Қазақстан Республикасының іім министрлігі Төтенше жағдайлар комитеті Көкшетау техникалық институты
жүктеу/скачать 3,29 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Дәріс№7 Химиялық реакция жылдамдығы. Реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар. 7.1 Реакция жылдамдығына концентрацияның әсері.
- 7.2 Температураның реакция жылдамдығына ә с е р i. 7.3 Катализатордың реакция жылдамдығына әсері. Катализ. 7.4 Химиялық тепе-теңдік.
- 7.5 Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы. Jle Шателье принципі
- 7.1 Реакция жылдамдығына концентрацияның әсері.
- 7.2 Температураның реакция жылдамдығына ә с е р i.
- 7.3 Катализатордың реакция жылдамдығына әсері. Катализ.
- 7.4 Химиялық тепе-теңдік.
- Концентрацияның тепе-теңдікке әcepi.
- Температураның тепе-теңдікке әсері.
- Қысымның тепе-теңдікке әсері.
- 9.3 Электролиз. 9.1 Тотығу-тотықсыздану реакциялары жайында түсінік. Тотығу- тотықсыздану реакцияларын құру
Бақылау сұрақтары: 1.
2.
Эндотермиялық және экзотермиялық реакциялар дегеніміз не? 3.
Энтальпия, ішкі энергия ұғымдарына түсінік бер. 4.
Энтропия ұғымына сипаттама бер.
мазмұны
46
Химиялық реакция жылдамдығы. Реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар. 7.1 Реакция жылдамдығына концентрацияның әсері. 7.2 Температураның реакция жылдамдығына ә с е р i. 7.3 Катализатордың реакция жылдамдығына әсері. Катализ. 7.4 Химиялық тепе-теңдік. 7.5 Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы. Jle Шателье принципі Химиялық реакция жылдамдығы және оның әрекеттecyiшi заттардың концентрациясына, температураға, катализаторға т. б. тәуелділігі туралы ілім
деп аталады. Реакциялардың жүру жылдамдығы әр түрлі болады. Реакцияның жүру жағдайына байланысты бip реакция, eкi әр түрлі жылдамдыкпен жүруі мүмкін. Мысалы, сутек пен оттектің коспасы кәдімгі температурада көп уақыт өзгеріссіз қала береді, ал енді осы қоспаға тиісті катализатор қосса немесе катализатор коспай-ақ температураны 630°С-қа дейін жоғарлатса реакция қопарылыс бере жүреді. Әрекеттесуші заттардың агрегаттық күйіне байланысты химиялық реакциялар гомогенді және гетерогенді болып екі топқа бөлінеді. Егер әрекеттесуші заттар бірдей агрегаттык күйде болса, реакция г о м о г е н д і деп, ал әрекеттесуші заттар әр түрлі агрегаттық күйде болса, реакция
г е т е р о г е н д і деп аталады. Мысалы, азот ( I I ) оксиді NO мен оттегі О 2 әрекеттескенде азот (IV) оксиді түзілу процесі гомогенді реакцияға жатады. Өйткені реакцияға қатысатын заттар да, реакция нәтижесінде түзілген зат та бірдей күйде — газ күйінде болады. Көмірдің жануы гетерогенді реакцияға жатады, ceбeбi көміртек қатты күйде, ал оттек пен көміртек (IV) оксиді газ күйінде болады. 7.1 Реакция жылдамдығына концентрацияның әсері. Реакция жылдамдығы белгілі бip уакыт ішінде реакцияласушы заттардың концентрациясының өзгеруімен өлшенеді. Мысалы, реакцияға катысатын заттың концентрациясы 1 моль/л болып, ал реакция бip минут жүргеннен кейін, 0,8 моль/л қалса, бip минут ішінде жұмсалған 0,2 моль/л осы реакцияның жылдамдығын көрсетеді. Реакция жылдамдығы алғашқы кезде жоғары болады, ал уақыт өткен сайын темендей береді. Оның ceбебі реакцияның алғашқы кезінде әрекеттесуші заттардың концентрациясы көп болады да, олар жиі соқтығысады. Реакция нәтижесінде түзілетін заттар кебейген сайын оған қатысатын заттардың концентрациясы азаяды да, соқтығысулары сирейді, осыдан реакция жылдамдығы темендейді. Сондықтан реакция жылдамдығы белгілі бip уакыт аралығында өлшенеді. Реакцияның орташа жылдамдығы берілген уакыттағы t 2 — t 1 концентрацияның с 1 — с 2 езгеруімен өлшенеді. Оны төмендегі формула бойынша есептейді:
?????? = С 1 − С 2 /??????
2 − ?????? 2
47
Гомогенді жүйедегі реакция жылдамдығы төмендегі формуламен есептеледі: ??????
гомогенді =
∆?????? ?????? ∆?????? ; Мұндағы V – реакция ортасының көлемі.
Ал гетерогенді реакция жылдамдығы ?????? гетерогенді = ∆??????
?????? ∆??????
формуласымен есептеледі, мұндағы S – заттардың реакцияласу беткейінің ауданы. Химиялық реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісне тура пропорционал болады. Мысалы төмендегідей реакция жүрген болса:
mА + nВ = С. онда: υ = K[A]
m [ B ]
n ,
Бұ л, ма сса лар әрек еттес у заңының ма те матик а лық өрнегі болып табылады. Химия лық реа кция жы лдамдығына концентрацияның ә серін зерттей к еле норве гия ға лымы Г ульберг пен Вааге масса лар әре кеттес у заңын а шты . мұндағы υ — реакция жылдамдығы, К — жылдамдық тұрақтысы, оның мәні әрекеттесетін заттардың табиғатына және температураға байланысты болады. [А] және [В] — А мен В заттарының концентрациясы, m және n формуладғы коэффициенттер, яғни формулалар алдындағы коэффициенттер зат концентрациясының дәреже көрсеткіші түрінде жазылады. 2NО + О
2 = 2NО
2 , N 2 + 3H
2 = 2NH
3 ,
Реакциялары үшін массалар әрекеттесу заңы: υ = К[NO] 2 [О 2 ],
υ = K [ N 2 ] [H
2 ] 3
Егер әрекеттесетін А және В заттарының әрқайсысының концентрациясы 1 моль/л-ге тең болса, реакция жылдамдығы жылдамдық тұрақтысына тең болады,
яғни [А]
= [В]
= 1; υ = K. Жылдамдық тұрақтысының мәні неғұрлым көп болса, соғұрлым реакция тез жүреді.
Температураның жоғарылауына байланысты молекулалардың козғалысы жиілеп, олардың бір- бipiмен соқтығысуы артады. Бұл соқтығысулар реакцияның жылдамдығын арттырады. Температураның өсуіне байланысты активтелген молекулалардың саны артады. Мұның өзі реакцияныц жылдамдырының артуына жағдай туғызады.
48
Реакция жылдамдығының температураға байланыстылығы Вант-Гофф ережесімен анықталады: температураны 10°С жоғарылатқанда реакция жылдамдығы 2—4 есе артады. Бұл ереженің математикалық өрнегі мынадай болады:
υ
/υ t1 = γ t1−t2 10
υ t1 — бастапкы температура кезіндегі реакция жылдамдығы, υ t2
- температураны бірнеше 10 ⁰С температураға арттырғаннан кейінгі реакция жылдамдығы, γ— температуралық коэффициент, t 1 және t 2 — бастапкы және соңғы температуралар. Бұл келтірілген формуладан температураны арифметикалык прогрессия бойынша өсіргенде реакция жылдамдығының геометриялық прогрессия бойынша өсетінін көреміз. 7.3 Катализатордың реакция жылдамдығына әсері. Катализ.
Көптеген маңызды химиялык реакциялар катализаторлар катысуы нәтижесінде icкe асырылады. Tipi организмдерде жүретін күрделі химиялық процестер әр түрлі катализаторлардың — ферменттердің қатысуымен жүзеге асады. Халық шаруашылығында маңызы зор бірталай химиялық өнімдер алу процестері де (аммиак, күкір қышқылын өндіру) катализаторлардың қатысуымен жүреді. Химиялық реакциялардың жылдамдығының езгеруіне әсер етіп, бірақ өзі алынған химиялық, заттардың кұрамына кірмейтін заттарды катализаторлар деп
атайды. Катализаторлардың қатысуы нәтижесінде химиялық реакциялардың жылдамдығының өзгеру процесін катализ деп атайды. Катализ гомогенді және гетерогенді болады. Гомогенді катализде, әрекеттесуші заттар мен катализатор бірдей агрегаттық күйде, ал гетерогенді катализде, реакцияласушы заттар мен катализатор әр түрлі агрегатты күйде болады да, реакция катализатордың бетінде жүреді. 7.4 Химиялық тепе-теңдік. Химиялық реакциялар кайтымсыз және кайтымды болып екі топқа жіктеледі. Реакцияға қатысатын заттардың бipeyi немесе барлығы таусылғанша бip бағытта жүретін реакцияларды қайтымсыз реакциялар дейді. Қайтымсыз реакциялар нәтижесінде газ бөлінеді, тұнба, су түзіледі. Көптеген химиялық реакциялар қайтымды. Бұндай реакциялар бір мезгілде екі бағытта жүреді. Әрекеттесуші заттар мен түзілген өнімдер арасына қарама-қарсы бағытта стрелка қойылады. Оңға бағытталған стрелка тура реакция ал солға бағытталған стрелка кері реакция бағытын білдіреді. Қайтымды реакция мысалы ретінді сутек пен иодтың әрекеттесуін қарастыруға болады:
Н 2 +І 2 ⇆2НІ
49
Реакция басталғанда әрекеттесуші сутек пен иодтың концентрациялары көп болғандықтан тура реакцияның жылдамдығы басым болады. Уақыт өткен сайын сутек пен иодтың концентрациялары кеміп, иодсутектің концентрациясы артатындықтан кері реакцияның жылдамдығы жоғарылап, тура реакцияның жылдамдығы кеміп, тура реакция мен кері реакция жылдамдықтары бір-бірімен теңеседі. Тура реакция жылдамдығы кepi реакция жылдамдығына тең болатын қайтымды реакция күйін химиялық тепе- теңдік деп атайды.
Ле Шателье принципі немесе химиялық тепе-теңдіктің ығысу принципі сыртқы жағдайлардың өзгеруінің тепе-теңдікке тигізетін әсерін көрсетеді. Бұл принципті 1847 жылы француз ғалымы Ле Шателье былай деп тұжырымдайды: Егер жүй тепе-теңдік күйде тұрған жағдайда оның сыртқы жағдайларының біреуін, мысалы, концентрацияны, температураны немесе қысымды өзгертсе, онда тепе-теңдік осы өзгеріске қарсы тұратын реакцияның бағытына қарай ығысады. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуына концентрацияның, температураның және қысымның әсерін азот пен сутектің әрекеттесуінен аммиак түзілу реакциясын мысалға алып қарастырайық:
N
+ 3H 2 ⇆ 2NH
3 ∆Н= — 92 кДж.
Тұрақты температурада және қысымда азоттың немесе сутектің концентрациясын кебейтсе, химиялық тепе- теңдік бұл заттардың концентрациясының кему жағына қарай, яғни
А ммиактың түзілу бағытына қарай ауысады. Егер азоттың немесе сутектің концентрациясын азайтса, химиялық тепе-теңдік бұл заттардың концентрацияларының көбею жағына қарай, яғни аммиактың сутек пен азотқа ыдырау бағытына қарай ығысады. Техникада аммиакты жүйеден бөліп алу арқылы химиялық тепе-теңдік аммиактың түзілу бағытына қарай ығыстырылады.
Жүйенің температурасын арттырғанда химиялық тепе теңдік жылу сіңіре жүретін реакция бағытына қарай ығысады. Аммиак түзүлу реакциясы жылу бөле жүретіндіктен жүйе температурасын арттырғанда химиялық тепе теңдік аммактың азот пен сутекке ыдырау бағытына қарай ығысады. Ал жүйенің температурасын төмендеткенде химиялық тепе теңдік аммиактың түзүлу бағытына ығысады.
Газ тәрізді заттар бір-бірімен әрекеттескенде қысымның маңызы зор. Қысымды арттырған кезде белгілі бір заттардың концентрациялары да артатындықтан реакция жылдамдығыд да артады. Аммиак тузілу реакциясында реакцияға қатысатын заттардың мольдік концентрациясы реакция
нәтижесінде түзілетін заттардың мольдік
концентрациясынан eкі есе артық. Бұдан реакцияға катысатын заттардың 50
көлемдерінің қосындысы реакция нәтижесінде түзілетін заттың келемінен eкi есе артық екенін көрсетеді. Егер осы жүйенің кысымын көбейтсе, реакцияға түсетін заттардың концентрациясы реакция нәтижесінде алынатын заттың концентрациясынан кебірек өсетіндіктен химиялық тепе-теңдік аммиак тузілу жағына қарай ауысады. Сонымен жүйенің қысымын арттырғанда химиялык тепе-теңдік көлемі аз заттар түзілетін реакция бағытына қарай ЫҒЫС ады. Бұл жағдай жүйенің қысымының төмендеуіне жағдай жасайды,
яғни сырткы жағдайдың өзгеруіне қарсы әсер етеді. Жүйе қысымын төмендеткенде химиялық тепе-теңдік көлемі кебірек заттар түзілетін реакция бағытына карай, ЯРНИ
,
аммиактың азот пен сутекке ыдырау бағытына қарай ығысады. Бұл жағдай қысымды жоғарылатып, сыртқы өзгеріске қарама - қарсы бағытта әсер етеді. Жүйедегі реакцияға қатыскан заттар келемдері мен реакция нәтижесінде түзілген заттардың көлемдері өзара тең болса, кы- сымның өзгepyi реакцияның тепе-теңдігіне әсер етпейді. Мысалы, азот (II) оксидін синтездеу реакциясында N 2 + О 2 = 2NО, реакцияға екі көлем зат катысады да, реакция нәтижесінде де екі көлем зат түзіледі. Бұл жағдайда қысымды қалай өзгертсе де химиялық тепе-теңдік бұзылмайды. Химия өндірісінде көптеген химиялық заттар алу үшін Ле Шателье принципі кеңінен қолданылады.
1.
2.
Химиялық реакция жылдамдығына әсер ететін факторларды ата. 3.
Гомогенді және гетерогенді катализ дегеніміз не? 4.
Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не, химиялық тепе-теңдіктің ығысуы үшін Ле-Шателье принципінің маңызы қандай? мазмұны
Тақырыбы: Ерітінділер. Ерітінділер жайлы түсінік. Ерітінділер концентрациялары. 8.1 Ерітінді жайында түсінік. Ерітінділер концентрацияларын көрсету тәсілдері.
Ерітінді дегеніміз екі немесе одан да көп заттардан (құрам бөліктерден) тұратын бір текті жүйе. Ерітінді еріген заттан және еріткіштен тұрады. Еріткіш жеке күйінде де ерітінді күйінде де бірдей агрегаттық күйде болатын және еріген затқа қарағанда көп мөлшерде болатын ерітіндінің құрам бөлігін айтады. Мысалы, қанттың судағы ерітіндісінде су, жеке күйінде де ерітіндіде де сұйық күйде болады. Ерітінділер сұйық, газ және қатты күйде болады, мысалы, қанттың судағы ерітіндісі, ауа және алтын мен күмістің құймасы.
Ерітіндідегі еріген заттың мөлшері сан жағынан концентрация арқылы анықталады. Концентрация дегеніміз ерітіндінің белгілі бір көлеміндегі еріген заттың мөлшері. 51
Проценттік концентрация. 100 г ерітіндідегі еріген заттың грамм санымен анықталады. Мысалы, ас тұзының 10 процентті ерітіндісі дегеніміз, 100 г ерітіндіде 10 г ас тұзы бар екендігін білдіреді, ал 90 грамы су. Сонымен ерітіндінің проценттік концентрациясын табу үшін 100 грамм ерітіндіде неше грамм еріген зат бар екенін табу керек.
Ерітіндінің проценттік концентрациясын табу үшін пропорция құрады немесе төмендегі формула арқылы есептейді: С = ?????? ??????. з ?????? ерт. ∙ 100
Мұндағы С –ерітіндінің проценттік концентрациясы; m е.з.
– еріген заттың граммен алғандағы массасы; m ерт - граммен алғандағы ерітіндінің массасы. Ерітіндінің масасы оның көлемі мен тығыздығының көбейтіндісіне тең ( ?????? =
?????? ??????
, ?????? = ????????????)болғандықтан формуланы төмендегідей түрде жазуға болады:
= ?????? ??????. з ???????????? ∙ 100
Мо ляр лык (мольд ік ) к о н ц е н т р а ц и я . Молярлық кон- центрация 1 литр ертіндiдегі еріген заттың моль санымен анықталады.
ерітіндісін даярлау үшін оның бip молін яғни 58,5 (М = 23 г+35,5 г=58,5 r) грамын өлшеп алып 1 литр елшеуіш колбаға салып epiтемізде, ертіндінің келемін су арқылы 1 литрге дейін (колбаның мойнындағы сақинаға) деін жеткіземіз (32 –сурет).
Ертіндінің молярлык концентрациясын мына формуламен есептеп шығаруға болады:
52
См= ?????? ????????????
граммен алынған массасы; М— eріген заттың молі, V — ерітіндінің литрмен алғандағы көлемі. Н о р м а л ь д ы к к о н ц е н т р а ц и я .
концентрациясын 1 литр eрітіндідегі еріген заттың эквивалентсаныфмен анықтайды. 1 литр ерітіндіде 1 эквиваленттік массаepireнболсабipнормальды, 2 эквиваленттік масса epiгeн болса екі нормальді деп атайды. Н о р м а л ь д ы қ к о н ц е н т р а ц и я көп жағдайда н әрпімен белгіленеді. Мысалы, бip нормальды ерітінді 1 н, eкінормальді epітінді 2 н, децинормальді ертінді 0,1 н деп белгіленеді. Ерітінділер дайындағанда қышқылдардың, негіздердің және тұздардың эквивалентік массасын мына жолдармен табады. Қышқылдардың эквивалентік массасын табу үшін олардың мольдік массасын сутек атомдарының санына бөлу керек, мысалы:
ЭнзРО =
98 г/моль 3 =32,66 г/моль Негіздердің эквиваленттік массасын табу үшін олардыц мольдік массасын гидроксид санына бөлу керек, мысалы:
Э Са(ОН)2 =
74г/моль 2 =37 г/моль Тұздардың эквиваленттік массасы олардың мольдік массасын металдың топ саны мен валенттілігін көбейткеннен шыққан санға бөлгенге тең, мысалы:
Э
= 342 г/моль 2 ∙3 = 57 г/моль
Мысалы, күкірт қышқылының 1 нормальді ерітіндісін дайындау үшін оның бір эквиваленттік массасын Э Н2SO4
= 98г/мольг/моль 2 = 49 г/моль, яғни оның 49 грамын өлшеп алып колбаға салып, көлемін су арқылы бір тлитрге жеткіземіз.
Ерітіндінің нормальдық концентрациясы төмендегі формула арқылы анықталады: Сн =
?????? Э ∙ ??????
Мұндағы m – ерітінді массасы; Э – еріген заттың эквиваленттік реакциясы; V – литрмен алғандағы көлемі. 53
Бақылау сұрақтары: 1.
Ерітінді дегеніміз не? 2.
Ерітіндідегі еріген зат мөлшеріне байланысты ерітінділер қалай жіктеледі? 3.
4.
Проценттік концентрация дегеніміз не? 5.
Молярлық концентрация дегеніміз не? 6.
Нормальдық концентрация дегеніміз не? мазмұны
Тақырыбы: Тотығу – тотықсыздану реакциялары 9.1 Тотығу-тотықсыздану реакциялары жайында түсінік. Тотығу- тотықсыздану реакцияларын құру. 9.2 Электрохимиялық процестер. 9.3 Электролиз. 9.1 Тотығу-тотықсыздану реакциялары жайында түсінік. Тотығу- тотықсыздану реакцияларын құру . Химиялық реакциялар жүру сипатына байланысты бірнеше түрлерге жіктеледі. Мысалы:
Реакцияға қатысушы заттардың агрегаттық күйлеріне байланысты гомогенді және гетерогенді болып жіктеледі.
(эндотермиялық) және жылу бөле жүретін (экзотермиялық) деп жіктеледі.
Реакцияға түсуші заттардың өзгеруіне байланысты қосылу, бөліну, орынбасу, алмасу реакциялары болып жіктеледі.
қайтымсыз.
Химиялық реакцияға катализатордың қатысуына немесе қатыспауына байланысты каталитикалық және каталитикалық емес деп жіктеледі. Сонымен қатар химиялық реакциялар, реакцияға түсуші заттар құрамындағы элементтердің тотығу дәрежелерінің өзгеруіне байланысты да жіктеледі. Бұндай реакциялар реакцияларды тотығу – тотықсыздану реакциялары деп аталады. Бейорганикалық химияда тотығу-тотықсыздану реакциялары шартты түрде электрондардың бір элементтен (тотықсыздандырғыштан) екінші элементке (тотықтырғышқа) өтуі деп қарастырылады. Мысалы: жүктеу/скачать 3,29 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|