Химиялық тепе – теңдік туралы түсінік

Жалпы түрде химиялық реакцияның жылдамдығы төмендегі теңдеумен өрнектеледі:

υ= = , (9.1)

мұндағы С – әрекеттесуші зат концентрациясы;

n – әрекеттесуші заттың моль саны;

V – жүйе көлемі;

t – уақыт.

Егер химиялық реакцияның жылдамдығы бастапқы заттар бойынша өрнектелсе, онда (9.1) теңдеуі «минус» таңбасымен алынады. Бұның мәнісі: реакция барысында уақыт өткен сайын бастапқы заттардың концентрациялары кемиді, сәйкесінше туындысы теріс шама болады. Ал, химиялық реакцияның жылдамдығы әрқашан оң шама, сондықтан осы шартты қанағаттандыру үшін теңдеу алдына «минус» таңбасы қойылады.

Егер химиялық реакцияның жылдамдығы реакция өнімдері бойынша өрнектелсе «плюс» таңбасы қойылады. Себебі: реакция барысында уақыт өткен сайын реакция өнімдерінің концентрациялары артады, сәйкесінше туындысы оң шама болады да, «химиялық реакцияның жылдамдығы әрқашан оң шама болу» шарты орындалады.

Жалпы түрде газ фазасында немесе ерітіндіде жүретін гомогендік реакцияны қарастырайық:

А + bВ = mМ + nN (9.2)

Сонда реакция жылдамдығы оған қатысатын заттар арқылы келесідей өрнектеледі:

υ = - = - = = (9.3)

Реакцияға қатысатын заттар арқылы өрнектелген теңдеулер арасында төмендегідей байланыс болады:

-∙ = - ∙ = ∙ = ∙ (9.4)

Химиялық реакцияның жылдамдығы бірқатар факторларға тәуелді: әрекеттесуші заттар табиғаты, олардың концентрациялары, температура, қысым және т.б. Белгілі уақыт өткеннен кейін әрбір химиялық реакция динамикалық тепе-теңдік күйіне жетеді, бұл кезде тура және кері реакциялардың жылдамдықтары өзара тең болады:

υ = υ ₁ = υ ₂, (9.5)

мұнадғы υ ₁ – тура химиялық реакцияның жылдамдығы;

υ ₂ – кері химиялық реакцияның жылдамдығы.

Егер тура химиялық реакцияның жылдамдығы кері химиялық реакция жылдамдығынан көп жоғары болса, яғни

υ ₁ >> υ ₂, (9.6)

онда жалпы реакцияның жылдамдығы тура химиялық реакцияның жылдамдығымен анықталады. Мұндай реакциялар біржақты немесе қайтымсыз реакциялар деп аталады.

Жалпы, біржақты химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелді. Химиялық реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттар концентрацияларына тәуелділігін көрестетін теңдеу химиялық реакцияның кинетикалық теңдеуі деп аталады. Бұл тәуелділікті химиялық кинетиканың негізгі постулаты сипаттайды. (9.2) теңдеуі үшін химиялық кинетиканың негізгі постулаты төмендегідей түрде жазылады:

υ = kCC, (9.7)

мұндағы k – химиялық реакция жылдамдығының константасы;

n_A – А заты бойынша реакцияның реттілігі;

n_B – В заты бойынша реакцияның реттілігі.

Егер С_А = 1 және С_В = 1 болса, онда (9.7) теңдеу ықшамдалады:

υ = k (9.8)

Осыдан k шамасын химялық реакцияның меншікті жылдамдығы деп те атайды.

Химиялық реакцияның жылдамдығын өлшеу әрекеттесуші заттардың бірінің концентрациясын реакция басынан белгілі уақыт бөліктері өткеннен кейін анықтауға, яғни әрекеттесуші заттардың концентрацияларының уақытқа тәуелділігін анықтауға негізделген. Бұл мәселе әрбір нақты жағдай үшін ең ұтымды келетін сандық анализ әдісі көмегімен орындалады. Әдетте әрекеттесуші заттың концентрациясын не сандық анализ әдісімен, не реакция барысы кезіндегі реакциялық қоспаның қандай да бір физикалық қасиетіне негізделген физико-химиялық анализ әдісі көмегімен анықтайды. Мұндай қасиетке тығыздық, тұтқырлық, диэлектрлік өтімділік, электрөткізгіштік, оптикалық тығыздық және т.б. қасиеттер жатады.

Химиялық тепе–теңдік сандық жағынан берілген температура үшін тұрақты шама тепе–теңдік константасымен сипатталады. Тепе–теңдік константасы реакция өнімдерінің стехиометриялық коэффициентеріне дәрежеленген тепе – теңдік концентрация көбейтіндісінің бастапқы заттардың сондай концентрация көбейтіндісінің қатынасымен анықталады. Келесі реакция үшін:

Тепе – теңдік реагенттердің парциаль қысымдары арқылы өрнектелсе, химиялық тепе – теңдік константасы келесідей тәуелділікті көрсетеді:

Тепе–теңдік константасы әрекеттесуші заттар табиғатынан, температурадан тәуелді, концентрациядан, активтіліктен, қысымнан тәуелсіз. K_c, K_р – газтәріздес реагентердің моль сандары өзгере жүретін реакциялар үшін өлшемсіз шамалар. Басқа жағдайларда: