на елементите на симетрија кај градбените единки, се смета дека центар на симетрија имаат само оние кај кои е можно тој да биде опрeделен односно оние кај кои центарот на симетрија претставува и центар на атомско јадро на некоја од единките кои ја сочинуваат градбената единка. Исклучок се двоатомските хомоатомски молекули кај кои што центарот на симетрија се наоѓа на средината од растојанието на двете атомски јадра.

Доколку центарот на симетрија (доколку градбената единка се смета како тело) не претставува центар на атомско јадро на некоја од единките кои ја сочинуваат градбената единка (освен двоатомските хомоатомски молекули), тогаш се смета дека таа нема центар на симетрија.

2. Оска на симетрија - С ( Ѕ ) Оската на симетрија ( С ( Ѕ ) ) претставува хипотетичка права која минува низ центарот

на симетрија на телото.Оската на симетрија се карактеризира со еден параметар кој што е многу важен при

определувањето на овој елемент на симтерија односно симетричноста на телото. Тој параметар се нарекува ред на оската на симетрија.Редот на оската на симетрија го означува бројот на положби на телото кои се

повторуваат при неговото завртување околу својата оска за 360о.Во принцип, најчесто, постојат оски на симетрија од втори ( С 2 ), трети ( С 3 ), четврти

( С 4 ), петти ( С 5 ), шестти ( С 6 ), седми ( С 7 ), осми ( С 8 ) и бесконечен ред ( С ) т.е. положбата на телото при негово завртување за 360о се повторува два, три, четири, пет, шест, седум, осум или бесконечен број пати доколку станува збор за тело со висока симетричност – топка.

Телата односно градбените единки можат да имаат од една до бесконечен број оски на

симетрија ( C) доколку станува збор за тело со голема симетричност (станува збор на повеќекратно повторување на идентични положби).

3. Рамнина на симетрија - Σ Рамнината на симетрија - Σ претставува хипотетичка рамнина на која лежи телото. Постојат вертикални рамнини ( Σ v ) кои можат да бидат од една до бесконечно и само

една хоризонтална рамнина ( Σ h ) на симетрија на која всушност лежи центарот на симетрија.

Доколку се смета дека градбената единка нема центар на симетрија, тогаш се смета дека таа нема ниту хоризонтална рамнина.

Во однос на елементите на симетрија се изведуваат и операции на симетрија.Според математичката дефиниција, операција на симетрија претставува движењето на

едно тело, кое што е изведено (движењето) односно замислено околу оската на симетријата,при чие што завртување (на телото) се доведува во првобитната положба.

Определувањето на ред на оска на симетрија се врши со операција на симетрија. Најсиметрични атоми, молекули или јони се оние кои што се карактеризираат со сите

елементи на симетрија односно имаат бесконечно елементи од еден вид (пр. бесконечно оски на симетрија или вертикални рамнини на симетрија).

Топката претставува најсиметричното тело бидејќи поседува бесконечно оски на симетрија од бесконечен ред и бесконечно многу рамнини на симетрија. Па според тоа

најсиметрични градбени единки ќе бидат јоните (кои имаат топчеста форма) и атомите на едноатомските супстанци благородните гасови и пареите на металите), како и ѕ - атомската орбитала во електронската обвивка на атомот.



25

1.7 СИМЕТРИЈА НА НЕКОИ МОЛЕКУЛИ И ЈОНИ

1. Симетрија на едноатомски (еднојонски) градбени единки Едноатомските градбени единки (Сл. 22), кои се најсиметрични, се одликуваат со:- центар на симетрија i

- бесконечно оски на симетрија од бесконечен ред С

- хоризонтална рамнина на симетрија Σ h

- бесконечно вертикални рамнини на симетрија Σ v .

Слика 22. Едноатомска градбена единка.

2. Симетрија на хомоатомски и хетероатомски двоатомски молекули Хомоатомските двоатомски молекули (Сл. 23) се одликуваат со: - центар на симетрија i

- бесконечно оски на симетрија од бесконечен ред С


Слика 23. Хомоатомска двоатомска молекула.

Хетероатомските двоатомски молекули (Сл. 24) истотака се одликуваат со: - бесконечно оски на симетрија од бесконечен ред С


Слика 24. Хетероатомска двоатомска молекула.

3. Симетрија на хетероатомски триатомски молекули Триатомските хетероатомски молекули (Сл. 25) се одликуваат со (како пример е земена

молекулата на амонијакот):

- бесконечно оски на симетрија од трет ред С 3 - три вертикални рамнини на симетрија

Слика 25. Молекула на амонијак . Триатомска хетероатомска молекула.



26

1.8 ПРИМЕНА И ПОЗНАВАЊЕ НА СИМЕТРИЈАТА КАЈ МОЛЕКУЛИТЕ

Некои својства на градбените единки зависат од нивните елементи на симетрија. Едно од тие карактеристични својства е диполниот момент кај молекулите како градбени единки.

При вршењето на операциите на симетрија диполниот момент, кој претставува векторско својство, хипотетички не треба да се измени само ако тој се совпаѓа со сите елементи на симетрија на молекулата.

Молекулите кои што имаат центар на симетрија немаат диполен момент бидејќи збирот на векторите изнесува нула односно претставува нулти вектор односно центарот на симетрија претставува и центар на атомско јадро на еден од атомите кои ја сочинуваат молекулата, па така оската на симетрија минува низ сите атоми кои ја сочинуваат молекулата т.е. станува збор за линеарна молекула.

1.9 МАКРОМОЛЕКУЛИ - СТРУКТУРА И СВОЈСТВА

Молекулите чија релативна молекулска маса е поголема од 10 000 се нарекуваат макромолекули или високомолекуларни соединенија (Сл. 26).

Макромолекулите се градбени единки на голем број супстанци (природни или синтетички).

Во групата на природните макромолекулни односно високомолекуларни соединенија припаѓаат: полисахаридите, протеините, природните полимери, графитот и други.

Во групата на синтетичките макромолекули (високомолекуларни соединенија)припаѓаат: синтетичките полимери, јаглеродните наноцевки, синтетичкиот графит и други.

СТРУКТУРА И СВОЈСТВА НА МАКРОМОЛЕКУЛИТЕ

Според структурата која ги карактеризира, макромолекулите односно високомолекуларните соединенија се поделени на:

- Линеарни макромолекули: целулоза, природен каучук и други. - Разгранети макромолекули: амилопектин и други. - Макромолекули вмрежени во рамнина: графит и други. - Просторно вмрежени макромолекули: бакелит, вулканизиран каучук и други.

Слика 26. Структура на макромолекули.

Својствата кои ги карактеризираат макромолекулите се причина за нивниот широк спектар на примена (особено синтетичките). Својствата на макромолекулите се: отпорност на надворешни влијанија, мала маса, отпорност на хемиска корозија, лесна обработливост и друго.



27

1.10 ЦВРСТА СОСТОЈБА - АМОРФНИ И КРИСТАЛНИ ЦВРСТИ СУПСТАНЦИ

Цврстата агрегатна состојба претставува една од агрегатните состојби во кои се наоѓа материјата во природата.

Цврстите супстанци во природата се наоѓаат во аморфна и кристална состојба.

АМОРФНИ СУПСТАНЦИ

Цврстите супстанци кај кои што постои тенденција за правилен распоред на градбените на единки но тој не е одржан низ целиот материјал се нарекуваат аморфни супстанци (Сл.27).

Аморфните супстанци, иако се цврсти, го завземаат обликот на садот во кој се сместени што е карактеристика на течните материи.

Претставници на групата на аморфните материи се восокот, тешките парафини,мастите, смолите, стаклото и други.

Слика 27. Структура на аморфна супстанца. Аморфна супстанца (восок ).

КРИСТАЛНИ СУПСТАНЦИ

Цврстите супстанци со највисок степен на парвилен распоред на градбените единки се нарекуваат кристални супстанци (Сл. 28).

Науката чиј предмет на проучување се кристалните супстанци и нивните карактеристики се нарекува кристалографија.

Кристалографијата се дели на три области: геометриска кристалографија, хемиска кристалографија ( кристалохемија ) и физичка кристалографија ( кристалофизика ).

Слика 28. Кристална супстанца.

1.11 КРИСТАЛНА РЕШЕТКА И ЕЛЕМЕНТАРНА ЌЕЛИЈА

КРИСТАЛНА РЕШЕТКА

Тродимензионалната мрежа во чии јазли се наоѓаат материјални точки кои ги заменуваат градбените единки се нарекува кристална решетка.



28

ЕЛЕМЕНТАРНА ЌЕЛИЈА

Еден дел од кристалната решетка, што може хипотетички да се одвои и со чие повторување по трите оски на правоаголен координатен систем се добива целиот кристал се нарекува елементарна ќелија.

За елементарна ќелија се смета најмалата групација од точки (градбени единки) кои се повторуваат и притоа ја образуваат кристалната решетка.

Точките односно градбените единки кои што ја обрзуваат кристалната решетка се нарекуваат јазли на кристалната решетка.

Елементарната ќелија, најчесто, е во вид на призма. Должината на рабовите и аглите што ги зафаќаат меѓу себе се познати под името

параметри на елементарната ќелија.Елементарната ќелија се состои од атоми, молекули или јони со правилен геометриски

распоред.

ТИПОВИ ЕЛЕМЕНТАРНИ ЌЕЛИИ

Четирите типови на елементарни ќелии се: - Примитивни ( јазли постојат само во темињата на паралелопипедот). - Базично центрирани (покрај во темињата, јазли има и во средиштето на две спротивни

страни - бази). - Странично центрирани (покрај во темињата, јазли има и во средиштето на секоја

страна). - Внатрешно центрирани (покрај во темињата, јазли има и во пресекот на телесните

дијагонали).

1.12 КРИСТАЛНИ СИСТЕМИ

Во зависност од големината на параметрите и нивниот меѓусебен однос,елементарната ќелија (како и целиот кристал), припаѓа на еден од седумте кристални

системи ( кубичен , тетрагонален , орторомбичен , моноклиничен , хексагонален , ромбоедарски и триклиничен ) (Сл. 29 и Таб. 3).Во зависност од тоа каква е релативната должина на рабовите од елементарната

ќелија и какви се аглите меѓу рабовите, симетријата на елементарната ќелија може да биде различна.

Слика 29. Шематски приказ на седумте кристални системи и пример за супстанца која кристализира во секој од нив.



29

Табела 3.

Кристален систем Должина на рабови Големина на агли Примери

Кубичен a=b=c α=β=γ=90о Cu, NaCl, ZnS, CsCl, дијамант...

Тетрагонален a=b≠c α=β=γ=90о Sn (бел калај), TiO2

(рутил), SnO2

(касетерит)...

Орторомбичен (ромбичен)

a≠b≠c α=β=γ=90о

CaCO3, KNO3, BaSO4,SnCO3

(стронцијанит), Ѕ (ромбичен)...

Моноклиничен a≠b≠c α=γ=90о

β≠90о

PbCrO4, Na2B4O7,CaSO4 · 2H2O,C12H22O11, Ѕ

(моноклиничен)...

Хексагонален a=b≠c α=β=90о

γ=120о

Mg, ZnS, H2O (мраз),Be3Al2(SiO3)6 (берил),

графит... Ромбоедарски (тригонален)

a=b=c α=β=γ≠90о CaCO3 (калцит), HgS(цинабарит)...

Триклиничен a≠b≠c α≠β≠γ≠90о K2Cr 2O7, CuSO4 ·2H2O...

Францускиот кристалограф Браве со своите истражувања дошол до заклучок дека постојат четиринаесет различни типови на кристални решетки наречени Бравеови елементарни ќелии (Сл. 30). Овие четиринаесет типови на кристални решетки се распоредени во седумте кристални системи. Според тоа во рамките на еден кристален систем можна е припадност на повеќе типови елементарни ќелии. Тие се примитивни , базично –

центрирани , волумно – центрирани и плоснато – центрирани .

Примитивните елементарни ќелии имаат јазли само во темињата на елементарниот паралелопипед.

Базично – центрираните елементарни ќелии, покрај тие во темињата имаат јазли и во средината односно во пресекот на дијагоналите на две спротивни страни на кристалната решетка.

Волумно – центрирани елементарни ќелии имаат јазли во сите темиња и во пресекот на дијагоналите на сите страни.

Елементарните ќелии се распоредени низ кристалните системи на следниот начин: - Во рамките на кубичниот кристален систем постојат три типа елементарни ќелии:

примитивна, волумно – центрирана и плоснато – центрирана.

- Тетрагоналниот кристален систем има два типа елементарни ќелии: примитивна и волумно – центрирана.

- Ромбичниот кристален систем има четири типа елементарни ќелии: примитивна,базично – центрирана, волумно – центрирана и плоснато – центрирана.

- Моноклиничниот кристален систем има два типа елементарни ќелии: примитивна и базично – центрирана.

- Хексагоналниот, ромбоедарскиот и триклиничниот кристален систем имаат:само по еден тип елементарни ќелии (примитивни).



30

Слика 30. Шема на Бравеовите елементарни ќелии.



31

1.13 ИЗОМОРФИЗАМ И ПОЛИМОРФИЗАМ, ТЕЧНИ КРИСТАЛИ

ИЗОМОРФИЗАМ

Изоморфизам претставува појава кога различни супстанци кристализираат во ист кристален систем односно имаат ист тип елементарни ќелии и блиски вредности на

параметрите на елементарните ќелии. Најкарактеристичен пример за изоморфизмот се соединенијата на алкалните и

земноалкалните метали чии кристали припаѓаат на кубичниот кристален систем, со внатрешно центрирана елементарна ќелија и со блиски вредности на параметрите на ќелијата.

Станува збор за соединенијата како што се: NaCl, КCl, NaF, MgO и други.

ПОЛИМОРФИЗАМ

Полиморфизам претставува појава кога една иста супстанца кристализира во различни кристални облици односно различни кристални системи.

Најкарактеристични примери за полиморфни соедниненија односно алотропски модификации се: јаглеродот, кој кристализира во повеќе облици (графит, дијамант, фулерен и други), сулфурот (моноклиничен, ромбичен и пластичен), фосфорот (бел и црвен) и други.

ВИДОВИ КРИСТАЛИ (ЈОНСКИ, МОЛЕКУЛСКИ И ТЕЧНИ)

Во зависност од видот на градбените единки, постојат повеќе типови кристали: јонски,ковалентни (молекулски) и течни кристали (квази кристали).

ЈОНСКИ КРИСТАЛИ

Јонските кристали се најраспространетите кристали. Градбени единки на јонските кристали се јоните (катјони и анјони), меѓу кои постои

силна јонска врска. Јонските кристали се одликуваат со тврдина и температури на топење, во најголем

број, повисоки од оние на молекуските. Растворите и растопите на јонските супстанци се добри проводници на електричество (проводници од втор ред).

Во групата на јонските кристали припаѓаат кристалите на: металите, легурите,оксидите, солите, некои комплексни соединенија, полупроводниците, суперпроводниците и други.

КОВАЛЕНТНИ (МОЛЕКУЛСКИ) КРИСТАЛИ

Градбени единки на на ковалентните кристали се молекулите во кои атомите се сврзани со ковалентна врска.

Меѓу молекулите постојат меѓу молекулски сили од Фандервалсова природа (како на пример кај нафталенот, цврстиот јаглерод диоксид и друго) или пак водородна врска (како на пример кај мразот, цврстиот амонијак и друго).

Ковалентните кристали се одликуваат со ниска температура на топење (особено оние меѓу чии молекули владеат Фандервалсовите сили), лесно сублимираат (од цврста директно преминуваат во гасовита агрегатна состојба).

Покрај ковалентните кристали кои се карактеризираат со горенаведените својства,постојат и ковалентни кристални супстанци со специфични својства како што се висока температура на топење, голема тврдина и друго. Во овој тип на молекулски кристали спаѓаат

дијамантот (со најголема тврдина - 10 по Мосовата скала (Таб. 4)), силициум карбидот, некои нитриди, бориди, оксиди кои најголема примена наоѓаат за изработка на материјали со специјални својства (специјална керамика, наноматеријали...).



32

Табела 4. Мосова скала за тврдина на минералите.

Минерал Тврдина Минерал Тврдина Талк 1 К - фелдшпат 6

Гипс 2 Кварц 7

Калцит 3 Топаз 8

Флуорит 4 Корунд 9Апатит 5 Дијамант 10

ТЕЧНИ КРИСТАЛИ

Течните кристали претставуваат супстанци кои во меѓуфазна состојба егзистираат како цврсти тела со изразена анизотропна структура и како изотропна течност со голема пластичност и способност за течење. За прв пат се пронајдени во 1888 од страна на австрискиот ботанички физичар Фридрих Рајнитцер ги истражувал физичко - хемиските својства на дериватите на холестеролот.

Течните кристали како меѓуфазни продукти најчесто се добиваат при топењето на некои кристални органски супстанци при што преминот од цврста во течна состојба не е директен туку постојат и меѓуфазни состојби т.н. мезофази .

Во зависност од условите на егзистенција, течните кристали се класифицираат во три групи: термотропни , лиотропни и фототропни .

Додека, пак , според просторната ориентација на родителите, течните кристали се класифицираат на: нематски , холестерични и смегтични .

1. Класификација на течните кристали според условите за егзистенција Термотропните течни кристали претставуваат меѓуфани продукти кои се

образуваат при температурни промени на некои супстанци. Мезофазната состојба на термотропните течни кристали се јавува при загревање на одредени кристални супстанци на

температура поголема од температурата на топење. Термотропните течни кристали егзистираат во определен темепературен интервал во вид на матна течност која со понатамоѓно загревање се избиструва и егзистира како обична изотропна течност.

Лиотропните течни кристали се образуваат при растворање на одредени кристални супстанци во погоден рстворувач. Лиотропните течни кристали, за разлика од термотропните, не егзистираат само во определен температурен интервал туку и во определен интервал на концентрации. Претставници на лиотропните течни кристали се вишите масни киселини и сапуните третирани со некој погоден растворувач.

Фототропните течни кристали се образуваат при взаемно дејство на одредени супстанци со електромагнетно зрачење.

2. Класификација на течните кристали според просторната ориентација на молекулите

Во нематските течни кристали (Сл. 31) молекулите се ориентирани така што ивните подолги низи се паралелни, но просторниот распоред на нивните центри на инерција е безреден односно постои далечен ориентационен поредок , но близок поредок на распределба на молекулските центри на инерција. Терминот нематски потекнува од грчкиот збор нематик , што значи нишка.

Слика 31. Нематски течен кристал.



33

Смегтичните течни кристали (Сл. 32) имаат најподредена структура и се одликуваат со голема вискозност. Смегтичната структура на течните кристали се базира на паралелно подредените слоеви во кои молекулите со подолги низи се ориентирани паралелно една во однос на друга. Терминот смегтични истотака потекнува од грчкиот јазик односно зборот смегтик , што значи сапунопогоден .

Слика 32. Смегтичен течен кристал.

Структурата на холестеричните течни кристали (Сл. 33) е исто така слоевита, како

кај нематските, но при преминот од еден во друг соседен слој, молекулите со подолги низи се ориентирани по спирална линија. Овие течни кристали се уште се нарекуваат и спонтано усукани нематици . Макроскопските карактеристики на холестеричните течни кристали се условени од нивната структура. Името холестерични потекнува од супстанцата холестерин .

Слика 33. Холестеричен течен кристал.

Можноста за транслаторно односно безредно движење на молекулите ја олеснува способноста за течење на овие мезофазни супстанци. Ориентираната подреденост на молекулите ги условува анизотропните физички својства на течните кристали (механички,електрични, магнетни, оптички...).

Широката примена на течните кристали се базира на фактот што тие ги менуваат своите физички својства под дејство на различни фактори (промена на температурата,електричното поле, магнетното поле, механичката деформација...). Течните кристали се применуваат како составен дел на индикаторските елементи на дигиталните часовници,

калкулаторите, LCD - мониторите (Сл. 34) и друго.

Слика 34. LCD - монитор.



34

ТЕМАТСКИ ПРАШАЊА И ЗАДАЧИ:

1. Дефинирај ги поимите материја, супстанца, градбени единки: 2. Што подразбираш под поимот атом? 3. Од кои се фундаментални честички е изграден атомот? 4. Која е улогата на четирите квантни броеви? 5. Дефинирај го поимот атомска орбитала?

6. Што претставува ковалентна, а што јонска врска? 7. Дефинирај го поимот симетрија и определи ги елементите на симетрија кај молекулите на

јаглеродниот диоксид, водата и сулфур диоксидот: 8. Дефинирај ги поимите елементарна ќелија и кристална решетка: 9. Дефинирај ги поимите изоморфизам и полиморфизам: 10. Дефинирај го поимот течен кристал и наведи ги начините за класификација на течните кристали:



35

2 АТОМСКИ И МОЛЕКУЛСКИ СПЕКТРИ

Животот й поставува цел на науката. Науката му го осветлува патот на животот

Николај К . Михајловски

Основни цели на тема: Атомски и молекулски спектри

- Запознавање со основните поими во Спектроскопија; - Дефинирање поими спектар, (атомски, молекулски, апсорпционен, емисионен),

апсорбанца, трансмотанца; - Објаснување значењето на енергетски нивоа: електронски, вибрациони и ротациони

нивоа кај некои молекули и премини меѓу нив; - Именување спектрални подрачја според бранова должина; - Поврзување на појавата емисија и епсорпција на електромагнетно зрачење со премин

на електрони од едно ниво во друго; - Примена на спектроскопски методи и соодветни инструменти; - Идентификација на супстанци со асигнација на спектри.

Темата атомски и молекулски спектри претставува надоградување и проширување на материјалот кој учениците го изучувале по предметот физика односно наставните единици поврзани со поимот електромагнетно зрачење.

Од гледната точка на физичката хемија како посебна научна дисциплина, оваа тема има за цел да ги запознае учениците со методите за практична примена на електромагнетното зрачење во современата наука.

2.1 ОСНОВНИ ПОИМИ ЗА СПЕКТРОСКОПИЈА

Зборот спектар како поим всушност означува опсег односно интервал на некои вредности. Конкретно предмет на проучување на оваа тема претставува електромагнетниот спектар и методите кои произлегуваат од неговата примена.

Спектроскопијата претставува област што се занимава со проучување на спектарот на електромагнетното зрачење.

Спектрофотометријата претставува област што се занимава со мерење на интензитетот на фотосигналот како функција од концентрацијата.

Спектрометријата претставува област што се занимава со мерење на интензитетот на сигнал (на електромагнетното зрачење) како функција од концентрацијата.

2.2 ПРИРОДА НА ЕЛЕКТРОМАГНЕТНОТО ЗРАЧЕЊЕ

Електромагнетното зрачење претставува, еден вид, енергија , која патува низ средината со енормна брзина.

Електромагнетното зрачење е карактеризирано со електромагнетни бранови.Електромагнетните бранови ( фотони ) поседуваат двојна (дуална) природа:

Бранова, кога станува збор за простирањето на електромагнетното зрачење (прекршување, дифракција, интерференција);

Корпускуларна, кога станува збор за интеракција на електромагнетното зрачење со атомите, молекулите или јоните на анализираната супстанција.

Електромагнетниот бран (Сл. 1) се состои од две заемно нормални полиња (електрично и магнетно), кои се простираат низ средината.



36

Слика 1. Електромагнетен бран.

СВОЈСТВА НА ЕЛЕКТРОМАГНЕТНО ЗРАЧЕЊЕ

Својствата на електромагнетното зрачење најдобро се објаснуваат со параметрите карактеристични за електромагнетните бранови.

Параметрите што го карактеризираат електромагнетниот бран се:

Бранова должина ( λ), претставува растојание помеѓу две најблиски точки, кои осцилираат во фаза. Брановата должина се мери во единиците за должина. Завидливата и ултравиолетовата област, од практични причини, најчесто се употребува единицата нанометар (nm).

Фреквенција ( ), претставува број на осцилации на бранот во единица време. Се мери

во херци (Hz). 1 Hz = 1 ѕ

-1

. Брзина на светлината (с ), претставува изминатиот пат на електромагнетниот бран во единица време во вакуум и изнесува 3 · 108 m/ѕ. Во друга средина, брзината на светлината претставува количник од брзината на светлината во вакуум и индексот на нејзината рефракција (с / n).

Брановата должина, фреквенцијата и брзината на светлината се поврзани во релацијата:

с = λ

Бранов број (ω) претставува реципрочна вредност од брановата должина. Се мери во реципрочни сантиметри (сm-1).

Амплитудата претставува интензитет на електричниот вектор во максимумот на бранот.

Меѓутоа, појавите на апсорпција и емисија на енергија на зрачење не може да се објаснат со брановата природа на електромагнетното зрачење. Овие појави може да се објаснат само ако се земе предвид и корпускуларната природа на електромагнетното зрачење. Тоа значи дека зрачењето треба да се разгледува и како струја од честички, фотони , чија енергија е пропорционална со нивната фреквенција.

Е = h

каде h претставува Планкова константа (6,63 · 10-34 Ј ѕ).



37

2.3 СПЕКТРАЛНИ ЕНЕРГЕТСКИ ПРОМЕНИ

Според квантната теорија, секоја елементарна честица (атом, молекула или јон) има единствено множество на енергетски состојби. Состојбата со најниска енергија се нарекува основна состојба. На собна температура, најголем број елементарни честички се во својата основна состојба. Кога фотон при своето патување наидува на елементарна честичка,апсорпцијата е можна ако (и само ако) енергијата на фотонот е токму колку и енергетската

разлика помеѓу основната состојба и некоја од состојбите со повисока енергија (Сл. 2). При тоа енергијата на честичката (М, на пример) се зголемува и се вели дека преминала во ексцитирана состојба (се означува со М*).

Тоа може да се прикаже на следниот начин:

М + h → М *

По извесен период (10-6 - 10-8 ѕ) ексцитираната честичка се релаксира, оддавајќи ѝ го на околината вишокот енергија се враќа во состојба со пониска енергија.

Тоа може да се прикаже на следниот начин:

М *→ М + h

Најчесто, но не секогаш, тоа е основната состојба. Интеракцијата меѓу електромагнетното зрачење и елементарните честички доведува до различни типови енергетски промени во зависност од енергијата на зрачењето и од природата на супстанцијата.

Слика 2. Премин на електронот од енергетско ниво со пониска во ниво со повисока енергија.

2.4 ЕЛЕКТРОНСКИ, ВИБРАЦИОНИ И РОТАЦИОНИ СПЕКТРИ НА СУПСТАНЦИТЕ

За разлика од атомската апсорпција, кај која се случуваат само електронски премини,

кај молекулската апсорпција се случуваат три вида квантизирани премини под дејство на ултравиолетовото, видливото, инфрацрвеното и микробрановото зрачење.

Ултравиолетовото и видливото зрачење доведуваат до премини на електроните од молекулски или атомски орбитали со пониска енергија во орбитали со повисока енергија. Како што е претходно нагласено, вакви премини се можни само ако енергијата на фотонот е еднаква на енергетската разлика меѓу двете орбитали. Овој премин се нарекува електронски премин , а процесот на апсорпција електронска апсорпција.

Покрај електронските, кај молекулите се можни и вибрациони и ротациони премини .Тие настануваат поради постоењето на голем број квантизирани вибрациони , односно ротациони енергетски нивоа, кои се должат на хемиските врски во молекулата.Енергетските разлики кај вибрационите и ротационите нивоа се помали во однос на оние кај електронските поради што премините меѓу нив настануваат со апсорпција на инфрацрвено

зрачење.Според законите на квантната механика, можни се само вибрационите нивоа за кои

важи равенката:



38

Е вибрациона = ( ω+ ½ ) h

каде што ω претставува вибрационен квантен број , кој има вредности 0,1,2,3,4..., h е Планкова констаната, а фреквенција на вибрацијата.

Дозволените вибрациони нивоа меѓусебно се еднакво оддалечени со енергетската разлика според равенството:

ΔЕ = h

Можни се само ротационите нивоа за кои важи равенката:

Е ротациона = В h J (J+1)

каде што Ј претставува ротационен квантен број , кој има вредности 0,1,2,3,4..., В е ротациона константа, а h Планкова констаната.

Растојанијата меѓу соседните нивоа се зголемуваат со растењето на ротациониот квантен број.

Според правилото за избор на ротационите спектри, можни се само премините за кои важи равенството:

ΔJ = ± 1

Резулати на овие премини се ленти во апсорпциониот спектар, односно тие потекнуваат од квантизираните вибрациони и ротациони нивоа на молекулите или радикалите.

Лентестиот спектар е, всушност, составен од неколку групи линии. Линиите во една група се толку блиски што не може целосно да се забележат, поради што се гледаат како лента.

Вкупната енергија на молекулата претставува збир од електронската,вибрационата, ротационата и транслационата енергија.

Електронската енергија - Е електронска е во врска со електроните во надворешните орбитали на молекулата. Вибрационата енергија - Е вибрациона е енергијата на целата молекула што се должи на

меѓуатомските вибрации. Ротационата енергија - Е ротациона се однесува на енергијата поврзана со ротацијата

на молекулата околу својот центар на гравитација. Транслационата енергија - Е транслациона е занемарлива во однос на електронската.

Вкупната енергија на молекулата се претставува како збир од претходно посочените енергии, според равенството:

Е вкупна = Е електронска + Е вибрациона + Е ротациона + Е транслациона

Односот на големините на енергетските разлики меѓу соодветните енергетски нивоа е следниот:

Δ Е електронска ≈ 10 Δ Е вибрациона Δ Е електронска ≈ 100 Δ Е ротациона Δ Е електронска >> Δ Е транслациона



39

2.5 МОЛЕКУЛСКИ СПЕКТРИ И НИВНА ПРИМЕНА ЗА ИДЕНТИФИКАЦИЈА НА СУПСТАНЦИИТЕ

Електронските, вибрационите, ротационите и транслационите спектри претставуваат молекулски спектри .

Молекулските спектри наоѓаат голема примена при анализа на молекулските супстанции.

Проучувањето на молекулските спектри се олеснува благодарение на фактот дека електронските, вибрационите и ротационите енергетски премини може да се набљудуваат незвисно еден од друг иако се одвиваат истовремено.

Електронските премини се карактеризираат со голема разлика на енергиите на електронските нивоа за разлика од вибрационите и ротационите (Сл. 3). Ова својство е многу важно при примената на овие појави во пракса, за што станува збор подолу.

Слика 3. Шематски приказ на електронските, вибрационите и ротационите енергетски нивоа.

При појава на вибрационен спектар мора да дојде до промена на диполниот момент на молекулата бидејќи доаѓа до промена на збирот на векторите. Ова не е можно само кај хомоатомските двоатомски молекули бидејќи тие немаат диполен момент, па поради симетричноста на електричниот полнеж меѓу атомските јадра, тие ќе немаат ниту вибрационен спектар ( Δ = 0 ). Кај повеќето атомски молекули се можни се поголем број вибрациони движења, кои вибрираат со иста фреквенција, па според тоа имаат вибрационен спектар ( Δ =± 1).

Молекулите што немаат перманентен диполен момент (неполарните молекули) не може да имаат ниту чисти ротациони спектри ( ΔJ = 0 ), а пак поларните молекули даваат чисти ротациони спектри ( ΔJ = ± 1), чии ленти зависат од енергетските нивоа. Кај повеќето атомски молекули изразувањето на енергијата на одделните ротациони нивоа е сложено и се карактеризираат со три моменти на инерција за ротација околу трите оски на правоаголниот координатен систем.

Разликите на различните видови молекулски спектри може лесно да се применат за квалитативна и квантитативна анализа на голем број молекулски супстанции и тоа особено со примена на инфрацрвената спектроскопија, но и на видливата и ултравиолетовата, а секако и со други методи.



40

2.6 АПСОРПЦИОНА СПЕКТРОСКОПИЈА - ТЕОРЕТСКИ ТОЛКУВАЊА

Апсорпцијата на електромагнетните бранови претставува процес во кој дадена супстанца, во транспарентна средина, го намалува интензитетот на електромагнетното зрачење на определени фреквенции.

Апсорпционата спектроскопија претставува област што се занимава со проучување на апсорпцијата на електромагнетното зрачење.

Апсорпционите својства на дадена супстанција може да се опишат со нејзиниот апсорпционен спектар, кој графички ја изразува зависноста на намалувањето на зрачењето (апсорпцијата) од брановата должина, фреквенцијата или брановиот број (Сл. 4).

Различни супстанци апсорбираат различен спектар на електромагнетни бранови. Во зависност од спектарот на апсорпција на електромагнетното зрачење (UV, VlS, IR) се применуваат различни видови апсорпциони методи за анализа односно идентификација на супстанците.

Слика 4. Пример за дијаграм на апсорпционен спектар. Апсорпционен спектар на калиум перманганат.

2.7 ИНСТРУМЕНТИ ЗА МЕРЕЊЕ НА АПСОРПЦИЈАТА НА СВЕТЛИНАТА

Основните делови на инструментите за апсорпциона спектроскопија се идентични за сите видови инструменти базирани на спектроскопските методи за анализа. Поради тие сличности,инструментите припаѓаат во групата на оптички инструменти .

Најчесто применувани апсорпциони методи на кои се базираат инструментите за мерње на апсорпцијата на светлината претставуваат: ултравиолетовата и видливата спектроскопија ( UV и VlS ), атомската апсорпциона спектрофотометрија ( ААЅ ) ( пламена и електротермичка ), инфрацрвена спектроскопија ( lR ), Раманска

спектроскопија, микробранова спектроскопија и други. Името на инструментот за мерење на апсорпцијата на светлината произлегува од

името на самата метода. Според тоа постојат: UV и VlS спектрофотометри , атомски апсорпциони спектрофотометри (Сл. 5), инфрацрвени спектрофотометри (Сл. 6),Рамански спектрофотометри , микробранови спектрофотометри ...

Слика 5. Атомски апсорпционен спектрофотометар.



41

Слика 6. Инфрацрвен спектрофотометар.

2.8 КОЛОРИМЕТАР И ФОТОМЕТАР

Фотометриските инструментални методи се базираат на мерењето на интензитеот на светлината, а областа која ги проучува овие методи се нарекува фотометрија.

Во рамките на фотометриските методи припаѓаат сите апсорпциони и емисиони методи чиј начин за анализа се базира на мерењето на интензитетот на светлината.

Колориметриските определувања се базирани на споредбата на квантитативната промена на светлината, по поминувањето низ растворот на анализираната супстанција.

Во поголем број случаи суштината на колориметриските определувања се сведува на трансформација на анализираната супстанција во обоено соединение по пат на хемиска реакција. По трансформацијата, на погоден начин, се споредува интензитетот на обојувањето на растворот од испитуваната супстанција, со бојата на стандардниот раствор од истата супстанција.

Колориметриските анализи се базираат на практичната примена на Ламбер- Беровиот закон , кој претставува основа за сите колориметриски анализи.

Се претставува со равенката:

A = ε с h

A - оптичка густина на растворот ε - моларен коефициент на оптичката густина с - концентрација на растворот h - дебелина на слојот на растворот

Ако се набљудува светлината што е пропуштена низ раствор со концентрација с 1 и дебелина на слојот h1 може да се запише дека:

A1 = ε с 1 h1

Ако со додавање растворувач двојно се зголеми волуменот на растворот, при што дебелината на слојот на растворот се означи со h2 , а концентрацијата с 2 претставува половина од првобитната концентрација (с 2 = с 1 /2 ), може да се запише дека:

A2 = ε с 2 h2

Со разредување на појдовниот раствор два пати, доаѓа до двојно намалување на концентрацијата, при што бројот на честичките што апсорбираат светлина (молекули, јони)останува ист (ова правило важи само ако при растворувањето не доаѓа до разложување на растворената супстанција). Тоа значи дека при еднаков интензитет на светлина што упаѓа, за двата раствора, ќе биде еднаков и интензитетот на светлината што се пропушта.

Оттука следува дека:

A1 = A2 ,односно ε с 1 h1 = ε с 2 h2



42

и с 1 /h1 = с 2 /h2 ,односно с 1 = (h2 / h1 ) с 2

Врз основа на последниот израз, следува дека за еднакви интензитети на светлината што упаѓа и на таа што се пропушта, за двата раствора на дадената супстанција, нивните концентрации се спротивно пропорционални од дебелината на слоевите на растворите. Оваа констатација ја претставува основата на сите колориметриски анализи.

2.9 ПРИНЦИП НА РАБОТА НА СПЕКТРОФОТОМЕТАР

Спектрофотометријата претставува област што се занимава со мерење на интензитетот на фотосигналот како функција од концентрацијата.

Спектрофотометрите (Сл. 7) претставуваат фотометри за создавање еднобојна (монохроматска) светлина.

Монохроматската светлина се добива со пропуштање спектар од електромагнетни зраци низ призми и решетки (дифракциона решетка).

Монохроматската светлина на која се заснова работата на спектрофотометрите претставува: улатравиолетовата светлина (UV), видливата светлина и инфрацрвената светлина (IR).

Постојат неколку вида фотолелектрични спектрофотометри. Разликите во конструкцијата произлегуваат, главно, од системот за дисперзија на светлината (решетки, стаклени или кварцни призми), како и од системот за регистрирање (фотоќелии, фотоцевки и друго.).

Во училишните лаборатории најчесто се користи Бекмановиот спектрофотометар.Монохроматската светлина кај овој инструмент се добива со помош на дифракциона решетка.

Слика 7. Современ тип спектрофотометар.

2.10 ЕМИСИОНА СПЕКТРАЛНА АНАЛИЗА

Атомите, молекулите и јоните може да бидат ексцитирани до повеќе енергетски нивоа на повеќе начини (покрај во заемно дејство со електромагнетно зрачење), како што се бомбардирање со електрони или други елементарни честички, изложување на електрична искра или електричен лак или загревање во пламен. Времетраењето на оваа состојба е 10-9 -10-6 ѕ, по што честичките се враќаат во ниво со пониска енергија или во основната состојба со ослободување на вишокот енергија во вид на електромагнетно зрачење, топлина или обете.

Електромагнетното зрачење што го емитира еден извор се нарекува емисионен спектар, кој графички се претставува како зависност на релативниот интензитет на емитираното зрачење од брановата должина или фреквенција.

Најприменувани емисиони методи претставуваат: флуоросценцијата,фосфоресценцијата, атомската емисиона спектрометрија (пламена), рендгенската спектрометрија и други.



43

2.11 ПРИНЦИП НА РАБОТА НА ПЛАМЕН ФОТОМЕТАР

Пламената фотометрија претставува емисиона метода за квалитативна и квантитативна анализа, кај која како средство за ексцитирање на атомот се применува пламен добиен со оксидација на горивен гас (бутан, етин или водород) во присуство на кислород или воздух. Оваа метода се користи за определување на хемиските елементи што не може да се определат со класичните методи и другите инструментални методи.

Интензитетот на емитираната светлина е пропорционален со бројот на атомите или јоните што ја емитираат.

Пламенот може да ги побуди атомите на хемиските елементи на алкалните и земноалкалните метали, In, Cr, Mn, Co, Cu, Ag и други елементи чија енергија на на ексцитација е мала.

Пламените фотометри (Сл. 8) претставуваат едноставни спектрални апарати.Пламената фотометрија има многу предности како и сите други инструментални методи. Но,сепак , методата има и недостаток , а тоа е контролата на многубројните променливи вредности што влијаат врз точноста на добиените резултати.

Интензитетот на пламенот зависи од температурата, брзината на движење на испитуваниот примерок низ пламенот, брзината и притисокот на горивниот гас.

Директно влијание врз резултатот од анализата имаат и присутните соединенија што ја придружуваат анализираната супстанција (разни анјони, особено сулфати и др.).

Во принцип постојат две постапки за анализа според методата на пламената фотометрија:

- постапка со користење внатрешен стандард и - постапка со стандарден додаток .

Според постапката со користење внатрешен стандард , во анализираниот примерок се додава постојано количество метал што не е присутен во него, но има слични ексцитирачки карактеристики со металот што се определува. Со оваа постапка се

компензираат промените што настануваат како резултат на нестабилност на енергијата на пламенот и составот на примерокот што е внесен во него. Меѓутоа, недостаток е тоа што внатрешниот стандард и испитуваниот елемент треба да имаат еднаква испарливост и енергија на ексцитација.

Според постапката со стандарден додаток , во пробата што се анализира се додава познато количество од испитуваната компонента. Прво се мери интензитетот на примерокот за анализа, а потоа вкупниот интензитет од кога ќе се додаде стандардот.Разликата на интензитетите претставува параметар за наголемување на концентрацијата.Количникот од овој параметар за наголемување на концентрацијата и вистинското наголемување на концентрацијата претставуваат фактор на корекција.

Производот од факторот на корекција и првобитно прочитаната концентрација од калибрациониот дијаграм претставуваат резултат од анализата.

Работата на пламениот фотометар се базира врз мерење на интензитетот на емитираната светлина што потекнува од елементот што се определува. Супстанцијата што се анализира се раствора во погоден растворувач, а потоа тој се распрскува во пламенот во вид на аеросол.

Поради високата температура што владее во пламенот, прво испарува растворувачот,а потоа супстанцијата преминува во гасовита состојба. Потоа таа се разложува на градбените единки од кои е составена. Валентните електрони од последното енергетско ниво се возбудуваат при што преминуваат во ниво со повисока енергија. Враќањето на валентните електрони во основната состојба е проследено со емисија на електромагнетно зрачење со определен интензитет.

Одржувањата константен проток на растворот, односно примерокот за анализа,

притисокот на горивото и кислородот, како и константна темепература на пламенот се клучни за добивање константен интензитет на спектралната линија.



44

Стандардниот пламен од бутан/воздух ги ексцитира само атомите на алкалните и земноалкалните метали, а пламенот водород/кислород ги ексцитира атомите на над 40хемиски елементи.

ПОСТАПКА ЗА АНАЛИЗА СО ПЛАМЕН ФОТОМЕТАР

Како пример за опис на работата и начинот за ракување со пламениот фотометар е опишано определувањето алкален метал (натриум).

Пред да се почне со мерење, апаратот се вклучува да работи 30 минути со запален пламен за да се постигне термичка рамнотежа.

Системот за атомизирање се чисти со дестилирана вода, односно се врши нејзина атомизација.

Конструкцијата на калибрациониот дијаграм се изведува на следниот начин: - Се подготвува серија од стандардни раствори на натриумови јони со концентрација од

0 ppm до 100 ppm.- Се врши калибрација на инструментот на тој начин што како примерок се зема

дестилирана вода и се дотерува трансмитанцата (Т ) на 0 %, а потоа на примерокот со концентрација на натриумови јони од 100 ppm се дотерува трансмитанцата (Т ) на 100 %.Потоа се определува трансмитанцата на другите раствори од стандардната серија.

- Нареден чекор е мерење на трансмитанцата на примерокот за анализа, кој е разреден во опсег на концентрациите на стандардните раствори.

- Се конструира калибрационен дијаграм на чија апсциса се нанесуваат вредностите за концентрацијата на натриумовите јони, а на ординатата процентите на трансмитираната светлина односно трансмитанца Т (%).

- Од дијаграмот се чита вредноста на концентрацијата на натриумовите јони во анализираниот примерок според измерената вредност на неговата трансмитанца.

Современите пламени фотометри се поврзани со систем за автоматска конструкција на калибрациони дијаграми, односно компјутерски софтвер со што се зголемуваат точноста и

прецизноста како и кај другите современи уреди.

Слика 8. Современи типови пламени фотометри.



45


1. Дефинирај го поимот спектроскопија: 2. Што претставува електромагнетното зрачење и кои се неговите карактеристики? 3. Дефинирај ги поимите основна и ексцитирана енергетска состојба: 4. Кога е можен премин на електронот од енергетско ниво со пониска во енергетско ниво со повисока енергија.

5. Дефинирај ги поимите електронски, вибрациони и ротациони спектри: 6. Што претставува поимот апсорпција на електромагнетно зрачење. 7. Наведи некои инструменти базирани на апсорпционата спектроскопија: 8. Објасни го принципот на работа на колориметарот и спектрофотометарот: 9. Дефинирај го поимот емисија на електромагнетното зрачење: 10. Објасни го принципот на работа на пламениот фотометар:



46



47

3. КОЛОИДНА ХЕМИЈА И ХЕМИЈА НА ПОВРШИНИТЕ И МАКРОМОЛЕКУЛИТЕ

Кога ученикот би можел да одговори на секое прашање, тогаш зошто му е учителот да го учи ...

Семјуел Џонсон

Основни цели на тема: Колоидна хемија и хемија на површините и макромолекулите

- Објаснување на поимите колоидно-дисперзен систем, нивните својства (молекуларни-кинетички, оптички, атсорпција и електрични), хроматографија, површински напон и макромолекули;

- Структура на колоидна честичка; - Класификација на колоидни системи според својствата; - Набројување начини на добивање на колоидно-дисперзни системи; - Согледување разлики помеѓу суспензии, емулзии, лиофилни од лиофобни колоиди, сол

од гел состојба на колоиди и атсорпција од апсорпција; - Толкување на појдовна атсорпција како резултат на постоење површинско активни

материи, десорпција и атсорпциона изотерма; - Воспоставување врска меѓу својствата на колоидите и нивна примена во секојдневниот - живот; - Посочување конкретни примери за примена и значење на колоидна хемија и хемија - на површините.

3.1. ДИСПЕРЗНИ СИСТЕМИ - ПОИМ И ПОДЕЛБА

Ако во определена супстанца се распределат (дисперзираат) честички на друга супстанција, се добива т.н. дисперзен систем . Супстанцата во која се дисперзираат честичките од друга супстанца се вика дисперзна средина, а дисперзираната супстанца

дисперзна фаза. Според агрегатната состојба на дисперзната фаза и дисперзната средина,постојат девет вида дисперзни системи. Најголемо значење во хемијата и практиката имаат дисперзните системи кај кои дисперзната средина е течност, особено вода, а дисперзната фаза е во трите агрегатни состојби. Својствата и постојаноста на ваквите дисперзни системи зависат од големината на честичките на дисперзната фаза. Според големината на честичките од дисперзната фаза, дисперзните системи се поделени на три групи:

- грубо дисперзни системи; - колоидно-дисперзни системи и - молекулски или вистински раствори.

Кај грубо дисперзните системи, пречникот на честичките од дисперзната фаза, изнесува

над 100 nm. Тоа се големи честички, кои се гледаат со голо око или со микроскоп и се непостојани. Ако дисперзната фаза е цврста, а дисперзната средина течна, тој дисперзен систем се вика суспензија (пример: глина во вода). Ако дисперзната фаза е течна, а дисперзната средина исто така течна, тој дисперзен систем се вика емулзија (пример: масло во вода).

Пречникот на честиците од дисперзната фаза кај колоидно-дисперзните системи е со големина од 1 до 100 nm и на се гледаат со голо око.

Молекулските или вистински раствори имаат честички со пречник под 1 nm и не се гледаат со голо око.

Бидејќи колоидно-дисперзните системи најмногу се застапени во природата, најмногу внимание ќе им биде посветено ним и ќе им се даде посебно значење.



48

КОЛОИДНО - ДИСПЕРЗНИ СИСТЕМИ

Колоидните системи многу се наоѓаат во природата и се тесно поврзани со сите живи суштества: храната, која најчесто е колоидeн систем, како што се млекото, пудингот, желето,(Сл. 1), крвната плазма, а многу производи како: боите, лаковите, козметичките средства се исто така колоидни системи.

Слика 1. Колоидните системи се секаде околу нас.

Колоидно-дисперзни системи претставуваат дисперзни системи, кои може да бидат монофазни или хомогени и повеќефазни – хетерогени (според тоа дали

дисперзниот систем содржи една или поваќе компоненти во облик на честички). Колоидните системи, дисперзната фаза и дисперзната средина може да бидат во сите три агрегатни состојби, што може да се види од следната табела (Таб. 1):

Табела 1. Примери за дисперзни системи.

Дисперзна фаза Дисперзна средина Пример

Течност Гас Магла Цврста супстанца Гас Чад

Гас Течност Сапуница Течност Течност Млеко

Цврста супстанца Течност Желатин

Гас Цврста супстанца Стиропор Течност Цврста супстанца Путер

Цврста супстанца Цврста супстанца Обоено стакло

3.2 СТРУКТУРА НА КОЛОИДНА ЧЕСТИЧКА

Честичката кај колоидните системи претставува збир од молекули, атоми или јони,односно претставува молекулски или атомски агрегат, кој го образува јадрото на колоидната честичка. Јадрото на колоидната честилка има кристална структура. Колоидната честичка е обвиткана со двоен електричен слој на јони (понатами ќе се објасни), кој е составен од апсорпционен и дифузионен слој, (Сл. 2). Според тоа, колоидната честичка се состои од јадро и двоен електричен слој на јони. Обично, колоидната честичка е наречена мицела.

Слика 2. Шематски приказ на структурата ма мицела. (Јадро и двоен електричен слој)



49

Околу јадрото во непосредна близина се апсорбира слој од спротивно наелектризирани честички ( јони), кои со јадрото даваат гранула. Гранулата може да биде позитивно или негативно наелектризирана, во зависност од тоа дали се апсорбирале катјони или анјони.

Поинаку кажано, околу гранулата, на нешто поголемо растојание од апсорпциониот слој има јони со спротивен полнеж и го создаваат т.н. дифузионен слој . Гранулата со дифузиониот слој создава дисперзирана колоидна честичка, која се вика мицела.

Мицелите се состојат од еден дел што се нарекува јадро, на чија површина цврсто се нафатени јони, формирајќи го дифузниот слој. Јадрото со јоните врз него создава гранули што се наелектризирани позитивно или негативно. Електронеутралноста во целиот систем се обезбедува на тој начин што се насобираат јони со спротивен полнеж.

Под дејство на надворешно електрично поле, се појавува електрофореза, при што доаѓа до нарушување на двојниот електричен слој, така што позитивно наелектризираната гранула се преместува во правец на негативната електрода, додека пак дифузниот слој на негативните

јони се поместува во правецот на позитивната електрода.

Пример: Колоиден систем на железо(III) хидроксид, (Сл. 3) се добива со реакција на хидролиза на

железо(III) хлорид, која се одвива према равенката:

Fe3+ + 3Cl- + 3H2O ←→ Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-

Слика 3. Градба на Fe(OH)3 - железо(III) хидроксид

Јадрото на мицелата е составено од молекулски агрегат m[Fe(OH)3], каде што коефициентот (m) означува голем број молекули. Молекулите на површината на јадрото реагираат со хлороводородната киселина која се добива при процесот хидролиза , и се добива

железо оксихлорид, FeOCl: Fe(OH)3 + HCl ←

→ FeOCl + 2H2O

Железо(III) оксихлорид се јонизира према следната равенка:

FeOCl ←→ FeO+ + Cl-

Катјоните на FeO+ , по својот состав се сродни на јадрото на мицелата, односно со молекулата Fe(OH)3, кои ја градат кристалната решетка, при што остануваат апсорбирани на површината на јадрото. Притоа анјоните на хлорот преминуваат во дисперзното средство,односно во водениот раствор. Анјоните заедно со катјоните ( кои се во вишок ) , образуваат атсорпциски слој на јони, односно, внатрешен слој на двоен електричен слој. Јадрото заедно со

атсорпцискиот слој ја прави гранулата, која е позитивно наелектризирана со вишокот на катјоните од FeO+. Останатиот анјонски дел од Cl-, кој се наоѓа во растворот го образуваат

Cl-

eO+

Fe(OН)3



50

надворешниот дел од двојниот електричен слој. Во целина мицелата е електронеутрална спрема околината.

Структурата на мицелата на Fe(OH)3, може да се прикаже и на овој шематски со формула начин:

m[Fe(OH)3]nFeO+ (n-x)Cl- x+ xCl- _______________________________________ ________________

Гранула дифузен слој

___________________________________________________________ Мицела

Слика 4. Градба на колоидна честичка на арсен(III) сулфид - As2S3.

3.3 МЕТОДИ ЗА ДОБИВАЊЕ КОЛОИДНИ СИСТЕМИ

Колоидно-дисперзните системи може да се образуваат на два можни начина. Тоа се: - методата на дисперзија; - методата на кондензација.

Методата на дисперзија(намалување на честичките), се користи ако се тргнува од грубо дисперзни системи. За таа цел се користат специјални мелници т.н. колоиден млин, во кои пречникот на колоидната честичка се постигнува со бројот на вртежи на мелницата. За спречување на повторно формирање(слепување) на големи честички се употребуваат стабилизатори (пример, какао, шеќер во прав и друго).

Методата на кондензација се заснива на групирање(зголемување) на ситни честички (молекули или атоми) во покрупни, чиј пречник одговара на големината на колоидна честичка,

(Сл. 5 а и 5 б).

а) б) Слика 5. Создавање на колоидна честичка со кондензација (а) и (б).

H+

H+

НЅ-

As2S3



51

Кондензацијата може да тече со хемоска реакција: оксидација, хидролиза, редукција и други, и без хемиска реакција, на пример, образување на магла.

3.4 КЛАСИФИКАЦИЈА НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ

Колоидни системи во кои дисперзната фаза е во цврста агрегатна состојба, а

дисперзната средина е течност се вика колоиден раствор ( раствор на сол ). Ако дисперзната средина е вода, се вика хидросол . На пример: силициумова киселина во вода.

Честичките од колоидните системи се поголеми од: молекули, атоми и јони, а овие се помали од честичките на суспензиите и емулзиите. Тие се агрегати составени од поголем број молекули, односно атоми или јони од дисперзната фаза. На пример, колоидна честичка на колоидно злато претставува агрегат, група од најмалку еден милион атоми злато.

Поделба на колоидните системи според структурата Колоидните системи според структурата се поделени на:

- некохерентни системи (раствор) или хидросол и - кохерентни системи (гел) или хидрогел.

Кохерентните и некохерентните системи се реверзибилни колоиди, а тоа најдобро го покажуваат процесите коагулација и пептизација.

А КОАГУЛАЦИЈ

СОЛ А ПЕПТИЗАЦИЈ

ГЕЛ

Таложењето на колоидните честички и групации во поголеми агрегати се вика коагулација, а обратниот процес - пептизација.

Колоидните системи според интеракцијата на честичките од дисперзната фаза и честичките од дисперзната средина се поделени на:

- Лиофилни ( хидрофилни ) колоиди, кај кои честичките од дисперзната фаза имаат

афинитет кон честичките од дисперзната средина. Честичките од дисперзната фаза се опкружени со молекулите од дисперзната средина.

Ако дисперзната средина е вода, се наречени хидрофилни колоиди.- Лиофобни ( хидрофобни ) колоиди не покажуваат афинитет кон честичките од

дисперзната средина. Во лиофобните колоиди спаѓаат колоидните раствори на металите, метални сулфиди, хидроксиди, оксиди и некои тешко растворливи соли. Ако дисперзната средина е вода, колоидниот систем се вика хидрофобни колоиди.

Стабилност на колоидни системи . Постојаната стабилност на лиофилните колоиди се должи на течната обвивка околу нив.

Таа не дозволува да се групираат колоидните честички и да се таложат или коагулираат,(Сл. 6).

Слика 6. Стабилност на лиофилни (хидрофилни) колоиди.



52

Слика 7. Стабилност на лиофобни (хидрофобни) колоиди.

Стабилноста на лиофобните (хидрофобните) колоидни дисперзни системи, (Сл. 7),зависи од влијанието на Фандервалсовите привлечни сили и меѓусебното електронско одбивање.

Примери за лиофилнита, односно хидрофилната коагулација се колоидниот раствор на желатинот, туткалот и скробот.

Дестабилизација на колоидни системи почесто се јавува кај хидрофобните колоидни систем.

Дестабилизација на хидрофобните колоиди се постигнува со: - коагулација, кој е процес на зголемување (окрупнување) на колоидните честички, чија

стабилност се намалува; - седиментација - видлива појава на наталожување на колоидните честички; - Хидрофобните колоиди се дестабилизираат ако дојде до нивна неутрализација, со

додавање јони со спротивен полнеж (кој се атсорбира).

3.5 СВОЈСТВА НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ

Својствата на колоидните системи зависат од големината на честичките. Поради големината на честичките, колоидните системи имаат поинакви својства од молекулските (вистинските) раствори и грубо дисперзните системи.

Колоидните честички имаат голема површинска слободна енергија. Оваа енергија настојува да ја намали колоидната честичка на два начина:

- со образување големи агрегати или - со атсорбирање јони од растворот.

Колоидните системи имаат различни својства. Познати својства на колоидните системи се следните: 1. Молекулско – кинетички; 2. Оптички; 3. Атсорпција и 4. Електрични својства.

Молекулски –кинетички својства Во овие својства спаѓаат: Брауново движење, дијализа, дифузија, ултрафилтрација,

седиментација,ултрацентрифугирање. Брауновото движење претставува хаотично движење, (Сл. 8), на колоидната честичка

во течна дисперзна средина.

Слика 8. Брауново движење.



53

Колоидните честички остнуваат во дисперзната средина со едниот дел, поради сосема случаен судир со другите молекули. Дифузија е способност на преместување во дисперзна средина од подрачје со

поголема концентрација кон подрачје со помала концентрација. Ако пречникот (диаметарот)на колоидната честичка е поголема од пречникот на молекулите во вистинскиот раствор,тогаш брзината на нивната дифузија е помала од брзината на дифузија на молекулите. Дијализа е метода на прочистување на колоидните раствори (со ултрафилтрација),

(Сл. 9).

Слика 9. Дијализа

Во пергамент или целофан се става колоиден раствор А, онечистен со некој електролит или органско соединение. За забрзување на дијализата се меша со ротециона мешалка R.Пергаментот или целофанот заедно со колоидниот раствор се вронети во поголем сад со чиста вода В, која почесто се менува. Низ пергаментот или целофанот, електролитот постепено дифундира во надворешниот сад со вода.

Ултрафилртација е постапка, каде колоидните честички од дисперзната средина може да се одвојат со пропуштање на колоидниот раствор под притисок низ полупропустлива мембрана. На (Сл. 10), е претставен апаратот за ултрафилтрација .

Полупропустливите мембрани имаат различна порозност така што пред нивната употреба се прави избор на соодветна мембрана за да се изврши целосно одвојување различни колоиди еден од друг.

Слика 10. Апарат за ултрафилтрација



54

Седиментација е постапка на спонтано таложење на колоидните честички од дисперзната средина под дејство на гравитациона сила.

Ултрацентрифугирањето се врши со апарати – центрифуги, со голем број на вртежи, со што може да се одвои дисперзната фаза од дисперзната средина. Исто така, може да се издвојат колоидни честички од сложени системи. Со оваа постпка може да се издвојат супстанци што намаат колоиден раствор ( вистински раствори).

Оптички својства Во овие својства спаѓа дисперзија (расејување) на светлината. Ако низ колоиден

раствор кој се наоѓа во стаклен сад со рамни-паралелни страни, се пропушти сноп на светлосни зраци, а колоидниот раствор се набљудува од страна, ќе се забележи светлосен конус кој се нарекува Тиндалов конус (ефект или феномен).

Значи, едно од најпознатите својства на колоидните системи е појавата на Тиндаловиот ефект – расејување на светлината низ колоиден раствор, (Сл.11).

Слика 11. Тиндалов ефект во колoиден систем.

На (Сл.12), исто така се забележува Тиндаловиот ефект, како феномен што се јавува во природата.

Слика 12. Тиндалов ефект.

Оваа појава се забележува и при пропуштање на светлисни зраци низ пукнатини во темен простор или во тунел, (Сл.13).

Слика 13. Тиндалов ефект во тунел



55

Од сликата се гледа светлосен конус како резултат на расејување(дисперзија) на пропуштената светлина од изворот на светлина.

Вистинските раствори (молекулските и јонските), не покажуваат Тиндалов феномен и затоа ги нарекуваат “ оптички празни раствори”.

Врз база на Тиндаловиот ефект е изработен ултрамикроскоп, (Сл.14), за кој ќе зборуваме подоцна.

Слика 14. Ултрамикроскоп.

3.6 ПОВРШИНСКИ ПОЈАВИ, АТСОРПЦИЈА И АТСОРПЦИОНА ИЗОТЕРМА

Слободната енергија на површината, односно површинскиот напон условува способност на супстанците на површината или во површинскиот слој да се концентрираат честички (молекули или јони) од други супстанции. Концентрирањето на честичките (молекули или јони)на некои супстанци на површината или во површинскиот слој од друга супстанца се нарекува атсорпција. Способност за атсорпција покажуваат и течните и цврстите супстанци. Цврстите супстанци на својата површина може да атсорбираат: гасови, течности и честици на растворените супстанци. Супстанцата или телото што врши атсорпција се нарекува

атсорбенс , а супстанцата што се атсорбира се нарекува атсорбат. Атсорбенсот е подобар ако неговата површина е поголема. Еден од најдобрите цврсти атсорбенси е активниот јаглен.Тој е многу порозен и поради тоа располага со голема внатрешна површина. Цврстите супстанци имаат позитивна атсорпција, односно ја зголемуваат концентрацијата на честиците од атсорбатот. Атсорпција е повратен процес, а спротивниот процес се нарекува десорпција,т.е. атсорбатот се оддлува од површината на атсорбенсот. Двата спротивни процеса се вршат истовремено. Во состојба на рамнотежа двата процеса атсорпција и десорпција се вршат со еднаква брзина. Рамнотежата во овој повратен процес се нарекува атсорпциона рамнотежа, (Сл.15). Атсорпционата рамнотежа може да се поместува во едната или другата насока во зависност од условите под кои се врши процесот атсорпција. Тие услови се:температурата и концентрацијата на атсорбатот.

Слика 15. Атсорпциона рамнотежа



56

Атсорпцијата е егзотермен процес, а десорпцијата е ендотермен процес. Како и сите повратни процеси така и атсорпцијата се покорува на Л`Шателје и Браун за поместување на рамнотежата на страната што се спртотиставува на внесената промена. Тоа значи дека со покачување на температурата, рамнотежата се поместува во корист на ендотермниот процес,а со намалување обратно. Зависноста на атсорпцијата од температурата на атсорбатот може да се изрази графички со атсорпциона изотерма, (Сл.16).

Слика 16. Атсорпциона изотерма

Односно, со зголемување на температурата се смалува количеството на атсорбатот на површината на атсорбенсот, додека со намалување на температурата, количеството на атсорбатот се зголемува.

Се разликуваат два основни вида атсорпција молекулска или неполарна и јонска или

поларна атсорпција.

Електрични својства Во овие својства спаѓаат: двоен електричен слој, термодинамички или потполн

потенцијал, електрокинетички или зета потенцијал и електрофореза. Во колоиден систем на помеѓу две фази се појавува електричен потенцијал, како

последица на образување на двоен електричен слој .Пример: Формирањето (образувањето) на електричниот потенцијал со делумна јонизација на површинскиот слој на цврста фаза во колоидниот раствор од силициумова киселина, која е добиена со мешање на разредени раствори од натриум силикат и хлороводородна киселина.

Реакцијата се одвива според равенката:

2Na+ + SiO32- + 2H+ + 2Cl-←→ H2SiO3 + 2Na+ + 2Cl-

Молекулите на силициумовата киселина на површината на цврстата фаза, делумно се јонизираат според равенката:

H2SiO3←→ 2H+ + SiO3

2-

Силикатнитае анјони, остануваат цврсто врзани на површината на честичката на цврстата фаза и негативно ја наелектризираат површината на цврстата фаза, додека катјоните на водородот , преминуваат во растворот. Овие пак се привлечени од негативно наелектризираната површина на цврстата фаза, толкаво количество колку сто е потребно за компензација на негативниот полнеж. Така се образува двоен електричен слој и како последица на тоа се појавува електричен потенцијал на границата на дадениот колоиден

систем. Овие појави се одвоваат на два начина и тоа: по пат на атсорпција на одреден вид јони од дисперзната средина или по пат на делуман јонизација на површинскиот слој од цврстата дисперзна фаза во дисперзнара средина.



57

На границата помеѓу двете фази се појавува двоен електричен слој, кој е составен од два слоја: внатрешен слој и надворешен слој.

На (Сл.17) е претставен двоен електричен слој на границата меѓи цврста и течна фаза.

Слика 17. Двоен електричен слој

Негативно наелектризираната површина на цврстата фаза(линијата АВ), или цврсто врзаните на неа, слој од силикатниот анјон, ги привлекува и цврсто го врзува одреден дел од

позитивните катјони на водород. Внатрешниот слој на двојниот електричен слој кој се наоѓа непосредно на површината на цврстата фаза и цврсто е врзан за него се вика атсорпционен слој на јони (слојот помеѓу линијата АВ и СD, односно - а). Останатиот дел од водородниот катјон се наоѓа во течната фаза во непосредна близина на цврстата фаза. Овој слој има дифузиона структура, односно одредена дебелина и е погуст во близина на цврстата фаза, а поредок колку се оддалечува од неа. Овој слој е наречен дифузионен јонски слој (слојот – d,десно од линијата СD).

Како последица на образување на двојниот електричен слој, се појавуваат два потенцијала: термодинамочки или потполн потенцијал и лектроконетички или зета потенцијал.

Термодинамичкиот или потполниот потенцијал , претставува скок на потенцијалот помеѓу цврста и течна фаза. Овој потенцијал не е врзан од релативното поместување на фазите и не зависи од дебелината на дифузниот слој.

Електрокинетички или зета потенцијалот, претставува скок на потенцијалот, кој се јавува при релативно преместување на фазите, една фаза во однос на друга фаза.Вредноста на овој потенцијал се определува од дебелината на дифузниот слој и е правопропорционален од него, обратно пропорционално од концентрацијата на електролитот во течната фаза.

Електрофореза Честичката на дисперзната фаза од колоидниот систем, која е опкружена со двоен

електричен слој , и не е под дејстцо на надворешно електрично поле, тогаш таа честичка е неутрална во однос на средината во која се наоѓа. Со делување на надворешно електрично поле, се раскинува двојниот електричен слој и колоидната честичка заедно со атсорпциониот слој (кој и ја одредува незината наелектризираност) се движат во правец на спротивно наелектризирана електрода, (Сл.18).



58

Слика 18. Шема на електрофореза

Движењето на честичката на колоидниот систем под дејство на електрично поле во правец на спротивно наелектризирани електроди се вика електрофореза.

3.7. ХРОМАТОГРАФИЈА

За основоположник на хроматографската метод се смета рускиот научник (ботаничар)Цвет. Тој успеал со хроматографската метода да ги оддели компонентите на хлорофилот од посебно обоените зони. Цвет го дал името хроматографија од зборот хромос, кој значи боја.Хроматографската метода на анализа претставува процес на одделување на компонентите од некоја друга смеса поради нивното нееднакво распределување на компонентите од една во друга фаза. Таа претставува важна лабораториска метода со низа предности со кои се

истакнува пред другите методи. Со оваа метода:

1. Може да се определат гасови и течности од каква било природа;2. За одделувањето може да се користат големи и мали количества смеси што се

анализираат; 3. Може да се одвојат супстанци со многу слични својства и структура; 4. Се постигнува голем степен на одделување; 5. Постапката е многу едноставна.

Принципот на хроматографското одделување се состои од тоа што испитуваната смеса е растворена во поголем растворувач (мобилна или подвижна фаза), која се преведува низ стационарната (неподвижна) фаза. При тоа супстанците што се испитуваат се расределуваат во стационарната или мобилната фаза. Хроматографијата е поделена на повеќе хроматофграфски методи и тоа атсорпциона хроматографија, распределена хроматографија, јоноизменувачка хроматографија, гасна хроматографија и гел-филтрација.

Распределената хроматографија може да биде хроматографија на хартија и хроматографија на тенок слој или тенкослојна хроматографска графика.

1. Атсорпционата хроматографија може да се дефинира како одделување на супстанциите врз база на нивниот афинитет спрема ист атсорбенс, кој претставува стационарна фаза. Како атсорбенс се користат Аl2О3, разни силикати , активен јаглен и друго.

2. Распределената хроматографија се темели врз различниот коефициент на распределба на компонентите од смесата меѓу растворувачите што не се мешаат.

3. Хроматографијата на тенок слој (Сл. 19) се темели на тоа што како стационарна фаза при оваа метода се користи тенок слој од атсорбенс нанесен на стаклена плоча, фолија или пластична плоча.



59

Слика 19. Хроматографија на плоча.

4. Хроматографијата на хартија е метода кај која стационарната фаза е лента од специјална хартија. Таа ги впива молекулите на водата и ги задржува во своите пори.Растворувачот дифундира во лентата под дејство на капиларните сили, се искачува под лентата и повлекува со себе компоненти од смесата и како резултат на различната брзина на движење на оделните компоненти доаѓа до нивно разделување.

5. Гасната хроматографија (Сл. 20), е метода при која како мобилна фаза не се корости течност, туку гас.

Слика 20. Шематски приказ на гасна хроматографија.

6. Јоноизменувачка хроматографија се темели врз јонските изменувачи, (Сл.21). Тоа се смоли со ковалентноврзани јонски групи, за кои со електростатички сили се сврзуваат супстанциите растворени во мобилната фаза. Постојат анјонски и катјонски изменувачи.Катјонските имаат негативно набиени функционални групи, на пример сулфонски, за кои мобилно е врзан катјон, кој се заменува со катјон од мобилната фаза. Анјонските изменувачи имаат ковалентно врзани позитивно набиени групи.

Слика 21. Современи инструменти за хроматографија.



60

3.8 МОЛЕКУЛАРНИ И БИОМОЛЕКУЛАРНИ СОЕДИНЕНИЈА

Сите молекули се мали честици, меѓутоа покрај триатомските и двоатомските молекули најмали се едноатомските молекули. Постојат молекули што во својата структура имаат десетина, неколку десетици илјади и стотици илјади атоми. Ваквите молекули се викаат макромолекули. Нивната релативна молекулска маса е поголема од 10 000, а може да достигне и до неколку стотици илјади атомски единици.

Соединенијата изградени од макромолекули претставуваат макромолекуларни соединенија. Макромолекуларните соединенија се образуваат со процесите: полимеризација,кополимеризација и поликондензација . Тие не се само органски соединенија што содржат

јаглерод, туку може да бидат соединенија на силициум и јаглерод. Нивната структура се претставува со структурни формули, кои може да бидат линеарни, разгранети и мрежести.Макромолекуларните соединенија имаат карактеристично својство - тие немаат определена температура на топење и вриење, тешко растворливи се, многу од нив се хемиски инертни, не реагираат со О2 киселини и бази, тоа ги прави отпорни на корозија. Овие соединенија имаат и корисни својства - лесно се леат, извлекуваат во влакна, се пресуваат и друго. Од макромолекули може да се образуваат и биолошки важни супстанции, тоа се биомолекуларни соединенија. Меѓу нив поважни типови се протеините, нуклеинските киселини и ензимите.

Протеините (белките) се макромолекуларни соединенија чија молекулска маса изнесува од 10 000 до 100 000. Во нивната градба учествуваат околу 20 различни аминокиселини.

Аминокиселиските остатоци помеѓу себе се поврзани со пептидна врска, (Сл.22).

пептидна врска

Слика 22. Структура на - аминооцетна киселина. Формирање на пептидна врска.

Под дејство на водени раствори на алкални и минерални киселини хидролитички се разложуваат. Претставуваат составен дел на сите живи организми. Имаат транспортна и заштитна улога. Нуклеинските киселини ја сочинуваат простетичната група на нуклеопротеините. Тие се исто така макромолекуларни соединенија составени од пурински и пиринидински бои, моносахариди, рибоза и дезоксирибоза како и Н3РО4 киселина.

Ензимите или ферментите се познати уште како биокатализатори. Имаат исти физичко-хемиски својства како белковините - тие се глобуларни белки. Изградени се само од

една компонента и претставуваат прости протеини или еднокомпонентни составени само од протеински дел. Двокомпонентните се составени од непротеински дел, кој се означува како коензим, и протеински дел - апоензим. Протеинскиот и непротеинскиот дел ја даваат целата молекула означена како хомоензим. Ензимите имаат каталитичко дејство во процесите на

живите организми.

ЈОНОИЗМЕНУВАЧКА ХРОМАТОГРАФИЈА

Јонската измена е откриена во 1850 година од страна на англиските агрохемичари Томсон и Веј пропуштајќи раствор од амониум сулфат низ слој од почва при што забележале дека настанува реакција на двојна измена односно амониум јоните биле заменети со јони на калциум од земјата.

Во почетокот како јонски изменувачи биле употребувани само природни материјали се до 1935 кога за прв пат биле синтезирани јоноизменувачки смоли на бза на бензен и метанал од страна на научниците Адамс и Холмс.



61

Јоноизменувачката хроматографија се базира на распределбата на јоните меѓу цврстиот и течниот сорбент и растворот. За време на процесот на јонска измена доаѓа до еквивалентна измена на јоните од растворот со подвижните јони од јоноизменувачот.

Јонските изменувачи се состојат од матрица и функционалана група која е способна да врши размена на јоните.

Јонските изменувачи се делат на органски и неоргански според природата на матрицата, но и на катјонски и анјонски во зависност од природата на подвижните јони.

Јонските изменувачи се заситуваат, па поради тоа е потребно тие да бидат регенерирани. Степенот на целосна заситеност на јонскиот изменувач се нарекува капацитет на јонскиот изменувач .

Јонските изменувачи имаат широк спектар на примена: - Дејонизација на технолошка вода;- Анализа на јонски супстанци;- Екстракција на чисти радиоактивни изотопи;- Синтеза на голем број органски и неоргански соединенија;- Во металургијата;- При пречистување на воздухот и друго.



62


1. Кој систем е грубо диспрзен, а кој колоиден систем? Посочи примери. 2. Објасни ја структурата на колоидната честичка! Претстави ја структурата на колоидната честичка од As2S3!3. Што претставува гранула, а што мицела? 4. Како ги класифицираме колоидните системи според својзтвата?

5. Направи споредба помеѓу сол и гел состојба! 6. Наброј ги факторите кои предизвикуваат коагулација! Објасни ја стабилноста на колоидните системи! 7. Објасни ја разликата помеѓу атсорпција и десорпција! 8. Што претставува површински и површинско активни материи? 9. Кои соединенија се макромолекулски соединенија? Наведи примери за овој вид соединенија!



63

4 ЕЛЕКТРОХЕМИЈА

Знаењето е знаење дури тогаш кога е стекнато со напор на сопствените мисли , а не со помнење

Толстој

Основни цели на тема Електрохемија

- Објаснување на значењето на електрохемија, спроводници од прв и втор ред,електролитна дисоцијација, електрохемиски процеси, полуелементи, галвански елементи, електролиза, галванизација и електрохемиска корозија;

- Разликување кондуктивност од моларна спроводливост, силни од слаби електролити,хемиска од електрохемиска корозија;

- Претставување реакции на полуелементи и галвански елементи со хемиски равенки; - Предвидување продукти на електролиза, видови електролиза, галванизација; - Наведува (дава) примери за примене на електрохемија во индустријата и секојдневниот

живот.

4.1 ОПШТО ЗА ЕЛЕКТРОХЕМИЈА

Електрохемијата претставува гранка на физичката хемија, која ги изучува законитостите на сите промени на супстанциите при хемиските и електрохемиските процеси, предизвикани под дејството на електричната струја, претворањето на електричната енергија во хемиска и обратно. Електрохемијата, поради широката практична примена, има многу методи на испитување што наоѓаат голема примена, не само во хемијата, аналитичката хемија, туку и во техниката. Електрохемиските методи во повеќе случаи се покажале како единствени методи за запознавање и проучување на многу важни величини: рН-вредност, кондуктивност,определување концентрација на јони со голема точност, определување на завршната точка на титрацијата, квалитативна анализа и друго.

Според типот на хемиските реакции што учествуваат во електрохемиските процеси, тие се делат на три главни групи на еклектрохемиски методи:

1. Метода за определување на електричната спроводливост; 2. Методи за определување на електромоторната сила и електроден потенцијал; 3. Електролиза и поларизација со техничка примена (применета електрохемија).

Според првата електрохемиска метода, електрохемијата нè запознава со спроведувањето на електричната струја низ металите и електролитите.

Втората група електрохемиски методи го изучуваат настанувањето на електричната струја и обратно, создавањето на електродниот потенцијал и електромоторната сила.

Третата група електрохемиски методи ги опфаќаат електролизата и поларизацијата со техничка примена.

Во однос на спроводливоста на електричната струја, материјалите се поделени на спроводници, полуспроводници и изолатори.

Примери за изолатори се: вода, дијамант, пластичен материјал и друго.Во групата на полуспроводници спаѓаат: семиметалите и цврсто градените ковалентни

соединенија, кои содржат мали количества примеси од спроводлив материјал. Според начинот на пренесување на електричната струја, спроводниците се поделени

на: спроводници од прв ред и спроводници од втор ред. Спроводниците од прв ред се металите, графитот и оксидите на тешките метали.

Пренесувањето на електричната струја кај спроводниците од прв ред се објаснува како резултат на постоењето на металната кристална решетка. Многу често елементарната ќелија кај металите е внатрешно центрирана кубична или е хексагонална. Бидејќи кристалната решетка е изградена од позитивни јони на металот, опкружени со слободни валентни електрони, кои се делокализирани, тие се движат во вид на електронски гас. Нивното движење околу јоните е хаотично. Кога на металот дејствуваат надворешни сили, јоните ја задржуваат кристалната решетка, а електронскиот гас се насочува и се движи при што со него го носи и



64

електричниот полнеж. Лесната подвижност на електроните низ металниот спроводник е позната како спроводливост на струјата низ металот. Поради овој начин на спроведување на електричната струја, спроводниците од прв ред се нарекуваат уште и електронски спроводници . При пренесување на електричната струја сроводниците од прв ред остануваат непроменети.

Спроводниците од втор ред се растворите на киселините, базите, солите и на нивните растопи. Кај овие спроводници, електричната струја ја пренесуваат јоните. Ако во

раствор на електролит потопиме две електроди и ги поврземе со извор на електрична струја,по затворањето на струјното коло низ електролитот ќе тече електрична струја при што ќе настане и хемиска промена на јоните во растворот. На пример, ако низ растворот на HCl се пропушти електрична струја, ќе настанат следните промени: HCl како електролит во вода поради електролитната дисоцијација, ги образува следниве јони:

HCl ←→ H+ + Cl-

Настанатите јони ја пренесуваат електричната струја со тоа што тие се движат кон електродите и на границата јоните претрпуваат хемиска промена:

K- : 2H+ + 2e- H2

0

A+ : 2Cl- - 2e- Cl20

Според ова кај спроводниците од втор ред, пренесувањето на електричната струја е проследено со хемиска промена на електролитот. Ова воедно претставува и основна разлика меѓу спроводниците од прв и спроводниците од втор ред.

4.2 ЕЛЕКТРИЧНА СПРОВОДЛИВОСТ

Специфична спроводливост ( кондуктивност ) Кога електричната струја минува низ еден спроводник од прв ред (метал), мора да

совлада отпор, кој се бележи со R . Електричниот отпор на спроводникот ќе зависи од должината на тој спроводник (ℓ ) и од напречниот пресек на спроводникот ( А). Тој отпор може да се дефинира со следниов израз:

R = ρ ℓ /A

при што ρ претставува карактеристична константа за секој материјал и претставува константа на пропорционалноста, која се вика електрична отпорност или специфичен отпор.Честопати специфичниот отпор се дефинира како реципрочна вредност на отпорот и се изразува со равенкатa:

ρ + 1/R

или

1/R + 1/ ρ 1/ ℓ

Ако 1/ ρ с e замени со една нова величина од претходната равенка, би го добила обликот:

1/R = A/ ℓ

Ваквата замена се врши особено кај спроводниците од втор ред односно јонските спроводници. Реципрочната вредност на специфичниот отпор претставува специфична спроводливост или кондуктивност, која се обележува со (капа). Ако должината на еден спроводник се мери во сантиметри, пресекот на спроводникот исто така во сантиметри, тогаш

отпорот во Омови може да се определи со единицата (ом) за мерење на кондуктивноста:









68

Моларна спроводливост при бескрајно разредување имаат електролити што се целосно

дисоцирани, односно кога α =1, нејзината вредност ќе биде додадена на равенката: = . Ако

α<1, ќе се намали , а нејзината вредност ќе биде дадена со равенката: = α , односно,

α = / .

Овој израз претставува Колраушово- Арениусово правило, кое важи за слаби електролити. Моларната спроводливост на електролитите зависи најчесто од

концентрацијата, температура и од природата на електролитот. Познато е дека со покачување на температурата моларната спроводливост на растворите се зголемува. Силните елкетролити имаат моларна спроводливост која практично не зависи од концентрацијата,барем при ниски концентрации.

Моларната спроводливост кај слабите електролити покажува зависност од концентрацијата. Испитувањата за моларната спроводливост ги вршел Колрауш. Тој утврдил дека секој вид јон значително придонесува за моларната спроводливост.

4.3 АРЕНИУСОВА ТЕОРИЈА ЗА ЕЛЕКТРОЛИТНА ДИСОЦИЈАЦИЈА

Спроведувањето на електричната струја од водените раствори и растопи на некои супстанции било забележано уште во почетокот на 19 век . Ова го проучувале англискиот хемичар Фарадеј и Деви. Во 1834 година Фарадеј сам претпоставил дека за време на протекувањето на електричната струја низ растворите, растворената супстанција се разложува на честички со електричен полнеж.

Супстанците што ја спроведуваат електричната струја со помош на јони се нарекуваат електролити , а сите други супстанции што при исти услови не спроведуваат електрична струја се нарекуваат неелектролити . Подоцна со низа експерименти е докажано дека јоните што ја пренесуваат електричната струја настануваат со пропуштање на електричната струја во растворите, кои настануваат со самото растворање на електролитот во водата. Во 1887 год.шведскиот научник Арениус Сванте дава свое објаснување дека во растворите на електролитите постојат слободни честици јони. Оваа е таканаречена јонизациска хипотеза. Од

неговите сознанија и експериментални наоди, оваа хипотеза ја разви во теоријата на електролитната дисоциација. Според оваа теорија, молекулите на електролитите при растворање во вода се разложуваат (дисоцираат) на позитивни и негативни наелектризирани честички - јони. Оваа појава на разложување на јони се нарекува електролитна дисоцијација или јонизација. Според тоа, електролитите се такви супстанции што при растворање во вода образуваат јони.

Пример :

KCl ←→ K+ + Cl-

H2SO4 ←→ 2H+ + SO4

2-

Ca(OH)2 ←→ Ca2+ +2OH-

Во прилог на овие тврдења биле дадени и низа податоци што покажуваат дека растворите на електролитите имаат отстапувања во однос на неелектролитите.

Електролитите се главно јонски соединенија или ковалентни соединенија со поизразен поларен карактер.

- Парниот притисок на електролитите со иста концентрација и при иста температура е помал во однос на неелектролитите ;

- Растворите на електролитите во однос на неелектролитите покажуваат поголемо намалување на точката на мрзнење, а зголемување на точката на вриење;

- Имаат поголем осмотски притисок во однос на неелектролитите. За супстанциите со јонска кристална решетка било докажано дека при растворање во

вода значително се дисоцирани јони. Во разредени раствори нивната дисоцијација е целосна.Подоцна било утврдено дека Арениусовата теорија за електролитна дисоцијација

имала недостатоци. Станува збор за отстранувања на електролитите од Вант-Хофов закон, кој важи за разредени раствори искажани со следната равенка:



69

pV = nRTV = 1/c

p/c = nRT p = nRTc

каде: V - волумен, p - осмотски притисок , c - моларна концентрација, n- број на честички, R -гасна константа, T - апсолутна температура.

Бидејќи електролитите покажуваат поголем осмoтски притисок , оваа равенка не може да се користи за нив. Подоцна, за оваа равенка да најде примена и за електролитите, била предложена употреба на коефициент на корекција кон вредност поголема од единица.

Според денешните современи сознанија за електролитите се смета дека во раствор јоните се солватизирани, а ако растворувачот е вода, тие се хидратизирани. Подвижните наелектризирани јони во растворите на електролитите се создаваат при растворање во вода или во друг погоден растворувач на супстанции изградени од јони или поларни молекули. Појавата на настанување на подвижни јони особено во раствор се вика електролитна дисоцијација, а самиот процес на разделување на јоните - дисоцирање.

Според современите сознанија, кај силните електролити во водениот раствор постојат само јони и практично нема недисоцирани молекули. Затоа во случај на силен електролит процесот на дисоцијацијата треба да се претстави на овој начин:

HCl(aq) ←→

H+(aq) + Cl-(aq)

Еднонасочната стрелка означува дека реакцијата е неповратна. Наспроти тоа кај слабите електролити во рамнотежа има јони и недисоцирани молекули:

CH3COOH(aq) ←→ CH3COO-

(aq) + H+(aq)

Двојната стрелка покажува дека се работи за повратна реакција. Различните јони се различно хидратни, a хидратноста на јоните во растворот се означува со aq, односно аква.Многу од хемичарите сметаат дека водородниот јон е цврсто сврзан (хидратизиран) со една

молекула на вода образувајќи H3O

+

- хидрониум јон. Причина за дисоцијацијата на електролитите се поларните молекули на водата.

4.4 СИЛНИ И СЛАБИ ЕЛЕКТРОЛИТИ

Во зависност од големината на степенот на електролитна дисоцијација ( јонизација),електролитите грубо се поделени на: силни, чиј степен на електролитна дисоцијација е голем,и слаби, кои се карактеризираат со мали вредности на степенот на електролитната дисоцијација. Јасно е дека помеѓу овие две групи се електролити со средна јачина. Во силни електролити се вбројуваат електролити чиј степен на јонизација изнесува 0,30 или до 30% или над 30%. Тука спаѓаат сите видови соли (со некои исклучоци - солите на тешките

метали), базите на алканите и заемно алкалните метали и некои минерални киселини.Такви примери се:

солите: KCI, NaCl, KNO3, CH3COONa, Na2SO4, MgSO4, CaSO4;базите: KOH, NaOH, Ba(OH)2;киселините: HCl, HNO3, H2SO4, Hbr , H2SO3.Слаби електролити се: HgCl2, CH3COOH, H2S, H2CO3, H3BO3, HF, HCN, NH4OH.

За повеќе базни киселини и повеќе киселински бази карактеристична е нивната повеќестепена јонизација. На пример, двобазните H2SO4, H2CO3, се јонизираат во два степена,трибазната H3PO4 вo три степени, а двокиселинска калциумова и бариумова база се дисоцираат во два степеа. Пример: трибазна H3PO4 се врши според равенките:

I степен: H3PO4 ←→ H+ + H2PO4- примарна јонизација II степен: Н2РО4

- ←→ Н+ + НРО4

2- секундарна јонизација III степен: НРО4

2- ←→ Н+ + РО4

3- терциерна јонизација



70

1. При примарна јонизација одвојувањето на првиот примарен водороден јон се врши од неутрална молекула на H3PO4 за што е потребно да се потроши определено количество енергија;

2. При секундарна јонизација одвојувањето на секундарниот водороден јон се врши од негативно наелектризиран јон H2PO4

- , поради што е потребно релативно поголема енергија; 3. Одвојувањето на третиот водороден јон во терцијарната јонизацја се врши од

негативно двовалентниот јон HPO42-. Ова одвојување се врши релативно најтешко, бидејќи се троши најголемо количество енергија.

Видови електролити и јони Електролити што со јонизација даваат два јона, се бинарни електролити. Такви се: HCl,

HBr, HI, KOH, NH4OH, некои соли: NaCl, KCl, NaNO3, KNO3, NH4NO3 и други.

Електролити што се со јонизација даваат четири јони се нарекуваат квартерни електролити; такви се, на пример:

а ) бинарен електролит HCl ←→ H+ + Cl-

б ) тернерен електролит H2SO4 ←→ 2H+ + SO4

2-

в ) квартерен електролит H3PO4 ←→ 3H+ + PO4

3-

Во зависност од составот, разликуваме прости или елементарни јони (катјони и анјони) и сложени катјони и анјони, а во зависност од нивното наелектризирање се разликуваат едновалентните и повеќевалентните катјони и анјони. На пример:

а) прости едновалентни катјони се: H+, K+, Na+Li+, Ag+ и други;б) прости двовалентни катјони се: Mg2+, Ca2+, Ba2+, Fe2+, Cu2+ и други;в) прости тривалентни катјони се: Al3+, Fe3+, Cr 3+, Au3+ и други;г) прости едновалентни анјони се: Cl-, Br -, I-;д) прости двовалентни анјони се: S2-, Se2-, O2-;ѓ) сложени едновалентни анјони се: NO2

-, NO3-, ClO3

-, ClO4-;

е) сложени двовалентни анјони се: CO32-, SO3

2-, SO42-, SiO3

2-;

ж) сложени тривалентни анјони се: PO4

3-

, BO3

3-

, AsO4

3-

.Постојат и сложени јони што се нарекуваат комплексни.Комплексните јони може да бидат катјони и анјони едно и повеќе валентни:

а) комплекси катјони: [NH4]+, [Cu(NH3)4]

2+, [Co(NH3)6]3+;

б) комплекси анјони: [Au(CN)2]-, [Hg(I)4]

2-, [Fe(CN)6]4-.

Степен на електролитна дисоцијација Како квантитативна мерка за состојбата на рамнотежата на електролитните раствори

служи степенот на електролитната дисоцијација. Тоа е односот меѓу бројот на растворените молекули. Тој се одбележува со α, се множи со 100 и на тој начин се искажува во проценти:

= 100 N

n%

Каде, n е број на дисоцирани молекули, а N вкупен број на растворени молекули. Бројот на молекулите што дисоцираат во растворот не е еднаков за сите електролити,

според тоа ќе зависи од: природата на електролитите, температурата и од концентрацијата.

алфа), расте со зголемување на температурата и со смалување на концентрацијата.Тоа значи дека кај слабите електролити делот од дисоцијацираните молекули е поголем во разредени раствори одошто во поконцентрирани раствори. Вредноста на α се движи од 0 до 1, па затоа го искажуваме во проценти. Да претпоставиме дека имаме еден бинарен електролит, на пример: HCl и дека биле растворени N молекули од HCl , а од овој помал N молекули се дисоцираат во воден раствор на јони и молекули. Тогаш од бројот на недисоцираните молекули ќе биде N-n, а од дисоцираните молекули ќе добиеме 2n јони.

Односот (N-n)/N е однос на вкупниот број честици спрема бројот на растворени молекули.Овој однос го означуваме како коефициент на осмотскиот притисок кај електролитите и се означува со i.



71

1) i = N

n N

2) i = N

n

N

N

3) i = 1 +

N

n

4) = N

n

5) i = 1 +

Овој однос е коефициент, кој покажува колку се намалува бројот на честичките во растворот по дисоцијацијата. Со оваа корекција Ванд-Холфовиот закон може да се примени и за електролитите, а од него може да се пресмета степенот на дисоцијацијата, но со користење на оваа корекција: P=icRT .

Константа на електролитна дисоцијација кај слабите електролити Како што констатиравме порано електролитната дисоцијација е ревербилен процес при

кој се создава рамнотежа помеѓу недосицираните молекули и нивните јони . Слабиот електролит со недисоцирани цели молекули на пример : HCN, ќе се дисоцира на H+ ( катјон )и CN- (анјон ) во равенката :

HCN ←→ H+ + CN-

Тој се потчинува на законот за дејство на масите.Константата на хемиската рамнотежа кај електолитот ќе бде еднаква на равенката:

k = [H+] [CN-] /[HCN]

и се вика уште и константа на електолитна дисоцијација. Таков е примерот и со други слаби

електролити

така

да

константата

на

електролитна

дисоцијација

на

HN4OHби

била

:

NH4OH ←→ NH4

+ + OH-

k = [NH4+] [OH-] / [NH4OH]

Кај електролитите со повеќе степени на дисоцијацијата секој степен има потребна константа, а нивниот производ ја дава вкупната константа на електролитната дисоцијација.Пример H2S дисоцира во два степена :

I) H2S ←→ H+ + HS- k 1 = [H+] [HS-] / [ H2S]

II) HS-

←→

H+

+ S2-

k 2 = [H+

] [S2-

] / [HS-

]

k = k 1 k 2

Константата на дисоцијацијата има определена бројна вредност. Колку е поголема бројната вредност на константата на дисоцијацијата толку е поглема концентрацијата на

јоните во однос на недисоцираните молекули во електролитот. Значи бројната вредност на константите на дисоцијацијата е мерка на јачина на електролитот. Кај слабите електролити константата на дисоцијацијата не зависи од концентрацијата на на растворот. Кај силните електролити таа зависи од концентрацијата на електролитите, а оваа претставува и друг недостаток на Арениусовата теорија. Силните електролити отстапуваат од Освалдовиот закон за разредување кој е изведен од масите. Овој закон може да се примени само кај слабите

електролити, и ја дава соодветната поврзаност помеѓу константата и степенот на електорлитната дисоцијација.



72

За таа цел ќе се послужиме со примерот за еден бинарен електролит општо одбележан со МА кој при дисоцијацијата дава два јона:

МА ←→ М+ + А-

Врз основа на законот за дејство на масите може да се напише :

k = [M+] [A-] / [MA] или k = c M +·c A- / c MA

Ако еден мол од електролитот МА се распадне на α јони - M+ и α јони - A-, тогаш (1 - α)се молекули кои остануваат недисоциран. Концентрацијата на анјоните и катјоните во растворот ќе биде еднаква на сα , а на недисоцираните молекули на (1 - α )с . Ако овие вредностисе заменат во горната равенка при што:

SM+c = c α и SA-c = c α тогаш,c – SM+c = c – c α

а концентрацијтa на: SMAc = (1 - α )c

k MA = α c·α c/ (1- α )c или k MA = α 2 c 2 / (1-α )c

k MA =α 2 c/ 1-α

Ако електролитот е многу слаб, тогаш (1-α ) тежнее кон единица, па равенката го добива обликот: k MA=α 2 c , од тука

α 2 = k MA /c или α = ck MA /

Од оваа равенка произлегува дека : 1. Колку е поголемо разредувањето на растворите толку е поголем степенот на

електролтната дисоцијација; 2. Степенот на електролитната дисоцијација спореден при еднаква концентрација на

растворите, ќе биде поголем кај електролит кој има поголема константа на електролитна дисоцијација.

4.5 ЕЛЕКТРОХЕМИСКИ ЕЛЕМЕНТ

Модерната електрохемја која е дел од физичката хемија се занивама со изучување на појавите поврзани со минување на електирчната струја низ телата, како и со процесите што може да послужат како основа за добивање на електрична струја. Во основа електрохемијата

ги објаснува и се задржува на елехемиските процеси. Тоа се процеси при кои што настанува претворање на хемиската енергија во електрична енергија и обратно. Тие претставуваат оксидо-редикциски односно редокс процеси.

Систем во кој електричната струја се претвора во хемиска се нарекуваат електролитичка ќелија или електролизер, а систем во кој хемиската енергија се претвара во електрична, кој може да послужи како извор на струја се нарекува галвански елемент.Галванскиот електрохемиски елемент претставува истовремено и спрег од два полуелементи,тоа значи дека во електрохемиските елементи постои дел во кој се случува процес на оксидација и друг дел во кој се одвива процес на примање на електрони - редукција. Овие два дела на електорхемискиот елемент се викаат полуелементи . Полуелементот во кој се случува оксидација се вика анода, а оној во кој полуреакцијата е редукција – катода. Истите називи служат и за означување на металните спроводници, плочи, шипки потопени во

соодветни раствори. Електродата заедно со растоворот во кој е потопена,претставува полуелемент. Така може да се смета дека секој електрохемискиот елемент се состои од два полуелементи.



73

Постојат повеќе видови полуелементи:1. Метални електроди (полуелементи) кој се состојат од метал потопен во раствор што

ги содржи соодветните метални јони. Пример, цинковата плоча потопена во раствор од некоја цинкова сол (ZnSO4). Полуелементот може да се обележи со Zn/Zn2+ или Zn(S)/ZnSO4(aq) или Cu2+/Cu, соодветно CuSO4(aq)/Cu(S).

2. Гасни електроди се состојат од метал ( најчесто платинирана платина ) потопен во

раствор делумно со металниот дел, а околу неа се пушта гас под одреден притисок . Ваков пример на електродата е водородната електора која се означува со H+/H2,Pt или Pt/H2(fH2)/H

+(aH2), каде што f е фугоцитет на гасовитиот H2, a (аH2) e активитет на водородните јони. Aко фугоцитетот на гасовитиот водород е 102.325 kPa, а јонскиот активитет на јоните е еднаков на единицата, тогаш електродата ќе преставува стандардна електрода.

3. Редокс ( оксидо-редукциски) електроди кои се состојат од метал ( обично мазна платина ) потопен во раствор во кој има јони со различни полнежи, кои при протечување на реакции може да минуваат еден во друг. Таков пример е хинхидровата електрода која претставува еквивалентна смеса од хининот и хидрохинон.

4. Електрода од типот метал - метална сол или метал-метален оксид потопен во раствор со заеднички јони. Пример: Ag/AgCl/Cl2 или Sb/Sb2O3/OH-. Каломеловата електрода претставува токму еден ваков вид на електрода.

5. Јоноселективни електроди содржат полурастворлива мембрана за еден вид јон.Најчесто применувана јоноселективна електрода е стаклената електрода.

Без оглед каков е полуелементот , електрохемискиот елемент кој е составен од полуелементи, при обележување на целиот елемент одделено се запишуваат двата полуелементи. Електрохемиските елементи може да бидат без и со пренос што се додаваат податоци за активитетите и концентрациите на двата раствори.

Пример: електрохемискиот елемент со пренос е Даниеловиот галвански елемент:Zn/ZnSO4(a1)|CuSO4(a2)/Cu, a поединстовно се пишува Zn/Zn2+(a1)|Cu2+(a2)/Cu. Линијата -вертикалната црта означува, течниот контакт е остварен со помош на еднострана порозна преграда, која овозможува дифузија на јоните. Често пати течниот контакт се остварува со елкторлитен мост. Тој е спој на цевка исполнета со електролит и при пишување се означува со

двојна вертикална црта:

Zn(s)|ZnSO4(aq 0,01moldm-3) || CuSO4(aq 0,2moldm-3)| Cu(s).

Не е сеедно дали прво ќе се напише цинков полуелемент, а потоа и бакарниот полуелемент. Имено, потребно е на левиот полуелемент да се одвива реакција на оксидација,на десниот рекација на редукција. Во левиот полуелемент од цинковата електрода се откинуваат цинкови јони, оставајќи вишок на електрони. Реакцијата може да се запише :

Zn0 Zn2+ + 2Cl-

На десната електрода, бакарните јони од растворот ги примаат електроните.

Реакцијата е : Cu2+ + 2e- Cu0

Електохемиските елементи се класифицираат на повеќеначини: - Ако елементот служи за добивање на електрична струја тогаш тој е галвански елемент;- Ако пак во електрохемискиот елемент се случуваат хемиски реакции како резултат на

протечување низ него струја од надворешен извор, тогаш тој претставува келија за електролиза.

Галванските елементи се класифицираат и врз основа на природата на електродите и растворите во кои се потопени. Така, постојат следниве галвански елементи:

1. Физички , ако електродите се направени од хемиски идентични матерјал, а се разликуваат по некои физички својста, при тоа двете електроди се потопени во ист раствор;



74

2. Концентрациони , се оние елементи каде што двете електроди како и растворите во кои се потопени хемиски се идентични, но постои разлика во концентрацијата на растоворите;

3. Хемиски електроди, се хемиски различни без оглед на тоа дали се потопени во ист или различен раствор.

ЕЛЕКТРОМОТОРНА СИЛА И ЕЛЕКТРОДЕН ПОТЕНЦИЈАЛ

Секој галвански елемент се состои од две електроди потопени во раствор кој може да биде еден ист или пак од различни раствори. Електромоторната сила ќе биде еднаква на потенцијалнаа разлика која се јавува меѓу електродите на галванскиот елемент.Електромоторната сила ќе се обележи со EM С и е мерлива велицина. Електромоторната сила претставува подвижна сила на хемиската реакција на процесот кој се одвива во електрохемискиот елемент. Во суштина таа претставува сума на сите потенцијални разлики што се јавуваат како резултат на создавањето на двоен електричен слој, кој се јавува во граничниот слој меѓу секои две различни фази што постојат во електрохемискиот елемент. За да го обајсниме појавувањето на двојниот електричен слој ќе разгледаме еден електрохемиски елемент. Нека биде произволно избран електрохемиски елемент: M1/L1|L2/M2. M1и M2 се металите од кои се направени електродите, а L1и L2 се растворите во кои се потопени електродите. Двојниот електричен слој ќе се појави ќе се појави помеѓу M1 и L1; меѓу L1 и M2 и помеѓу М2 и L2. Причината за појавата на двојниот електричен слој меѓу двата метала е во разликата на силата со која решетката на металот ги држи елекетроните. Поблагородните метали ги држат електроните поцврсто, а помалку благородните метали ги држат електроните послабо. Ако се доведат во контакт два различни метали дел од елетроните во последниот слој на помалку благородниот метал ќе преминат кон другиот поблагодарен метал. На тој начин првиот метал ќе се наелектризира позитивно, а вториот метал негативно, кога процесот на премин на електрони ќе дојде до рамнотежа, карактеризирана со постоење на двоен електричен слој. Врз основа на вакво однесување научникот Волт ги наредил металите во еден ред кој го носи неговото име :

К; Na; Mg; Al; Zn; Fe; Sn; Pb; H2; Cu; Hg; Ag; Pt; Au.

Секој претходен елемент (метал) во редот може да оддава електрони, ако е во допир со секој елемент што е зад него. Ваквата појава настанува и на површината на металот потопен во раствор. Металот тежнее да се оксидира и да се растара во растворот во вод на

јони, а на нерастворениот метал остануваат вишок на електрони и заради тоа тој ќе биде негативен. Кога металот ќе постигне определен полнеж, заради електростатички сили, се воспоставува рамнотежа помеѓу металот и јоните во растворот. Појавата може да биде и обратна. На допир раствор-раствор, појавата на двоен електричен слој е разликата на брзината на преминувањето (дифузија) на јoните низ порозната преграда што ги разделува двата раствори. Како што е видoвме EM С кај електрохемискиот елемент во себе вклучува три

потенцијални разики и тоа : потенцијалот во граничниот слој помеѓу електродите и растворот во кој се потопени, контакниот потенцијал кој се јавува помеѓу двата раствори. Меѓутоа од пратктични причини погодно е да се претстави, како разлика од две величини од кои секоја би се однесувала на по еден полуелемент. Овие величини се викаат електродни потенцијалиод две величиниод кои секоја би се однесувала на по еден полуелемент. Со мерење на електромоторната сила може да пресмета релативниот потенцијал на испитуваната електрода, а како основна според која се определуваат релативните електродни потенцијали се зема стандардна водородна електрода чиј релативен потенцијал, договорно е земен на сите темпрератури да изнесува нула. Исто така, ако со таква електрода мериме потенцијал на други електроди, кога активитетите на јоните во растворот изнесуваат единица, тогаш се добиваат стандардни елеткроидни потенцијали, тие можат да бидат позитивни или негативни во однос на потенцијалот на стандардната водородна електрода. Добиените вредности за

стандардните електродни потенцијали за сите елементи го даваат Волтиниот или електрохемиски низ на елементите. Секоја вредност има предзнак + или -, што може да се види на таблицата:



75

K+ /K -2.925 H+ /H2 0,00

Na+ /Na -2,714 Cu2+ /Cu +0,337

Mg2+ /Mg -2,37 Hg2+ /2Hg +0,798

Al3+ /Al -1,66 Ag+ /Ag +0,79

Zn2+ /Zn -0,763 Pt2+ /Pt +1,25

Fe

3+

/Fe -0,440 Au

3+

/Au +1,50Sn2+ /Sn -0,136 Te2- /Te -1,14

Pb2+ /Pb -0,126 OH- /O2 +0,40

S2- /S -1,78 2Cl- /Cl2 +1,360

F- /F + 2,87

Нернстова равенка за електроиден потенцијал Реакцијата која се одвива на електродата можеме да ја сметаме за реверзибилна, па

во општ случај можеме да ја претставиме со равенката:

mA + nB - ze- ←→ pC + rD

каде што, ze- - означува број на електрони кои учествуваат во таа реакција. На левата стрaна на равенката наведени се облиците кои во текот на реакцијата се оксидираат ( редукциони облици ), а на десната страна од равенката оние кои се редуцираат (оксидациони облици ).Електроидниот потенцијал на електродите ќе зависии од рамнотежата помеѓу оксидациониот и редукциониот облик на електродите, бидејќи рамнотежата зависи од концентрацијата на оксидациониот и редукциониот облик .

Теоретски и експериментално може да се докаже дека потенцијалот на електродата може да се прикаже со изразот:

Е = Е 0 + lnn

B

m

A

r

D

p

C

aa

aa

За метална електрода каде металот (редуцираниот облик ) е во рамнотежа со металните јони (оксидираниот облик ), може да се престави со равенката:

Е = Е 0 + zF

RT ln

R

Ox

a

a

Е - претставува електроиден потенцијал на електродата; Е 0 - стандарден електроиден потенцијал; R - општа гасна константа еднаква на 8,314Jmol-1K-1; T - апсолутна температура; z- број на електрони кои се менуваат при реакција; F = 96500 (Фарадеева константа); aOx и aR -активитети на оксидираниот и редуцираниот облик на супстанцијата која учествува во електродната реакција. Ако природниот логаритам го преведеме со декаден, внесувајќи ги

вредностите на константите во дадената равенка, се добива изразот:

F

T 303,2

На 250С Нернстовата равенка гласи:

Е = Е 0 + z

V 059,0log

R

Ox

a

a

Со помош на оваа равенка може да се пресмета електродниот потенцијал на било која

електрода, ако се познати активитетите на оние супстанци од кој звиси потенцијалот. Ако електродата е метална, потенцијалот на електродата при определени услови ќе зависи од активитетот на јоните во растворот. Во тој случај Нернстовоата равенка ќе биде:



76

E M z+

/ M = E 0 M

z+ / M + z

V 059,0log z M

a

Ако активитетот на јоните во растворот е еднаков на еден, тогаш Е = Е 0 , а тоа одговара на дефиницијата за стандарден електроден потенцијал.

4.6 ОСНОВНИ ТИПОВИ ПОЛУЕЛЕМЕНТИ

Видови електроди Според типот на електрохемискиот процес што се одвива на електродите, тие може да

се поделат на екетроди од прв, втор вид и други електроди.Електроди од прв вид . Тоа се сите електроди чиј потенцијал зависи само од

активитетот на соодветните јони во растворот. Таквите електроди се: метални, неметални и гасни електроди. Кај металните електроди процесот на електродата може да се прикаже со равенката: M ←

→ Mz+ + ze-, според тоа, на 25 оC, Нернестовата равенка за електроден потенцијал на оваа електрода ќе биде:

E M

z+

/ M = E 0

M

z+

/ M + M

M

a

a

z

V z

log

059,0

Бидејќи активитeтот на металните јони е константен (aM = const ), равенката има облик :

E M z+ / M = E - M

z+ / M + 0.059V /z log aM

z+

Пример е електродата од бакар, цинк и други. Од равенката можеме да заклучиме дека со зголемување нз концeнтрацијата на металните јони во растворот, потенцијалот на електродата станува позитивен, а со намалување станува негативен. Кај неметалните електроди електрохемиските процеси може да се претстават со равенката:

Xz-

←→

X0

+ ze-

Тогаш Нернстоновата равенка го добива обликот:

E X z-

/X = E 0 X

z- / X - 0.059V /z log a X /a X

z-

Во овој случај х е константа бидејќи се работи за гас во елементарна состојба, па равенката го добива обликот:

E X z-

/X = E 0 X

z- /X - 0.059V /z loga X

z-

Како пример може да послужат електродата на хлор, кислород, а како добар пример за

гасна електрода кај која притисокот на гасот е константен е водородната електрода (Сл.2). Ова е основна електрода, која служи при определување стандардни електродни потенцијали во електрохемискиот низ на елементите. Стандардната водородна електрода е изработена од платинаста платина, на која се доведува сосема чист (молекуларен) водород под притисок од 101.325kРа (1bar ). Водородот се апсорбира на платината. Електродата е потопена во раствор со водородни јони чии активитет изнесува единица. Овие електроди се нарекуваат индикаторски електроди . Водородната електрода може да се прикаже на следниот начин:

E 0 (H + /H 2 ,Pt) = 0(a0 (H + ) =1)

E = 0,00 V



77

Слика 2. Водородна електрода

Електродниот потенцијал се воспоставува на површината на легираната платинска електрода со молекуларен водород и водородните јони од растворот. Електродната реакција кај водородната електрода се прикажува со слeдната равенка:

H2 ←→ 2H+ = 1e-

Од равенката произлегува електродниот потенцијал:

E H + / H 2

= E 0 H + / H 2

+

2

2

log2

059.0

H

H

a

aV

Бидејќи активитетот на гасовитиот водород при константен притисок е постојан,произлегува дека:

E H + / H 2 = E 0 H + / H 2 + log2

059.0 V 2

H a

E H + / H 2

= E 0 H + / H 2

+ H a

V log2

2

059.0

Според дефиницијата E 0 H + / H 2

за водородната електрода е еднаков на нула, па

равенката го добива обликот:

E H + / H 2

= 0.059VlogaH+

бидејќи рН = -logcH +

или pH = -logaH +

E H + / H 2

= - 0.059V pH

Од тука произлегува дека со мерењето на потенцијалот на водородната електрода можеме да определиме рН на електролит или обратно, ако за електролит употребиме пуфер со позната рН вредност, можеме да го пресметаме потенцијалот на таа електрода и споед тоа можеме да ја користиме како стандардна електрода. При работа со водородна електрода мора да се внимава водородот што доаѓа на платинираната платина да биде сосема чист со што би

се оневозможило труењето на платината. Поради тоа и поради тешкотиите за одржувањето на притисокот точно на 102.325 kРа, се употребува само за определување потенцијал на друга електрода, која има точно познат потенцијал кон водородната електрода. Тие електроди ги



78

нарекуваме референтни електроди . Водородната, хинхидоновата, стаклената електрода понекогаш ги викаат индикаторски електроди , бидејќи служат за определување рН на растворот со помош на други електроди, чиј потенцијал зависи од концентрацијата на водородните јони .

Електроди од втор вид . Тоа се електроди од видот реверзибилни метални електроди, кои се во контакт со електролитот, кој е заситен раствор со тешкорастворливи соли на тој метал. Потенцијалот на таквата електрода е определен од активитетот на еден вид јони

што учествуваат во реакцијата, а тој е определен од производот на растворливоста на тешкорастворливата сол.

КАЛОМЕЛОВА ЕЛЕКТРОДА

Тоа е електрода што најчесто се употребува како референтна електрода, бидејќи има точно познат потенцијал. Една од можните изведби на оваа електрода е (Сл. 3).

Слика 3. Референтна електрода

Оваа електрода се состои од две стаклени цевки. Во внатрешната цевка се наоѓа паста од жива, каломел и раствор од КСl, во кој е потопена платинска жица. Пастата со растворот од КСl од надворешната цевка е поврзана со помош на мал отвор на дното на внатрешната цевка. Контакотот со другата електрода со електрохемискиот елемент се постигнува со помош на азбестно платно поставено на дното на надворешната цевка. Шематски оваа електрода можеме да ја претставиме на следниот начин:

KCl(aq) /Hg2Cl2 /Hg

Електричниот двоен слој се создава од Hg и Hg2

2+

јони кои настанале со дисоцијација на растворениот мал дел од Hg2Cl2.

Hg2Cl2 ←→ Hg2

2+ + 2Cl-

Електрохемискиот процес во електродата може да се прикаже со равенката:

2Hg0(l) + 2Cl-(aq) ←

→ Hg2Cl2(S) + 2e-

или со равенката: 2Hg0( ) ←

→ 2Hg22+

(aq) + 2e-

Ако при анодниот процес се создава нешто од живините јони, тие ќе се исталожат како

каломел, а ако од растворите при катодните процеси не се намали концентрацијата, ќе дојде до растворање на присутнот каломел. Во системот постои рамнотежа, која се воспоставува помеѓу цврстиот Hg2Cl2 и неговите јони во растворот. Рамнотежата ќе зависи од производот на





80

Бидејќи во заситен раствор за хинхирон активитетот на хинон е (а хинон) еднаков на нула на активитетот на хидрохинонот (а хидрохинон), затоа електродниот потенцијал на таа електрода зависи само од активитетот на водородните јони.

Е x-x = E 0 x-x + 0,059VlogaH +

на 250С : Е / V = 0,7027 - 0 059 pH

Според тоа, хинхидроновата електрода може да се употреби како референтна електрода, ако е рН точно познат. Во стаклен сад се става електролит (раствор со Н+ јони), во него се става мала количина хинхидрон, бидејќи тој е слабо растворлив. Во истиот сад се потопува платинска електрода, (Сл.3):

Слика 4. Хинхидронова електрода

Со хинхидроновата електрода може да се мери рН до 8, ако рН е поголемо од 8, оваа електрода не може да се применува, бидејќи ќе се наруши реверзибилната оксидо-редукциона рамнотежа, односно оксидација на хидрохинонот. Поради овој недостаток , оваа електрода се применува само за определување на рН во кисела и неутрална средина.

СТАКЛЕНА ЕЛЕКТРОДА

Oсвен водородната и хинхидроновата електрода за мерење рН најчесто се користи стаклена електрода. Се состои од сребрена жица со слој од AgCl (Ag / AgCl) потопена во раствор од хлороводородна киселина со постојан рН . Сето тоа се наоѓа во стаклена цевка која на долниот дел е проширена во форма на топка, (Сл.4). Топчестиот дел е многу тенок и служи

како мембрана со пресек (0,06 – 0,1mm), полупропустлива само за Н

+

јони.

Слика 5. Стаклена електрода



81

Мембранскиот потенцијал е од внатрешната страна на стаклената цевка и е непроменлив, а сето тоа е постигнато со внатрешна електрода Ag/AgCl;HCl. Aко концентрацијата на водородните јони од двете страни на стаклената мембрана е иста, а се разликува само насоката кон разреден раствор, се воспоставува потенцијална разлика. Таа разлика придонесува за понатамошно поминување на други јони, а зависи од концентрацијата на водородните јони од двете страни на мембраната.

Според Нернстовата равенка, електродниот потенцијал ќе се прикаже со изразот:

E = E 0 st + 0,059 Vlog aH+

E 0 st – е стандарден електроден потенцијал за употребеното стакло при аН+=1,

Е = E 0 st + 0,059pH .

При определување рН , стаклената електрода се поврзува со референтна електрода заради мерење на електромоторната сила на елементот, а најчесто се поврзува со каломелова електрода.

Стаклената електрода има предност бидејќи може да работи практично во сите средини, со оксиданси и редуценси, високополимерни соединенија, органски и неоргански супстанции, матни и обоени раствори.

Погодни се за индустриски континуирано мерење на рН од 0-12, со точност 0,01 рН единици. Има и свои мали недостатоци во споредба со другите електроди. Поради големиот отпор на стаклената електрода, не може да се мери рН на обична потенциометриска апаратура, но се користат специјални мерни инструменти – рН метри, на кои се приклучени стаклени комбинирани електроди, (Сл. 6).

Слика 6. Стаклена комбинирана електрода

Стаклената комбинирана електрода е составена од следните елементи: 1-стаклена мембрана; 2 - HCl(aq); 3 – KCl(aq); 4 –сребрена жица составена од Ag/AgCl; 5 – стаклен сад; 6 – паста: Hg,Hg2Cl2,HCl; 7- отвор за заситен KCl(aq).

Стаклената електрода многу е осетлива на нечистотии, се мие со дестилирана вода и се брише. Исто така, осетлива е на механички повреди, па фабрички изработена, стаклената електрода се прекрива со тенок слој од парафин, за да се заштити од механичките повреди.Пред употреба парафинот се отстранува со хлороформ.

Стаклената електрода се изработува од специјално стакло со поголема содржина на алкални метали (Li) или (Na). Стаклото е полисиликат со најчисти компоненти (Na2O; CaO;SiO2).



82

4.7 ГАЛВАНСКИ ЕЛЕМЕНТИ

Процесите што се одвиваат во галванските елементи се состојат од примање и испуштање електрони исто како и процесите што се одвиваат во електродите во еден електролизер во текот на процесот електролиза. Во галванските елементи процесите на оксидација и редукција се случуваат спонтано на електродите, а хемиската енергија во текот на процесите се претвора во електрична енергија. Меѓутоа чести се нереверзибилни процеси.

Името галвански елемент го добил според италијанскиот лекар Луиџи Галвани (LuigiGalvani) (1789 год). Галвани го открил елементот на следниот начин: Обесил бут од жаба на бакарен чингел и ги закачил на железна решетка и забележал дека бутот, кога ќе се допре со другиот крај до железната решетка, почнува да трепери иако е мртов дел. Правилно толкување на оваа појава дал Александар Волтa ( Alessandro Volta) (1794 год.):надразнувањето на нервот на мртвиот бут доаѓа од струјниот удар. Електричнaта струја се создава од двата метала – бакарот и железото, кои се потопени во физиолошки раствор што дејствува како електролит. Според тоа, секој галвански елемент се состои од две електроди.Електродата во галванскиот елемент е метал (шипка, плочка, жица), потопена во раствор што содржи соодветни јони.

Ако електродата се поврзе со спроводник , електроните патуваат низ спроводникот од негативниот пол, кој ги испушта, кон позитивниот пол, кој ги прима. При тоа на негативната електрода од галванскиот елемент се одвива процес на оксидација придружен со ослободување електрони, а на позитивниот пол се одвива процес на редукција придружен со примање електрони. При електролиза на негативната електрода се одвива процес на редукција, а на позитивната процес на оксидација. На негативниот пол на галванскиот елемент настанува оксидација на металот преминувајќи во вид јон или молекула. На позитивниот пол се редуцираат честичките ( јони) од растворот. Електролитот кај галванскиот елемент претставува воден раствор на сол, киселина или база.

Електролитот може да биде: 1. заеднички за двете електроди; 2. различен за секоја електрода, ако двата електролита се во ист сад, а меѓусебе се одвоени со полупропустлива мембрана;

3. ако се наоѓа во два различни сада, кои ќе бидат поврзани со електролитен мост. Како пример за галвански елемент го земаме Даниеловиот елемент. Тој се состои од бакарна жица и цинкова електрода, а како електролит служи бакар(II) сулфат и цинк сулфат.Растворите се поделени со дијафрагма (полупропустлива мембрана) или се поврзани со електролитен мост. Во надворешниот струен круг е вклучен волтметар за еднонасочна струја.Со негова помош може да се утврди дали постои електричен напон помеѓу електродите и го определува поларитетот на електродите. Ако Даниеловиот елемент дава струја, се троши цинковата електрода, која е негативен пол на елементот, (Сл.7.а и б).

Слика 7 а. Даниелов галвански елемент со полупропустлива мембрана.



83

Слика 7 б. Даниелов галвански елемент со електролитен мост.

Со хемиска анализа е утврдено дека се зголемува концентрацијата на цинковите јони во просторот околу цинковата електрода, која се раствара и испраќа јони во раствор, а на нејзината површина ќе се најдат слободни електрони. Спротивно на тоа, околу бакарната електрода ќе се намали концентрацијата на бакарните јони поради нивната постојана редукција до елементарен бакар. Од сево ова може да се заклучи дека на негативниот пол,односно на цинковата електрода настанува процес на оксидација на цинк :

Zn(s) – 2e- Zn2+(aq)

Истовремено на позитивниот пол, односно на бакарната електрода, на која доаѓаат електрони преку надворешен струен круг, се одвива процес на редукција:

Cu2+(aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+(aq)

Збирната равенка за електрохемиските процеси кај овој галвански елемент е следна:

Cu2+

(aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+

(aq)

Наједноставно шематски прикажан Даниеловиот елемент може да се види на овој начин:

+ Zn(s) ZnSO4(aq) CuSO4(aq) Cu(s) +

или поточно: - Zn(s) Zn2+(aq) Cu2+(aq) Cu(s) +

Во текот на прикажувањето, едната црта означува граница помеѓу електродата и електролитот на која се одвива електродниот процес, а двојната црта означува полупропустлива мембрана или електролитен мост. Овој начин на прикажување може да послужи за сите галвански елементи.

Утврдено е дека во овој галвански елемент, кој се состои од цинкова и бакарна електрода, цинкот полесно поминува во јонска состојба одошто бакарот. Тоа значи тој е поелектропозитивен елемент, па затоа како електрода постигнува негативен полнеж.



84

Измерениот напон помеѓу електродите изнесува 1V. Ако се сменат електродите од кои се состои елементот, ќе се забележи дека измерениот напон на галванскиот елемент ќе се измени и дека една иста електрода може да биде позитивен или негативен пол на галванскиот елемент. Ако галванскиот елемент се состои од бакарна и сребрена електрода, бакарот е поелектропозитивен елемент од среброто. Напонот на таквиот елемент изнесува околу 0,46V,а може да се прикаже:

- Cu(s) Cu2+(aq) Ag+(aq) Ag(s) +

Тоа покажува дека бакарот во однос на среброто има помала тенденција за оксидација.Еден Даниелов галвански елемент ќе работи сè додека целосно не се раствори цинковата плоча и сè додека не се потроши целосно концентрацијата на бакарните јони од растворот.Електромоторната сила според Нерст ќе биде следната: Ако се смета дека Е 1 е електроден потенцијал на бакарната електрода, Е 2 – електроден потенцијал на цинковата електрода,концентрацијата на CuSO4, ќе се бележи со с 1, а концентрацијата на ZnSO4 со с 2 , и соодветно активитетите на јоните а1 и а2 :

EMC = E 1 + E 2

E 1 = E 10 +n5,0 logc 1 или E 1 = E 10 +

n5,0 log а1

Е 2 = Е 2 0 +

n

5,0logc 2 или E 2 = E 2

0 +n

5,0log а2

Е MC = E 10 + E 2

0 +n

5,0logc 1 -

n

5,0logc 2

EMC = E 10 + E 2

0 +

n

5,0loga1 -

n

5,0loga2

EMC = E 10 + E 2

0 +n

5,0log1

каде што, log1= 0 , оттука следува: E МС = E 10 + E 2

0

КОНЦЕНТРАЦИОНИ ГАЛВАНСКИ ЕЛЕМЕНТИ

Концентрациони галвански елементи се елементи што се составени од две електроди направени од ист метал и потопени во исти раствори, но со различна

концентрација. Такви примери се:

а) Cu | CuSO4 || CuSO4 | Cu или Cu(s) | Cu2+(aq) || Cu2+ | Cu(s)0,02mol/dm3 0,1mol/dm3

b) Zn | ZnSO4 || ZnSO4 | Zn или Zn(s) | Zn2+(aq)| Zn(s)

0,01mol/dm3 0,1mol/dm3

Постојат два вида концентрациони галвански елементи и тоа: концентрациони галвански елементи со пренос и без пренос.

Концентрационите галвански елементи со пренос (Сл. 8), имаат граница преку која е можен директен транспорт на јоните.



85

Слика 8. Концентрационен галвански елемент.

Шематски може да се претстави на овој начин:

Zn(s) | ZnSO4(aq) | ZnSO4(aq) | Zn(s)Zn(s) | Zn2+(aq) | Zn2+(aq) | Zn(s)

0,1mol/dm3 | 0,01mol/dm3

Ако с 1 > c 2 , цинковата плоча потопена во раствор од ZnSO4 со помала концентрација ќе се раствори и ќе дава јони во растворот. Металните атоми ќе испуштаат електрони, а електроните ќе ја покриваат површината на металната плоча, така што Zn-овата плоча станува негативна и на неа се одвива процесот на оксидација:

Zn0(s) -2e- Zn2+(aq)

Цинковата плоча потопена во раствор од ZnSO4 со поголема концентрација ќе има помал напон на растворање во растворот, па сите Zn2+ јони од растворот на ZnSO4 што се на

површината на цинковата плоча ќе ги примат електроните што доаѓаат по спроводникот од другата електрода. На оваа електрода ќе се одвива процесот на редукција:

+ Zn2+(aq) + 2e- Zn0(s)

Потенцијалната разлика настанува поради различните концентрации на електролитите одделени со полупропустлива мембрана. Во еден момент кога концентрациите ќе се изедначат (с 1 = c 2 ), нема да има потенцијална разлика и во тој момент елементот престанува да работи. Електромоторната сила на овој елемент може да се претстави со Нернстовата равенка за електроден потенцијал:

EMC = E 10 +

n

059,0logc 1 – ( E 2

0 +n

059,0logc 2 )

EMC = E 10 +

n

059,0logc 1 – E 2

0 – n

059,0logc 2

Ако, E 10 = E 2

0 , нормални електродни потенцијали на две електроди направени од ист метал,електромоторната сила ќе биде:

EMC =n

059,0 logc 1 –

n

059,0logc 2

EMC =n

059,0 log

2

1

c

c

Кога: c 1 > c 2



86

EMC =n

059,0 log1

EMC = 0,00V

Кај овие галвански елементи се јавува потенцијална разлика и на допирната површина

меѓу двата електролита и на површината на полупропустливата мембрана. Оваа потенцијална разлика се нарекува дифузионен потенцијал . Тој може да се отстрани, ако овие електролити со c 1 и c 2 се стават во посебни садови и се поврзат со електролитен мост.

ОКСИДО – РЕДУКЦИСКИ ГАЛВАНСКИ ЕЛЕМЕНТИ

Оксидо- редукциски галвански елементи се галвански спреги при кои електродите не се активни во текот на хемиските процеси. Електродната енергија во нив се добива на сметка на оксидацијата и редукцијата на јоните во растворот (електролитот), што значи дека оксидо -редукцијата се одвива само во електролитот, а електродите не учествуваат во хемиската реакција. Овој галвански елемент (Сл. 9) се разликува од Даниеловиот и од концентрациониот

галвански елемент. Релативниот електроден потенцијал што се создава во оксидо-редукциската спрега се нарекува оксидо- редукциски потенцијал , а зависи од концентрацијата и од притисокот на јоните и може да се види силата со која супстанцата тежи да прими или да испушта електрони.

Слика 9. Оксидо-редукциски галвански елемент.

Во садот (1) се става раствор од SnCl2, а во садот (2) се става раствор од FeCl3. Двата сада се поврзани со електролитен мост, а двете електроди потопени во садовите со

електролитите се од платина и се поврзани со спроводници, амперметар и отпорник . Преку спроводникот се врши само транспорт на електроните. Реакцијата помеѓу SnCl2(aq) и FeCl3(aq) може да се претстави со следниве равенки на полуреакциите и равенката на збирната реакција:

(1) Sn2+ + 6Cl- SnCl62- + 2e-

(2) 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+

Збирната реакција: Sn2+ + 6Cl- + 2Fe3+ SnCl62- + 2Fe2+

Полуреакцијата во садот (1) настанува во растворот, при што се ослободуваат

електрони што одат на платинската електрода. Платинската електрода ќе стане негативна,бидејќи прима негативен полнеж и ќе постигне определена големина на електроден потенцијал. Во садот (2) во кој се намалува бројот на електроните и платинската електрода ќе



87

дејствува како позитивна со одредена големина на Е 2 . Ако растворите од садот (1) и (2) се поврзани со електролитен мост, а електродите со електронски спроводници, ќе потече електрична струја, која ќе се забележи од амперметарот и волтметарот. Преку електролитниот мост преку садот (2) хлоридните јони ќе поминат во садот (1), а со тоа ќе се создаде комплексниот јон: SnCl6

2-. Електромоторната сила на оваа спрега се претставува со Нернстовата равенка за електроден потенцијал:

EMC = 4

2

Sn

Sn - E 2

3

Fe

Fe

EMC = E 0 Sn +

2

059,0 log

2

6

62

cSnCl

Cl ccSn - ( E 0

Fe +2

059,0log

22

32

Fec

Fec )

4.8 ХЕМИСКИ ИЗВОРИ НА ЕЛЕКТРИЧНА СТРУЈА

Претворање на хемиската енергија во електрична енергија се врши во повеќе

електрохемиски елементи, кои може да се поделат на: примарни и секундарни извори на електрична струја.

Во примарни извори на електрична струја спаѓаат галванските елементи, кои се делат на:

- Хемиски, во кои спаѓаат Даниеловиот елемент, Лекланшеовиот елемент и Ландеов алкален елемент; - Концентрациони галвански елементи (галвански елементи составени од две електроди од ист метал); - Оксидо-редукциски галвански елементи (горивни ќелии). Во секундарни извори на електрична струја спаѓаат галвански елементи во кои

електродните процеси се повратни. Во нив спаѓаат акумулаторите, кои имаат најголема практична примена. Има повеќе видови акумулатори, меѓу кои со најголема примена и

значење се оловниот кисел акумулатор и Едисоновиот базен акумулатор.При работа примарните галвански елементи, односно при нивно празнење, не може да

се регенерираат, а пак акумулаторите по празнењето лесно може да се полнат со пропуштање на електрична струја во обратен правец.

Лекланшеов елемент. Како пример за примарен галвански елемент може да ни послужи сувиот елемент (Сл.10), кој се употребува како извор на електрична струја кај џебните

батерии, транзисторските приемници, грамофоните, магнетофоните.

Слика 10. Лекланшеов елемент.

Тој се состои од цинкова Zn електрода во облик на цилиндричен сад, кој претставува негативен пол. Во кој се става вреќичка со смеса од манган(IV) оксид, графит и саѓи



88

навлажнети со 26% раствор од амониумхлорид и 9% раствор од цинкхлорид, а вреќичката е желатинирана со скроб. Во средината на деполаризаторската маса има графитна електрода(С), чиј врв е бакарна капа, а служи како позитивен пол на елементот.Електромоторната сила на овој елемент изнесува 1,5V. При работа на сувиот елемент на позитивната графитна електрода би се развивал водород, кој би предизвикал поларизација на електродите и намалување на напонот на елементот. Но, поради присуството на манган(IV)оксид, кој служи како деполаризатор, таа реакција нема да настане, а поедноставните хемиски

реакции што настануваат на електродите може да ги претставиме вака:

На негативниот пол: Zn – ze- → Zn2+

На позитивниот пол: 2H+ + 2MnO2 + 2e- → H2O + Mn2O3

Водородните јони во електролитот се дополнуваат со хидролиза на амониумхлорид (pHна електролитот е 4,7), која може да се прикаже со равенката:

2NH4+ + 2H2O → 2NH4OH + 2H+

Сувиот елемент се произведува во различни форми, а нивната предност е во тоа што се евтини и лесно се пренесуваат.

4.9 АКУМУЛАТОРИ И ГОРИВНИ ЌЕЛИИ

Рековме дека во секундарните извори на електрична струја спаѓаат галванските елементи во кои електродните процеси се повратни. Во овие извори на електрична струја спаѓаат акумулаторите, кои имаат најголема практична примена. При работа овие галвански елементи по нивното празнење многу лесно може да се полнат со пропуштање електрична струја во обратен правец (т.н. полначи).

Оловен кисел акумулатор. Акумулаторите се галвански елементи во кои

електородните процеси се реверзибилни. Теоретски секој реверзибилен галвански елемент може да се користи како акумулатор. Најширока практична, а особено комерцијална примена имаат оловниот кисел акумулатор и Едисоновиот базен акумулатор. Во 1859 година францускиот научник Планте дошол на идеја, појавата на хемиска поларизација практично да

ја примени за добивање траен извор на струја, односно оловен акумулатор.Кога две оловни плочи ќе се потопат во раствор од сулфурна киселина (10%), ќе се

привлечат со слој од олово(II) сулфат. Исто така, е познато дека под такви услови не се создава потенцијална разлика. Меѓутоа, ако низ овој систем се пропушти еднонасочна струја од надворешен извор, на електродите се случуваат овие реакции:

На позитивната електрода: PbSO4 + 2H2O – 2e- → PbO2 + 4H+ + SO42-

На негативната електрода: PbSO4 + 2e- → Pb + SO42-

PbSO4 + 2H2O→ PbO2 + Pb + 2H2SO4

Процесот што е прикажан во текот на реакциите, електричната енергија се претвора во хемиска енергија и се нарекува полнење на акумулаторот. Според овие реакции карактерот на електродите се променил (дошло до хемиска поларизација), позитивната електрода се покрива со слој од олово(IV) оксид, а негативната електрода поминала во олово. Така е добиен извор на струја со напон од 2V, кој е познат како оловен акумулатор. Кога краевите на оловниот акумулатор ќе се поврзат со струен круг, на електродите на акумулаторот се одвиваат наредните реакции:

На позитивниот пол: PbO2 + 4H+ SO42- + 2e- → PbSO4 + H2O

На негативниот пол: Pb + SO42- - 2e- → PbSO4

PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O



89

Како што се гледа од посочените реакции електродите повторно се покриваат со слој од олово(II) сулфат и потенцијалната разлика се намалува. Тој процес, при кој хемиската енергија се претвора во електрична се нарекува празнење на акумулатор. Полнењето и празнењето на акумулаторот може да се прикаже со една реверзибилна равенка на реакцијата:

празнење

PbO2 + Pb + 2H2SO4 →← 2PbSO4 + 2H2O

полнење

Оловниот акумулатор не смее да се испразни под напон од 1,8V, бидејќи тогаш електродите неповратно се сулфатизираат. Испразнетиот акумулатор треба веднаш да се наполни. Кај оловните акумулатори доаѓа до процес на самоиспразнување. Поради тоа акумулаторите треба да се полнат и тогаш кога не се употребуваат. Денес електродите на оловниот акумулатор се изработуваат во облик на решеткасти плочи на олово со малку плочи на антимон. Празнините во решеткастата електрода се исполнуваат со олово(II) оксид и со сулфурна киселина (позитивна електрода) или олово(II) оксид и сулфурна киселина на негативната електрода. Со така приготвените електроди доволно е да се направи едно полнење за да се формира акумулатор на кој електродите ќе имаат голема површина на активен материјал.

На позитивниот пол: Pb3O4 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + PbO2 + 2H2OНа негативниот пол: PbO + H2SO4 → PbSO4 + H2O

Акумулаторите се карактеризираат со својот капацитет, односно количеството електрицитет кој наполнет акумулатор може да го даде при празнење на дозволена граница.Капацитетот на акумулаторот се изразува со количество електрицитет што акумулатор може да го даде по единица маса на акумулатор. За да се зголеми капацитетот на акумулаторот, во акумулаторската кутија се ставаат повеќе плочи на помали растојанија. Сите позитивни плочи се поврзуваат заедно, а исто така и сите негативни плочи. Оловните акумулатори имаат релативно висок напон по ќелија, мал внатрешен отпор, во текот на краток временски период дава струја со голема јачина, а напонот значително не се менува. Поради тоа, многу се

употребуваат како стартер-акумулатор. Како добра страна може да се спомне нивната цена, а како лоша страна - големата масивност за даден капацитет и појавата на самопразнење.

Едисонов базен акумулатор, го пронашол американскиот научник Едисон, што значи дека е понов за 40 години од оловниот акумулатор.

Познат е како Fe-Ni акумулатор, а познат и Cd-Ni (Јунгнеров) акумулатор. Како електролит е раствор на 20% КОН со 50g/dm3 LiOH. Едната електрода на овој акумулатор е направена од хидратизиран никел(II) оксид, односно Ni(OH)2, како позитивна плоча со додаток на метален никел за да се зголеми спроводливоста. Другата електрода е од фино иситнето

железо. При полнење и празнење на акумулаторот се одвиваат следниве равенки на реакциите:

На позитивниот пол: 2NiOOH + 2H2O + 2e-

→ 2Ni(OH)2 + 2OH-

На негативниот пол: Fe + 2OH- - 2e- → Fe(OH)2

Збирната реверзибилнаравенка на реакцијата за овој акумулатор е следната:

2NiOOH + Fe + 2H2O→← 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2

Имајќи предвид дека активната маса кај овој акумулатор е сместена во блоковите на челичната решеткаста плоча, составот може да се прикаже на овој начин:

(+) челик | NiOOH; Ni(OH)2 | KOH(ω = 20%) | Fe(OH)2; Fe | челик(-)

Просечниот напон му е 1,4 V. Предностите се: мала тежина, подолг рок на траењеа, ако стои испразнет не се расипува. Се употребува во бензинските моторни возила, рударските



90

локомотиви и друго. Има помал коефициент на корисни дејства во споредба со оловниот акумулатор.

Горивни ќелии . Интересен вид галвански елементи, кои спаѓаат во секундарните извори на електрична струја, се горивните ќелии. Кај нив збирната реакција е соодветна на процесите на горење (на пример, горењето на водородот во кислород и слично). Ваквите елементи ќе бидат во иднина еден од најважните типови електрохемиски (галвански)

елементи. Горивните ќелии претставуваат апарати што директно ја претвораат хемиската енергија

во електрична. Под горивни ќелии, всушност, се подразбираат водородните горивни ќелии. Водородната горивна ќелија е конструирана од: електролитен слој, кој е во контакт со

порозните анода и катода на двете страни.Во една типична водородна ќелија водородот се доведува во анодата, а кислородот од воздухот, во катодата. Молекулите на водородот лесно се разложуваат на водородни јони и електрони во присуство на платински катализатор, кој е сместен околу електролитниот слој. Разложувањето на кислородот е посложено. Водородните

јони се движат низ електролитот кон катодата, а електроните се движат низ спроводници.Водородните јони реагираат со јоните на кислородот при што се формира вода. На овој начин горивната ќелија генерира еднонасочна електрична струја.

4.10 ЕЛЕКТРОЛИЗА

Ако во еден електролит се потопат две платински или графитни електроди, кои се поврзани со спроводници за извор на еднонасочна струја, ќе се формира електрохемиски систем. Ако низ овој систем тече електрична струја, таа ќе предизвика хемиски промени, кои се забележуваат на електродите. Хемиските промени што настануваат на електродите се викаат електрохемиски процеси или електродни процеси. Процесот што се одвива во електролитот под дејство на електрична струја претставува електролиза. Електролизата претставува оксидо-редукциски или редокс процес, при кој електричната енергија се претвора во хемиска. Електролизата може да се прикаже преку електрохемиски процеси кои

настануваат низ раствори на соли, бази и киселини.

1. На пример: електролиза на раствор од бакар(II) хлорид. Бакар(II) хлоридот во воден раствор дисоцира на следниот начин:

CuCl2 → Cu2+ + 2Cl-

Електродните процеси што се одвиваат за време на електролизата се следните:

(К-): Cu2+ + 2e- = Cu0

(A+): 2Cl- - 2e- = Cl20

При електролизата на бакар(II) хлорид на катодата се одделува бакар, а на анодата хлор. Во овој случај на електролиза, на анодата и катодата се издвојуваат примарни производи на електролизата. Оваа електролиза е наречена примарна електролиза.

2. На пример: електролиза на сулфурна киселина. Сулфурната киселина во воден раствор дисоцира на следниот начин:

H2 SO4 → 2H+ + SO42

HOH →← H+ + OH-

Електродните процеси што се одвиваат при електролизата се следните:

(К-): 2H+ + 2e- → H2 (A+): 4OH- - 4e- → 2H2O + O2

0



91

При електролиза на H2SO4 на, катодата се издвојува водород, а на анодата кислород,бидејќи во растворот се наоѓаат хидроксидните јони, кои настануваат при дисоцијација на водата. Хидроксидните јони имаат поголем афинитет да испуштаат електрони отколку сулфатните јони, па затоа на анодата се издвојува кислород односно настанува секундарен производ. Електролизата претставува примарно- секундарна.

3. На пример: електролиза на натриум хидроксид. NaOH во воден раствор дисоцира на

следниот начин: NaOH→ Na+ + OH-

HOH →← H+ + OH

Електродните процеси што се одвиваат за време на електролизата се на: анодата се издвојува О2, а на катодата Н2.

(К-): 2H+ + 2e- → H20

(A+): 4OH- -4e- → 2H2O + O20

H2 и O2, се секундарни производи , а електролизата е наречена секундарна електролиза. Ако електрична струја тече низ растворите на солите, базите и киселините се добиваат примарни или секундарни производи на електролиза. Процесите на електролиза имаат практичнo значење бидејќи на ваков начин се добиваат: метали, неметали и други продукти.

Електролизата е процес на хемиско разложување на електролитот под влијание на електрична струја, што се манифестира со редукција на супстанциите на катодата и со оксидација на анодата.

ПОЛАРИЗАЦИЈА

Од практиката е познато дека при процесот на електролиза има застој. Причина за тоа е што при процесот на електролиза истовремено се одвиваат и други процеси, кои го

намалуваат ефектот на електролизата. Електричната струја што поминува низ електролитот,електродите и електронските спроводници го совладуваат отпорот што го даваат овие спроводници при што настанува губење на струјата. Можна е промена на електродите и електролитот, а оваа промена како последица дава нова EM С , но со обратен правец од правецот на EM С на електролизата. Оваа новонастаната EM С , како последица на промената на електродите и на нивниот електроден потенцијал, се нарекува поларизација.

За да се објасни поларизацијата, ќе се послужиме со сад за електролиза во кој има раствор од CdCl2, (Сл.11). Во овој раствор се потопени две платински електроди, кои се поврзани со спроводници за половите на изворот на еднонасочна струја. Се добива струјно коло, во кое се поврзуваат мерни инструменти (амперметар и волтметар). CdCl2 во вода дисоцира на двовалентни кадмиумови катјони (Cd2+) и хлоридни анјони (Cl-) според равенката:

CdCl2 →← Cd

2+

+ 2Cl-

Слика 11. Струјно коло со електролит - раствор од CdCl2 (пред поларизација).



92

Кога низ струјно коло ќе пропушти електрична струја, јоните ќе се движат кон електродите, така што Cd2+ јони ќе одат кон катодата, а Cl- јони кон анодата. Според реакцијата на електролиза, на катодата ќе се таложи кадмиумот како неутрален атом, а на анодата ќе се издвојува Cl2 како гас:

(K-): Cd2+ + 2e- → Cd0

(A+): 2Cl- - 2e- → Cl20

Електродните процеси при електролиза ќе се одвиваат на сметка на електричната струја што се доведува од надворешен извор. За време на електролизата настанува промена на електродите. Платинската електрода-катода станала кадмиумова електрода, а анодата на која се издвојува хлорот, станала хлоридна електрода. Во тој момент и EM С на изворот на еднонасочна струја ќе се изедначи со новонастанатата EM С . Низ струјното коло нема да тече електрична струја и ќе има застој на електролизата, сè додека поларизациониот напон е еднаков со напонот на надворешниот извор. Ако се прекине со електролизата и се исклучи изворот на електрична струја, на амперметарот ќе се забележи дека тече електрична струја низ електролитот, но со спротивен правец од текот на струјата при електролизата. Значи, при електролиза струјата тече од катодата кон анодата, а при поларизација обратно. Промената на правецот на електричната струја е поради електродните процеси што настануваат на електродите. При работа на новонастанатиот галвански елемент, кадмиумовата електрода се оксидира, а хлоридната се редуцира:

(K-): Cd0 – 2e- → Cd2+

(A+): Cl20 + 2e- → 2Cl-

Според тоа, за електродите се вели дека се поларизирани , а поларизацијата се нарекува галванска поларизација, (Сл.12). Ако се внесе вишок напон од надворешен извор,тој ќе предизвика да остане трајна електролиза. За време на електролизата може да се појави и друг вид поларизација, која се вика концентрациона поларизација. Таа настанува како

резултат на различната концентрација на електролитот околу електродите и во внатрешноста.Концентрационата поларизација се јавува најчесто ако електролитот за време на електролизата не се меша. За отстранување на овој вид поларизација, електролитот за време на електролизата треба да се меша. Поларизација се појавува и кај галванските елементи,што е причина да даваат електрична струја за многу кратко време.

Слика 12. Галванска поларизација.



93

ДЕПОЛАРИЗАЦИЈА

Поларизацијата може да се спречи со супстанци што реагираат со продуктите на електролизата. Овие супстанци, кои ја спречуваат поларизацијата, се нарекуваат деполаризатори , а појавата деполаризација. Постојат анодни и катодни деполаризатори.Катодните деполаризатори се оксиданси, а таков е примерот со HNO3 и нејзини соли. Солите на HNO3 најчесто го оксидираат водородот, кој е продукт и се издвојува на катодата, а самите

се редуцираат до NH4+ јони. На пример:

NO3- + 5H2

0 → NH4+ + 3H2O

При електролиза на солите на Ni, Co, Cd, Zn, не се пожелни нитрати како деполаризатори. Во овие случаи се користат Na2SO3, HCOONa.

Анодните деполаризатори се супстанци со редукциони особини, а најчесто како анодни деполаризатори се користат: хидроксил амин (NH2-OH) и хидразин (NH2-NH2).

НАДНАПОН (ПРЕНАПОН)

При процесот на електролиза, не само што настанува разложување на електролитот туку се одвиваат и други процеси. Тие процеси се: движењето на јоните кон електродата,нивна дехидратација, разелектризирање и друго. Овие процеси може да го забават разложувањето на електролитот. Затоа, најдено е дека експерименталниот напон на разложување е поголем од напонот што е теоретски пресметан. При тоа: Е р – експериментално > Е р – теоретски. Најдено е дека за разложување на водата се потребни 1,7V, а пресметаниот напон изнесува 1,2V. Вишокот на напон што се троши експериментално се вика наднапон . Наднапонот претставува поларизационен напон. Тој може да се јави на анодата и на катодата, односно,

E P = E A – E K

или E P = ( E A + nA ) - ( E K – nK )

Наднапонот зависи од:

1. природата и физичката состојба на површината на електродите; 2. природата и концентрацијата на електролитот; 3. густината на електричната струја; 4. рапавоста и чистотата на електродите.

При електролиза на H2SO4, се користат Pt–електроди, бидејќи Е Р би бил помал отколку кога би се користеле една платинска и една бакарна електрода. При определување на металите, обично наднапонот е мал, а за гасовите, особено за H2 и O2 е голем. Појавата наднапон е особено значајна за електрохемиските методи што се темелат на електролиза, а

тоа се: електрогравиметрија, кулометрија, поларографија. Најголема вредност на наднапонот имаат H2 и O2. Практично, најголемо значење во применета електрохемија има водородот.Разликата на рамнотежниот потенцијал потребен за издвојување водород се нарекува преднапон или наднапон на водородот. Металите со висок нормален потенцијал како што се Fe и Zn не би можеле да се издвојат на катодата, бидејќи пред нив би се издвоил водород. Со регулирање на јачината на струјата може да се зголеми наднапонот на водородот до таа вредност (мера) за да се издвои заедно со металите, а не порано.

Поларографија е значаен аналитички метод, кој служи за анализа на голем број супстанци, електролити, неелектролити, органски и неоргански супстанци. Методот се темели врз мерење на односот струја-напон на живина електрода, која постојано се обновува. Во основа, работата на оваа електрода е резултат на појавата на концентрациона поларизација и

гранична струја или струја на заситеност.



94

4.11 ЕЛЕКТРОХЕМСКА КОРОЗИЈА И ЗАШТИТА

Под поимот корозија се подразбира пропаѓање на материјалите под дејство на надворешни фактори (влијанија): влажен воздух, водородни јони, редокс супстанци и друго.Најпознатите примери на корозија на металите се сретнува во нашето секојдневие. Корозијата ги претвора металите во безвредни продукти, при што има големи материјални штети. Метал што најчесто корозира е железото, особено челикот. Корозивните процеси се спонтани и многу

бавни и условуваат промени на физичките и хемиските својства на материјата. Благодарение на бавните процеси, корозијата може да се забави или да се оневозможи. Механизмот на корозија на металите, теоретски може да се објасни врз основа на две постапки: хемиска и електрохемиска. А, врз основа на овие постапки, постојат две теории за објаснување на корозијата:

1) Хемиска теорија за корозија на металите - ги објаснува корозивните процеси што настануваат под дејство на гасовите (гасна корозија) и корозија во неелектролитни раствори;

2) Електрохемиска теорија за корозија на металите - ја толкува корозијата во течности - електролити, атмосферска корозија (влага) и подземна корозија.

Во 9-ти век научникот Аугуст де ла Риве (Auguste de la Rive) дошол до сознание дека металите лесно кородираат во присуство на електролитите, а причина за тоа е јонската измена. Тој го утврдил ова при реакцијата на цинк и сулфурна киселина:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Цинкот е метал што се раствора во сулфурна киселина. Но, брзината на неговото растворање е обратно пропорционална од неговата чистота. Во почетокот растворањето на цинковата плоча е бавно, а по извесно време растворањето станува побрзо. Оваа појава Де ла Риве ја објаснува со работата на галванските спреги, кои се создаваат при растворање на цинкот во сулфурна киселина.

(2H+|H2 || Zn2+|Zn)

Според дадениот пример, галванската спрега (елемент) има водородна катода и цинкова анода. Бидејќи водородот е гас, самиот не формира електрода, потребна е помошна електрода (посредна), а таа посредна електрода е секоја нечистотија на цинковата плоча.Колку е понечист цинкот толку повеќе галвански спреги се создаваат, кои ја зголемуваат брзината на растворањето на цинковата плоча. Нечистотиите се на површината на цинковата плоча и во внатрешноста на металот. Нечистотиите од внатрешноста на металот одат кон површината и го зголемуваат бројот на галванските спреги, кои имаат различна електромоторна сила, па затоа на површината на металот растворањето на различни места е различно. Формирањето на галванските спреги имаат локален карактер и се наречени локални микроспреги, кои условуваат посилно или послабо корозирање. Појавата на целосна корозија на металната плоча е резултат на големата густина на локалните микроспреги и металот е

целосно покриен со корозивен слој. Исто така постои корозија поради контакт на различни метали, која може да се објасни

преку Даниеловиот елемент. Корозијата може да се спречи или забави и тоа: - Да се спречи формирање галвански спреги на површината на металот, ако на

површината на металот што корозира се нанесе чист метал, без туѓи честички и се создаваат еквипотенцијални легури;

- Да се спречи работата на галванските спреги, ако на површината на металот се нанесува слој што ја спречува работата на галванските спреги со што ќе се оневозможи допир и оксидација со кислородот.

Супстанците што ја спречуваат корозијата се викаат инхибитори – супстанци способни интензивно да ја намалат брзината на корозијата. Инхибиторите се ставаат на металната

површина во определено количество. Тие може да се класифицираат на: неоргански и органски инхибитори, лесно топливи и нерастопливи, алкални неутрални и други. Најчесто се применува премачкување со мрсна боја или разни лакови.



95

ГАЛВАНИЗАЦИЈА

За да може металните површини да се одржат чисти и заштитени од корозија, постојат методи со кои се постигнува тоа со нанесување превлаки на металот. Превлаките се делат на метални и неметални, а може да се нанесат со потопување на предметите во стопен метал или галванска када. Галванотехниката опфаќа две значајни гранки на техничката електрохемија, кои се темелат врз процесот на електролиза. Тоа се:

1. Галваностегија; 2. Галванопластика.

Галваностегија е постапка на електролитичко покривање на металот со заштитен слој од благороден метал или легура. Основен принцип на галваностегија е површините што треба да се покријат со метален сјај да се остават во погодни електролитички кади, кои служат како катоди, а анодите може да бидат растворливи или нерастворливи. Металната заштитна површина што се наталожува под определен катоден напон треба да ги исполнува следниве услови:

- да е хомогена и мазна; - да е тенка; - да е постојана и добро припиена за основниот метал.

Пред галванско прекривање, металната површина треба да биде добро исчистена од масти, нечистотии и од оксиди. Само бескрајно чисти површини ја примаат рамномерно електролитичката прекривка. Затоа се врши претходна подготовка на металните површини.Операциите и процесите со кои најчесто се постигнува оваа подготовка се: механичка обработка, нагризување и одмастување. ( За ова поопширно во вториот дел од книгата, од изборна физичка хемија)..



96


1. Што изучува електрохемија и кои електрохемиски методи ги користи? 2. Кои спроводници се одпрв ред, а кои од втор ред? 3. Објасни ги електролитите и електролитната дисоцијација! 4.Со која равенка се изразуваат својствата електрична и моларна сптоводливост? 5. Кои електролити се слаби, а кои силни електролити?

6. Што претставува електрохемиски елемент? 7. Направи разлика помеѓу:

а) електрохемиски елемент од полуелемент; б) електролиза од галвански елемент.

8. Напиши ја равенката на полнење и празнење на оловниот кисел акумулатор. 9. Претстави го шематси Даниеловиот галвански елемент. 10. Претстави ги хемиските равенки на реакциите на полуелементите кај Лекланшов сув елемент! 11. Кои продукти се добиваат при електролиза на катода и анода на воден раствор од CuCl2?12. Кои се примарни, а кои секундарни извори на електрична струја? 13. Каде се користат горивните ќелии? 14. Како резултат на што се создава електрохемиската корозија?15. Колку изнесува кондуктивноста на раствор од калиум хлорид, ако електричниот отпор R =20 Ω? 16. Колку изнесува рОН на раствор од сулфурна киселина ко концентрација с = 10 - 3 mol/dm3 ?



97

1. ОПТИЧКИ МЕТОДИ

Не è образован оној што чита книги , туку оној што знае што чита

Романска народна поговорка

Основни цели на тема Оптички методи:

- Опишување основни видови оптички методи: микроскопија, полариметрија,рефрактометрија, колориметрија и спектрофотометрија ;

- Познавање елементи на оптичка геометрија; - Објаснување на значењето на поимите боја и комплементарни бои; - Воспоставува врска меѓу бранова должина на светлината со боја и комплементарна

боја; - Набројување на основните делови на апаратите за соодветни методи (оптички

микроскоп, полариметар, рефрактометар и колриметар); - Истакнува предности и недостатоци на конкректна оптичка метода; - Наведува примери за практична примена на секоја од методите. Оптичките методи за анализа претставуваат инструментални методи, кои се базираат

на мерењето физички својства на материите со цел определување на квалитативниот и квантитативниот состав на примерокот што се анализира.

ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАТОЦИ НА ОПТИЧКИТЕ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ

Инструменталните методи претставуваат дел од современата наука на кои се базира нејзиниот брз и непрекинат развој.

Примената на оптичките методи за анализа се врши поради низата предности со кои се карактеризираат:

- Заштеда на време; - Анализирање мали количества примерок (семимикроскала 500 - 1000 mg и микроскала 5 - 500 mg примерок за анализа);

- Поголема прецизност и точност; - Се избегнува хемиско разложување на материјата што се анализира.

Сепак , оптичките методи се карактеризираат и со недостатоци: - Висока цена на инструментите за анализа;- Специфични начини за ракување со инструментите (осетливост на поедини делови и

сл.).

1.1 ОСНОВНИ ЕЛЕМЕНТИ НА ОПТИЧКАТА ГЕОМЕТРИЈА

Оптички инструменти се сите прости или сложени уреди чиј принцип на конструкција и работа главно е заснован на светлинските закони на геометриската оптика.

При конструкција на оптичките инструменти се користат: огледала, леќи, призми,планпаралелни плочи и други оптички елементи.

Светлинските појави се резултат на интеракција на светлината со составните оптички елементи на инструментот.

Најпознати светлински појави се: рефракцијата, поларизацијата, рефлексијата,дисперзијата, интерференцијата и дифракцијата.

Светслинските појави се дефинирани со закони односно приципи, а науката која се занимава со проучување на светлината, светлинските појави и нивните законитости, како и оптичките инструменти се нарекува оптика.

Физичката оптика е дел од науката оптика која се занимава со проучување на брановата природа на светлината, а геометриската оптика се занимава со проучување на



98

светлинските појави настанати при интеракција на светлината со огледалата, леќите,планпаралелните плочи, оптичките призми и останатите оптички елементи.

Брзината на светлината (с ) во вакуум изнесува 300 000 km/s.

1. Рефракција на светлината Прекршувањето ( рефракција ) на светлината (Сл. 1) всушност претставува

прекршување на светлината при минување низ средини со различна оптичка густина.

Слика 1. Рефракција на светлината.

2. Рефлексија на светлината

Рефлексијата на светлината (Сл. 2) претставува потполно одбивање на светлината од оптички погуста кон оптички поретка средина.

Слика 2. Рефлексија на светлината.

3. Дисперзија на светлината Дисперзија на светлината е зависноста на индексот на рефракција од нејзината

бранова должина. Дисперзијата на белата светлина всушност претставува разложување на светлината на нејзините основни бои (црвена, жолта и сина) и боите добиени со мешање на основните бои (според редоследот: црвена, портокалова, жолта, светло зелена, темно зелена,светло сина и темно сина) поради минувањето низ оптичка призма (Сл. 3).



99

Слика 3. Дисперзија на светлината низ права правилна триаголна призма (оптичка призма).

4. Поларизација на светлината

Поларизацијата на светлината (Сл. 4) претставува селективно пропуштање само на оној спектар од светлината чии што електромагнетни бранови осцилираат паралелно на оптичката оска на кристалот кој што има улога на поларизатор (минералот турмалин) (Сл. 4).

Слика 4. Поларизација на светлината. Минералот турмалин.

5. Интерференција на светлината

Интереференцијата претставува светлинска појава која ја карактеризира брановата природа на светлината. Имено појавата интерференција настанува кога два или повеќе кохерентни светлински бранови (со еднаква фреквенција и бранова должина) ќе се доведат на исто место во просторот при што нивните максимуми се совпаѓаат во чекор (конструктивна интерференција) или расчекор (деструктивна интерференција) (Сл. 5).

Слика 5. Конструктивна и деструктивна интерференција.



100

6. Дифракција на светлина Скршнувањето на светлинските бранови од праволиниското простирање при минување

на светлината низ мали отвори со дијаметар приближно еднаков на нејзината брановата должина или при заобиколување на некои препреки се нарекува дифракција на светлината. При дифракција на светлината се формираат два светлински снопа (спектри)кои се разделени со сенка (неосветлен дел) (Сл. 6).

Слика 6. Дифракција на светлината.

Како теоретски средства за објаснување и проучување на светлинските појави се применуваат основните елементи на оптичка геометрија.

Како основни елементи на оптичката геометрија кои се карактеристични за рамните огледала, сферните огледалата и оптичките леќи:

- Аглите на влез и излез на светлинскиот зрак при рефлексија - α и β;- Оптички центар - О; - Теме - Т ;- Оптичката оска - ОТ ;- Фокусното растојание - f (FT) ;- Растојанието на предметот од темето - p;- Растојанието на ликот на предметот од темето - l .

Елементите на оптичката геометрија всушност претставуваат теоретски сегменти од деловите кои ја сочинуваат градбата на оптичките инструменти со цел да ја објаснат нивната

работа и која се базира на светлинските појави.

РАМНИ ОГЛЕДАЛА

Рамното огледало преставува мазна огледална површина (Сл. 7) кај која, при рефлексија, вредноста на аголот на влезниот светлински зрак е еднаква со вредноста на аголот на излезниот светлински зрак , според равенството:

α = β

α - агол на влезната светлина (ѕ)

β - агол на излезната светлина (ѕ1)



101

Слика 7. Рефлексија на светлински зракци при интеракција со рамно огледало.

Ликот на предметот што се формира во рамното огледало (Сл. 8) се наоѓа на исто растојание од другата страна на огледалото е нереален, исправен и има еднаква должина како предметот. Левата страна на предметот претставува десна страна на ликот.

Слика 8. Формирање лик во рамно огледало. А - предмет, А, - лик .

СФЕРНИ ОГЛЕДАЛА

Огледалото кое што е дел од површината на една сфера, се нарекува сферно огледало.

Постојат два типа на сферни огледала:

- Конкавно сферно огледало, кога сферната површина е вдлабната и - Конвексно сферно огледало, кога сферната површина е испакната.

Елементите на оптичка геометрија од кои се состои сферното огледало (Сл. 9) се:оптичката оска ОТ која претставува права линија и која минува низ оптичкиот центар О и темето Т , радиусот (R ) на сферата од која произлегува огледалото и фокусното растојание F Т (растојание од фокусот до темето на сферното огледало) кое вушност претставува половина од должината на радиусот на сферата, според равенката:

f = R / 2

f = F Т - фокусно растојание.



102

Слика 9. Сферно огледало со основните елементи на оптичката геометрија.

Според законот за рефлексија на светлината, влезниот агол е еднаков на излезниот агол на светлинските зраци при одбивање на светлината од конкавното сферното огледало.Светлинските зраци кои се паралелни со оптичката оска, по нивната рефлексија, минуваат низ фокусот, додека пак зраците кои излегуваат од фокусот, по нивната рефлексија, се движат паралелно на оптичката оска (Сл. 9). Овие светлински зраци вклучително со зраците кои минуваат низ оптичкиот центар (кои се рефлектираат задржувајќки го правецот, но менувајќи

ја насоката на простирање) претставуваат карактеристични зраци при формирањето на лик во конкавното сферното огледало (Сл .9).

Ликот добиен од предметот (кога тој се наоѓа на растојание поголемо од фокусното) во конкавното сферно огледало е реален, намален и превртен (Сл. 10).

Слика 10. Добивање лик А1В1 од предмет АВ во сферно огледало во случај кога растојанието на ликот во однос на оптичкиот центар е поголемо од фокусното растојание.

Во случај кога предметот е на еднакво растојание со фокусот во однос на оптичкиот центар, не се добива лик .

Ликот што се добива кога предметот е поставен меѓу фокусот и оптичкиот центар е зголемен, исправен и нереален.

При интеракција на паралелни светлински зраци со конвексно сферно огледало, по нивната рефлексија, тие се растураат на начин што нивните имагинарни продолженија го сечат фокусот (Сл. 11).

Слика 11. Интеракција на светлински зраци со конвексно сферно огледало.



103

Паралелните светлински зраци и зраците што минуваат низ оптичкиот центар и зраците што се движат кон огледалото и имагинарно го сечат оптичкиот центар (кои се рефлектираат задржувајќи го правецот, а менувајќи ја насоката на простирање) претставуваат карактеристични зраци при формирање на лик во конвексното сферно огледало.

Ликот што се добива во конвексното сферно огледало е намален, исправен и нереален кога предметот е поставен на исто растојание како фокусното во однос на оптичкиот центар (Сл. 12).

Слика 12. Добивање лик А1В1 од предметот АВ во конвексно сферно огледало во случај кога предметот е на растојание во со еднаква должина на фокусното растојание во однос на оптичкиот центар.

Основните елементи на оптичката геометрија: фокусното растојание (f ), растојанието од предметот до темето ( р) и растојанието на ликот до темето (l ) се поврзани со релацијата:

111

p f

ОПТИЧКИ ЛЕЌИ

Оптичките леќи претставуваат провидни тела, заградени со две мазни сферни површини или една сферна и една рамна површина.

Леќите кои се подебели на средината се нарекуваат собирни леќи , а додека леќите кои што се подебели на краевите се нарекуваат растурни леќи .

При рефракција на паралелните (во однос на оптичката оска) светлински зраци низ собирните леќи, тие се собираат, притоа минуваат низ фокусот (Сл. 13).

Слика 13. Рефракција на паралелните светлински зраци низ собирна оптичка леќа.



104

Карактеристичните светлински зраци за формирање на лик од предмет кај собирната леќа се идентични на карактеристичните зраци за формирање лик кај конвексното сферно огледало.

Кога предметот е поставен на растојание поголемо од двојното фокусно растојание (2F )во однос на оптичкиот центар, ликот добиен со собирната оптичка леќа е превртен, намален и реален (Сл. 14 а).

Кога предметот е поставен на растојание еднакво од двојното фокусно растојание (2F )во однос на оптичкиот центар, ликот добиен со собирната оптичка леќа е превртен, еднаков со големината на предметот и реален (Сл. 14 б)

Кога предметот е поставен на растојание помало од двојното фокусно растојание (2F )во однос на оптичкиот центар, ликот добиен со собирната оптичка леќа е превртен, зголемен и реален (Сл. 14 в).

Кога предметот е поставен на растојание еднакво на фокусното растојание во однос на оптичкиот центар не се добива лик (Сл. 14 г).

Кога предметот е поставен на растојание помало фокусното растојание од другата страна на леќата во однос на оптичкиот центар, ликот добиен со собирната оптичка леќа е исправен, зголемен и нереален (Сл. 14 д).

Слика 14. Конструкции на ликови добиени од предмети со собирни оптички леќи.

При рефракција на паралелните (во однос на оптичката оска) светлински зраци со растурната оптичка леќа, тие се растураат, а нивните имагинарни продолженија минуваат низа фокусот (Сл. 15).



105

Слика 15. Рефракција на паралелните светлински зраци низ растурна оптичка леќа.

Карактеристичните светлински зраци за формирање на лик од предмет кај растурната леќа се идентични на карактеристичните зраци за формирање лик кај конкавното сферно огледало.

Кога предметот е поставен на растојание поголемо од фокусното растојание во однос на оптичкиот центар, ликот добиен со растурната оптичка леќа е исправен, намален и нереален (Сл. 16).

Слика 16. Конструкции на ликови добиени од предмети со растурни оптички леќи.

Во пракса кај оптичките леќи највеќе се користи физичката величина јачина на оптичката леќа која што претставува реципрочна вредност од фокусното растојание, а се изразува со релацијата:

Ј = f - 1

Мерна единица за оваа физичка величина се нарекува диоптер (1 D).

Оптичките призми, поларизаторите, дифракционите решетки, рамните огледала,

сферните огледала, оптичките леќи и другите оптички конструкциони сегменти имаат голема примена при конструкција на оптичките инструменти кои се применуваат во оптичките методи за анализа кои што всушност претставуваат предмет на проучување на физичката хемија и пошироко.

1.2 КОМПЛЕМЕНТАРНИ БОИ

ЕЛЕКТРОМАГНЕТЕН СПЕКТАР

Електромагнетниот спектар опфаќа огромен интервал на бранови должини (енергии). Зрачењето на одредена бранова должина е физички одделено од зрачењата на

другите соседни бранови должини (Сл. 17).



106

Слика 17. Електромагнетен спектар.

Супстанците кои што апсорбираат електромагнетни бранови од спектарот на белата светлина се карактеризираат со појавата боја. Бојата претставува визуелен феномен кој се

јавува како последица на селективна апсорпција на некои фреквенции од влезна светлина од страна на обоениот материјал.

Бојата на супстанците (која е видлива за човековото око) всушност е спектар од оние електромагнетни бранови што не се апсорбирале односно трансмитирале. Оваа боја уште се нарекува и комплементарна боја (Таб. 1 и Сл. 18).

Табела 1. Боја на светлината што се апсорбира и нејзината комплементарна боја

Интервал на брановите должини на компонентите на белата светлина (nm):

Боја на светлината што се апсорбира:

Комплементарна боја:

400 - 435 виолетова жолто - зелена

435 - 480 сина жолта

480 - 490 сино - зелена портокалова

490 - 500 зелено - сина црвена

500 - 560 зелена пурпурна

560 - 580 жолто - зелена виолетова

580 - 595 жолта сина

595 - 650 портокалова сино - зелена

650 - 750 црвена зелено - сина



107

Слика 18. Комплементарни бои на боите на светлината што се апсорбира.

1.3 ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ

НЕСПЕКТРОСКОПСКИ МЕТОДИ - МИКРОСКОП, ПОЛАРИМЕТАР И РЕФРАКТОМЕТАР

Во групата на оптичките неспектроскопски методи за анализа припаѓаат микроскопија,полариметријата, рефрактометријата, турбидиметријата и нефелометријата.Најчесто применувани инструментални неспектроскопски методи се полариметријата и рефрактометријата.

МИКРОСКОП - ОСНОВНИ ПОИМИ И ПРИНЦИП НА РАБОТА

Предметите со мали димензии се невидливи за човековото око. Тие можe да се видат само со инструменти наменети за тoа.

Инструментот што се применува за набљудување на предметите со мали димензии се нарекува микроскоп . Всушност, тој го зголемува ликот на предметот до димензии јасно видливи за човековото око.

Ликот на предметот може да се набљудува директно или да се врши негово снимање или сликање, а потоа да се проучува.

Според принципот на работа, микроскопите се поделени на: - Оптички микроскопи;- Електронски микроскопи;- Атомски микроскопи;- Рендгенски микроскопи;- Флуоросцентни микроскопи;

Оптичкиот микроскоп (Сл. 19) е најстар и наједноставен тип микроскоп.Оптичкиот микроскоп е составен од механички и оптички делови: Механички делови се: подножје, статив, микроскопско тело, столче и револвер со

објективи. Оптички делови се: систем за осветлување, кондензатор, објектив, окулар и тубус.Принципот на работа на еден едноставен оптички микроскоп е следниот: На краиштата на тубусот, кој претставува метална цевка, се поставени собирни леќи.

Леќата што е поставена во долниот дел од тубусот се нарекува објектив бидејќи е свртена кон објектот. Леќата поставена на горниот дел од тубусот, преку која се врши набљудувањето се нарекува окулар.

Објективот има мало фокусно растојание, но голема оптичка јачина. Со помош на винт,тубусот може да се крева и симнува.

Предметот што се набљудува се поставува врз стаклена плоча - предметно стакло, која е сместена под објективот на отворот на столчето. Со огледалото што се наоѓа под столчето

светлината се насочува врз предметот.Со помош на објективот од предметот се добива реален, превртен и зголемен лик , а окуларот, кој служи како лупа, дава зголемен и имагинарен лик .



108

Оптичкиот микроскоп се применува за набљудување предмети со димензии поголеми од 100 nm.

Слика 19. Оптички микроскопи.

ПОЛАРИМЕТРИЈА

Полариметриските методи во аналитичката хемија се базираат на свртувањето на рамнината на поларизираната светлина во зависност од составот на супстанцијата што се анализира. Тие супстанции се нарекуваат оптички активни супстанции.

Свртувањето на рамнината на поларизираната светлина зависи од брановата должина на светлината, оптичката активност на супстанцијата, концентрацијата и од дебелината на слојот низ кој минува светлината.

Мерењето на аголот на свртувањето на светлината може да послужи за квантитативна анализа на оптички активните супстанции. Полариметриската анализа се изведува со оптичкиот инструмент полариметар (Сл. 22).

За практични цели, поларизираната светлина се добива со рефлексија од површината на стаклена плоча или со употреба на оптички призми изработени од материјал што покажува појава на двојно прекршување.

Поларизационите апарати работат речиси секогаш со оптички призми. Најчесто е

користена т.н. Николова призма (Сл. 20). Таа е направена од кристал на минералот калцит (СаСl2). Калцитот се преселува на определен начин, а потоа се залепува со т.н. канадски балсам , чиј индекс на рефракција е 1,54. Николовата призма служи како направа за поларизација на природната светлина. Призмата може да служи и како анализатор за утврдување на степенот на поларизацијата. Според тоа, полариметрите содржат две Николови призми од кои првата претставува поларизатор, а втората анализатор.

Анализаторот е подвижен и служи за мерење на аголот на свртување на рамнината на поларизираната светлина.

Слика 20. Николова призма (О - ординарен зрак , Ое - екстра ординарен зрак )



109

ПРИНЦИП НА РАБОТА НА ПОЛАРИМЕТАРОТ

Наједноставна конструкција има полариметарот составен од две Николови призми (поларизатор и анализатор), кондензатор за добивање паралелен светлински сноп и дурбин.

Анализираната супстанција се сместува меѓу поларизаторот и анализаторот во стаклена полариметриска цевка, која е затворена од двете страни со стаклени плочки. Поларизаторот е фиксиран, а анализаторот подвижен.

Пред да се почне со мерење, апаратот се поставува во нулта состојба (видното поле на инструментот има минимално осветлување).

Со поставување на супстанцијата што треба да се анализира се врши зголемување на осветлувањето во видното поле на инструментот.

Аголот на свртување на поларизираната светлина се определува со движење (вртење)на анализаторот сè додека во видното поле се постигне минимум осветлување. Аголот прочитан на скалата од апаратот го претставува свртувањето на испитуваната супстанција.

Светлината во апаратот минува преку кондензаторската леќа, поларизаторот,примерокот за анализа, анализаторот и пристигнува во видното поле на дурбинот (Сл. 21).

Недостатокот на овој едноставен полариметар се случајните грешки бидејќи човековото око не може со сигурност да го определи минималното осветлување во видното поле.

Слика 21. Составни делови на полариметарот: кондензатор - К, поларизатор - Р, цевка за анализиран примерок - Н, анализатор - А и дурбин - D.

Видно поле на полариметарот.

ПОСТАПКА ЗА АНАЛИЗА СО ПОЛАРИМЕТАР

Овој инструмент најголема примена наоѓа во индустријата за шеќер, односно за определување на количеството на сахарозата во суровиот шеќер или шеќерните раствори.

Полариметарот за определување на сахарозата се нарекува сахарометар. Скалата на сахарометарот е калибрирана директно во проценти на сахароза.

Калибрирањето се врши на следниот начин: На аналитичка вага се мери одредена маса од чиста сахароза, се раствораа во

дестилирана вода

и

растворот

се

дополнува

до

марката

100 cm

3

,а

потоа

се

термостатира

на

20 оС. На овој раствор му се определува аголот на свртување - а1. Потоа се мери истата маса од нечиста сахароза, се раствораат во дестилирана вода и растворот се дополнува до марката 100 cm3, а потоа се термостатира на 20 оС. Повторно и на овој раствор му се определува аголот на свртување - а2 . Во сите случаи а1 > а2 . Според тоа што меѓу аглите на свртувањето на поларизираната светлина и концентрацијата на сахарозата во растворот постои пропорционална зависност, може да се пресмета процентното количество на сахароза ( р ) во анализираниот примерок .

Се пресметува според изразот:

а1 : а2 = а : ар /100 , односно р = (100/ а1 ) · а2

а1 - агол на свртување на поларизираната светлина на стандардниот раствор а2 - агол на свртување на поларизираната светлина на анализираниот раствор р - процентно количество сахароза



110

Слика 22. Полариметар

РЕФРАКТОМЕТРИЈА

Рефрактометрискиот метод се применува за определување на индексот на прекршување (рефракција). Индексот на рефракција претставува физичко својство на супстанциите, кое се употребува при аналитичките определувања на голем број супстанци

како што се: маслата и мастите, шеќерот, алкохолот и белковините во крвта, а се употребува и за идентификација на некои органски супстанци. Индексот на рефракција може да се определи со голема точност, па затоа служи како

карактеристична физичка константа на супстанциите. Квалитативната идентификација на супстанциите, врз основа на определената

рефракција, се врши исто како при определувањето на температурата на топење или вриење. Индексот на рефракција линеарно се менува со промената на концентрацијата на

растворот, па затоа се користи и во квантитативната анализа, при определувањето на концентрацијата на разредените раствори.

Индексот на рефракција претставува однос меѓу брзината на движењето на светлината низ вакуум (с 1) и низ примерокот за анализа.

Брзината на движењето на светлината во вакуум е поголема во однос на брзината на светлината низ примерокот за анализа, па поради тоа доаѓа до нејзина рефракција (поради преминот од една средина во друга).

Индексот на рефракција на светлината може да се дефинира и како однос на синусите на аглите образувани од влезниот и прекршениот светлински зрак во однос на нормалата на рамнината што ги разграничува двете средини.

Се претставува со равенството:

n = sinα / sin β

n - индекс на рефракција α - претставува агол на влезниот светлосен зрак

β - претставува агол на прекршениот светлосен зрак

Од практични причини, вредноста на индексот на рефракција се споредува во однос на воздух, а не на вакуум.

Големината на индексот на рефракција зависи од брановата должина на светлината односно нејзината продорност, како и од температурата и притисокот бидејќи ја менуваат густината на оптичката средина.

ПРИНЦИП НА РАБОТА НА АБЕОВ РЕФРАКТОМЕТАР

Абеовиот рефрактометар претставува лабораториски инструмент кој најмногу се применува за квалитативна и квантитативна рефрактометриска анализа.

Со Абеовиот рефрактометар се анализираат маслата, мастите, органските супстанции,шеќер, алкохол, белковини во крвта и друго.



111

Абеовиот рефрактометар се користи за брзо определување на индексот на рефракција на раствори, чиј индекс на рефракција е меѓу 1,3 и 1,7. Количеството на примерокот за анализа изнесува 1- 2 капки.

Основен дел на апаратот претставува Абеовата призма, која претставува оптички систем составен од две правоаголни призми.

Призмите се направени од оптичко стакло чиј индекс на рефракција е поголем од 1,7. Страната АВ на горната призма е матирана и служи за да го осветлува анализираниот

раствор, нанесен меѓу призмите. Светлината на мерната (долна) призма пристигнува под разни упадни агли од 0 до 90о.Вредноста на индексот на рефракција кај Абеовиот рефрактометар се чита директно на

скалата од видното поле на дурбинот. Скалата се осветлува со посебно огледало и се проектира со систем од призми така што на видното поле истовремено се гледа и граница на потемно и посветло поле. Вредноста на индексот на рефракција може да се прочита со точност и до четврта децимала.

Мерната призма и призмата за осветлување се прицврстени на два метални држача,сврзани со шарки за подножјето на рефрактометарот. За одржување на константна температура, држачите на призмите имаат метална обвивка, конструирана на тој начин што низ неа може да циркулира вода од термостат.

Светлината, по одбивањето од огледалото (1), паѓа на призмата за осветлување (2),минува низ анализираниот примерок и мерната призма (3), а потоа низ заштитно огледало (4)и компензатор (5) доаѓа до објективот (6) од дурбинот, минувајќи низ призмата за тотална внатрешна рефлексија (7) и плочката со линии што формираат крст (8). Набљудувањето се врши низ окуларот на дурбинот (Сл. 23).

Постапката за мерење на индексот на рефракција е едноставна. Како светлосен извор се користи електрична светилка, која треба да се постави на тој начин што би се овозможило добар преглед на осветленото поле низ окуларот на инструментот.

Слика 23. Составни делови на рефрактометарот: огледало - 1, призма за осветлување - 2, мерна призма - 3, заштитно огледало - 4, компензатор - 5, објектив на дурбинот - 6, призма за тотална

внатрешна рефлексија - 7, плочка со линии во вид на крст - 8, окулар на дурбинот - 9.

ПОСТАПКА ЗА АНАЛИЗА СО АБЕОВ РЕФРАКТОМЕТАР

Ракувањето со Абеовиот рефрактометар (Сл. 24) е мошне едноставно. Со поместување на осигурувачот од рефрактометарот се ослободува држачот на

призмата за осветлување (горната призма со матирана површина). Призмата за осветлување се поткрева.

На површината од мерната призма се нанесуваат 2-3 капки анализиран примерок , а потоа призмата за осветлување се враќа на своето место.



112

Со поместување на мерната глава, во видното поле се добива граница меѓу темниот и светлиот дел. Потоа оваа граница се дотерува точно на пресекот на линиите што формираат крст.

Добиената вредност за индексот на рефракција се чита од скалата на окуларот.

Слика 24. Абеов рефрактометар.

СПЕКТРОСКОПСКИ МЕТОДИ

Спектроскопските методи претставуваат современи оптички инструментални методи за анализа на голем број супстанци кои се базираат на интеракција на електромагнетниот спектар со анализираниот примерок .

Предностите на спектроскопските методи, во споредба со останатите (класични и инструментални методи), се во тоа што се овозможува точна, прецизна и временски брза анализа на испитуваната супстанцата во мали количества (микроскала и трагови). Единствени недостатоци на спектроскопските методи се осетливоста на инструментите за анализа,потребата за внимателно и стручно ракување и одржување, како и високата цена потребна за

набавка на самите инструменти и резервните делови за нив. Со примена на спектроскопските методи се овозможува кавлитативна и квантитативна анализа на разновидни елементи и супстанци во трагови.

Повеќето спектроскопски инструменти се состојат од пет компоненти (делови) (Сл. 25):- Извор на зрачење;- Избирач на бранова должина (монохроматор);- Сад за образецот;- Детектор и претворувач на сигналот;- Обработувач на сигналот и покажувач

Слика 25. Главни составни делови на оптичките инструменти.



113

КАРАКТЕРИСТИКИ НА САДОВИТЕ ЗА АНАЛИЗИРАНИОТ ПРИМЕРОК

Садовите за анализираниот примерок , кои се применуваат во спектроскопските инструменталните методи, т.н. кивети (Сл. 26) се изработуваат од транспарентен материјал за спектралното подрачје во кое се користат.

За мерењата на ултравиолетовата област (под 350 nm) се неопходни кивети изработени од кварц, кои може да се употребат за широко спектрално подрачје (до 3000 nm).

Поради пониската цена, за областа меѓу 375 и 2000 nm, се користат стаклени, сèпочесто и пластични кивети.

За инфрацрвените спектрофотометри се користат кивети изработени од кристален натриум хлорид.

Квалитетот на спектроскопските податоци, во голема мера, зависи од начинот на користење и одржување на киветите. Отпечатоци од прсти, масти и други нечистотии на ѕидовите значително ја менуваат транспарентноста на киветата. Поради тоа, пред и по секоја употреба, неопходно е темелно чистење, а по чистењето и внимателно ракување.Калибрационите кивети, повремено, треба да се проверуваат и калибрираат една во однос на друга.

Слика 26. Кивета (сад за анализиран примерок ).

КОЛОРИМЕТАР

Колориметриските определувања се базирани на споредбата на квантитативната промена на светлината, по поминувањето низ растворот на анализираната супстанција.

Во поголем број случаи суштината на колориметриските определувања се сведува на трансформација на анализираната супстанција во обоено соединение по пат на хемиска реакција. По трансформацијата, на погоден начин, се споредува интензитетот на обојувањето на растворот од испитуваната супстанција, со бојата на стандардниот раствор од истата супстанција.

ПРИНЦИП НА РАБОТА НА ВИЗУЕЛНИОТ КОЛОРИМЕТАР

Еден од наједноставните инструменти за колориметриска анализа претставува визуелниот колориметар (Сл. 27). Најприменувани визуелни колориметри се Дибосковиот и Хенеровиот колориметар (Сл. 28). Двата светлински зрака по одбивањето од огледалото доаѓаат до две цилиндрични цевки во кои се сместени растворите на супстанциите, а потоа минува низ стаклените цилиндри, се рефрактира во призмата и паѓа на окуларот од инструментот. Призмата служи за приближување на двата светлински зрака во видното поле.Во видното поле се појавува обоена кружна површина, поделена на два дела. Висината на слоевите на растворите се чита на скалата, која е градуирана, а потоа се пресметува концентрацијата според формулата:

с 1 = (h2 / h1 ) с 2

с 1 - концентрација на растворот од анализираната супстанца

с 2 - концентрација на стандардниот раствор h1 - висина на слојот на анализираниот раствор h2 - висина на слојот на стандардниот раствор



114

Слика 27. Составни елементи на визуелен колориметар (окулар - Ок , призма - р, кивети - к , светлински зраци - ѕ, цилиндри - с, огледало - О, висини на слоевите - h1и h1 и концентрации на растворите - с1 и с2).

Слика 28. Дибосков и Хенеров визуелен колориметар.

Покрај визуелните Дибоскови и Хенерови колориметри, постојат и фотоелектрични колориметри (Сл. 29), чија работа и начин на анализа се идентични со фотоелектричниот спектрофотометар, но конструкцијата е различна. Најчесто применувани се Дибосковиот и Хенеровиот фотоелектричен колориметар.

Слика 29. Фотоелектрични колориметри.

ПОСТАПКА ЗА АНАЛИЗА СО ВИЗУЕЛЕН КОЛОРИМЕТАР

Со помош на серија од стандардни раствори, се конструира калибрационен дијаграм за квантитативна анализа на некоја супстанција (пример, метиленско сино).

Најпрво се проверува нултата положба на киветата (дното од киветата и долната

површина од стаклениот цилиндер треба да се допираат). За левата кивета (на пример)отчитувањето на скалата изнесува 0,5 mm, а за десната 0,0 mm. Тоа значи дека сите вредности на понатамошните отчитувања треба да се коригираат со одземање 0,5 mm.



115

Наредна фаза е конструкција на калибрационен дијаграм за квантитативна анализа на метиленското сино (определување волумен на растворот). Во волуметриски колби од 50 сm3,со бирета се додаваат точно 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; и 5,0 сm3 раствор од метиленско сино со позната концентрација и се дополнуваат со дестилирана вода до марката. Растворот чија концентрација одговара на средната концентрација од серијата на стандардни раствори содржи 3,0 сm3 од појдовниот раствор, се разредува додавањето на дестилираната вода до 50сm3 (марката). Со овој раствор се полни левата кивета на апаратот. Сите стандардни раствори

од серијата, по редослед, полнат во десната кивета, која се поставува на висина од 25 сm.Изедначувањето на интензитетот на обојувањето во видното поле со промена на висината на левата кивета. По читањето на вредностите од скалата, добиени се следните вредности, кои се внесуваат во табела (Таб. 2):

Табела 2.

концентрација на

стандардниот раствор сm3 /50 сm3

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

прочитани вредности на скалата на инструментот

(mm) - лева кивета

4,5 15,5 25,5 34,8 43,4

коригирани отчитани вредности -лева кивета

4,0 15,0 25,0 34,3 42,9

Врз основа на податоците внесени во табелата се конструира калибрационен дијаграм,

при што на апсцисата се нанесуваат концентрациите (во сm

3

/50 сm

3

), а на ординатата прочитаните вредности на скалата на инструментот (во mm).Полната линија на дијаграмот ги претставува вредностите на скалата (експериментални

вредности), а испрекинатата коригираните вредности. Од дијаграмот се констатира дека при пониски концентрации се прават поголеми отстапувања.

Растворот од метиленско сино, кој треба да се анализира (со непознат волумен) се наоѓа во волуметриска колба од 50 сm3 и се дополнува со дестилирана вода до марката. Со него се полни десната кивета, поставена на висина од 25 сm3, а потоа се врши изедначување на видното поле на апаратот.

Податоците се внесуваат во табела (Таб. 3):

Табела 3.

реден број на мерење

1 2 3

прочитани вредности на скалата од

инструментот (mm) -лева кивета

22,6 22,8 22,4

коригирани вредности - лева кивета (mm)

22,1 22,3 21,9

средна вредност (mm) 22,1



116

Врз основа на добиената средна вредност (22,1 mm) од калибрациониот дијаграм (Сл.30) т.е. повлекувањето нормала кон полната линија, се наоѓа непознатиот волумен на испитуваниот раствор на метиленско сино (на апсцисата), а тоа е 2,7 сm3.

Резултатот изнесува 2,7 сm3.

Слика 30. Калибрационен дијаграм за определување метиленско сино.

СПЕКТРОФОТОМЕТАР - ПРИНЦИП НА РАБОТА НА БЕКМАНОВИОТ СПЕКТРОФОТОМЕТАР

Бекмановиот спектрофотометар (Сл. 32) работи според едноставен принцип. Белата светлина што се добива од Волфрамовата ламба минува низ тесен отвор и се разложува со помош на дифракционата решетка. Еден дел од светлината (со приближно еднаква бранова должина) или монохроматска светлина, минува низ друг отвор, а потоа низ киветата во која се

наоѓа растворот од анализираната супстанција. Неапсорбираната светлина се движи кон фотоцевката на инструментот каде што се мери интензитетот на трансмитираната (пропуштена) светлина.

Дифракционата решетка претставува стаклена плоча, покриена со пластична маса, на која се набраздени фини паралелни линии (околу 600 на 1 mm).

ПОСТАПКА ЗА АНАЛИЗА СО БЕКМАНОВ СПЕКТРОФОТОМЕТАР

Потребно е да се анализира количеството хром во раствор од хром (lll) нитрат (на пример).

Инструментот се вклучува 20 минути пред почетокот со работа. На апаратот се одбира

брановата должина на која инструментот има максимална осетливост, односно анализираниот примерок да има минимална трансмитанца - Т (пропустливост), односно максимална апсорбанца - А (апсорпција). Одбраната бранова должина за овој случај изнесува 375 nm.

Апсорбанцијата претставува негативен декаден логаритам од трансмитанцата. Се изразува со формулата:

А = - log 10 Т

Инструментот се поставува на 0 % Т и 100 % А, кога киветата е наполнета со дестилирана вода (слепа проба) е поставена на стативот за кивети во инструментот. Другите кивети (три или четири) се полнат со раствори од анализираната супстанција, но со позната концентрација. На скалата на инструментот се чита вредноста на трансмитанцата.Читањето се повторува по повторното дотерување на 0 % Т и 100% Т , се додека да се добијат идентични вредности. Врз основа на добиените резултати се конструира калибрационен дијаграм за определување на количеството хром.



117

При определувањето на непознатата концентрација, спектрофометриската кивета се полни со растворот што треба да се анализира, а потоа се чита вредноста за апсорбанцијата на скалата на инструментот. Врз основа на добиената вредност за апсорбанцијата, од калибрациониот дијаграм се добива непозната концентрација на хромот во растворот.

Слика 31. Калибрационен дијаграм.

Спектрофотометрите и колориметрите во современите лаборатории ги обработуваат податоците, добиени со анализата, со помош на компјутерски софтвер со цел избегнување на можностите за груба и случајна грешка при мануелно (рачно) цртање калибрациони дијаграми (Сл. 31).

Слика 32. Бекманов спектрофотометар.



118

ТЕМАТСКИ ПРАШАЊА И ЗАДАЧИ

1. Наброј ги основните видови оптички методи! 2. Како се поделени микроскопите според принципот на работа? 3. Кои елементи на оптичка геометријаги познаваш? 4. Која величина се мери во рефрактометријата? 5. Што се мери во полариметријата?

6. Кои се предностите на оптичките инструментални методивооднос накласичните методи?

7. Наведи примери на секоја метода за примена во практиката!



119

2 ПРИМЕНА НА КОЛОИДНА ХЕМИЈА ВО ПРАКТИКАТА

Не е знаење да знаеш , туку знаење е да дадеш

Народна поговорка

Основни цели на тема: Примена на колоидна хемија во практиката

- Опишување електрични и оптички својства на колоидни ситеми; - Поврзување на својствата на колоидните системи со соодветна примена; - Објаснување на процесите на: дијализа, електрофореза и принцип на работа со

соодветните апарати, хроматографски техники (хартиена, атсорпциона, јоноизменувачка и постапка за отстранување на тврдина на водата);

- Истакнува преку примери за примената и значењето на колоиднната хемија во практиката (медицина, фармација и др.);

2.1 КОЛОИДНО ДИСПЕРЗНИ СИСТЕМИ И НИВНИ СВОЈСТВА

Како што е познато, ако големината на честичките од дисперзната супстанција е помеѓу 1-100nm, се работи за колоидно дисперзен систем. Заради тоа, големината на честичките на колоидно дисперзни системи се меѓу честичките од грубо дисперзните системи и честичките на вистинските (молекулските) раствори.

Колоидните честички (мицелите), (Сл.1), не може да се видат со голо око или со обичен микроскоп. За да може да се видат, порано се употребувале т.н. ултрамикроскопи. Тоа е микроскоп кај кого снопот зраци паѓа нормално на оската на тубусот и во кој колоидните честички се гледаат како светли точки на темна заднина, благодарејќи на дифракција на светлината. Денес ултрамикроскопите се заменети со електронски микроскопи, со помош на кои може да се добие вистинска слика за колоидната честичка.

Слика 1. Колоидна честичка

Примената на ултрамикроскопите и електронските микроскопи, овозможиле да се определи структурата и некои својства на колоидната честичка во колоидно дисперзните системи.

2.2 СТАБИЛНОСТ НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ

Големината на колоидната честичка е еден од факторите за стабилноста на колоидните системи, што не значи дека е секогаш така. Постоењето на двата вида колоидни системи,

лиофилни и лиофобни е поголем фактор за стабилноста на колоидните системи. Лиофобните (хидрофобните) колоиди имаат помала големина во однос на честичките од лиофилните (хидрофилните), но се понестабилни од хидрофилните.



120

Причината за оваа појава треба да се бара во тоа што, хидрофобните честички немаат слој од вода околу себе и не се во зависност од електричниот полнеж. Тие многу лесно и брзо

ја зголемуваат масата. Хидрофилните колоиди имаат околу себе слој од вода, што ги прави многу постабилни

во однос на хидрофобните. Доколку кај колоидните честички, електричниот полнеж на гранулата е ист, доаѓа до

нивно одбивање. Со тоа е оневозможено слепување (коагулација) на колоидните честички и не

образуваат поголеми агрегати. Колоидните системи може да останат стабилни покусо или подолго време. Таков

пример е со приготвениот колоиден раствор од злато, (Сл.2), што се чува во Лондон,приготвен од времето на Мајкл Фарадеј.

Коагулацијата може да настане, ако се неутрализира полнежот на гранулите, со загревање или пак со додавање на електролити во колоидниот раствор.

Слика 2. Колоидните системи се стабилни (колоидно злато).

2.3 ЕЛЕКТРИЧНИ И ОПТИЧКИ СВОЈСТВА НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ

Поради големината на своите честички, како и поради електричниот полнеж на честичките од колоидните раствори(системи), се појавуваат накои својства што ги разликуваат од грубо-дисперзните и од вистинските раствори. Карактеристични својства на колоидните системи се: оптички, молекулско-кинетички, атсорпција и електрични својства.

Во овој дел од книгата, поголем акцент ќе дадеме за електричните и оптичките својства на колоидните системи.

Својствата што се последица на постоењето на гранични површини на фазите се:атсорпцијата и електричните својства.

ЕЛЕКТРИЧНИ СВОЈСТВА

Селективната атсорпција на јони еднакво ги наелектризирува сите колоидни честички и ѐ една од најважниот начин по кој колоидните честички може сами по себе да се наелектризираат.

Меѓутоа, за да се запази електронеутралноста на системот, во близина на вака наелектризираната честичка се собираат јони со спротивен полнеж. Така околу колоидната честичка се образува т.н. двоен електричен слој .

Како последица на образување на двојниот електричен слој со својата посебна структура(објаснета во првиот дел од книгата, кај својствата на колоидните системи), на границата помеѓу течна и цврста фаза са јавуваат два потенцијали: термодинамички и електрокинетички потенцијал .

Движењето на колоидната честичка под дејство на електричното поле во правец

спротивен на наелектризираната електрода се вика електрофореза.



121

ОПТИЧКИ СВОЈСТВА

Ако светлосни зраци паднат врз честички чии димензии(пречници) се знатно поголеми од брановата должина на светлината, тие ќе се рефлектираат, меѓутоа ако димензиите на честичките се околу 1/10 од брановата должина на светлината, тогаш зраците нема да се рефлектираат, туку дифракционо ќе се растурат. На ова се должи постоењето на т.н.Тиндалов ефект (постоење на светол конус низ колоидните раствори, осветлени од страна со

тенок сноп зраци и посматрано нормално на правецот на движење на светлината). А, исто така и фактот што во пропуштена светлина многу колоидни раствори(системи) се црвенкасти или портокалови ( црвената светлина има најголрма бранова должина во видливиот дел од спектарот), а во обична (значи, расејана) светлина се синкасти, (Сл.3).

Слики 3. Тиндалов ефект

Фактот, што со ултрамикроскопот се гледаат дифракционите ликови на колоидните честички, исто така се должи на оваа појава Тиндалов феномен.

ДИЈАЛИЗА

Колоидните системи се карактеризираат со електрични и оптички својства, а овие зависат од електричниот полнеж на колоидната честичка и стабилноста на колоидниот систем, што се од големо значење во процесите дијализа и електрофореза.

При подготвување на колоидните раствори, може да се случи во нив да остсне извесно колочество од електролитот коиј учествува за негова подготовка.

Одвојувањето на колоидните честички од електролитите се постигнува со дијализа. Процесот дијализа, се тамели врз својството на колоидните честички, да не можат да

минуваат низ отворите на полупропустлива мембрана. Молекулите и јоните имаат помал пречник и поминуваат низ отворите на

полупропустливата мембрана во вода. Доколку се обидеме, одвојувањето да го извршиме со постапката филтрирање, честичките од колоидните раствори лесно минуваат низ филтерната хартија. Затоа, се користи полупропустлива мембрана, која може да биде изработена од:

животински меур или целофан.Полупропустливата мембрана од едната страна треба да биде затворена, се поставува

во некој сад во кој ќе се врши одвојувањето на колоидите од електролитите. Врз основа на оваа постапка, може да се направи едноставниот апарат за дијализа наречен дијализар.

Во помалите лаборатории, може да се направи наједноставен апарат за дијализа, како што е даденo на слик aтa, (Сл.4).



122

Слика 18. Едноставан апарат за дијализа

Во вреќичката, поставена во садот со вода или пуфер, се наоѓа колоиден раствор и електролит. Вреќичката има улога на полупропустлива мембрана. Во овој дел започнува дијализата. По извесно време настанува одвојување на колоидниот раствор од електролитот.Дијализата ќе се одвива се додека на се постигне рамнотежа.

Дијализата е од особено значење, како процес за прочистување на крвта. Особена (голема) примена, дијализата има кај болните од бубрези кои не ја вршат својата функција. Кај овој вид на заболени луѓе, крвта се пушта низ апарат за дијализа. Во дијализерот, низ полупропустливата мембрана минуваат штетните материи (супстанци) и се одвојуваат од крвната плазма.

Бубрезите на здравите луѓе ја вршат улогата на одвојување на колоидите од другите материи.

За подобро запознавање со процесот дијализа, потребно е да се посетат специјални лаборатории.

ЕЛЕКТРОФОРЕЗА

Колоидните честички имаат определен електричен полнеж, кој влијае врз својствата,подвижност и стабилност на честичката. Електричниот полнеж на колоидните честички има особено значење за процесот електрофореза. Гранулите како дел од мицелата се наелектризирани позитивно или негативно, а за да се обезбеди електронеутралност во колоидниот систем, околу гранулата ќе се насоберат јони со спротивен полнеж.

Подвижноста на колоидните честички зависи од масата и електричниот полнеж на честичката. Колоидните честички со мала маса имаат поголем електричен полнеж, додека колоидните честички се голема маса имаат помал електричен полнеж.

Кога низ колоиден систем ќе се пропушти да протече еднонасочна струја под влијание на електричното поле, колоидните честички ќе се движат во различни насоки кон електродите потопени во растворот. Насоката на движењето на колоидните честички зависи од полнежот на честичката.

Движењето на наелектризираните колоидни честички низ неподвижната течност, под влијание на електрично поле се вика електрофореза.



123

Одвивањето на процесот електрофореза, зависи и од рН на средината во која се изведува и изоелектричната точка на колоидниот раствор. Така на пример: за електрофореза на крв, најбрзо се движат колоидните честички на албуминот при рН = 4,6 и најниска изоелектрична точка.

Кога електрофорезата се користи за добивање на чист протеин од смеса на протеини,растворот се нанесува на цврст носач, кој е потопен во пуферски раствор со цел да се регулира рН вредноста.

За изолација и пречистување на еден протеин од смеса на протеини, или амино киселина од повеќе видови амоно киселини, се користат различни методи, меѓу кои се користи т.н. зонска електрофореза – погоре спомнатата.

За одвивање на процесот електрофореза се користат апарати електрофоризери ,(Сл.5).

Слика 5. Апарат за електрофореза

Постапките кои се изведуваат во апаратот за електрофореза се значајни за определување на карактерот и својствата на протеините.

Електрофорезата наоѓа голема примена во медицинската практика за дијагностицирање на различни заболувања.

2.4 ПРАКТИЧНА ПРИМЕНА НА КОЛОИДНАТА ХЕМИЈА

Колоидната хемија како дел од хемијата има голема практична примена и значење во секојдневниот живот. Колоидните системи и нивните својства наоѓаат примена во:медицината, фармацијата, прехрамбената индустрија и козметиката.

Особено значење и примена имаат дијализата и електрофорезата кај болните од бубрези, анализа на крвната плазма, при производство на голем број препарати, гелови,креми, емулгатори кои се користат во козметиката.

Во делот од прехрамбената индустрија се произведуваат готови производи, како што е пудингот, шлагот, пената, желето и други производи.

ГЕЛ – ЕЛЕКТРОФОРЕЗА

Гел - електрофореза е хроматографска метода која се користи за одделување на различните делови на DNK, врз основа на нивната должина. Најчесто се користи за разделување на ретките (рестрикциони) фрагменти(делови). DNK примерокот (кој е во соодветен пуфер) се нанесува на гел хромарографска плоча, кои се напревени на база на полиакриламид и по поврзувањето на гелот со изворот на електрична струја, доаѓа до нивно движење, под дејство на електручното поле. Движењето во електричното поле е

овозможено, поради тоа што нулкеотидите во молекулите на DNK содржат негативно наелектризирани фосфатни групи, кои ќе се движат кон анодата (позитивната електрода).Молекулите дифундираат низ гелот со брзина која зависи од нивната големина, па



124

помалите молекули ќе се движат со поголема брзина низ гелот, отколку поголемите молекули.

Меѓутоа, DNK молекулите кои се нанесени на гел, не можат да се видат, па се развиени (разработени) неколку начини за нивна визуелизација: - Гелот, може да се обои со некоја хемикалија, која специфично ја обојуваат DNK. На

пример: етидиум бромид. DNK се појавува во облик на сина лента. Овој метод е едноставен, но е многу осетлив.

- DNK примероците се обележуваат со радиоактивен изотоп, како на пример Р32. Кога во мрачна просторија, преку гелот со раздвоените фрагменти(делови) се постави фотографски филм, DNK на филмот се појавува во вид на темна линија. Исклучително е впечатлив овој метод.

- Примероците од DNK се обележуваат со флуоресцентни молекули и светкаат кога гелот ќ e се осветли со UV зраци. Техниката гел – електрофореза и примерот добиен од обоен гел е прикажан на слика 6.

Слика 6. Шема на гел-електрофореза (десно) и добиениот гел после раздвојување и обојување на фрагменти (лево).

Гел – електрофорезата може да се користи за утврдување, дали со помош на клонираните

микроорганизми

се

произведува

протеин

и во

која

количина

.Особено е корисна постапката позната како “имуно боење” или “Western blot”. Кај оваа тахника неденатурисаните протеини прво се развиваат со помош на гелот, потоа се пренесуваат на нитроцелулозната хартија (мембрана), и со идентификационата техника се врзуваат за специфичните антитела кои се радиоактивно обележани и образуваат комплекси на антигено-антитело. Лентата која се јавува како резултат на врзувањата на антигените за антителат се визуелизира, така што нитроцелулозната хартија се изложува под дејство на X - зраците.

2. 5 ОСНОВНИ ХРОМАТОГРАФСКИ ТЕХНИКИ

Хроматографија како метода за анализа на супстанциите, во денешно време се смета за најшироко применувана метода. Таа се користи како препаративна метода, а исто така и како метода за испитување на различни физичко – хемиски својства на супстанциите. Од посебно значиње и примена на кои ќе се задржиме се: хартиена хроматографија,атсорпционата, јоноизменувачка и гел филтрација.

ХРОМАТОГРАФИЈА НА ХАТРИЈА

Оваа хроматографска метода се темели врз искористувањето на различниот коефициент на распределба, кај компонентите ви смеса, кои се во течна агегатна состојба.Столбната колона која често се користела во хроматографијата е заменета со хартиена лента.

На лентата се нанесува мало количество од смесата која се анализира. Лентата претставува неподвижна (стационарна) фаза, која се потопува во вода или погоден растворувач , кој претставува подвижна (мобилна) фаза. Овој вид на хроматографија се нарекува



125

распределителна хроматографија. Движењето на компонентите од мобилната фаза се изразува со помош на параметарот R f . Параметарот претставува однос помеѓу изминат пат на една компонента и изминат пат на растворувачот, изразено преку релацијата:

R f = f x

x

Aко, анализираната смеса има две компоненти, тогаш x 1 и x 2 се изминати патишта на компонентите во однос на местото на нанесување, а x f Изминат пат на растворувачот. Ако x 1 ≠ x 2 , тогаш и R f1 ≠ R f2 , тоа значи, компонентнета смеса

се наоѓаат на различни места на лентата. Величината ∆R f , претставува карактеристика на системот во кој се одвива хроматографскиот процес. Можноста за раздвојување на компонентите ∆R f , се претставува со релацијата:

∆ R f, = ( R f1 – R f2 )

Слика 7. Хартиена хроматографија.

На (Сл.7), е дадена шема за определување на R f - на компонентите во смеса врз основа на добиениот хроматограм.

Коефициентот на распределба може да се пресмета со помош на изразот:

Kd = )11(

f n

p

R s

s

Каде, Kd е коефициент на распределба, а s p и sn – коефициент на подвижна и

неподвижна фаза.

Техника на изведување - Познати и најчесто применуванаи техники се:еднодимензионална и дводимензионална хроматографија (влезна и излезна), кружна хроматографија, хроматографија на хартија со помош на електрофореза.

Влезната и излезната еднодимензионална хроматографија на хартија, се изведуват на исти принцип. Разликата е во местото на нанесување на петното.

Хартиената лента се потопува во подвижната фаза (Сл. 8). Компонентите од смесата која се анализира под влијание на капиларните сили, се искачуваат по должина на лентата. Кај излезната хартиена хроматографија, компонентите под влијание на гравитацијата се спуштаат по должина на лентата.

Новосоздаденита петна се сушат и се анализираат.



126

Слика 8. Хартиена хроматографија

Покрај хартиена лентеста хроматографија, постои и кружна хартиена хроматографија. Во случај кога во еден растворувач кај еднодимензионалната хроматографија, не може да

се добие правилно издвојување на компонентите, се применува дводимензионална хроматографија.

Кога систем во кој се врши хроматографски процес на хартија , изложен под влијание на електрично поле, се добива најдобро со раздвојување на компонентите. Таквите хроматограми се викаат хроматограми добиени со електрофореза. Овој начин започнува со потопување на хроматографската хартија , со однапред избран електролит. Листот се внесува во електрично поле, помеѓу две електроди. За оваа техника потребно е пократко време за развивање и посебна апаратура. Хроматографската хартија треба да биде хемиски чиста,атсорпционо неутрална, да обезбеди иста спроводливост и брзина низ целата површина на растворувачот. Хартијата е направена од таков материјал, да структурата и ориентацијата на целулозните влакна да бидат поставени правилно.

Во поново време се избираат методи со посовремена техника. Таков пример е

атсорпциона хроматографија.

АТСОРПЦИОНА ХРОМАТОГРАФИЈА

Хроматографските методи се темелат на различен механизам на интеракција на молекулите на атсорбенсот и атсорбатот.

Пример: движење на супстанца низ колона наполнета со атсорбенс. Стационарната фаза е најчесто во цврста агрегатна состојба, а мобилната фаза може да биде во гасовита или течна агрегатна состојба. Движењето на супстанцата низ колона која е наполнета со атсорбенс е претставено на слика 9. Компонентите во хроматографскиот процес се распределуваат во колоната на зони (n ).



127

Слика 9. Колони за апсорпциона хроматографија.

Графички приказ на распределба на најмалку две компоненти е даден на слика 10. На апцисата се нанесува времетраење на процесот (тау)/[sek, min,h], а на ординатата

информацијата за количеството супстанција, која може да биде изразена како: оптичка спроводливост, концентрација и друго. Деловите на кривите се нарекуваат хроматографски врвови (пикови).

Времето (секунди) на задржување (ретенционото време) компонентата I и II е означено со tR1 и tR2, додека t0 е т.н. мртво време на хроматографскиот систем, кое одговара на времето на излезот од колоната која не се атсорбира.

Слика 10. Хроматограм.

Раздвојувањето на два соседни хроматографски врвови R s е дадено со изразот:

R s = 212

12

W W

t t R R t

Каде, W 2 и W 1, претставува ширина на хроматографските врвови на компонентите I и II,мерени на апцисата. Раздвојувањето на хроматографските врвови зависи од нивната ширина и од растојанието на нивните максимални вредности.

Техника на работење - Во атсорпциона хроматографија се користат специјални колони,атсорбатои и атсорбенси во различна агргатна состојба. Фактори кои влијаат на процесот раздвојување на компонентите се: ефикасноста и селективноста на колоната.



128

Ефикасноста на колоната може да се види преку обликот на хроматографскиот врв(пик )од хроматограмот.

Селективноста на колоната зависи од приридата и температурата на подвижни и неподвижна фаза на системот.

ГЕЛ ХРОМАТОГРАФИЈА

Гел хроматографија или гел филтрација е хроматографска метода која корист лабораториска техника за одвојување на макробиолошки молекули во водни раствори. Се користи за прочистување на ензимите, полисахаридите, протеините, нуклеинските киселини и други макромолекулски соединенија .

Принципот на работа е објаснет кај гел-електрофорезата.



129


1. Наброј ги електричните и оптичките својства на колоидните системи! 2. Какво својство е Тиндаловиот ефект?3. Објасни ја дијализата и електрофорезата! 4. Кои основни хроматографски техники познаваш? 5. Наведи примери за примена на колоидната хемија.



130



131

3 ЕЛЕКТРОХЕМИСКИ ПРОЦЕСИ ВО ПРАКТИКАТА

Секој човек треба да се доградува до последниот здив

Масимо Д ' Азељо

Основни цели на тема: Електрохемиски процеси во практиката

- Разликување процеси на хемиска од електрохемиска корозија, галванизација од галванопластика, електролиза од галвански елементи;

- Објаснување електролитичка површинска заштита на материјалите со галванизација и галванопластика;

- Опишување процеси: елоксирање, пониклување и хромирање; - Постапка за подготовки на металот и изведување галванизација; - Наведува примери за добивање на чисти метали; - Познава примена на галванопластика во различни области на техниката и применета

уметност; - Истражува и елаборира едноставни проблеми од областа на физичката хемија и - Користење различни извори на информации.

3.1 ОСНОВНИ ПОИМИ ЗА КОРОЗИЈА

Корозија на металите секаде се сретнува во нашето секојдневие. Така што, корозијата како процес, металите ги претвара во безвредни продукти со големи материјални штети.

Железото, е метал кој го има на Земјината топка, многу е реактивен, речиси никогаш не е во елементарна (слободна) состојба, се смета дека е метал кој најчесто кородира, особено челикот.

Во најголем случај, корозијата дејствува спонтано, доаѓа до промена на материјата во физичка и хемиска смисла, при што предизвикува разорување на металите. Корозијата е бавен процес и може да се забави или да се оневозможи.

Техничкиот развој дал голема важност за влијанието и механизмот на корозијата, кои го објаснуваат преку специфични теории. Теоретските објаснувања се сведуваат на две основни постапки: хемиска и електрохемиска. Врз основа на овие постапки, постојат и две теории за објаснување на корозија на металите, тоа се:

- Хемиска теорија за корозија на металите; - Електрохемиска теотија за корозија на металите.

Хемиска теорија за корозија на металите - Чиста метална површина кај металите,

најчесто се покрива со оксиден слој, преку кој кислородот дифундира до чистиот метал и понатаму да ја продолжи оксидацијата.

Оксидниот слој кој се формира на металната површина расте во зависност од брзината на дифузија на кислородните атоми, односно од брзината на дифузијата на металните атоми низ и кон создадениот оксиден слој.

Според хемиската теорија, на почетокот брзината на дифузија на кислородните атоми е поголема од брзината на дифузија на металните атоми, така што корозивниот слој расте во внатрешноста на металот и се создаваат оксиди на металот со помала валентност. Потоа,брзината на дифузија на кислородните атоми е еднаква со брзината на дифузија на металните атоми и корозивниот слој расте и во внатрешноста и на површината на металот. На крајот од процесот - корозија, брзината на дифузија на кислородните атоми е помала од брзината на металните атоми, при што корозивниот слој расте на површината на металот и се образуваат

оксиди на металот со поголема валентност. Од сето ова може да се каже дека, корозивниот слој се смета за смеса на разни оксиди од тој метал.



132

Електрохемиска теорија за корозија на металите - Уште во XIX век се констатирало дека металите лесно се разградуваат во присуство на електролити, заради

јонската измена. Научникот Аугуст дела Риве го објаснил преку равенката на реакцијата помеѓу цинкот и сулфурната киселина:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Електрохемиската теорија за корозија на металита е објаснета во Тематската целина 4.(Електрихемиска корозија и заштита), за редовна настава.

3.2 ЗАШТИТА НА МЕТАЛИТЕ ОД КОРОЗИЈА

ЕЛЕКТРОЛИТИЧКА ПОВРШИНСКА ЗАШТИТА НА МАТЕРИЈАЛИТЕ

Галванизација - Металните површини за да можат да се одржат чисти и заштитени од процесот корозија, се покриваат електролитички, со слој од некој благороден метал или легура. Оваа постапка се вика галваностегија ( електроплатинирање ).

Принципот на галваностегија е, површините кои треба да се покријаат со метален сјај,се остават во електролитички кади како катоди, а анодата за галванизација на металите можат да бидат растворливи или нерастворливи.

Под дејство на електрична струја со определен катоден потенцијал, бараниот метал електролитички се наталожува како тенок слој на металната површина. Основна цел на металната прекривка е да биде: глатка, хомогена, танка, постојана и добро припиена за основниот метал. За да се постигне сето ова, треба металната површина да биде добро чиста,односно добро да се исчисти од мастите (одмастување) и нечистотиите (оксидите, `рѓата),потоа да се полира се додека се добие глатка површина. После овој третман, на металната површина се пристапува со галванско прекривање и само беспрекорно чисти површини ја примаат рамномерно електролитичката прекривка.

Галванопластика - Галванопластиката се применува за добивање на точни копии за разни метали и предмети, украси, клишеа ( прецизни калапи за штампање пари, медали,цилиндри, статуи и друго).

При галванопластика се врши електролитичко таложење на металниот слој на референтна површина. Галванопластиката за разлика од галваностегијата, основниот материјал кој се покрива во повеке случаи не е метал.

Основни технолошки фази (чекори) во галванопластика се:

- Приготвување на метални или неметални калапи; - Нанесување на електроспроводлив слој на неметалните калапи; - Нанесување на металниот слој за разделување; - Електролитичко таложење на металот;

- Одделување на калапот од копијата;

Завршната копија на калапите се врши на два начина:

а) Калапот да е негатив на оригиналот; б) Калапот да се подготви од цртеж.

Калапите се прават од восок , гипс, каучук , пластични маси и друго. Приготвениот калап се поврзува со бакарен спроводник , се се спушта во галванизирани кади, при што настанува електролитичко таложење на металниот слој. Галванопластиката наоѓа широка примена за правење на разни фигури, во забната техника, изработка на матрици и печатарски букви.



133

3.3 ПОСТАПКИ ЗА ПОДГОТОВКА НА МАТЕРИЈАЛОТ ЗА ГАЛВАНИЗАЦИЈА

а) Одмастување За одмастување најчесто се употребуваат водено стакло со различна концентрација во

зависност за каков вид материјал се работи и алкални хидроксиди (NaOH, KOH).

Отстранувањето на маста со овие средства се врши со реакција на сапунификација. Во случај мастите да не можат да се отстранат со оваа реакција, се користат органски растворувачи и тоа: шпирт, бензен, бензин, петролеј и трихлоретан. Постои и т.н. електролитичко одмастување,кое се врши со полни кади раствор од NaOH, во кој се редат предметите што се одмастуваат. Кадите претставуваат катоди, а како анода се земаат челичен, јаглероден и никелен стап. Со пропуштање електрична струја низ растворот, на катодата се издвојува Н+

јони, а истовремено на анодата се зголемува концентрацијата на ОН- јоните, кои вршат интензивна сапунификација.

б) Нагризување За да се отстрани оксидот (`рѓата), металот треба да се нагризе со погоден раствор.

Најчесто нагризувањето се врши со: H2SO4, HNO3 и NaOH. Предметите од железо може да се нагризат со раствор што содржи 2,5 грама винска киселина во 1dm3 и 10% раствор на цинкхлорид со 10% H2SO4. За нагризување бакар, месинг, бронза и другите легури на бакарот,се употребува смеса од еден дел HNO3 и два дела H2SO4, во која се NaCl и саѓи. Алуминиумот и неговите легури се нагризуваат со разредена НСl или раствор што содржи во 1dm3 вода, 200g натриум хидроксид и 30 g натриумхлорид.

По нагризувањето, предметите се мијат со вода и се сушат.

в) Брусење и полирање По одмастување и нагризување, предметите направени од метал треба да се избрусат

за да се добие мазна површина. Брусењето се врши со рачни или механички брусилки (шмиргла, корунд), кварцен песок во облик на паста, вазелин, стеарин и друго. Полирањето се

врши со истите средства само иситнети. Подготвените предмети се галванизираат, а галванизацијата подобро се изведува на топло, затоа што електролитот се загрева. Како заштитни слоеви најчесто се нанесуваат следните метали и легури: никел, бакар,

месинг, кадмиум, бром, сребро и злато. Многу ретко се нанесува кобалт, калај, олово, цинк и бронза.

3.4 ПРОЦЕСИ НА ГАЛВАНИЗАЦИЈА

Хромот иако е електронегативен метал, поради јасно изразената пасивност и постојаност се приближува кон благородните метали. На него не влијаат органските киселини ,алкалните хидроксиди , H2S, H2SO4. Добар заштитник му е на челикот на висока температура.Тој е уште посјаен од никелот, има синкаст сјај, а со текот на времето не потемнува, по што се

разликува од среброто. Поради големата тврдина, отпорноста на висока температура,хемиската стбилност, хромните делови се отпорни на разјадување.

Декоративно хромирање - Хромните прекривки се шупликави, затоа што пред хромирањето се става слој од бакар и никел. Дебелината на хромната прекривка е многу мала 1mm. Хромирањето се врши на надворешните делови на автомобилите, машините,инструментите, како и на предметите за домашна употреба.

Кај сите катодни прекривки металот со кој се врши прекривањето (галванизацијата) е во форма на катјон во електролитниот раствор, а хромот е во форма на анјон во хромна киселина (CrO4

2-).Добри прекривки се добиваат од раствор H2CrO4 и H2SO4 во однос,

CrO3 : H2SO4 = 100 : 1 (CrO3 е анхидрид на хромна киселина). Редукцијата на хромот до

елементарен хром не е доволно објаснета. За хромирање не се користат хромни аноди,бидејќи при растворањето се добиваат јони со различна валентност. Обично се користи анода од нерастворливо олово со 6 - 8 % антимон.



134

На, (A+): 2H2O→ O2 + 4H+ + 4e-

O2 го оксидира и Cr 3+ → Cr 6+. За таа цел се користи голема густина на струја за да се добие слој на хром. Температурата и густината на електричната струја имаат големо влијание на тврдината на електролитниот хром, а максимална тврдина се добива при поголема густина на електричната струја и повисока температура.

Пониклување - Никелот се користи за заштитно-декоративни прекривки. Се пониклуваат предмети за широка употреба, домашни садови, автомобилски делови, хемиски апарати и друго. Иако е електронегативен метал, никелот е многу стабилен (на воздух не оксидира), долго го задржува својот сјај. Никелот може да ги заштитува железото и челикот. За да биде прекривката со минимална порозност, прво се става слој од бакар, а потоа се пониклува. Најчесто при пониклување како аноди се користат: Pb–нерастворлива и Ni–растворлива, а како катода е предметот што се пониклува. Како електролит се користи:NiSO4.7H2O или двојна сол NiSO4(NH4)2SO46H2O. Електролизата се изведува при определен напон и густина на електричната струја, температура и рН(5,6 – 6) и пуфер Na цитрат.

а) Ако анодата е - Pb, на катодата се вршат следните процеси:

(К): Ni2+ + 2e- → Ni0 и

2H+ +2e- → H20

H2, може да се задржува на катодата со што прекривката станува порозна, се создаваат т.н.водородни пори. Поради разелектризирањето на Н+, електролитот околу катодата може да биде толку алкален што ќе се таложи Ni(OH)2, што негативно влијае на превлаката. Затоа во електролитите се додава натриум цитрат како пуфер.

б) Ако анодата е -Ni (растворлива) електрода, при анодно растворање никелот лесно се

пасивизира со што се зголемува концентрацијата на Н

+

јоните, а прекривката не е рамномерна. Растворањето на никелот како анода е спречено од создавањето Ni2O3. Oва се спречува така што во електролитот се додаваат активатори – хлоридни јони во вид на NaCl,KCl, NiCl2. За зголемување на спроводливоста на електролитот се додаваат: Na2SO4, MgSO4,(NH4)2SO4. Прво се добиваат мат превлаки, кои со полирање стануваат сјајни. Постојат кади во кои веднаш се добиваат сјајни превлаки со што се избегнува тешката операција полирање.

Елоксирање - Алуминиумот има голем афинитет кон кислородот, па затоа ако стои на воздух, ќе се обвива со оксиден слој, кој го штити од понатамошна корозија. Затоа постојат методи што се користат за заштита на алуминиум и неговите легури, кои се темелат токму на создавање подебел оксиден слој. За разлика од другите галвански процеси, тоа се постигнува со анодна обработка, која во идустријата се нарекува елоксирање (електролитичка

оксидација). Заради елоксирање, алуминиумските делови се потопуваат во електролитички кади со електролит, кој најчесто е разредена H2SO4 и при тоа се поврзуваат со позитивен пол на електрична струја. Како катода служи плоча од олово. Инаку може да се работи со наизменична струја, а тогаш двете електроди се алуминиумски предмети. При работа со наизменична струја на создадениот слој Аl2О3 за време на анодната поларизација не доаѓа до редукција. На анодата во текот на електролизата се разива кислород, кој реагира со А2 и создава заштитен оксиден слој од Аl2О3.

2Alo + 3O2 Аl2О3.

Процесот на анодна оксидација на алуминиумот при оптимална густина се одвива во два

паралелни процеса. Освен што се создава оксидот, има и анодно растворање на алуминиумот.



135

Alo - 3e- Al3+

2AlO2- + H2O – 2e- Al2O3

+ 2OH-

Заштитните својства на оксидниот слој може да се подобрат со обработка на елоксираните предмети со топла вода на температура од 95 до 98 оC . Овој процес во индустријата се вика силирање, при кој Al(OH)3 се хидратизира поради тоа што

порите се смалуваат и затвораат. Ако со анодната обработка освен заштитен ефект сакаме да постигнеме и поубав изглед на елоксираниот предмет, тој пред силирање се бои со потопување во раствори на органски и неоргански бои.

Побакарување – Бакарните прекривки не се користат како самостојни галвански прекривки, како украсни прекривки, ниту пак како прекривки за заштита од корозија. Бакарот е метал кој на воздух оксидира и образува двојна сол, бакар(II) хидроксид и бакар(II) карбонат,[Cu2(OH)2CO3]. Прекривките од бакар се користат како потслој при пониклување, хромирање,посребрување и во некои други процеси на галванизација. Добрата страна на бакарот е, што тој добро се полира, а со тоа се овозможува подобро врзување со другите метали.Побакарувањето се врши по две постапки, тоа се: кисела и цијанидна постапка.

Поцинкување – Оваа постапка се применува за заштита на црните метали од корозија.Со текот на времето, цинковата прекривка потемнува, образувајќи слој од цинк карбонат. На влажен воздух и при промена на температурата , се забрзува корозирањето на поцинкуваната метална површина. Исто така цинковата површина ја нагризува и морската вода.Поцинкувањето се извадува по две постапки, и тоа: сулфатна и базноцијанидна постапка.

Посребрување – Се смета дека е една од најстарите методи на галванизација.Кинезите и Индусите први го изведувале посребрувањето, а денес има широка примена. Сите метали и легури не можат директно да се посребруваат. Диретно посребрување се врши на бакарни предмети и предмети направени од бакарни легури. Анодите секогаш се направени од чисто електролитичко сребро со дебелина од 1mm. Површината на анодите треба да се

трипати помали од катодите. Растворите кои се користат за посребрување, најчесто содржат сребро во цијаниден комплекс. Постојат две методи за посребрување. Тоа се:

- Старата бесцијанидна постапка; - Цијанидната постапка.

3.5 ГАЛВАНИЗАЦИЈА ВО ЛАБОРАТОРИЈА

Изведувањето на експеримент во лабораторија, како што е процесот галванизација, се прилагодува според потребите и можностите во една хемиска лабораторија. Обидот кој ќе се изведе во лабораторија е со следната постапка, но претходно потребниот лабораториски

прибор, како и хемикалиите треба да се, подготват пред да се почне со работа. Според тоа, потребно се да се запазат следните чекори:

-хемикалии: лимонска (цитронска) киселина, 96% етанол, прашак од цинк и воден раствор од NaOH со пзната концентрација од c (NaOH) = 2 moldm-3.

-садови и прибор: магнетна мешалка, магнетно стапче за мешање, магнетна пинцета,пинцета,чаша од 100cm3, петриев сад.

-мерки на претпазливост:* етанолот е силно запалива течност; * NaOH е корозивна супстанца; * треба да се користат заштитни очила и ракавици.

Начин на работа - Три бакарни плочки се чистат во загреан раствор од лимонска киселина. Две од исчистените монети и 2 грама цинков прав се ставаат во чаша од 100 cm3, во која е ставено 20cm3 NaOH со c (NaOH) = 2 moldm-3 и магнетно стапче за мешање. Смесата се



136

загрева на магнетна мешалка за да се забави вриењето. Монетите се вадат од растворот со магнетна пинцета и една од монетите се загрева над пламен од запален етанол се додека на се забележи промена на бојата. Монетата се врти додека се загрева, за да се загреат двете страни подеднакво.

Резултат: Двете бакарни монети стануваат сребрени во растворот на NaOH измешан со цинк . Загревањето над пламенот од етанол ја претвора сребрената во златна монета.

Дискусија: Дел од цинкот се раствора во алкалниот раствор формирајќи цинкати:

Zn + 2OH- + 2H2O [ Zn(OH)4]2- + H2 (1)

Кога бакарната монета ќе дојде во контакт со дел од преостанатиот цинк , се создава електрохемиска ќелија. Електроните течат од цинкот кон бакарната паричка. На површината на паричката, овие електрони ги редуцираат цинковите јони, присутни во растворот, бакарната монета целосно се прекрива со тенок слој од цинк , бидејќи цинкот има сребреникава боја.

Паричката целосно се прекрива со тенок филм од цинк . Бидејќи цинкот има сребреникава бија, пaричката станува сребрена.

Равенките на реакциите кои се одвидаат се следните:

Zn

0

+ 4OH

-

[Zn(OH)4]

2-

+ 2e

-

(2)

[Zn(OH)4]2-+2e- Zn0 + 4OH- (3)

Кога сребрената паричка ќе се загрее, цинкот навлегува во површината на бакарот, при што се формира месинг кој дава златна боја на монетата.

3.6 ТЕОРЕТСКИ ПРИНЦИП ЗА ЕЛЕКТРОЛИТСКО ИЗВОЈУВАЊЕ НА МЕТАЛИТЕ

ТЕХНИЧКА ЕЛЕКТРОХЕМИЈА

Општо и поделба Техничката електрохемија ги проучува технолошките методи за добивање хемиски

чисти супстанци со примена на електрична струја. Според начинот на кој што се користи електричната струја, постапките во електрохемија се делат на две групи:

1) Електролиза – при која електричната струја се претвора во хемиска енергија; 2) Електротермија- каде што технолошките процеси се одвиваат врз основа на претходно

претворање на електричната енергија во топлинска, а потоа во хемиска.

Сите хемиски процеси кои се одвиваат непосредно на електроди, за време на електролизата, се електрохемиски промени меѓу јоните и електроните.

Електрохемиските процеси при електролиза може да се поделат во две групи:

- Електрооксидација, која настанува на анодата; - Елекрторедукција, која настанува на катодата.

Голем број крајни продукти добиени при електролизата се секундарни или примарни хемиски продукти, кои се добиени од примарни одделни супстанци.

Како примарни продукти на електролизата најчесто се металите и водородот, па постапката се нарекува елекртометалургија.

Ако, електролизата на прочистување и облагородување на металите се изведува со растворливи аноди, оваа постапка се вика електрорафинација.

Ако пак , електролизата на прочистување и облагородување се изведува со нерастворливи аноди, оваа постапка се нарекува електроекстракција.

Во електротермичките постапки, суровините односнорудите во посебни електро -печки,се изложуваат на висока температура, која е добиена при претворање на електричната енергија во топлинска.



137

Добивањето на силно електронегативни метали не се врши од водени раствори,бидејќи скоро целата електрична енергија се троши за одделување на Н2. Тие се добиваат со електролиза на растопи, при што се топи суровината со топлина, а растопот спроведува електрична струја.

ЕЛЕКТРОЛИТИЧКО ДОБИВАЊЕ НА МЕТАЛИТЕ

Електролитичко добивање на бакар Бакарот е метал кој има широка примена како спроводник во електротехниката и како

подслој за галванизација на метални површини. Во природата бакарот се среќава во оксидни и сулфидни руди. Во сулфидните руди на бакар, покрај бакар има сулфиди на други обоени метали, како и сулфиди на железо. Добивањето на бакар од сулфидните руди најчесто е со пирометалуршка постапка, а рудите сиромашни со бакар се преработува со хидрометалуршка постапка.

Хидрометалуршката постапка е добивање на Cu со електролиза на раствори од CuSO4.

Постапката е следна: Бакарот се одделува од рудите со разни растворувачи, а потоа со електролиза од овие

раствори се одделува Cu0. Како растворувач се користи Н2SO4, така што од неговите руди се претвора во CuSO4. Концентрацијата на CuSO4 треба да биде 5%, а концентрацијата на Н2SO4 3%. За време на електролизата, концентрецијата на CuSO4 се намалува до 1.5%, а концентрацијата на Н2SO4 се зголемува до 8,5%. Во овој случај на електролиза, катодите се направени од електролитички бакар, а анодите се од нерастворлив метал во електролитот.

Електрорафинација на бакар - оваа постапка е за прочистување на суров бакар кој е со 2-3% примеси (Zn, Ni, Fe, Pb, Ag, Au).

Основниот принцип се состои во следното:

- дебели блокови од суров бакар (блистер или цемент) потопени во када која има CuSO4 и служи како растворлива анода;

- катодите се тенки лимови поставени меѓу анодни блокови, премачкани со графит. Како електролит се користи CuSO4, 1,5-4,5% и 8-16%, и слободна Н2SO4, загреана на 500 С; - поставени мешалки; - напонот изнесува 0,4V. -При рафинација на бакар, се внимава на концентрацијата на Fe3+ кој го спречуваат исталожувањето на бакарот:

Fe2(SO4)3 + Cu → 2FeSO4 + CuSO4

Исто така се контролира и киселоста на растворот на електролитот, за успешно изведување на електролизата. Доколку овој услов на се постигне, ќе дојде до создавање и

таложење на едновалентен бакар во форма на Cu2SO4. Oваа сол хидролизира во воден раствор што е прикажано со следната равенка:

Cu2SO4 + 2HOH→ 2CuOH + H2SO4

2CuOH→ Cu2O + Н2О

Cu2O + О → 2CuO

Крајниот резултат на оваа реакција би бил CuO, кој се издвојува како црвен талог на дното од кадата, која има улога на анода.



138

3.7. ХЕМИСКИ ИНФОРМАЦИИ

ПОДАТОК И ИНФОРМАЦИЈА

Поимите податок и информација, меѓусебно се блиски и заемно поврзани, но сепак тие немаат исто значење.

Во секојдневниот живот човекот се сретнува со секакви податоци и ако од тие

податоци, врз основа на нешто што се учело може да се разбере, а со тоа се збогатува своето знаење, тогаш тој податок добива друга димензија , т.е. станува информација.Накратко речено:

Информација е податок којшто го разбираме, може да го ползуваме и, со тоа, да си го зголемуваме знаењето.

ИЗВОРИ НА ИНФОРМАЦИИ

Информациите се добиваат од извор, односно место од каде што потекнуваат информациите што се примаат, како и начинот на кој се пренесува информацијата до примачот.

Слични размислувања постојат и за научните информации ( пример од областа на хемијата).

По правило, извори на научни информации се записите за резултати од мерења,набљудувања, кој ги извршил некој друг, а можат да се користат и сопствените набљудувања или мерења.

Видови извори на информации Изворите од каде се добиваат научните информации се делат на три основни групи: - примарни извори;- секундарни извори и - терцијарни извори.

Примарни извори на информации , се сметаат оние кои се добиени од прва рака, а се соопштуваат на научни собири, или се печатат во научни статии, во научни списанија. Во нашата земја излегува едно научно списание од областа на хемијата. Тоа е ,,Гласник на хемичарите и технолозите на Македонија,,. За примарни се сметаат и магистерскиот труд,докторската дисертација,извештаите, патентите и други.

Секундарните извори на информации , кои уште се наречени извори од втора рака,содржат различни нешта. Реферативните списанија, содржат различни податоци, апстракти за статијата, отпечатен труд со година на издавање., и слично. Сите овие податоци за авторот се вика библиографија. Најпознати референтни списанија од областа по хемија во светот се ,,Chemical Abstracts,, (се објавува во САД), ,,Реферативни журнал-хемија,, (се објавува во Москва).и други. Во секундарни извори се сметаат: научни енциклопедии, прирачници,и други

извори.

Терциерните извори на информации , се сметаат како специјален вид на научни извор на информации. Такви се учебниците кои се прилагодуваат на поедноставен начин да се користат од страна на учениците.

Во учебниците не смее да постојат невистинити податоци, ученикот не смее да учи од збор до збор, користи и други извори како придружник на пример: Прашања и задачи по хемија за прва година.

Компјутеризираните извори на научни информации , постојано и непрекинато се создаваат, но со компјутерската техника, значително се олеснува да се дојде до информации,односно до база на податоци кои се соодветно подготвени.



139

ТЕМАТСКИ ПРАШАЊА И ЗАДАЧИ

1. Каков процес е корозијата и каква може да биде? 2. Наведи начини за заштита од електрохемиската корозија на металите. 3. Објасни ја разликата помеѓу галванопластика и галваностегија! 4. На кој начин се добива хемиски чист метал?

5. Објасни ги процесите: елоксирање, пониклување и хромирање! 6. Опиши ја постпката пред зведување на галванизација на металите! 7. Наведи примери за примена на галванопластиката во областа на техниката и применетата уметност: 8. Што треба да се користи за да се добијат информации од областа на физичката хемија?



140



141

ЛИТЕРАТУРА

1. Василева, Љ., Тороманова, В. ЕЛЕКТРОХЕМИЈА, П росветно дело, Скопје (1977).

2. Тодоровски, Т., Василева, Љ., Тороманова, В. КВАНТИТАТИВНА АНАЛИТИЧКА

ХЕМИЈА, П росветно дело, Скопје (1991).

3.Шоптрајанов, Б. Хемија - за прва година на реформираното гимназиско

образование,П росветно дело, Скопје (2006).

4. Бељаев, С., Косманенко, К. ФИЗИЧКА ХЕМИЈА СА ЕЛЕКТРОХЕМИЈОМ, Завод за

издавање уџбеника, Београд (1965).

5. Mojoviċ, Lj., BIOHEMIJSKO INŽENJERSTVO, TEHNOLOŠKO - METALURŠKI

FAKULTET, Beograd (2006).

6. Herak, M., Kušec, Lj., Galas, D., FIZIKALNA KEMIJA, Školska knjiga, Zagreb (1971).

7. Карафиљковска, Ф., ФИЗИЧКА ХЕМИЈА (интерна скрипта), Скопје, (1995).

8. Созовски, Ј., ФИЗИКА, Просветно дело, Скопје (2003).



142



143

СОДРЖИНА

1. ФИЗИЧКА ХЕМИЈА - ЗАДОЛЖИТЕЛЕН ПРЕДМЕТ

ПРЕДГОВОР.................................................................. ....................................................................3ВОВЕД..................................................................... ...........................................................................5

1 СТРУКТУРА НА АТОМИТЕ , МОЛЕКУЛИТЕ И НА КРИСТАЛИТЕ 1.1 АТОМИТЕ И МОЛЕКУЛИТЕ - НАЈВАЖНИ ГРАДБЕНИ ЕДИНКИ НА СУПСТАНЦИИТЕ.................................................................................. .............................................71.2 МОДЕЛИ НА ГРАДБА НА АТОМОТ И ВИДОВИ АТОМСКИ ОРБИТАЛИ.................................... .....................................................................................................91.3 ПРЕПОКРИВАЊЕ НА ОРБИТАЛИТЕ - СИГМА И ПИ ВРСКИ..............................................151.4 ПОЛАРНИ И НЕПОЛАРНИ ВРСКИ - ДЕЛОКАЛИЗАЦИЈА НА ЕЛЕКТРОНИТЕ............................................................... ..................................................................201.5 ЈОНСКА И МЕТАЛНА ВРСКА................................. ..................................................................221.6 СИМЕТРИЈА И ЕЛЕМЕНТИ НА СИМЕТРИЈА........... ..............................................................231.7 СИМЕТРИЈА НА НЕКОИ МОЛЕКУЛИ И ЈОНИ........................................................................25

1.8 ПРИМЕНА И ПОЗНАВАЊЕ НА СИМЕТРИЈАТА КАЈ МОЛЕКУЛИТЕ................................................................. ...................................................................261.9 МАКРОМОЛЕКУЛИ - СТРУКТУРА И СВОЈСТВА....................................................................261.10 ЦВРСТА СОСТОЈБА - АМОРФНИ И КРИСТАЛНИ ЦВРСТИ СУПСТАНЦИ................................................................... ...................................................................271.11 КРИСТАЛНА РЕШЕТКА И ЕЛЕМЕНТАРНА ЌЕЛИЈА...........................................................271.12 КРИСТАЛНИ СИСТЕМИ...................................................... .....................................................281.13 ИЗОМОРФИЗАМ И ПОЛИМОРФИЗАМ, ТЕЧНИ КРИСТАЛИ..............................................31

2 АТОМСКИ И МОЛЕКУЛСКИ СПЕКТРИ 2.1 ОСНОВНИ ПОИМИ ЗА СПЕКТРОСКОПИЈА............................ ................................................352.2 ПРИРОДА НА ЕЛЕКТРОМАГНЕТНОТО ЗРАЧЕЊЕ...............................................................35

2.3 СПЕКТРАЛНИ ЕНЕРГЕТСКИ ПРОМЕНИ.................................................................................372.4 ЕЛЕКТРОНСКИ, ВИБРАЦИОНИ И РОТАЦИОНИ СПЕКТРИ НА СУПСТАНЦИТЕ......................................... ........................................................................................372.5 МОЛЕКУЛСКИ СПЕКТРИ И НИВНА ПРИМЕНА ЗА ИДЕНТИФИКАЦИЈА НА СУПСТАНЦИИТЕ..............................................................................................................................392.6 АПСОРПЦИОНА СПЕКТРОСКОПИЈА - ТЕОРЕТСКИ ТОЛКУВАЊА...................................................... ..............................................................................402.7 ИНСТРУМЕНТИ ЗА МЕРЕЊЕ НА АПСОРПЦИЈАТА НА СВЕТЛИНАТА.......................................................... .........................................................................402.8 КОЛОРИМЕТАР И ФОТОМЕТАР..................... .........................................................................412.9 ПРИНЦИП НА РАБОТА НА СПЕКТРОФОТОМЕТАР.............................................................422.10 ЕМИСИОНА СПЕКТРАЛНА АНАЛИЗА................ ..................................................................42

2.11 ПРИНЦИП НА РАБОТА НА ПЛАМЕН ФОТОМЕТАР............................................................43

3. КОЛОИДНА ХЕМИЈА И ХЕМИЈА НА ПОВРШИНИТЕ И МАКРОМОЛЕКУЛИТЕ 3.1. ДИСПЕРЗНИ СИСТЕМИ - ПОИМ И ПОДЕЛБА.......................................................................473.2 СТРУКТУРА НА КОЛОИДНА ЧЕСТИЧКА..................... ..........................................................483.3 МЕТОДИ ЗА ДОБИВАЊЕ ДОБИВАЊЕ КОЛОИДНИ СИСТЕМИ..........................................503.4 КЛАСИФИКАЦИЈА НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ..................................................................513.5 СВОЈСТВА НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ.......................... ....................................................523.6 ПОВРШИНСКИ ПОЈАВИ, АТСОРПЦИЈА И АТСОРПЦИОНА ИЗОТЕРМА........................................................................................................................................55 3.7 ХРОМАТОГРАФИЈА............................................ ........................................................................58

3.8 МОЛЕКУЛАРНИ И БИОМОЛЕКУЛАРНИ СОЕДИНЕНИЈА.....................................................60



4 ЕЛЕКТРОХЕМИЈА 4.1 ОПШТО ЗА ЕЛЕКТРОХЕМИЈА..................................... ............................................................63

4.2 ЕЛЕКТРИЧНА СПРОВОДЛИВОСТ................................... ........................................................644.3 АРЕНИУСОВА ТЕОРИЈА ЗА ЕЛЕКТРОЛИТНА ДИСОЦИЈАЦИЈА..............................................................................................................................684.4 СИЛНИ И СЛАБИ ЕЛЕКТРОЛИТИ.............................. ..............................................................694.5 ЕЛЕКТРОХЕМИСКИ ЕЛЕМЕНТ.................................... .............................................................72

4.6 ОСНОВНИ ТИПОВИ ПОЛУЕЛЕМЕНТИ................... ................................................................764.7 ГАЛВАНСКИ ЕЛЕМЕНТИ...........................................................................................................824.8 ХЕМИСКИ ИЗВОРИ НА ЕЛЕКТРИЧНА СТРУЈА......................................................................874.9 АКУМУЛАТОРИ И ГОРИВНИ ЌЕЛИИ.................. ......................................................................884.10 ЕЛЕКТРОЛИЗА.................................................... ......................................................................904.11 ЕЛЕКТРОХЕМСКА КОРОЗИЈА И ЗАШТИТА.........................................................................93

2. ФИЗИЧКА ХЕМИЈА - ИЗБОРЕН ПРЕДМЕТ

1 ОПТИЧКИ МЕТОДИ

1.1 ОСНОВНИ ЕЛЕМЕНТИ НА ОПТИЧКА ГЕОМЕТРИЈА...........................................................971.2 КОМПЛЕМЕНТАРНИ БОИ...................................... .................................................................1051.3 ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ......................................... .......................................................107

2 ПРИМЕНА НА КОЛОИДНА ХЕМИЈА ВО ПРАКТИКАТА 2.1 КОЛОИДНО ДИСПЕРЗНИ СИСТЕМИ И НИВНИ СВОЈСТВА..............................................1192.2 СТАБИЛНОСТ НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ......................... ...............................................1192.3 ЕЛЕКТРИЧНИ И ОПТИЧКИ СВОЈСТВА НА КОЛОИДНИТЕ СИСТЕМИ................................... ......................................................................................................1202.4 ПРАКТИЧНА ПРИМЕНА НА КОЛОИДНАТА ХЕМИЈА..........................................................1232.5 ОСНОВНИ ХРОМАТОГРАФСКИ ТЕХНИКИ............ ...............................................................124

3 ЕЛЕКТРОХЕМИСКИ ПРОЦЕСИ ВО ПРАКТИКАТА 3.1 ОСНОВНИ ПОИМИ ЗА КОРОЗИЈА............................. ............................................................131

Documents

314 Fizicka Hemija IV MAK PRINT