Химиялық кинетика

ХИМИЯЛЫҚ КИНЕТИКА

7.1 Химиялық реакция жылдамдығы. Әсер етуші массалар заңы

Химиялық реакциялардың  жылдамдығын білудің теориялық  және практикалық маңызы зор. Теориялық маңызы - зат құрылысы мен атомдар арасындағы байланысының энергетикалық сипаттамасының реакцияласу қабілетіне әсерін анықтап, осыған орай процестің жүру механизімін ашып береді. Практикалық пайдасы – химия өнеркәсібінде өндірілетін заттардың мөлшерін арттырудың жолдарын алдын ала болжап, оған қажетті қондырғыларды, аппаратураларды таңдап алуға мүмкіндік туғызады.

Химиялық процестердің барысын уақытпен бағалап зерттейтін бөлімін химиялық кинетика деп атайды. Химиялық кинетика гомогенді және гетерогенді жүйелерде жүретін реакцияларды бөліп қарастырады.

Жүйе дегеніміз - сыртқы ортадан бөлініп алынған, реакцияға қатысты заттар орналасқан дүниенің бөлігі. Жүйенің үш түрі болады: ашық, жабық және жекеленген. Ашық жүйегі заттар мен энергия басқа жүйеге ауыса алады, ал ол жабық болса, заттар ауыса алмайды, тек энергия алмаса алады. Жекеленген жүйелерде зат та, энергия да ешбір басқа жүйелерге ауыса алмайды. Химияда ашық және жабық жүйелердегі процестер кездеседі, бірак реакцияның жүру зандылыктарын тағайындау үшін тек жабық жүйелер қарастырылады.

Жүйелер гомогенді және гетерогенді болып бөлінеді, бұлай бөлінуі оның фазаларына байланысты.

Фаза деп химиялық құрамы және қасиеттері бірдей, жүйенің қалған бөлігінен бөліну беті арқылы шектелген бөлігін айтады. Гомогенді жүйе бір ғана фазадан тұрады, мүндай жүйеде жүретін реакция оның бүкіл көлемінде өтеді.

Гомогенді реакцияның жылдамдығы дегеніміз – кесімді уакыт ішінде жүйенің кесімді көлемінде реакцияға қатысатын немесе түзілетін заттар мөлшері:

Мұндағы: J_гом. – гомогенді реакцияның жылдамдығы;

V – жүйенің кесімді көлемі (мл, л);

Dn – реакцияға қатысатын немесе  түзілетін затгардың бірінің моль саны;

Dt - кесімді уақыт (сек, мин, сағат).

Гетерогенді реакцияның жылдамдығы дегеніміз – кесімді уақыт ішінде фазаның кесімді бетінде реакцияға қатысатын немесе түзілетін заттар мөлшері. Егер фаза бетінің ауданын S десек, гетерогенді реакцияның жылдамдығы келесі теңдеумен өрнектеледі:

Екі тендеудегі D - таңбасы  берілген шаманың өзгеруін көрсетеді.

Зат молінің көлемге  қатынасы мольдік концентрация екендігін  ескеріп  , гомогенді реакция жылдамдығының тендеуін келесі түрде жазуға болады:

Неғүрлым уакыттың өзгеруі  азайған сайын орташа жылдамдықтың мәні реакцияның берілген сәттегі шын (нақты) жылдамдығына жуыктай түседі, сондықтан реакция жылдамдығының материалдық дәл мәні концентрацияның уақыт бойынша алғандағы туындысымен беріледі:

Химиялық реакциялардың  жылдамдығына әрекеттесуші заттардың концентрациясы әсер етеді.

Әсер етуші массалар заңы: Тұрақты температурада химиялык реакцияның жылдамдығы реакцияласушы заттардың концентрациясының көбейтіндісіне тура пропорционал болады:

Мұндағы, А және В – заттардың мольдік конценграциясы; К – жылдамдық константасы.

Егер реакцияға  заттың бірнеше молекуласы қатысатын  болса, онда олардың санын концентрацияның  дәрежесі арқылы көрсетеді.

Мысалы: 2А + В = А₂В реакция теңдеуі үшін жылдамдықтың өрнегі келесі түрде жазылады:

Реакцияның жылдамдығына температураның әсер етуін Вант-Гофф ережесі көрсетеді: Температураны  әрбір 10⁰С арттырғанда реакция жылдамдығы 2 – 4 есе артады. Бұл ереже келесі математикалық түрде жазылады:

,

g - жылдамдықтың  температуралық коэффициенті. Оның  мәні 2 – 4 аралығында болады