Химиялық кинетика. Химиялық реакциялардың жүруінің негізгі заңдылықтары.

1.Химиялық кинетика

2. Химиялық реакциялар жылдамдықтырына әсер ететін факторлар

Химиялық айналымдардың жылдамдығы мен механизмін зерттейтін химияның ерекше бөлімі химиялық кинетика деп аталады.

Химиялық кинетика реакциялардың жылдамдықтарын зерттеп, заттың реакцияға бейімділігі мен құрылысының арасындағы тәуелділікті анықтайды.

Химиялық кинетиканың негізгі түсінігі — реакция жылдамдығы.

Химиялық реакциялар гомогендік және гетерогендік болып екі топқа бөлінеді. Гомогендік деп әрекеттесуші және түзілетін заттар бірдей агрегаттық күйде болатын химиялық реакцияларды атайды (газ, еретінді). Бұл жағдайда реакция реагенттермен толтырылған ыдыстың барлық көлемінде жүреді. Мысалы,

2NO₂ +O₂=2NO

Гетерогендік деп, реакцияға қатысатын заттар әртүрлі агрегаттық күйде болатын реакцияларды атайды, мысалы:

FeO+CO=Fe+CO₂

Химиялық реакциялардың жылдамдығы деп көлем өзгермеген жағдайда реакцияға қатысатын заттардың бірінің концентрациясының белгілі бір уақытта өзгеруін атайды (гомогенді жүйелер үшін).

Жылдамдықты анықтау үшін уақыт бірілгенде әрекеттесетін заттардың біреуінің құрамының өзгеруін білу жеткілікті, себебі қалған заттардың құрамын реакция теңдеуі арқылы таңдауға болады.

Концентрация деп зат құрамының көлем бірлігіндегі мөлшерін айтады. Молярлық концентрацияны моль/литр, ал уақытты секунд немесе минутпен өрнектейді.

Мысалы: уақыт аралығында реакцияға қатысатын заттардың біреуінің концентрациясы азаяды, онда сол уақыт аралығындағы орташа жылдамдығы мынаған тең:

Егер біз реакция бөлімінің біреуінің конценрациясының өзгерісін анықтасақ, онда қатынасының мәні өседі:

Реакция жылдамдығы әр уақытты оң мәнді болады. Сондықтан былай жазылады:

Уақыт өзгеруі ( ) мен концентрация өзгеруі ( ) неғұрлым кішкене болса, соғұрлым ( ) қатынасы реакцияның нақты жылдамдығына жақындайды. 1-суретте реакция процесінде уақыт өткен сайын бастапқы зат концентрациясы өзгеруінде (кемігенде) реакция жылдамдығының баяулайтындығы графикалық түрде көрсетілген:

1-сурет. Реакция кезінде уақыт өткен сайын бастапқы зат концентрациясының өзгеруі.

Химиялық реакция жылдамдығы әрекеттесуші заттардың табиғатына, концентрацияға, температураға, катализатордың қатысуна тәуелді. Қатты заттардың қатысуы арқылы жүретін реакцияларды реакция жылдамдығы, сондай-ақ ұнтақтау дәрежесіне байланысты, ал реакцияға газ тәрізді заттар қатысса, жылдамдыққа қысым әсер етеді. Осының маңыздыларын қарастырайық.

Химиялық реакция жылдамдығына концентрацияның әсері.

Химиялық реакциия жылдамдығының концентрацияға тәуелділігі әрекеттесуші массалар заңымен анықталады: Заңды 1867 жылы Норвегияның екі ғалымы К.Гульдберг пен П.Вааге тағайындаған.

Химиялық реакция жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал. Егер А және В заттары әрекеттесіп С заты түзілсе (А+В=С), осы реакцияның жылдамдығы мына теңдеу арқылы жазылады;

V=KּC_AּC_B; мұнда ,К- жылдамдық тұрақтысы, С_А және С_В әрекеттесуші А мен В заттарының концентрациясы, моль/л.

Жылдамдық тұрақтысы нақты берілген реакцияны ғана сипаттайды. Реакцияласушы заттар өзгерсе К-нің мәні де өзгереді.

Жылдамдық тұрақтысы К әрекеттесуші заттарға , температураға тәуелді, концентрацияға тәуелді емес.

Химиялық реакция теңдеуінде әрекеттесуші заттар алдында стехиометриялық коэффициенті болса

mA+nB=pC,

онда реакцияның кинетикалық теңдеуінің түрі мынадай болады:

V=KּC_A^mּC_Bⁿ;

Реакция теңдеуіңдегі стехиометриялық коэффициент кинетикалық теңдеуде концентрацияны дәрежелейді.

Әрекеттесуші массалар заңы тек қана гомогенді ортада жүретін реакцияларға тән. Мысалы, мына реакциялар үшін:

Гетерогенді реакция жағдайында қатты заттардың концентрациясы уақыт аралығында өзгермейді, тұрақты деп қабылданады. Сондықтан, ол кинетикалық теңдеуге кірмейді. Химиялық реакция қатты заттың беткі қабатында жүреді. Мысал ретінде келесі реакцияны қарастырайық:

Реакция жылдамдығы тек газ күйіңдегі не сұйық заттың концентрациясына тәуелді болады. Мысалы, көміртегінің жану реакциясының С + О₂ = СО₂ жылдамдығы V=KּO₂ болады. Яғни , реакция жылдамдығы оттегінің концентрациясына пропорционал.

Атом – молекулалық ілім бойынша температура артқан кезде әрекеттесуші заттардың қозғалысы күшейеді, соқтығысуы артады, соның нәтижесінде реакция жылдамдығы да артады.