Практикумы оқу құралы 2013 жыл Алматы 2013 1 0 0 0 6 0 0 4

 
57 
13. 
2
KNO -дегі  азоттың, 
3
KJO
-тегі  иодтың, 
2
3
)
(NO
Cu
-дегі  азоттың, 
4
KMnO -тегі 
марганецтің, 
7
2
2
O
Cr
K
-дегі хромның тотығу дәрежесін анықтаңдар. 
14.МО-  әдісін  пайдаланып,  мына  молекулаларды 
3
2
2
2
2
2
,
,
,
,
,
,
,
NH
NO
CO
F
O
N
H
H
энергетикалық сызбанұсқасын және байланыс еселігін есептеңдер. 
15. Еселік байланыстар. Мысал келтіру. 
16. Валенттік байланыс әдісі, әдістің кемшіліктері. 
17. Молекулалық орбиталь әдісі, негізгі қағидалары. Мысалдар келтіріңдер. МО- әдісі 
бойынша азот, оттегі, кӛміртегі (ІІ) оксиді молекулаларының түзілуі. 
18.Иондық байланыс, мысал келтіру. 
19. Валенттілік және тотығу дәрежелері туралы түсінік. 
12.Сутегіндік байланыс. Мысалдар келтіру. 

 
58 
Химиялық реакциялардың жылдамдығы. 
                    Химиялық тепе теңдік. Катализ 
 
Химиялық  кинетика–  реакциялардың  жылдамдығын,  олардың  жүру  механизмін, 
жылдамдыққа әсер ететін факторларды зерттейтін химияның бӛлімі. 
Химиялық реакцияның жылдамдығы деп кесімді уақыт ішінде реакцияға қатысатын не 
түзілетін заттың мӛлшерін айтады. Мұны математикалық түрде былай жазуға болады: 
t
C
V
 
мұндағы  V реакция жылдамдығы,  C заттың концентрациясының ӛзгеруі (моль/л), 
t
уақыт (сек., мин., сағ.). 
Реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар: әрекеттесуші заттардың табиғаты және 
концентрациясы, температура, катализатор. 
Химиялық  реакция  жылдамдығына  әрекеттесуші  заттар  табиғатының  әсері  сол, 
кез  келген  заттың  әртүрлі  заттармен  әртүрлі  әрекеттесуімен  анықталады.  Реакция 
жылдамдықтары  әртүрлі  болады.  Мысалы,  кейбір  заттардың  әрекеттесуі  тез  жүрсе,  енді 
кейбірінің әрекеттесуі жылдар бойы, тіпті ғасырлар бойы да жүруі мүмкін.  
Химиялық реакция жылдамдығына концентрацияның әсері. 
Химиялық реакцияның жылдамдығына әрекеттесуші заттардың концентрациясының  
әсерін  зерттеген  ғалымдар  Гульдберг  пен  Вааге  1867  жылы  химиялық  кинетиканың  негізгі 
заңын ашты: 
Тұрақты  температурада  химиялық  реакцияның  жылдамдығы  әрекеттесуші 
заттардың концентрациясының кӛбейтіндісіне тура пропорционал.  
Бұл - әрекеттесуші массалар заңы. 
А  және  В  заттарының  арасында  жүретін  реакция  үшін  химиялық  реакцияның 
жылдамдығы былай жазылады: 
]
[
]
[
B
A
k
V
 
Мынадай жалпы түрдегі реакция үшін: 
pAB
nB
mA
 
жылдамдығы:  
n
m
B
k
A
k
V
]
[
]
[
 
мұндағы 
V
реакция 
жылдамдығы, 
]
[
],
[
],
[
AB
B
A
- 
әрекеттесуші 
заттардың 
концентрациясы, 
p
n
m
,
,
стехиометриялық  коэффициенттер,  k реакция  жылдамдығының 
тұрақтысы. 
Әсер  етуші  массалар  заңы  гомогендік  жүйеде  жүретін  реакциялар  үшін  қолданылады. 
Ал реакция қатты және сұйықтың арасында жүрсе, онда тек сұйықтың, ал сұйық пен газдың 
арасында  жүрсе,  тек  газдың  концентрациясы  бойынша  анықталады.  Себебі,  гетерогендік 
жүйелерде  реакцияға  заттардың  тек  жанасу  беті  ғана  қатысады.  Мысалы,  тӛмендегі 
гетерогендік реакцияларының  жылдамдығы келесідей: 
а) 
3
2
CaCO
CO
CaO
]
[
2
CO
k
V
 
қатты    газ 
б) 
2
2
)
(OH
Mg
O
H
MgO
]
[
2
O
H
k
V
 
қатты        сұйық 
в) 
4
2
2
2
SO
H
SO
O
H
]
[
2
SO
k
V
 
      сұйық газ 
Әсер  етуші  массалар  заңының  теңдеуіне  кіретін  пропорционалдық  коэффициенті  – 
реакция жылдамдығының тұрақтысы деп атайды. Әр реакция үшін берілген температурадағы 
мәні тұрақты болып келеді. Оның физикалық мәнін ұғу үшін реакцияға қатысатын заттардың 
концентрациялары  бірдей  1  моль/л  деп  алғанда, 
k
V
  болып  шығады.    Демек,  реакция 
жылдамдығының  тұрақтысы  дегеніміз  де  жылдамдық  екен,  тек  ол  барлық  әрекеттесуші 
заттардың концентрациясы  моль/л –ге тең болған жағдайдағы жылдамдық. 

 
59 
Реакция жылдамдығына температураның әсері. Активтендіру энергиясы.  
Вант-Гофф ережесі. 
Химиялық    реакция  жүру  үшін  әрекеттесуші  заттардың  молекулалары  ӛзара  кездесіп, 
тікелей  соқтығысуы  шарт.  Тек  соқтығысқан  кезде  атомдардың  немесе  иондардың 
арасындағыэлектрон  бұлттары  ӛзгеріске  ұшырап,  жаңа  заттар  түзіледі.  Сондықтан 
реакциялардың  жылдамдығы  әрекеттесуші  заттардың  бӛлшектерінің    ӛзара  соқтығысу 
жиілігіне  тәуелді  болады.  Ал  соқтығысу  жиілігі  реакцияға  қатысатын  заттардың 
концентрациясы ӛскен сайын артады.  
Температура жоғарлаған сайын бӛлшектердің бір-біріне соқтығысу саны артады. Бірақ 
барлық  соқтығысудың  нәтижесінде  әрекеттесу  бола  бермейді.  Іс  жүзінде  тек  «активті»  деп 
аталатын молекулалардың ӛзара соқтығысулары ғана химиялық реакция жүруіне әкеледі. Ол 
«активті» молекулалардың энергиясы осы реакция жүруі үшін жұмсалатын энергияның орта 
шамасынан  жоғары  энергия.  Ол  энергия  активтендіру  энергиясы  (Е
акт.
)  деп  аталады. 
Мысалы: 
AB
B
A
  реакция  үшін  энергиясының  ӛзгеруін  мына  диаграммамен  сипаттауға 
болады: 
 
.  
 
55- сурет. Активтендіру энергиясының ӛзгеруі. 
 
Молекулалар  соқтығысуы  химиялық    түзіліске  әкелуі  үшін  олар  энергетикалық 
барьерден  ӛтуі  керек.  Осыған  қажет  энергияны  активтендіру  энергиясы  деп  атайды.  Кез 
келген  активсіз  молекуланы  активті  ету  үшін  оның  энергиясын  активті  энергия  шамасына 
жеткізу  қажет.  Сол  үшін  реакция  температурасын  жоғарылатса,  барлық  бӛлшектердің 
энергиясы артып, активті бӛлшектердің үлесі де кӛбейеді. 
Реакция жылдамдығына температураның әсерін Вант-Гофф ережесі анықтайды: 
Жүйедегі  температураны  әрбір  10
0
С-қа  көтергенде,  химиялық  реакцияның 
жылдамдығы 2-4 есе артады. 
Вант-Гофф ережесінің математикалық  ӛрнегі: 
10
1
2
1
2
t
t
t
t
V
V
 
мұндағы, 
2
1
,t
t
бастапқы және соңғы температура, 
2
1
,
t
t
V
V
2
t  және 
1
t температурадағы 
химиялық  реакцияның  жылдамдығы, 
-реакция  жылдамдығының  температуралық 
коэффициенті, ол шамамен 2-4 –ке тең болады. 
 
1-мысал.  Егер  газ  қоспасының  кӛлемін  3  есе  кемітсе,  онда  мын  реакцияның  
O
H
O
H
2
2
2
2
2
 жылдамдығы қалай ӛзгереді? 
Шешуі. Берілген реакция үшін жылдамдық теңдеуі былай жазылады: 
]
[
]
[
2
2
2
1
O
H
k
V
 

 
60 
Егер  газ  қоспасының  кӛлемін  3  есе  кемітсе,  онда  сутегінің  және  оттегінің 
концентрациясы сонша есе артады. Бұл жағдайдағы реакция жылдамдығының теңдеуі: 
]
[
]
[
27
]
[
3
]
[
9
])
[
3
]
[
3
(
2
2
2
2
2
2
2
2
O
H
k
O
H
k
O
H
k
V
 
Демек, реакция жылдамдығы 
27
1
2
v
v
есе артты. 
2-мысал.  Температураны  20
0
-тан  40
0
-қа  кӛтергенде  реакция  жылдамдығы  қанша  есе 
артады? Реакция жылдамдығының температуралық  коэффициенті 3-ке тең. 
Шешуі.  Есептің  шартында  берілген  мәндерді  Вант-Гофф  ережесінің  математикалық 
теңдеуіне қоямыз: 
0
0
0
0
20
2
20
10
20
40
20
40
9
3
3
V
V
V
V
 
Демек, температураны 20
0
-тан40
0
-қа кӛтергенде реакция жылдамдығы 9 есе артады. 
3-мысал.  Реакция  жылдамдығы  729  есе  арту  үшін  газ  қоспасының  температурасын 
қанша градусқа дейін кӛтері керек? Реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті 
3-ке тең.  
Шешуі. Вант-Гофф ережесінің теңдеуін еске түсірейік.  
10
1
2
1
2
t
t
t
t
V
V
 немесе 
10
1
2
1
2
t
t
t
t
v
v
 
Есептің шарты бойынша  
729
1
2
t
t
v
v
  және 
= 3. Осы мәндерді  теңдеуге қоямыз, сонда 
10
729
1
2
t
t
, бұдан 
6
10
1
2
t
t
 ,     
60
1
2
t
t
 
Демек,  реакция  жылдамдығы  729  есе  арттыру  үшін  температураны  60
0
С-қа  кӛтеру 
керек. 
Химиялық реакция жылдамдығына катализатордың әсері 
Химиялық реакцияның жылдамдығын ӛзгертетін заттарды катализатор деп атайды.  
Кӛп  жағдайда  реакция  жылдамдығын  катализатордың  кӛмегімен  жоғарылату  тиімді. 
Реакция жылдамдығын бәсеңдететін заттарды ингибиторлар деп атайды.  
Катализатордың  ӛзі  реакцияларда  жұмсалмайды  және  түзілген  заттарға  қосылмайды. 
Катализдің  екі  түрі  бар:  гомогенді  және  гетерогенді.  Гомогенді  катализде  әрекеттесетін 
заттармен  катализатор  бір  фазалы  газ  немесе  сұйық  күйдегі  жүйені  түзеді,  катализатормен 
әрекеттесуші заттар арасында бӛліну беті болмайды.  
Гетерогенді  катализде  әрекеттесуші  заттар  мен  катализаторлар  әртүрлі  фазалардан 
тұратын жүйе түзеді. Мұндай кезде катализаторлармен әрекеттесуші заттар арасында бӛліну 
беті  болады.  Мысалы,  катализатор  –  қатты  зат,  ал  әрекеттесуші  заттар  –  газдар  немесе 
сұйықтар. 
Катализатордың  әсер  ету  механизмі  оның  әрекеттесуші  заттың  біреуімен  аралық 
қосылыс  түзуі  арқылы  түсіндіруге  болады.  Егер  баяу  жүретін  реакцияны    А  +  В  =  АВ 
катализатор  К  қатыстырып  жүргізсе,  онда  ол  әрекеттесуге  қатысатын  заттардың  біреуімен 
тұрақсыз аралық қосылыс түзеді:  
А + К = АК                (1) 
Бұл реакцияның активтендіру энергиясы ӛте аз, сондықтан реакция шапшаң жүреді. Ал 
түзілген аралық қосылыс АК енді келесі бастапқы затпен әрекеттесінп, катализаторды бӛліп 
шығарады: 
АК + В = АВ + К          (2) 
Бұл  үрдістің  де  активтендіру  энергиясы  ӛте  тӛмен,  сондықтан  реакция  айтарлықтай 
жылдамдықпен жүреді. Егер бір уақытта жүретін екі реакцияны  (1), (2) біріктірсек, онда тез 
жүретін реакцияның қорытынды теңдеуін аламыз: 
А + В = АВ 

 
61 
Химиялық тепе-теңдік. Ле-Шателье принципі 
Химиялық  реакциялар  қайтымды  және  қайтымсыз  болып  екі  топқа  бӛлінеді. 
Қайтымсыз  реакциялар  бастапқы  заттардың  біреуі  немесе  екеуі  де  таусылғанша  ақырына 
дейін жүреді.  
Кӛптеген  химиялық  реакциялар  қайтымды  болады  да  екі  бағытта  жүреді.  Тура 
реакцияның  жылдамдығы  кері  реакцияның  жылдамдығына  тең  болатын  қайтымды 
реакцияның күйін химиялық тепе-теңдік дейді. 
Химиялық  тепе-теңдік  кезінде  белгілі  бір  уақыт  бірлігі  ішінде  тура  реакцияның 
нәтижесінде қанша молекула түзсе, қайтымды реакцияның нәтижесінде  де сонша молекула 
түзіледі.  Химиялық  тепе  –  теңдік  кезінде  бастапқы  және  түзілген  заттардың 
концентрациялары ӛзгермейді және оларды тепе – теңдік концентрациялары дейді. 
Химиялық тепе-теңдіктің сандық сипаттамасы - тепе-теңдік константасы. 
Аммиак синтездеу реакциясы қайтымды реакцияларға жатады: 
3
2
2
2
3
NH
H
N
тура
кері
 
 Әсер етуші массалар заңы бойынша тура және кері реакциялардың жылдамдықтарын 
былай жазады:
 
V
тура
3
2
2
1
]
[
]
[
H
N
k
;
V
кері
2
3
2
]
[NH
k
 
 
Химиялық тепе-теңдік кезінде тура және кері реакциялардың жылдамдықтары ӛзара тең 
болғандықтан, былай жазуға болады:  
2
3
2
3
2
2
1
]
[
]
[
]
[
NH
k
H
N
k
 
одан 
3
2
2
2
3
2
1
]
[
H
N
NH
k
k
 
Тура реакция мен кері реакцияның жылдамдық тұрақтыларының қатынасы да тұрақты 
болады және осы реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы (К) деп аталады: 
3
2
2
2
3
2
1
]
[
H
N
NH
k
k
K
 
Мынадай жалпы түрдегі қайтымды реакция тепе-теңдік күйде екен делік: 
 
аА + вВ ↔ сС + дД 
 
Бұл реакцияның тепе-теңдік тұрақтысын (К) мынадай теңдеу түрінде жазуға болады:  
в
a
д
с
B
A
Д
C
K
]
[
 
мұндағы,  [А],  [В],  [С],  [Д]    -  А;  В;  С;  Д  заттарының  тепе-теңдік  концентрациялары; 
а,в,с,д  -  А;  В;  С;  Д  заттарының  алдындағы  стехиометриялық  коэффициенттер.  Келтірілген 
теңдеу  -  тепе-теңдік  күйдегі  қайтымды  реакцияға  қолданылған  химиялық  кинетиканың 
негізгі заңының математикалық ӛрнегі. 
Газ  тәрізді  заттардың  арасындағы  жүретін  қайтымды  реакцияның  тепе-теңдік 
константасын  кӛрсету  үшін  заттардың  тепе-теңдік  концентрацияларының  орнына  ол 
газдардың  парциалды  қысымдарын  алу  керек.  Мысалы,  жоғарыдағы  жалпы  реакция  үшін 
тепе-теңдік константасы былай жазылады (әсер етуші заттар А,В,С,Д газ күйінде болса):  
 
в
В
a
A
д
Д
c
C
B
P
P
P
K
]
[
]
[
 
 
 

 
62 
Ле-Шателье принципі 
Жүйенің  сыртқы  жағдайы  ӛзгермесе  оның  тепе-теңдік  күйі  ұзақ  сақталады.  Сыртқы 
жағдайдың  ӛзгеруі  тура  реакция  мен  кері  реакцияның  жылдамдығына  түрліше  әсер 
еткендіктен тепе-теңдік тура реакцияның немесе кері реакцияның бағытына қарай ығысады. 
Сыртқы  жағдайдың  ӛзгеруіне  байланысты  химиялық  тепе-теңдіктің  белгілі  бір  бағытқа 
ығысуын  Ле-Шателье  принципі  анықтайды:  Тепе  –теңдік  күйде  тұрған  жүйенің  сыртқы 
жағдайларының  бірі  ӛзгерсе,  тепе-теңдік  сол  ӛзгеріске  қарсы  әсер  ететін  процестің 
бағытына қарай ығысады. 
Химиялық тепе-теңдіктің ығысуына температура, қысым (газдар үшін) және заттардың 
концентрациясы әсер етеді. 
Есеп шығару мысалдары 
1  мысал.  Н
2
  +  І
2
  =  2НІ  реакциясы  қатысатын  заттар  концентрациясы  тӛмендегідей 
болғанда [Н
2
]= 0,5 моль/л, [І
2
]= 0,1 моль/л, [НІ]= 1,8 моль/л тепе-теңдік күйге келеді. Сутегі 
мен иодтың бастапқы концентрацтяларын және тепе-теңдік тұрақтысын табыңдар. 
Шешуі.  Реакция  теңдеуінен  сутегі  мен  иодтың  бірдей  мӛлшерлерінен  мӛлшері  екі  есе 
артық  иодсутегі  түзілетінін  кӛреміз.  Сондықтан  тепе-теңдік  кезінде  1,8  моль/л  НІ 
түзілгендіктен,  сутегі  мен  иодтың  0,9  моль/л  әрекеттеседі.  Сутегінің  бастапқы 
концентрациясын  табу  үшін  оның  әрекеттескен  0,9  моль/л  –не  әрекеттеспеген,  яғни  тепе-
теңдік күйдегі 0,5 моль/л қосу керек: 0,9 + 0,5 = 1,4 моль/л. 
Сол  сияқтыйодтың  бастапқы  концентрациясы  0,9  +  0,1  =  1  моль/л.  Тепе-теңдік 
тұрақтысы: 
8
,
64
1
,
0
5
,
0
8
,
1
2
2
2
2
I
H
HI
K
C
 
 
Жауабы: бастапқы [Н
2
]= 1,4 моль/л;  [І
2
]= 1 моль/л,  К
С 
= 64,8. 
 
2-мысал.  1000
0
С –да 
2
CO
Fe
CO
FeO
  реакциясының  тепе-теңдік  тұрақтысы  0,5. 
CO  мен 
2
CO  бастапқы концентрациялары: 
CO  = 0,05 моль/л, 
2
CO  = 0,01 моль/л болғанда, 
тепе-теңдік күйдегі концентрациясы неге тең? 
Шешуі.  Кӛміртегі  (ІІ)  оксидінің  х  молі  әрекеттескенде  кӛміртегі  (ІУ)  оксиді  х  молі 
шамасында  түзілетінін  ескере  отырып,  реакция  тепе-теңдігі  сақталатын  болса,  тепе-теңдік 
күйдегі  CO   концентрациясы  (0,05-х)  моль/л,  ал 
2
CO   концентрациясы  (0,01  +  х)  моль/л 
болуы  тиіс.  Осы  табылған  тепе-теңдік  күйдегі  концентрацияларды  тепе-теңдік 
тұрақтысының формуласына қойсақ, х мәнін таба аламыз: 
 
x
x
CO
CO
K
C
05
,
0
01
,
0
2
 
Демек, тепе-теңдік күйдегі [ CO ] =0,05-х =0,05-0,01=0,04 моль/л,  [
2
CO  ]=0,01+х =0,01 
+ 0,01 =0,02 моль/л. 
 Жауабы: [
CO ] =0,04 моль/л,  [
2
CO  ] =0,02 моль/л 
 
3-мысал. 
Қысымды 
екі 
есе 
арттырғанда 
мына 
қайтымды 
реакциядағы
2
2
2
2
NO
O
NO
тепе-теңдік қалай қарай ығысады?  
Шешуі:  Қысым  ӛзгермей  тұрғанда  тура  реакцияның  жылдамдығы  V
тура
=  k
тура
  [NO]
2
 
[O
2
], кері реакцияның жылдамдығы V
кері 
= k
кері
 [NO
2
]
2
  болады. Қысымды екі есе арттырғанда 
оған сәйкес газдардың концентрациясын 2 есе ӛсіргенімен, реакцияның жылдамдығы  
V
тура
= k
тура
 [2NO]
2
[2O
2
]=8k
тура
 [NO]
2
[O
2
], 
V
кері 
= k
кері
 [2NO
2
]
2
=4k
кері
 [NO
2
]
2  
болады.  

 
63 
Бұдан  қысымды  екі  есе  арттырғанда  тура  реакцияның  жылдамдығы  8  есе,  ал  кері 
реакция жылдамдығы не бары 4 есе ӛсетіні байқалады.  
Жауабы: Тепе-теңдік тура реакция бағытына қарай ығысады. 
4-мысал.N
2
+  3Н
2
  =  2NН
3
  +  Qжылу  бӛле  жүретін  қайтымды  реакциядағы  тепе-теңдік 
температураны жоғарылатқанда қай (тура немесе кері) реакция бағытына қарай ығысады? 
Шешуі.    Реакция теңдеуі: N
2
+ 3Н
2
 = 2NН
3
 + Q  
Жылу  бӛле  жүретін  реакция  –  экзотермиялық,  жылу  сіңіре  жүретін  реакция  – 
эндотермиялық реакция деп аталады. Берілген реакцияда тура реакция – экзотермиялық, кері 
реакция  –  эндотермиялық  реакция.  Ле-Шателье  принципі  бойынша  тепе-теңдікте  тұрған 
жүйенің  температурасын  жоғарылатқанда  тепе-теңдік  эндотермиялық  реакцияның,  ал 
температураны тӛмендеткенде экзотермиялық реакцияның бағытына қарай ығысады. Демек, 
температураны  жоғарылатқанда  бұл  мысалда  тепе-теңдік  кері  реакция  бағытына  қарай 
ығысады. 
 
Бақылау сұрақтары 
1.Химиялық реакцияның жылдамдығы қандай факторларға тәуелді ? 
2.Вант-Гофф ережесін пайдаланып жылдамдықты қалай анықтауға болады ? 
3.Концентрация жылдамдыққа қалай әсер етеді ?  
4. Кайтымды реакцияның  және тепе-теңдік константаның теңдеулерін жазыңыз. 
5. Ерiтiндiнiң түсі қалай өзгереді?   
6.  Тәжірибеде  жасалатын  2,  3,  4  сынауықтардағы    химиялық  тепе-теңдік  қай  бағытқа 
ығысады? 
 

жүктеу/скачать 6,26 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: