Қызылорда облысы, Қызылорда қаласы

ЖШС «125 QYZYLORDA» мектебі

Химия пәні мұғалімі: Дайырбек Аружан Алмабекқызы

1.2 ОРТА МЕКТЕПТЕ «ХИМИЯДАҒЫ АНАЛИТИКАЛЫҚ ӘДІСТЕР» ЖАҢА ТАРАУЫН ОҚЫТУДЫҢ ТИІМДІЛІГІ

Сағат сайын жаңалықтар ашылатын білім саласында, жаңартылған білім беру бағдарламасында бұл ғылымның арнайы тарау ретінде қаралып, оқытылуы бекер емес. Кез-келген зауыттарға химик мамандар қажет, елімізде дамып жатқан кәсіптер мен бизнесте де аналитиктердің көмегі керек болады. Тағам түрлерін тұтынуда да сауаттылықтың болуы - бұл маман даяурлаудан бұрын, мектеп бағдарламасында оқушылардың заманауи зерттеулердегі талдау әдістері, анализ жасауда түсініктері бар, саналы ұрпақ етіп қалыптастыруды қажет етті. Анализ – күрделі заттарды қарапайым бөліктерге бөліп, құрамдас бөліктерін анықтауға арналған зерттеу әдісі. Жағартылған мазмұнда оқыту бойынша енген ұғымдар, аналитикалық әдістер мен олардың қолдану аясын білу оқушылардың күнделікті өмірде тұтынатын заттар құрамын өз беттерінше талдай алуына ықпал етеді. [2]

10 – сыныптарда «Химия» пәнінен жаңартылған мазмұндағы оқу бағдарламасы орта мектепте білім мазмұнын тұлғаға бағыттауға, сонымен қатар оны кәсіптік бейімдеуге негізделген. Орта білім беруде 10 - 11 сыныптарға арналған жаңартылған мазмұндағы оқу бағдарламасы мектепті аяқтап, жоғары оқу орнына дайындалып, мамандық таңдайтындарын ескеріп, кәсіби бағдар беруге бағытталған. Жоғары сыныптарда тақырыпы тереңірек қамтып, сабақты білім алушының есінде қалатындай етіп ұйымдастыру ұсынылады. Жаңартылған бағдарлама – белгілі бір тақырыпта ғана шектеліп қалмай, нәтижелерге бағытталғалған білім беру бойынша оқытуды көздейді. «Химия» пәнінен жаңартылған мазмұнда оқыту оқушыларға талдау әдістерін жіктеп, заттардың құрамын талдап, алған ақпараттарын күнделікті өмірде қолдануға және тәжірибелік дағдыларын дамыта оқытуға негізделген.[3]

«Химиядағы аналитикалық әдістері» тарауы оқушылардың замануи талдау әдістерін жіктеу және олардың қолдану аймақтарын білу, әдістер артықшылықтары мен кемшіліктерін білуін қамтамасыз етеді. Өз бетінше күнделікті өмірде пайдаланатын заттар құрамын талдай алады, аналитикалық әдістердің маңыздылығын түсінеді. Білім бере отырып, кәсіптік бағдарлауды қарастырады.

Аналитикалық химия - заттардың химиялық құрамын, құрылымын, талдауың жалпы әдістері мен құралдарын дамытатын және әртүрлі қондырғыларда талдау әдістерін жүргізетін ғылым.

Аналитикалық әдістер - зат неден тұрады, оның құрамына қандай компоненттер кіреді және қандай мөлшерде болады деген сұрақтарға жауап беруге мүмкіндік береді.

Аналитикалық әдістердің қоғамдағы рөлі қандай? бұл талдау әдістерін мектеп базасына енгізу неліктен қажет болды? - деген сұрақ туындауы мүмкін. Адамдар табиғи және жасанды заттармен қоршалған. Ауа, су, топырақ, тау жыныстары, өсімдіктер мен жануарлар табиғи ортаны құрайды. Жасанды орта ғимараттардан, киім-кешектерден, тамақ өнімдерінен, машиналардан, кітаптардан және қоғам қазіргі адамдардың өмірін қамтамасыз ету үшін жасайтын басқа да өнімдерден тұрады. Барлық осы табиғи және жасанды заттар материалдардан тұрады, олар өз кезегінде әртүрлі химиялық заттарды қамтиды. Материалдардың құрамын анықтау және бағалау үшін тиісті әдістер қажет. Айналадағы заттардың пішіні, мөлшері, қаттылығы, түсі және басқа да физикалық қасиеттері туралы ақпараттан басқа, адамға олардың химиялық құрамы мен қасиеттері туралы да ақпарат қажет. Тек аналитикалық әдістер арқылы ғана нақты әрі қажетті ақпараттарды бере алады. [4]

Аналитикалық талдау жүргізудің бірнеше әдістері бар. Құрамы мен мөлшерін анықтауда, талдауды жүргізуде реакция жағдайына байланысты түрлі әдістерге жіктеледі. Талдау және анықтау секілді ұқсас терминдерді шатастырмау талап етіледі. Егер адамның қанында темір бар ма және оның пайыздық мөлшері қандай екенін білу керек болса, онда қан - талдау объектісі, ал темір иондары - анықтау объектісі (анықталған компонент) болып табылады. Әрине, темір талдау объектісіне айналуы мүмкін егер, сіз темірдің бір бөлігінде басқа элементтердің қоспаларын барын анықтасаңыз, анықтау объектілері зерттелетін материалдың компоненттері деп аталады. Сәйкесінше олардың құрамын анықтау үшін зерттеулер жүргізіледі. Анықталатын компоненттің табиғатын ескере отырып, талдау әртүрлі түрлерге бөлінеді. Анықтау әдістері немесе анықтау объектілері материяның әртүрлі түрлеріне жатады мысалы, изотоптар, атомдар, иондар, молекулалар, байланысты құрылымның молекулалар тобы, фазалар.

Талдау түрлерін жіктеу - қажетті талдау әдісін таңдауға көмектеседі. Аналитикалық әдістерде басты назар элементтік және молекулалық талдауға аударылады. Талдаудың басқа түрлерінде өте нақты әдістер қолданылады және изотоптық, фазалық және құрылымдық-функционалдық талдаулар басты талдау әдістеріне жатпайды.

Элементтік талдау барысында белгілі бір элемент оның тотығу дәрежесіне немесе белгілі бір молекулалардың құрамына енуіне қарамастан анықталады. Сандық түрде зерттеулер жүргізіледі. Зерттелетін материалдың толық элементтік құрамын сирек жағдайларда ғана қажеттілік туындағанда анықтайды. Қарапайым уақытта зерттелетін заттың қасиеттеріне әсер ететін кейбір элементтерді анықтаудың өзі жеткілікті болып табылады. Заманауи әдістің түрі: элементтік талдау бейорганикалық және органикалық қосылыстардағы барлық дерлік элементтерді анықтай алуға мүмкіндік береді.

Материалдық талдау осыған дейінгі уақыттарда элементтік талдаудың бір бөлігі ретінде қарастырылып келді. Талдаудың мақсаты - бір элементтің әртүрлі формаларының құрылымын анықтау. Мысалы, мұнай өнімдерінде "күкірт сульфиді", "бос күкірт" және "сульфидті күкірт" бөлек анықталады. Элементтік талдауға қарағанда материалдық талдау тапсырмалары әлдеқайда қиын.

Молекулалық талдау органикалық заттар мен биогендік материалдарды зерттеуде өте маңызды рөлге ие. Бұл талдау жағдайларында молекулалардың құрамын ғана емес, құрылымын да ескеру қажет. Шынында да, зерттелетін материялада анықталатын компоненттің изомерлері мен гомологтары болуы мүмкін. Сонымен, глюкозаның құрамын әдетте оның изомерлері мен басқа да байланысты қосылыстардың, мысалы сахарозаның қатысуымен анықтау ұсынылады. [5]

Кейбір жалпы құрылымдық - функционалды топтары бар барлық молекулалардың құрамын анықтауға келгенде химиялық қасиеттеріне (изомерлер, гомологтар) құрылымдық-топтық (немесе функционалды) талдау жүргізіледі.

Талдаудың нақты түрі - фазалық талдау. Зат құрамындағы бір-бірінен физикалық және химиялық қасиеттері жағынан ерекшеліктері бар, беттердің бөліну аймағында фазалардың бар-жоғын анықтауға мүмкіндік беретін зерттеу әдісі. Мысал ретінде, шойын мен болаттағы көміртек темірде еруі мүмкін, темірмен және карбидтермен химиялық қосылыстар түзу мүмкін не жеке фаза графит түзу мүмкін. Физикалық қасиеттері мысалы, беріктігі, қаттылығы көміртектің жалпы сақталуына ғана емес, осы формалар арасындағы көміртектің таралуына да байланысты. Сондықтан металлургтер шойын немесе болаттағы көміртектің жалпы құрамына ғана емес, сонымен қатар осы материалдарда графиттің жеке фазасының бос көміртегі болуына, сондай-ақ осы фазаның сандық құрамына қызығушылық танытады.

Талдау әдістерінің жіктелуі. "Талдау әдісі" ұғымы талдаудың мәнін, оның негізгі орындалу процесстерін анықтауда қолданылады. Талдау әдісі - деп талдаудың әмбебап және теориялық негізделген әдісін атайды, оның мақсаты мен негізгі қағидасы бойынша басқа әдістерден түбегейлі ерекше, қай компонент анықталғанына және нақты талданғанына қарамастан талдау жүргізуге болады. Бірдей әдісттерді де әртүрлі нысандарды талдауда және әртүрлі талдауларды анықтау үшін де қолдануға болады. Олардың кейбіреулері талданатын қоспаның компоненттерін бөлуге бағытталса бұл процесс міндетті деп саналады, егер орындалмаса талдау дұрыс емес немесе дұрыс нәтиже алу мүмкін емес. Бөлу кезінде, әдетте, анықталған компоненттердің шоғырлануы орын алады.

Аналитикалық талдау әдістерін жүргізуде заттың құрамы мен құрылысын, мөлшерін есептеуде сандық талдау әдістеріне жіктелсе заттарды талдауда әр түрлі анықтау әдістерінің жалпы принциптерін қарастыра отырып, үш үлкен топқа жіктейді: химиялық, физика-химиялық және физикалық әдістер.

Химиялық әдістер өз кезегінде химиялық процестерді қамтиды. Нәтижесінде химиялық реакциялар жүреді, мысалы тұнба түзілуі, бұдансоң тиісті зерттеулерді жүргізуге болады мысалы гравиметрия әдісі немесе газ тәрізді өнімдердің түзілуі , айдау әдісін пайдалып оларға да тиісті зерттеулер жүргізуге болады, немесе ертінді түсінің өзгеруі, риякция соңында индикатор қосу арқылы тириметриялық әдісін пайдаланып зерттеулер жүргізуге болады. Негізінен анықталатын компонент пен арнайы қосылған реагент арасында химиялық реакция жүргізуге негізделген. Химиялық әдістер салыстырмалы түрде аз болып келеді, аналитикалық сигнал ретінде химиялық әдістерде масса немесе көлем өлшенеді.

Физикалық талдау әдістері химиялық әдістерден өзгеше, өйткені мұнда химиялық процестер ескерілмейді. Физикалық параметрлер мысалы, балқу не қайнау температуралары басты назарға алынады және талдау аналитикалық аспаптардың көмегімен жүзеге асырылады. Бұл әдетте химиялық әдістерге қарағанда сезімтал, сондықтан автоматтандыруға оңай, талдау үшін аз уақытты қажет етеді. Дегенмен, физикалық әдістер арнайы стандарттардың болуын қажет етеді, өте күрделі, қымбат мамандандырылған жабдықтар арқылы жүзеге асады.

Физика – химиялық талдау әдістерде де аналитикалық аспаптар қолданылады. Мұнда химиялық реакцияларға физикалық шамалар қатысында талдаулар жүргізіледі. Бұл әдістер арқылы талдаушы химиялық реакция жүргізеді, бірақ оның барысын немесе қорытындысын көзбен емес, физикалық құралдарды қолдану арқылы бақылайды. Мұндай әдістер химиялық әдістер сияқты дәл және физикалық әдістер сияқты сезімтал. Талдаудың физика-химиялық әдістері заттардың физикалық қасиеттерінің (мысалы, жарық сіңіру, электр өткізгіштік және т.б.) олардың химиялық құрамына тәуелділігін пайдалануға негізделген. Физикалық талдау әдістері өзге де әдебиеттерде, аспаптық әдіс дерте аталады, өйткені олар әдетте өлшеу құралдарын қолдануды қажет етеді. Аспаптық талдау әдістері негізінен химиялық (классикалық) талдау әдістерінің теориясынан (титриметрия және гравиметрия) өзгеше өзіндік теорияға ие. [6]

Әдістерді физикалық және физика - химиялық түрлерге бөлу көбінесе шартты болып табылады, өйткені әдісті белгілі бір топқа бөліп жұмыс жасау қиын болуы мүмкін. Физикалық және физика-химиялық әдістер талдаудың аспаптық әдістері деп те аталады, өйткені олар арнайы жабдықты қолдану арқылы жүзеге асады. Сонымен қатар, әдістердің химиялық және аспаптық болып бөлінуі өзара әрекеттесу түріне байланысты жүзеге асырылады: химиялық әдістерде - заттың затпен әрекеттесуі, аспаптық әдістерде - заттың энергиямен әрекеттесуі. Заттың энергия түріне байланысты оны құрайтын бөлшектердің (атомдар, молекулалар, иондар) энергетикалық күйінің өзгеруі орын алады; аналитикалық сигнал ретінде қолдануға болатын физикалық қасиет өзгереді. Әдістер арасындағы шекаралар өте шартты және әртүрлі авторлар оларды жіктеудің түрлі жүйелерін қолданады. Көбінесе физикалық және физикалық химиялық әдістер "аспаптық әдістер" жалпы атауымен беріледі, өйткені олардың арасында нақты шекара салу қиын, өйткені екі жағдайда да бірдей өлшеу құралдары қолданылады. Бұл кезде алдымен химиялық реакция жүргізіліп анықталатын затқа тән айырықша қосылыс алынады. Содан соң оны физикалық әдіспен зерттейді. Бұл әдістер үшін арнайы құрал-жабдықтар қажет, сондықтан бұл әдістер тек зертханалық жағдайда жасалынады.[7]

Физика-химиялық талдау әдістерінің артықшылығы:

• сұрыптамалығы – құрамдас бөліктері арасынан бір мезгілде тек керектісін сұрыптап, таңдап алу;

• анализ жылдам жасалады;

• физика-химиялық әдістерді автоматтандыру оңай.

Объектінің талданатын қасиеттерінің сипатына қарай аспаптық талдау әдістерінің арасында спектральды, электрхимиялық, термиялық, массалық спектрлік, хроматографиялық талдау әдістері, сондай-ақ магниттік резонанс құбылыстарына негізделген әдістер бөлінеді.

Талдаудың спектроскопиялық әдістері электромагниттік сәулеленудің затпен өзара әрекеттесуіне негізделген. Бұл өзара әрекеттесу сәулеленудің шығуы, сіңуі және шашырауы ең маңызды құбылыстармен бірге жүреді. Бұл жағдайда пайда болатын сигналдар зат туралы сапалы және сандық ақпарат береді. Спектрлік талдау әдістері - бұл олардың спектрі бойынша заттардың химиялық құрамы мен құрылымын анықтауға негізделген әдістер. Заттың спектрі - бұл толқын ұзындығына реттелген, зат шығаратын, сіңіретін, шашырататын немесе сындыратын электромагниттік сәуле. Сигналдың жиілігі заттың ерекше қасиеттерін, оның табиғатын көрсетеді, ал сигналдың қарқындылығы талданатын қосылыстың мөлшерімен байланысты. Мұндай сигналдарды бақылау және зерттеу үшін әртүрлі физикалық заңдылықтар қолданылады. Осының арқасында спектроскопия әдістері зерттелетін заттардың құрамы, құрылымы және сандық құрамы туралы егжей-тегжейлі ақпарат алуға мүмкіндік береді.

Масс – спектрометрия әдісі - массаның зарядқа қатынасын және затқа әсер ету процесінде түзілетін зарядталған бөлшектер санын анықтау жолымен затты зерттеу әдісі. Спектрометрия массаларының басқа әдістерден айтарлықтай айырмашылығы - оптикалық, рентгендік және кейбір басқа әдістердегі сәулеленуді немесе молекулалардың немесе атомдардың энергия сіңіруін анықтайды, ал масс-спектрометрия заттың бөлшектерін тікелей анықтай алады. Масс-спектрометр - магнит және электр өрістерінде зарядталған бөлшектердің қозғалысының физикалық заңдылықтарын пайдаланатын және масс-спектр алу үшін қажетті вакуумдық аспап. Сонымен, массаның зарядқа қатынасы бірдей иондар спектрдің әртүрлі бөліктерінде болуы мүмкін. Сондықтан масса спектрі кең мағынада белгілі бір ақпаратты алып жүретін және оны түсіндіру процесін күрделендіретін нәрсе. Иондар бір зарядты және көп зарядты, органикалық және бейорганикалық болуы да мүмкін. Көптеген ұсақ молекулалар иондану кезінде тек бір оң немесе теріс заряд алады. Атомдар бірнеше оң зарядты және тек бір теріс зарядты ала алады. Химиялық элементтердің атомдары белгілі бір массаға ие. Осылайша, талданатын молекуланың массасын дәл анықтау оның элементтік құрамын анықтауға мүмкіндік береді. Масс-спектрометрия сонымен қатар талданатын молекулалардың изотоптық құрамы туралы маңызды ақпарат алуға мүмкіндік береді. [8]