3. химия концепциялары
Химиялық жүйелер, шын мен абстрактты реакция жүргізу мүмкіншілігі
жүктеу/скачать 55,8 Kb.
|
ХИМИЯ КОНЦЕПЦИЯЛАРЫ
| 3.4. Химиялық жүйелер, шын мен абстрактты реакция жүргізу мүмкіншілігі
Жалпы жағдайда жүйе деген түсінік—реттелген, ішкі түтастығы бар, салыстырмалы тұрақты, көптеген бір-бірімен байланысқан элементтердің (бөлшектер, құрамдар) жиынтығы болып анықгалынады. Химияда, дәлірек айтқанда химиялық әрекеттесу саласында, жүйелер дегеніміз—молекулалар, олардьщ димерлері мен тримерлері, молекулалық комплекстері, мицеллалар, өр түрлі күрделі қүрылымдар— монокристалдар, сорбциялық құбылыстар мен т.б. Бүлар бір тұтас, салыстырмалы түрақгы және автономдық жүйелер. Олар бір— бірінен тек реттелу формасымен, күрделілік дәрежесімен және химиялық ұйымдастырылуымен айырмашылықгары бар. Осы жүйелер химияның негізгі зерттеу объектілері болып табылады. Оларды зерттеу химияның мақсаттарын анықтайды, олар: 1 — бастапқы заттардың химиялық қабілетін анықгау; 2 — белгіленген қасиеттері бар заттарды алу үшін реакциялық жолдарды анықтау; 3 — алынған өнімдердің саласын анықгау. Химияның мақсатын жоғарыда аталган химиялық жүйелердің маңызын жан—жақгы білу деп кдрауға болады. Бұл мақсатқа жүйені біртұтас салыстырмалы тұрақты объект ретінде кдрап, оның құрылым қатынастарын анықтаумен жетуге болады. Химиялық заттың (құбылыстьщ) әр түрлі жағынан бірлігін, қарама-кдрсы тенденцияларьш көрсетіп түрған көп түрлі маңызьшьщ мүмкішиіліктері бірдей емес. Мүмкін еместік те болуы ықгимал. Мүмкін еместік дегеніміз орындалмайтын процесс болып табылады, материалдық дүниенің объективті заңына қайшы келетін. Химиялық реакцияларды мақсатталған бағытта жүргізу үшін мүмкін болатын мен мүмкін емес жолды білу керек. Ал мүмкін болатын жодцардьщ арасьшан кдйсысы шьш, кдйсысы берілген нақтылы жағдайда абстракті екенін де анықгаған жөн. Шын (реалды) мүмкіншілік дегенде — осы мүмкіншілікті берілген кезенде жүзеге асыратын бүкіл керекті жағдайлардьщ бар екендігі жобаланады. Абстракті мүмкіншілік оны орындау үшін берілген кезенде тиісті жағдайлардьщ жоқгығы. Сонымен, абстракті мен шын мүмкіншіліктер белгілі жағдайларда бір — біріне өте алады. Жаңа химиялық заттардың түзілу мүмкіншілігі, немесе химияльгқ жүйелерде қандай да болсьш процестердің жүруі, материя қозғалысының химиялық формасының объективті бар болуымен анықгалады. Бірақ, бұдан кез келген химиялық затты кез- келген бастапқы өнімдерден алуға болады деген қорытьшды шығаруға болмайды. Кдндай да болмасын затты алу үшін бәрінен бұрын реагенттер құрамымен объектавті кдмтамасыз ету кджет. Бүл негізіі, бірақ жеткіліксіз шарт. Бір—бірімен реакцияға түсу үшін соғылысу жағдайы және реагенттер тұрғысынан тиісті құрам болғанымен реакция жүрмеуі мүмкін. Мысалы, ауада оттекпен (көлемі 21%) араласкдн азот (көлемі 78%), сутек және баскд газдар бар, бірақ олар айтарлықтай тотықпайды. Осы секілді көп кдрапайым затардың табиғатта тотығу реакциясы елеулі жылдамдықпен жүрмейді, мысалы: көмірдің тотытуы (жануы), күкірттің тотығуы. Ал егер бұларға бастапқы импульс берілсе мысалы, көмірді немесе күкіртті жақса) реакциялар жүре бастаңцы. Сонымен, қандай да болмасын реакцияны жүзеге асыру көп факторларға тәуедці болады, олар: атом мен химиялық элементтердің табиғаты, олардың химиялық ы нты қты лығы (заттардың бір—бірімен реакцияға түсу кдбілеті); молекуладағы атомдардың арасындағы байланыстың түрі, типі, беріктігі. Сөйтіп, химиялық өзгеріс тек қане бастапқы химиялық қосылыстардың материалды құрамьі мен олардың құрамына кіретін атомдардың табиғатына ғана емес, олардың арасындағы байланыс түріне де, реакция шарттарына да тәуелді. Берілген нақты жағдайда, химиялық заттың өзгеру мүмкіншілігінің тттьш немесе абстракті екендігі туралы мәселені шешу үшін реакцияны жүргізетін күштер мен реакцияны ц жүруіне қарсы тұраіъш факторларды міндетті түрде білу керек. Жалпы түрде өздігінен жүретін химиялық процестердің мүмкіндігін, олардың бағытының шегін химиялық термодинамика зерттейді. Термодинамиканьщ бірішпі және екінші зандарының негізіне тепе — тендік туралы ілім салынған және зат жағдайъшың функциялары деп аталатьга түсініктер шығарылған: энтропия (S), еркін энергия (F), изобарлы — изотермиялық потенциал немесе Гиббс энергиясы (G) және тағы басқалар. Заттың химиялық әрекеттесуте түсу кабілеттілігінің өлшемі, яғни реакцияның берілген бағытта жүру мүмкіндігінің өлшемі ретінде изобарлық - изотермиялық потенциалдың өзгерісі, AG шамасы алъшады. Егер берілген жағдайда AG < 0 болса — реакцияның өздігінен жүруі мүмкін егер AG > 0 — реакцияның жүруі мүмкін емес, ал AG =0 болса, жүйе тепе — теңдік жағдайда деген сөз. Сонымен, химиялық процестердің өздігінен жүруі тек кдне изобарлы — изотермиялық потенциалдьщ азаю бағытында мүмкін (AG< 0); бүл процестің шегі ретінде берілген жағдайда AG минималды мәнге жетуі болып есептеледі. Химиялық реакциялар нөтижесінде заттардың түрлену дәрежесі тепе — тендік түрақгыльпы деген үғыммен сипатталады (К), ол массалар өрекеттесу заңымен байланысты. Тепе-^гендік константасының мөні неғұрлым үлкен болса, реакция өнімдерінің шамасы соғұрлым көп болады. Қымбат және көп уақытқа созылатын эксперимент қоймай—ақ термиялық (жылу сыйымдылықгар және олардың температурага тәуелділігі) мен термохимиялық (химиялық реакциялардың жылу сыйымдылығы Q) мәліметгер негізінде кұні бұрын AG мен К есептеп шығаруға болады, сөйтіп химиялық процестің бағыты мен жүру тереңдігін, оның мүмкіндігін анықгауға болады. Процестің мүмкіндігін немесе мүмкін еместігін білу үшін тек қане термодинамикальіқ әдісанықгау жеткілікті емес. Химиялық термодинамика реакцияньщ бағытын және тепе — теңдік туу кезеңін болжайды. Ол тек кдне берілген реакцияның мүмкін — мүмкін еместігін көрсетеді. Бірақ, шынында оның жүрер-жүрмесін көрсете алмайды. Осы жағдайда реакцияньщ кинетикасы (жылдамдыгы) өте маңызды орьш алады. Реакцияның практикада жузеге асырылатынын кинетика дөл аныктайды. Реакцияньщ жүзеге асырылуы онъщ жылдамдығына тәуелді. Әрекетесетін молекулалардың кинетикалық энергиясы жоғары болса, олар бір—біріне жақындағанда электрон бұлттарының деформация кедергісін, молекулалардың электр өрістерінің кедергісін, яғни олардың тебу әрекетін жеңеді. Кинетика көзкдрасынан, әрекеттесуге жағдай туу үшін түйісетін молекулаларда жеткілікгі энергия болу керек. Ол энергия берілген реакцияньщ активтену энергиясы деп аталады. Активтену энергиясы (Еа) молекулалар бір—біріне жақындағанда олардың тебу күшін жеңу үшін жұмсалатын энергия болып табылады.Молекулалар реакцияға түсу үшін өтетін бартер деп қарастырылады. Активтену энергиясы кинетикада негізгі рольді ойнайды. Ол химиялық реакциянң жылдамдығыньщ, яғни оның өтуінің шын мүмкіндігінің көрсеткіш болады. Еа өте томен болса, реакцияға түсетін заттар бөлшектерінің арасындағы әрбір соғылысу олардың әрекеттесуіне алып келеді, бұндай реакцияньщ жыддамдығы жоғары болады. Ал, керісінше, Еа неғүрлым жоғары болса, реакцияньщ жүру мүмкіншілігі соғұрлым төмендейді. Реакция жылдамдыгьш өсіру үшін акгивті молекулалардьщ саньш көбейту кджет. Ол ұшін температураны көтеру (реакцияға түсетін молекулалардың орта энергиясына кдрағанда энергиясы одан жоғары молекулалар саны көбейеді), немесе катализатор қосу керек (онда реакцияньщ активтену энергиясы төмендейді). Химиялық реакцияларың жыдцамдығы катализатор заттардьщ кдтысуьша төуелді. Химиялық реакцияға катализаторлардьщ әсері — оның реакцияға түсетін заттармен әрекеттесуі арқылы жүзеге асады. Катализаторлар активтену энергиясын төмендетеді, сол себептен энергиясы төмен молекулапардың реакцияға түсу кдбілеттілігі жоғарылайды. Катализаторлар химиялық реакцияның жүру жольша да эсер ете алады. Мысалы, егер катализаторсыз реакция көп сатылы болса ( әуелі бір аралық өнім, сосьш екінші, содан кейін ғана кджетті өнім түзілсе) катализатормен бастапқы заттан лезде аралық стадиясыз соңғы өнім түзіледі. Сонымен, химияда мүмкіншілікті анықгауда жетекші рольді ойнайтын термодинамикалық фактор болып табылады (басқа сөзбен айтқаңда, химиялық процестердің энергетикасы). Термодинамика реакцияньщ қозғаушы күштерін анықтайды, негізгі принцигггерін орнатады, химиялық жүйедегі энергияньщ айналу зандылықтарын орнатады, молекулалардың энергетикалық түрақтылыгыньщ шегін анықгайды, яғни сонымен , реакцияньщ жүру мүмкіншілігін белгілейді. Егер берілген жағдайда реакция мүмкін емес болса, онда шарттарды өзгертпей оны жүзеге асыру мүмкін емес. Термодинамикалық мүмкіншілікті анықгау зерттеуші — химиктің ең бірінші мақсаты. Бірақ, термодинамика химия лық қозғалыстың бүкіл мүмкіншіліктерін көрсетпейді. Процесс мүмкін немесе мүмкін емес деген сүраққа термодинамика тек қане принципиалды жауап бере алады. Мүмкіншіліктің нақты мінездемелерін, оны жүзеге асыру шартын кинетика химиялық әрекеттесудің жыддамдығын зерттеу арқылы ашады. Сондықган, мүмкіншілік деген түсінік толық болу үшін термодинамикалық мүмкіншілікген баскд тиісті кинетикалық стадиялар болу керек. Химиялық реакциялардың кинетикасына активтену энергиясын төмендетумен, катализатор көмегімен, және басқа да әдістермен эсер етуге болады, мысалы: жарықтың әсерімен, радиоактивтік сәулемен (әсіресе полимерлерді синтез жасау үшін) және реагентгердің реакциялық қабілетін жоғарылататын баскд факторлармен. Осындай процестерді сипаттайтын кинетикалық теориялар химияның үшінші концептуадды жүйесін қүрады. жүктеу/скачать 55,8 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|