Массаның әрекеттесу заңы. Химиялық тепе-теңдік.

1. Массаның әрекеттесу заңы

2. Химиялық тепе-теңдік

Қайтымды реакциялар – бір уақытты екі қарама - қарсы бағыттарда жүретін химиялық реакциялар.

Енді сутек және қыздырған темір қағының тритеміртетраоксиді арасындағы реакцияны алсақ, темір қағы темірге айналып, сутек қақтағы оттекпен қосылып суға айналады:

Fe₃0₄+4H₂=3Fe+4H₂0

Енді дәл осындай жағдайда темір үнтағына су буымен әрекет етсек, қайтадан темір қағы мен сутек түзіледі:

3Fe+4H₂0=Fe₃0₄+4H₂

Сөйтіп, бірдей температурада бір-біріне қарама-қарсы екі реакция жүреді.

Бірдей жағдайда қарама-қарсы жүретін реакцияларды қайтымды реакция деп атайды. Қайтымды реакция екендігін көрсету үшін тендік белгісінің орнына қарама-қарсы екі бағдарша қойылады:

Fe₃0₄+4H_{2 →}^← 3Fe+4H₂0

Солдан оңға қарай жазылған реакция тіке, оңнан солға жазылған реакция кері реакция деп аталады. Қайтымсыз реакциялар аяғына дейін барады, яғни әрекеттесуші заттардың тым болмаса біреуі біткенше жүреді. Қайтымды реакциялар аяғына жетпейді, аяғына жеткізу үшін реакциядан түзілген заттарды, қайтадан әрекеттеспесіп кетпес үшін, бірінен-бірін ажырату қажет.

Жалпы алғанда химиялық реакцияның бәрі дерлік қайтымды процесс. Оларды қайтымды және қайтымсыз деп бөлу дүрыс емес. Реакцияларды жете тексеріп зерттеудің нәтижесінде қайтымсыз деп есептелетін реакциялардың көпшілігі қайтымды реакция екені анықталды.

Қайтымды реакцияның өтуін бір мысал келтіріп қарастырайық:

С0+Н₂0 _→^←С0₂+Н₂

Бүл реакцияға керекті СО мен Н₂0 молекулаларын эквивалент мөлшерде алғанның өзінде, олар толығымен реакцияласып бітпейді. Реакция алғашында жүре бастағанмен, біраз уақыт өткен соң тоқтап қалғандай болады. Реакциядағы заттарды талдасақ онда — СО, Н₂О, СО₂ және Н₂ молекулаларының төртеуі де болатынын байқаймыз.

Реакцияның "тоқтауы" да, торт заттың бәрінің болуы да реакцияның қайтымды екенін көрсетеді. Шынында да СО мен Н₂0 заттарын араластырғанда олар алғашында реакцияласа бастайды, бірақ әрекеттесуші заттардың концентрациясының азаюы бірте-бірте кеми түседі, демек реакцияның жылдамдығы баяулайды. Осы уақыт ішінде тіке реакцияның нәтижесінде түзілген С0₂ мен Н₂ бірте-бірте жиналып, концентрациясы көбейген сайын олардың арасында туатын кері реакцияның жылдамдығьі артады. Тіке реакция кезінде СО мен Н₂0 концентрациясы кеміп жатса, кері реакцияның нәтижесінде оның орны толтырылып жатады. Осылайша тіке реакция мен кері реакция қатар жүріп жатады. Бір уақытта тіке реакция мен кері реакцияның жылдамдықтары теңеседі, яғни әрбір кесімді уақыт ішінде СО мен Н₂0-ның неше молекуласы реакцияға жүмсалса, кері реакцияның нәтижесінде сонша молекуласы қайтадан түзіледі. Міне, осы уақыттан бастап әрекеттесуші торт заттың төртеуінің де концентрациясы өзгермей түрақты болады.

Қайтымды реакцияда тіке реакция мен кері реакцияның жылдамдықтары теңескен күйді химиялық тепе-теңдік дейді. Тепе-тендік күйде сырттай қарағанда реакциялар тоқтап қалғандай көрінеді. Бүл тек "көрініс" қана, ал шын мәнінде тура және кері реакциялар тең жылдамдықпен жүріп отырады.

Химиялық тепе-тендік күйде реакцияның жүрісі тоқтамай, тек қарама-қарсы реакциялардың жылдамдықтары теңесетін процесс болғандықтан оны жылжымалы, яғни динамикалық тепе-теңдік деп атайды. Тепе-теңдікке келген жүйені, жағдайын озгертпесе, үзақ уақыт сақтауға болады.Егер реакцияға қатысушы заттардың біреуінің концентрациясын озгертсек тепе-тендік бүзылып, қалған заттардың да концентрациясы өзгере бастайды.

Тепе-теңдік бүзылуынан концентрацияның озгеруін тепе- теңдіктің аууы, не ыгысуы дейді.

Химиялық тепе-теңдік – түзу реакцияның жылдамдығы (V₁), қайтарма (артқы) реакцияның жылдамдығына (V₂) тең, жүйе жағдайы. Химиялық тепе-теңдік кезінде заттардың концентрациясы өзгеріссіз қалады. Химиялық тепе-теңдіктің динамикалық сипаты бар: түзу және қайтарма реакциялар тепе-теңдік кезінде тоқтамайды. Химиялық тепе-теңдік жағдайы сандық теңдік костантасын сипаттайды, ол өз кезегңнде реакциядағы тіке (K₁) және кері (K₂) константалардың қатынасын көрсетеді.

Для реакции mA + nB « pC + dD реакциясына арналған тепе-теңдік константасы мынған тең:

K = K₁ / K₂ = ([C]^p • [D]^d) / ([A]^m • [B]ⁿ)

Константа равновесия зависит от температуры и природы реагирующих веществ. Чем больше константа равновесия, тем больше равновесие сдвинуто в сторону образования продуктов прямой реакции.

Тепе-тендік туу жағдайын математика тілінде қарастырайық. Жалпы түрде жазылған А+Б_→^← В+Г қайтымды реакциясын алайық.

[А], [Б], [В], [Г] - сол заттардың концентрациялары, V₁ — тіке реакцияның, V₂ - кері реакцияның жылдамдығы болсын.

мүндағы К шамасы тепе-теңдік константасы деп аталады. Тепе- теңдік константасы әрбір реакцияны сипаттайтын түрақты шама.

Соңғы формуланың мағынасы: қайтымды реакцияда түзілетін заттардың (өнімнің) концентрацияларының көбейтіндісінің бастапқы алынған заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне қатынасы берілген реакцияға тән тұрақты шамаға (К) тең болса онда жүйеде тепе - теңдік орнады деп есептейміз.

Химиялық тепе-теңдік константасының іс жүзінде үлкен маңызы бар. Мысалы, жоғарыдағы реакцияда СО-ны түгел жүмсау қажет болса онда тіке реакцияның жылдамдығын өсіру керек, ол үшін Н₂0-ның концентрациясын көбейтеді. Тепе- тендік оңға қарай ығысады, жаңа тепе-теңдік туады, бүл тепе- тендікте концентрациялар басқаша, онда СО аз, С0₂ мен Н₂ көп болады. Осы айтылғандардан іс жүзінде қолданылатын маңызды ережелер шығады:

1. Қайтымды процесте әрекеттесуші заттардың біреуін толығымен пайдалану үшін, оны екіншісінің артық мөлшерімен әрекеттестіру қажет.

2. Түзілетін заттар қайтадан өзара әрекеттеспеулері үшін олардың біреуін реакциядан шығарса, тепе-теңдік сол шығарылған заттың орнын толтыратын жаққа қарай ығысады, бүл жағдайда қайтымды реакция аяғына дейін жүреді. Қарастырып отырған реакцияда С0₂ газы реакциядан шығарылып отырса Н₂0 түгелімен Н₂-ге айналады.

Бастапқы заттардың концентрациясын көбейту және реакцияның аясынан өнімдерді алып тастау, реакцияның тепе – теңдігін тіке реакцияға ығыстырады.