«Бейорганикалық химияның фундаменталды сұрақтары» пәнінен дәрістер жинағы Әдістемелік нұСҚау шымкент, 2015 ж
жүктеу/скачать 1.65 Mb.
|
| Орынбасу
Ыдырау Қосылу Алмасу Химиялық реакциялардың жылдамдығы басқа да процесстердің жылдамдығы сияқты, уақытпен өлшенеді. Мысалы, сутек пен оттегінің қоспасы кәдімгі температуда көп уақыт өзгеріссіз қала береді, ал енді осы қоспаға тиісті катализатор қосса немесе катализатор қоспай температураны 630°-қа дейін жоғарылатса реакция қопарылыс бере жүреді. Әрекеттесуші заттардың агрегаттық күйіне байланысты химиялық реакциялар гомогендік және гетерогендік болып екі топқа бөлінеді. Егер әрекеттесуші заттар бірдей агрегаттық күйде болса, реакция гомогендік деп, ал әрекеттесуші заттар әр түрлі агрегаттық күйде болса — ол гетегрогендік деп аталады. Мысалы, азот IV оксиді N0 мен О2 әрекеттесуі: 2NО+О2 2NO2 гомогенді реакцияға жатады, себебі реакцияға қатысатын заттар да, реакция нәтижесінде түзілетін заттар да бірдей күйде — газ күйінде болады. Көмірдің жануы гетерогендік реакцияға жатады, себебі С_қатты күйде, ал О2 мен СО2 газ күйінде болады. С+О2 → 2СО2 СО2+С 2СО Гомогенді реакциялардың жылдамдығы Химиялық реакция жылдам әекеттесуші заттардың табиғатына, концентрацияға, температураға, катализатордың катысуына тәуелді. Қатты заттардың қатысуы аркылы жүретін реакцияларда реакция жылдамдыгы сондай-ак ұнтактау әражесіне байланысты. Химиялық реакция кезінде реакцияласушы заттардың мөлшері, демек концентрациясы өзгереді. Концентрация дегеніміз- көлем бірлігіндегі заттың мөлшері, көбінесе 1 литрдегі моль саны. Мысалы, реакцияға қатысатын заттың концентрациясы [С] = 1 моль/л болып, ал реакция 1 минут жүргеннен кейін, 0,8 моль/л қалса, бір минут ішінде жүмсалған 0,2 моль/л осы реакцияның жылдамдығын көрсетеді. Со-С1 С 1моль/л-0,8моль/л V= ------- = ------- = ----------------------------- =0,2 моль t t 1 мин Реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігі әсерлеуші массалар заңымен беріледі: тұрақты температурада химиялық реакцияның жылдамдығы әсерлеуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура тәуелді. Әрекеттесуші массалар заңын 1887 жылы Норвегия ғалымдары Гульдберг пен Вааге ашқан. Химиялық реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттар [С] — концентрациясының көбейтіндісіне тура пропорционал. Мысалы, А+2В→ АВ2 реакциясы үшін әсерлесуші массалар заңын былай жазуға болады: V=К |А] • [В] 2, мұндағы V- реакция жылдамдығы, К - реакция жылдамдығының тұрақтысы, оның мәні әрекеттесетін заттардың табиғатына және температураға байланысты болады. [А],[В] — А және В заттарының [С], 2 — формуладағы коэфицент, яғни формулалар алдындағы коэфиценттер зат концентрациясының дәреже көрсеткіші түрінде жазылады. Мысалы: 1. О2 + 2 Н2 → 2Н2О V=К [02] |Н2]2 2. СО +С12 → СОСI2 V=К [СО] [С12| К - әрбір реакцияның өзіне лайықты тұрақты шама, ол тек қана реакцияласушы заттардың жаратылыстық қасиетіне қарай және температураға тәуелді өзгереді, сондықтан оны реакцияның жылдамдық константасы деп атайды. Жылдамдық тұрақтысының мәні неғүрлым көп болса, соғүрлым реакция тез жүреді. Реакцияның жылдамдық тұрақтысы - әрекеттесуші заттардың концентрациясы 1 моль/л болған кездегі реакция жылдамдығы. Жылдамдық тұрақтысы - концентрация мен уақытқа тәуелсіз шама,ол тек әрекеттесуші заттардың табиғатына және температураға тәуелді. Температураның реакция жылдамдыгына әсері. Температураның жоғарылауына байланысты молекулалардың қозғалысы жиілеп, олардың бір — бірімен соқтығысуы артады. Соқтығысу нәтижесінде бөлшектердің электрон бүлттарының тығыздықтары өзгеріп жаңа химиялық байланыстар түзіледі. Температураның өсуіне байланысты активтенген молекулалар саны артады. Мысалы, температураны 100°С арттырғанда активтенген молекулалар саны 1000 есе артады, яғни реакцияның жылдамдығы осы мөлшерде артады. Реакция жылдамдығының температураға байланыстылығы Ванг-Гофф ережесімен анықталады: Температураны 100 С жоғарылатқаңда реакция жылдамдығы 2-4 есе артады. Ванг-Гофф ережесінің математикалық тендеуін жылдамдық константаларының немесе жылдамдықтардың арақатынасы арқылы өрнектейді. Кt+10 у=-------= 2 - -4 Vt+10 t2-t t Kt У=-------- = ------- = у---------- Vt 10 10 Мұнда: Ү-жылдамдықтың темературалық коэфиценті (2-4) Vt, Кt — t° С-дағы жылдамдық және оның тұрақтысы. Vt+10, Кt+10-t +10°- тағы жылдамдық және оның тұрақтысы. t -температура өзгерісі. t1 және t2 - бастапқы және соңғы температуралар. Ле –Шателье принципі. Химиялық тепе-теңдік. Бірдей жағдайда қарама-қарсы екі бағытта жүретін реакцияларды қайтымды деп атайды. Қайтымды реакция екендігін көрсету үшін теңдік белгісінің орнына қарама-қарсы стрелка қояды: Fе2О4 + 4Н2 ЗҒе + 4Н2О Солдан оңға қарай жазылған реакцияны тіке, оңнан солға жазылған реакцияны кері реакция деп атауға келіскен. Қайтымсыз реакциялар ақырына дейін барады, яғни реакцияласушы заттың тым болмаса біреуі біткенше реакцияласады. Қайтымды реакция аяғына жетпейді, оларды жеткізу үшін реакцияда түзілген заттар қайта реакцияға түспеу үшін, бірінен бірін ажырату керек. Химиялық реакцияларды қайтымды және қайтымсыз деп бөлудің өзі де дәл емес. Химиялық реакцияларды жете тексеріп зерттегенде, қайтымсыз деп жүрген реакциялардың көпшілігі қайтымды болып шығып жатыр. Қайтымды реакцияда, тіке реакция мен кері реакцияның жылдамдықтары теңескен күйді химиялык тепе-теңдік дейді. Химиялық тепе-теңдік кезінде реакциялар тоқтамай, тек қарама-қарсы реакциялардың жылдамдықтары ғана теңесетін процесс болғандықтан оны жылжымалы, динамикалық тепе тендік дейді. Тепе - тендікке келген жүйені, жағдайын өзгертпесе, қанша да болса ұзақ, уақыт сақтауға болады. Ал, реакцияға қатынасушы заттың біреуінің болса да концентрациясын болмашы озгертсек болғаны, тепе-теңдігіміз бұзылып, ауып, басқа заттардың барлығының концентрациялары өзгере бастайды. Тепе - тендіктің бұзылуынан концентрациялардың өзгеру процесін тепе-тендіктің аууыу не ығысуы дейді. Ле - Шателье принципі. Химиялық тепе-тендік тұрақты жағдайда ғана қалпында болады. жағдайын - концентрацияны, температураны, қысымды өзгертсе, тепе-теңдік бұзылып, тіке немесе кері реакцияның бағытына қарай ауып ығысады. Жағдайын өзгерткеннен химиялық тепе-тендіктің ығысуының тәртібі Ле-Шателье принципі деп аталатын жалпы бір ережеге бағынады. Химиялык тепе-тендік күйіне келіп тұрған жүйенің жағдайының (концентрация, температура, қысым) біреуін өзгерту, тепе-теңдікті сол өзгертуге қарсы әрекет тутызатын реакция бағытына карай ығыстырады. Химиялык тепе-теңдіктің ығысуына концентрацияның, температураның және қысымның әсерін азот пен сутек әрекеттесуінен аммиак түзілу реакциясын мысалға алып қарастырайық: N2+3H2 → 2NH3, Н=- 92Кдж. Концентрацияның тепе-теңдікке әсері. Тұрақты температурада және қысымда азоттың немесе сутекгің концентрациясын көбейтсе, химиялык тепе-тендік бұл заттардың концентрациясының кему жағына қарай, яғни аммиактың сутек пен азотқа ыдырау бағытына қарап ығысады. Техникада аммиакты жүйден бөліп алу арқылы химиялық тепе-тендікті аммиактың түзілу бағытына қарай ауыстырады. Температураньщ тепе-теңдікке әсері. Жүйенің температурасын арттырғанда химиялық тепе-теңдік жылу сіңіре жүретін реакцияның бағытына қарай ауыспалы. Аммиак түзілу реакциясы жылу шығара жүретіндіктен жүйенің температурасын арттырғанда химиялык тепе-тендік аммиактың азот пен сутекке ыдырау бағытына қарай ауысады, ал бұл жағдай температураның жоғарылауына қарсы әсер етеді. Жүйенің температурасын төмендеткенде тепе-тендік жылу бөле жүретін реакцияның бағытына қарай, яғни аммиактың түзілу бағытына қарай ығысады, ал мұның өзі температураның төмендеуіне қарсы әсер етеді. Қысымның тепе-теңдікке әсері. Газ тәрізді заттар бір-бірімен әрекеттескенде кысымның маңызы зор. Қысымды күшейтудің нәтижесінде белгілі көлемдегі реакцияласушы заттардың концентрациялары өсетіндіктен реакцияның жылдамдығы да артады. Аммиак түзілу реакциясында реакцияға қатысатын заттардың мольдік концентрациясы реакдия нәтижесінде түзілетін заттардың мольдік концентрациясынан екі есе көп. Бұл реакцияға қатысатын заттардың көлемдерінің косындысы реакция нәтижесінде түзілетін заттың көлемінен екі есе көп екені көрінеді. Егер осы жүйенің қысымын көбейтсе, реакцияға кірісетін заттардың концентрациясы реакция нәтижесінде алынатын заттың концентрациясынан көбірек өсетіндіктен химиялық тепе-теңдік аммиак түзілу жағына қарай ауысады. Сонымен жүйенің қысымын күшейткенде химиялық тепе-теңдік көлемі аз заттар түзілетін реакцияның бағытына қарай ығысады. Бұл жағдай жүйенің қысымының төмендеуіне жағдай жасайды, яғни сыртқы жағдайының өзгеруіне қарсы әсер етеді. Химия өндірісінде көптеген химиялық заттар алу үшін Ле Шателье принципі кеңінен қолданылады. Ертінділер. Ертінділер концентрациясын анықтайтын тәсілдер Бізді қоршаған әлемде ертінділер көп кездеседі; ауа- оттегі, көміртегі екі оксиді және басқа заттардың азоттағы газ күиіндегі ертіндісі; теңіз суы-заттардың толық бір қатарының (минералды тұздар, газдар, органикалық қосылыстар) судағы ертіндісі; шойын көміртегінің темірдегі қатты ертіндісі және т.б. Көптеген әртүрлі ертінділер адам және жануарлар организмнің құрамында болады. Химиялық ертінділердің барлық түрлерінен (газ, сұйық, қатты) ең жиі кез-десетін сұйық ертіділер. Ертінділердің құрамы, химиялық қосылыстардағы-дай тұрақты емес, үздіксіз өзгеріп отырады (анықталған бір шегінде). Ертінділер еріген заттан және еріткіштен тұрады. Еріткіш деп концент-рациясы басқа компонентерінен жоғары компонентті айтады. Ертінді түзіл-генде еріткіш өзінің фазалық күйін сақтайды. Ертінділер концентрациясын анықтайтын тәсілдер Ертіндідегі еріген заттың мөлшері сан жағынан концентрация арқылы анықталады. Концентрация- ол ертіндінің белгілі масса мөлшеріндегі немесе көлеміндегі еріген аттың масса мөлшері. Ертіндінің концентрациясын анықтайтын әдістер: 1.Массалық процент (ертіндінің 100масса бөлігінде еріген заттың массасы). Мысалы, глюкозаның 15 проценттік ертіндісі десек, ол ертіндінің 100 грамында 15 грамм глюкоза және 85 грамм су бар). Ертіндінің проценттік концентрациясын келесі формуламен анықтайды. Mзат C= х 100 mертінді 2.Молярлық концентрация. 1 литр ертіндіде 1 мользат еріген ертіндіні мольдік ертінді немесе 1 молярлы ертінді деп атайды. Ертіндінің молярлық концентрациясын келесі фомуламен есептеп шығаруға болады: mзат См= моль/л, MV Мұндағы См- мольярлық концентрация (моль): mзат-еріген заттың граммен алынған массаы (г): М-еріген заттың молі: V-ертіндінің литрмен алынған көлемі: 3.Нормальдық концентрация. Ертіндінің 1 литрінде 1моль-эквивалент зат еріген ертіндіні нормаль ертінді деп атайды. Ертіндінің нормальдық концентрациясын мына формуламен анықтайды: mзат Сн= моль/л, немесе MVf mзат Сн= моль/л, Э=Mf MV Мұндағы Сн-нормальдық концентрация (моль/л): mзат-еріген заттың граммен алынған массасы (г): М-еріген заттың молі: V-ертіндінің литрмен алынған көлемі: f-заттың эквивалентік факторы: Э-еріген заттың эквивалентік массасы: 4.Лабораторияда ертіндінің концентрациясын титр арқылы жиі белгілейді. Ертіндінің 1 миллилитріндегі еріген заттың граммен алынған мөлшерін титр дейді. СнЭ Т= г/мл: 1000 Мұндағы: Т-титр (г/мл): Сн-нормальдық концентрация (моль/л): Э-еріген заттың эквивалентік массасы: Бақылау сұрақтары: Химиялық реакциялар туралы не білесін? Химиялық кинетика нені зерттейді? Температура реакция жылдамдыгына қалай әсер етеді? Ле –Шателье принципі туралы түсінік? Химиялық тепе-теңдік деген не? жүктеу/скачать 1.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|