Дәріс №1 Атом-молекулалық ілім негізі
Дәріс №4 Химиялық реакциялардың негізгі әректтесу заңдылықтары
жүктеу/скачать 168,35 Kb.
|
1869614765235 Лекция ядр. физ. 2
| Дәріс №4
Химиялық реакциялардың негізгі әректтесу заңдылықтары Дәрістің мақсаты: химиялық реакциялардың жылдамдығының концентрациядан тәуелділігі, реакциялардың молекулалағын зерттеу, гетерогендік реакциялардың айырмашылығы. Химиялық. реакция жылдамдығы. Химиялық тепе-теңдікке жету жолдары. Тепе-теңдіктің ығысуы. Химиялық кинетика — химияның химиялық процестерінің жылдамдығын және жүру заңдылықтарын қарастыратын бір саласы. Химиялық реакциялар әрекеттесуші заттардың түріне қарай гомогенді және гетерогенді болып екіге бөлінеді. Гомогенді реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың табиғатына, қойыртпалығына, температураға, қысымға, катализатордың қатысуына, ал гетерогенді реакциялардың жылдамдығы осы айтылғандардан басқа фазаның жүктелген жеке бөліктерінің күйіне, жылу және масса алмасу жағдайларына және т.б. тәуелді. Химиялық реакцияның жылдамдығы дегеніміз – әрекеттесуші заттардың біреуінің концентрациясының уақыт бірлігінде өзгеруі. , , моль/мин, . Химиялық реакция барысында реакцияға кіретін заттар концентрациясы азайып, реакция өнімділігінің концентрациясы жоғарылайды. , моль/мл∙мин., , моль/см2∙мин. Реакцияның жылдамдығы көптеген факторларға байланысты: әрекеттесуші заттардың концентрациясына, температураға, катализаторға: 1) Концентрацияның әсері. А + В = АВ. Әрекеттесуші заттар А, В, өнім – АВ. Химиялық реакция жылдамдықтарының концентрацияға байланысты артуының мәнін химиялық кинетиканың негізгі заңы (әрекеттесуші массалар заңын 1868 ж. Гульдберг және Вааге ашқан) түсіндіріп береді: тұрақты температурадағы химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал болады. aA + bВ = сС + dD, , . k – жылдамдық константасы, олар әрекеттесуші заттар табиғатына, температураға тәуелді, бірақ концентрациаға тәуелді емес. Егер [А] = [В] = 1, онда υ = k жылдамдық константасына тең болады. 2) Жылдамдыққа температураның әсері. Әрекеттесуші массалар заңы кез-келген температураға сәйкес, бірақ тұрақты жылдамдықта температураның әсерінен өседі. Жылдамдыққа температураның әсерін Вант-Гофф ережесі сипаттайды: реакция температурасын әр бір 10ºС көтергенде, реакция жылдамдығы 2 немесе 4 есе артады. . γ – температуралық коэффициент; – t1, t2 температурасындағы реакция жылдамдықтары. 3) Реакция жылдамдығының катализатор қатысына тәуелділігі. Химиялық реакция жылдамдығын катализатор өзгертеді, ол тура және кері реакция жылдамдығына бірдей әсер етеді. Катализатордың қатысуының нәтижесінде активті молекулалар саны артады да, жылдамдық жоғарылайды. Катализатор реакция жылдамдығын арттырса, оң катализ деп, ал төмендетсе теріс катализ деп аталады. Валенттілігі қаныққан молекулалар арасындағы химиялық реакциялар өте қиын жүреді, өйткені молекуладағы атомдар арасындағы байланысты үзу үшін энергия жұмсау керек. Молекулалық реакциялар мономолекулалық, екімолекулалық және үшмолекулалық деп ажыратылады. Ол бір мезгілде өзара әрекеттесуге қатысатын молекулалар санын көрсетеді: - мономолекулалық реакциясы I2(г) = 2I, ; - екімолекулалық реакциясы H2 + I2 = 2HI, ; - үшмолекулалық реакциясы О2 + 2NO=2NO2, . Химиялық реакция жылдамдығына температураның әсерін активтендіру теориясының көмегімен жақсы түсіндіруге болады. Бұл теория бойынша, химиялық реакцияға тек белгілі бір энергиясы бар активті молекулалар кіріседі. Активсіз молекулаларды активті күйге айналдыру үшін қосымша энергия жұмсалады. Бұл процесті активтендіру деп атайды. Температура жоғарылағанда активті молекулалар саны лезде өсіп, реакция жылдамдығы артады. Әрекетесетін заттар молекулаларын активтендіру үшін жұмсалатын энергияны активтендіру энергиясы деп атайды. Химиялық реакция жылдамдығы активтендіру энергиясына толық бағынады. Активтендіру энергиясы неғұрлым төмен болса, реакцияның жылдамдығы да жоғары болады. Егер активтендіру энергиясы жоғары болса, реакция жылдамдығы баяу жүреді. Реакцияның жылдамдық тұрақтысының активтендіру энергиясы мен температурадан тәуелділігі Аррениус теңдеуімен өрнектеледі: , мұндағы k0 – пропорционалдылық коэффициенті; e – натуралдық логарифмдер негізі; Ea – активтендіру энергиясы. Химиялық реакциялар қайтымды және қайтымсыз болып екі топқа бөлінеді. Қайтымды реакциялар – реакция өнімдері бір-бірімен әрекеттесіп, бастапқы заттарды қайтадан түзетін реакциялар. Қайтымсыз реакция – бастапқы заттардың біреуі немесе екеуі де таусылғанша ақырына дейін жүреді. ↑. Қайтымды реакция – кері және тура бағытта жүреді. . Егер бірқалыпты үрдісте кері және тура реакция жылдамдықтары бір- біріне тең болса бұл жағдайды тепе-теңдік күй деп атайды. . Химиялық тепе-теңдік күйдегі әрекеттесуші заттардың концентрациясын тепе-теңдік концентрациялары деп атайды. Химиялық тепе-теңдікке әртүрлі факторлар әсер етеді. Осы әсер ету жағдайы Ле-Шателье қағидасымен сипатталады: Тепе-теңдік күйдегі жүйеге сырттан әсер етсе, тепе-теңдік сол әсерді баяулататын жаққа қарай ығысады. 1) Тепе-теңдіктің ығысуына концентрацияның әсері. Егер әрекеттесуші заттар концентрациясын көтерсек, тепе-теңдік оңға – өнім жағына қарай ығысады. Әрекеттесуші заттар концентрациясын көтерсе, тепе-теңдік оңға өнім жағына қарай жылжиды, ал өнім концентрациясын көтерсе, тепе-теңдік солға, әрекеттесуші заттар жағына қарай жылжиды. 2) Тепе-теңдікке қысымның әсері. а) Егер қысымды көтерсек, тепе-теңдік моль саны аз жаққа, бұл жүйеде оңға қарай ығысады. . б) Егер қысымды төмендетсек, тепе-теңдік моль саны көп жаққа ығысады. Егер көлем өзгермесе қысым тепе-теңдікке әсер етпейді. . 3) Тепе-теңдікке температураның өзгерісінің әсері. Температура жоғарылағанда қарама-қарсы екі процесс жылдамдығы бірдей өзгереді, бірақ эндотермиялық процесс күшті ұлғаяды, ал температураны төмендетсе, керісінше экзотермиялық процесс ұлғаяды. Химиялық тепе-теңдік кездегі температураның әсерін білу үшін үрдістің жылу эффектісін (∆H) білу керек. Ол оң болса, температура әсері мәнді болады, ал нөлге жақын болса, температураның өзгеруі тепе-теңдікке әсер етпейді. Сондықтан, Ле-Шателье қағидасына сәйкес температура жоғарылағанда, тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына қарай ығысады. Температура төмендегенде, экзотермиялық реакция бағытына қарай ығысады. . Температура жоғарылағанда солға ығысады (эндотермиялық реакция жағына). Температура төмендегенде оңға ығысады (экзотермиялық реакция жағына). , ∆H<0. Температураны жоғарылатса – солға, әрекеттесетін заттар жағына, ал қысымды көтерсе – солға, төмендетсе оңға ығысады. Тепе-теңдік жылжымалы. Ол бір тепе-теңдік күйден, екінші тепе-теңдік күйге ауыса алады, біраз өзгерістен кейін, қайтадан қалпына келеді. Реакцияның тепе-теңдік константасын kт/т мынадай теңдеу түрінде жазуға болады: . Мұндағы [А], [В], [С], [D] – А, В, С, D заттарының тепе-теңдік концентрациялары; а, b, c, d – А, В, С, D заттарының алдыңдағы сәйкес коэффициенттер. жүктеу/скачать 168,35 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|