Неорганическая химия лекция

Тема: Химиялык реакциялардын ылдамдыгы

План:

1. Химиялык реакциялардын ж\р\\ ылдамдыгы

2. Реакциянын ылдамдыгына таасир эт\\ч\ факторлор

3. Активдештир\\ энергиясы

4. Кайталанып жана кайталанбай ж\р\\ч\ реакциялар

Бардык химиялык реакциялар ж\ргън учурда реакцияга катышкан заттардын химиялык байланыштары \з\л\п, жаёы пайда болгон продуктулардын ичинде кайрадан жаёы байланыштын пайда болуусу иш ж\з\нъ ашат. Мында реакцияга катышкан заттардын составындагы элементтердин атомдорунун жалпы саны ъзгър\лбъстън калат. Бирок бул учурда химиялык реакциялар жылуулукту бъл\п чыгаруу же сиёирип алуу менен ж\р\ш\ м\мк\н. Эгерде реакцияларга катышкан заттардын атомдорунун ортосундагы химиялык байланыш анчалык бекем болбосо, анда реакциянын натыйжасында пайда болгон продуктулар энергияны бъл\п чыгаруу менен ж\рът. Ал эми тескерисинче реакцияга катышкан заттардын атомдорунун ортосунда химиялык байланыш бекем болсо, анда реакциянын натыйжасында пайда болгон прлдуктулар энергияны сиёирип алуу менен ж\рът.

Демек, химиялык реакциялардын ишке ашышындагы ички механизмдерин жана алардын ж\р\ш\нъ таасир кылган ар кандай факторлорду алдын ала бил\\ технологиялык процесстерди рационалдуу т\з\п, эл чарбасы \ч\н ътъ керект\\ продуктуларды ънър жайлык масштабда \нъмд\\ ънд\р\п алууга м\мк\нд\к берет. Ошондуктан химиялык реакциялардын ж\р\\ ылдамдыгын жана алардын механизмин химиянын ъзгъчъ бир бъл\г\ - химиялык кинетика \йрътът.

Химиялык кинетика – химиялык ар т\рд\\ факторлорго карандылыгы жън\ндъг\ окуу. Ар кандай химиялык процесстерди изилдъън\н натыйжасында реакциялардын ар кандай ылдамдык менен ж\ръ тургандыгы аныкталган.

Реакциянын ылдамдыгы деп, реакцияга катышкан заттардын убакыт бирдигинде концентрациясынын ъзгър\ш\н айтабыз. Кээ бир реакциялар ътъ тез ж\рът. Мисалы, туздар, кислоталар, шелочтордун суудагы эритмелеринин ъз ара аракеттениши.

1. 2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑

2. 2NaCl+H₂SO₄=Na₂SO₄+2HCl

3. Ca(OH)₂+2HNO₃→Ca(NO₃)₂+2H₂O

Концентрация деп – кълъм бирдигиндеги заттын мазмунун, санын айтабыз. Эреже катары полярсыз байланыштуу заттар ъз ара жай реакцияланат. Полярдуу молекулалар ъз ара аракеттенишкенде алардын ортосундагы ылдамдыгы динолдорунун узундугуна къз каранды болот да реакция полярсыз байланышка караганда тез ж\рът. Иондук бирикмелер ътъ тез реакцияланышат. Эритмеде ж\ргън тъмънк\ реакциялардын ылдамдыктарын салыштырып кърсък.

1. 5H₂C₂O₄+2KmnO₄+3H₂SO₄=10CO₂+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O

2. FeCl₂+KMnO₄+8HCl=5FeCl₃+KCl+MnCl₂+4H₂O

3. AgNO₃+NaCl=AgCl↓+NaNO₃

Биринчи эки реакцияда MnO₄ иондору т\с\н жоготот. 1-реакция жай ж\рът, 2-реакция ылдам, ал эми 3-реакция къз ирмемде ж\рът. Аны эритмелердин т\стър\н\н ъзгър\ш\нън жана чъкмъ пайда болушунан жеёил байкоого болот.

Эксперименталдык изилдъълърд\н негизинде реакциянын ылдамдыгына бир катар шарттар таасир кылаары аныкталган. Аларга концентрация, температура жана катализаторлор кирет. Химиялык процесстерде реакцияга кирген баштапкы заттардын концентрациясы къбъйгъндъ ага жараша процесстин ылдамдыгы да къбъйът. Реакция ж\р\\ \ч\н эки бъл\кчъ жакындашып кагылуушусу керек. Муну т\ш\нд\ргън модель кагылышуу теориясы деп аталат. Кагылышуу канчалык къп болгон сайын, реакциянын ылдамдыгы ошончолук жогору болот.

Массалардын аракет эт\\ закону

Химиялык реакциянын ылдамдыгына концентрациянын таасирин 1865-жылы Н.Н.Бекетов белгилеген. Аны кийинчерээк 1867-жылы норвегиялык окумуштуулар Гульдберг жана Вааге тъмъндъг\дъй формулировкалаган.

Химиялык реакциянын ылдамдыгы реакцияга кирген заттардын концентрациясына т\з пропорциялаш, эгерде реакцияга эки т\рд\\ зат кирсе А жана В, анда массаларын аракет эт\\ законуна ылайык аны тъмъндъг\дъй кърсът\\гъ болот. Мында, ύ- реакциянын ылдамдыгы, [A] жана [B] – заттардын молекулярдык концентрациясы, R - реакциянын ылдамдыгынын концентрациясы, m жана n – реакциянын теёдемесинин коэфициенти.

Мисалы: 2NO+O₂ 2NO₂; ύ=R[NO]²[O]₂;

Гетерогенд\\ системадагы химиялык реакциянын ылдамдыгы

Химиялык реакция учурунда ъз ара аракеттенишкен заттар агрегаттык абалдары боюнча дайыма эле бирдей боло бербейт. Мына ошондуктан реакцияга кирген заттардын агрегаттык абалдары айырмаланган учурун карап къръл\. Химиялык реакцияга кату жана газ абалындагы заттар кирсе, анда газ абалындагы заттар катуу абалдагы заттардын \ст\нк\ беттери аркылуу гана аракеттенише алат. Мындай химиялык реакция учурунда реакцияга кирген заттардын агрегаттык абалдары кескин айырмаланган системаны гетерогенд\\ система дейбиз. Мисалы: темирдин (II) оксидинин суутек аркылуу калыбына кел\\ реакциясы.

FeO+H₂→Fe+H₂O

Бул жерде реакциянын ылдамдыгы суутектин гана концентрациясына пропорциялаш. ύ=R[H₂]

Реакциянын ылдамдыгынын температурадан къз карандылыгы

Температуранын жогору болушу системадагы заттардын молекулаларын активдештирет. Ошентип температуранын жогору болушу реакцияга кирген заттардын ъз ара аракеттениши менен м\мк\нч\л\г\н арттырат. Вант-Гофтун эрежеси боюнча температуранын ар бир 10 градуска жогорулашы менен, реакциянын ылдамдыгы орточо алганда 2-4 эсе артат. Бул температураны ар бир 10⁰С жогорулаткандагы кърсъткън сан – реакциянын температуралык коэффициэнти деп аталат. Реакциянын ылдамдыгынын температурадан къз карандылыгы тъмъндг\дъй формула менен туюнтулат.

Мындан сырткары реакциянын температуралык коэффициенти тъмънк\гъ барабар.

Мында: ύ_k- берилген эё акыркы температурадагы реакциянын ылдамдыгы;

ύ_n- баштапкы ылдамдык;

n- температуранын ъзгър\ш\ндъг\ 10⁰С га жогорулаган сан.

Мисалы: 20⁰Сдан 50⁰Сга чейинки температурадагы реакциянын ылдамдыгын тъмъндъг\дъй аныктайбыз.

ύ_50ºС=ύ_20ºС·2³= ύ_20ºС ·8

Демек, бул жерде реакциянын ылдамдыгы 8 эсе жогорулады.

Реакциянын ылдамдыгына катализатордун таасири

XVIII кылымдын аягында кээ бир заттар химиялык реакциянын ылдамдыгын ъзгъртъ тургандыгы белгил\\ болгон. 1811-жылы С.Киркгоф биринчилерден болуп, к\к\рт кислотасынын катышуу менен крахмалды жънъкъй кантка айландырууга жетишкен. 1835-жылы Берцеллиус реакциянын ылдамдыгын жогорулаткан заттарды катализаторлор деп атоону сунуш кылган.

Демек, катализаторлор деп, химиялык реакциянын ылдамдыгын тездетип, бирок реакциядан кийин ъздър\ химиялык жактан ъзгър\\с\з калган заттарды айтабыз. Катализаторлор агрегаттык абалдары боюнча ар т\рд\\ болот. Бирок кээ бир заттар реакцияны ылдамдатса, ал эми кээ бирлери тескерисинче акырындатат. Андай заттар терс катализаторлор деп аталат. Кээде ж\р\п жаткан процесстин бизге керексиз багытын акырындатып коюу керек болот. Мындай реакциянын керексиз багытын акырындаткан заттар ингибаторлор деп аталат. Мисалы: тетраэтиленкоргошун Pb(C₂H₅)₄ бензиндин детонациясын басат, б.а. жарылуу менен к\й\\с\н басыёдатат же натрий сульфити эритмеде абанын кычкылтегинин таасиринен жеёил кычкылданат. Ал эми эритмеге бир аз спирт, глицерин же кант кошуп койсо, кычкылдануу ътъ жай ж\рът. Катализаторлордун каталитикалык таасири спецификалык болот. Бир эле катализатор бардык химиялык реакциялардын ж\р\ш\н бирдей ылдамдата бербейт, б.а. универсалдуу катализатор болбойт.

Катализаторлордун катышуусу менен ж\ргън химиялык реакциялар гомогендик же гетерогендик шаттарда ишке ашышы м\мк\н.

1) Реакцияга кирген заттар менен катализаторлор агрегаттык абалы боюнча бир т\с сызык т\зсъ анда гомогендик катализ деп аталат. Мисалы:

2) Гетерогендик катализ кубулушун т\ш\нд\ргън жалпы теория жок. Алардын айрымдары туруксуз аралык бирикме пайда кылуу менен т\ш\нд\р\лът. Мисалы, Бертолет тузунун ажыроосун тездеткен марганецтин кош кычкылы реакциядан кийин криссталдык формасын жоготуп аморфтук порошокко айланат. Бул реакция 2 баскыч менен ж\рът.

KClO₃+2MnO₂=KCl+Mn₂O₇

Mn₂O₇=2MnO₂+ O₂

Бирок гетерогендик катализдин таасиринен дайыма эле бир т\рд\\ заттар пайда боло бербейт. Тагыраак айтканда бир эле зат кичине катализатордун ъзгър\\с\нън бълък башка продуктуларга ажыратат. Мисалы:

Этил спирти Al₂O₃ катышса этиленди жана сууну пайда кылат, ал эми катализатору жез же к\м\ш болсо ушул эле спирт уксус альдегидине жана суутекке ажырайт.

Теёдештик абалда катализаторлор т\з жана кайра ж\ргън процесстин ылдамдыгын бирдей ъзгърткънд\ктън, теёдештик абалдагы системага таасир кылбайт. Катализаторлорго кээ бир заттарды кошкондо алардын каталитикалык таасири к\чъйт. Мындай заттарды проматорлор же активдештиргичтер деп аташат. Ал эми кээ бир заттар катализатордун бетине адсорбцияланып, алардын каталитикалык таасирин начанлатат. Булар каталитикалык уулар деп аталат. Мисалы, аз ълчъмдъг\ към\ртектин оксиди (CO) жез катализаторун ууландырат, аз эле мышьяк же селен платинаны ууландырат. Катализаторлордун ууланганынын себеби алардын активд\\ борборлоруна каталитикалык уулар адсорбцияланып алышат.

Демек, химиялык технологияда реакциялардын кинематикасынын мааниси абдан чоё, себеби аппаратуралардын проектилерин рационалдуу т\з\\, химиялык процесстерди автоматташтыруу, эл чарбачылыгына ътъ зарыл продуктуларды къп ънд\р\п чыгаруу ж.б. иштерди ж\зъгъ ашырууга м\мк\нд\к берет.

Бардык химиялык реакцияларды эки топко бъл\\гъ болот: кайталанма жана кайталангыс.

1. Кайталанма реакцияларды тъмънк\ формула менен туюнтууга болот.

2. Ал эми кайталанбас реакцияларды (солдон оёго) массалардын аракет эт\\ закону боюнча тъмъндъг\дъй формула менен туюнтабыз.

Ал эми оёдон солго карай бул формула менен туюнтабыз.

Демек, кайталанма жана кайталангыс реакциялардын теё салмактуулугу тъмънк\гъ барабар: ύ₁=ύ₂ же K₁=[A]ⁿ [B]^m=K₂[C]^p [D]^q болот. Мындан тъмънк\ келип чыгат.

Бул жердеги K₁/K₂ деген чоёдукту К деген чоёдук менен алмаштырууга болот. Анда К тъмънк\гъ барабар болот.

Мындагы [A], [B], [C], [D] - заттардын теё салмактуулугу. К - теё салмактуулуктук константасы. Кайталанма процесс \ч\н К тъмънк\гъ барабар.

N₂+3H₂=2NH₃ K=[NH₃]²/[N₂]*[H₂]³

Химиялык теё салмактуулук.

Реакцияга кирген жана алардан пайда болгон заттардын концентрацияларынын ъзгърбъй турган абалы химиялык теё салмактуулук деп аталат. Мисалы:

CO_{( r )} + NO_{2 (r)} NO_{( r )} + CO_{2 (r )}

CO_{2 ( r )}+ H_{2 ( r )} CO_{( r )}+ H₂O_{( r )}

Химиялык теё салмактуулук тъмънк\дъй 3 шартка къз каранды:

а) Реакцияга кирген заттардын концентрациясына

б) Температурага

в) Басымга (эгерде реакцияга кирген заттар газ абалында болсо)

Реакцияга кирген заттардын концентрациясынын ъзгър\ш\ теё салмактуулуктун бузулушу же теё салмактуулуктун жылышы деп аталат. Эгерде реакциянын натыйжасында пайда болгон заттардын конйентрациясы ъзгърсъ (жогоруласа) анда теё салмактуулук солго, ал эми реакцияга кирген заттардын концентрациясы ъзгърсъ теё салмактуулук оёго жылат.

Химиялык теё салмактуулуктун жылышын тъмъндъг\ эреже аныктайт. Эгерде системанын теё салмактуулук абалына таасир кылган шарттардын (Т.Р.С.) бирин ъзгъртсък, анда теё салмактуулук абал жасалган ъзгър\\гъ каршы аракет кылган реакциянын багытын къздъй жылат. Мисал катарында теё салмактуулуктун жылышынан аммиактын пайда болуу реакциясынын теёдемесин алабыз.

N₂+3H₂ 2NH₃+Q

Мындан сырткары теё салмактуулук абалдагы системанын теё салмактуулугунун константасы тъмънк\ катыш менен туюнтулат.

CO_{2 (2)}+H₂₍₂₎ CO₍₂₎+H₂O₍₂₎; CO+2H₂ CH₃COH ∆V=3:1

1моль 2моль

K=[CO]*[H₂O]/[CO₂]*[H₂]; N₂+3H₂ 2NH₃ ∆V=4:2

1 3

2SO₂+O₂ 2SO₃ ∆V=3:2

Активдештир\\ энергиясы

Демек, температуранын ъзгър\ш\нъ реакциянын ылдамдыгы ътъ сезгич экендигин карап ътт\к. бул фактынын туура экендигин суутек менен кычкылтектен суунун молекуласынын пайда болуу реакциясынын (2H₂+O₂=2H₂O) ылдамдыгынан байкап къръл\. Бул реакция кадимки шартта (температурада Т=273⁰К) эё жай ж\рът же алынган суутек менен кычкылтектин 10 процентинин аракеттениши \ч\н 35 миллиард жыл талап кылынса, 773К температурада реакция 30 минутада, ал эми 973К температурада жарылуу ылдамдыгы менен ж\рът. Бирок температураны белгил\\ бир чекте жогорулатканда ъз ара аракеттенишкен заттардын молекулалары толук кагылышып химиялык байланышты пайда кыла албайт, байланышты пайда кылуу \ч\н температураны жогорулатканда активд\\ молекулалардын (бъл\кчълърд\н) кинетикалык энергиясы къбъй\ш керек.

Активд\\ молекулалардын жаратылышын т\ш\н\\ \ч\н Максвеллдин молекулалардын ылдамдыгына жараша бъл\н\ш законун т\ш\нд\ргън графикке токтолобуз.

Е_а - реакциянын ж\р\ш\н\н шартындагы минималдуу энергия

Бул графикте белгиленген баштапкы температурадагы (Т₁) молекулалардын энергиясын (Е) караганда жогорураак темперадурада (Т₂Т₃) энергиясы къб\ръък молекулалардын \л\ш\ (кычкылдануусу) тез къбъйъ тургандыгын штрихтелген жерлерден байкоого болот.

Ошентип, реакцияга катышкан молекулалардын бардыгын активд\\ кылууга жумшалган энергия активдештир\\ энергиясы деп аталат.

Колдонулган адабияттар:

1. Н.Л.Глинка Общая химия Ленинград «Химия» 1987.

2. Н.С.Ахметов неорганическая химия Москва «Высщая школа» 2000

3. К.Рысмендеев Жалпы химиянын теориялык негиздери. Фрунзе 1988

4.А.П.Гаршин Неорганическая химия «Санкт-Петербург» 2000

5. Л.В.Бабич, С.А.Балезин Практикум по неорганическая химия М.Прос.1991