§  17.  ҚАТТЫ  ЗАТТЫҢ  ҚҮРЫЛЫМЫ

бір  тәртіп,  дұрыстык  болса,  ол  зат 
қатты  күйде  болған  кезде  ғана 
болады.
Қатты  заттар  а  м  о р  ф  т  ы  және 
к р  и с т  а л  д ы  к  деп  екіге  бөлінеді.
Аморфты  заттар  дейтініміз  тәр- 
тіпсіз  тіркескен  молекулалар  агре­
гаты.  Аморфты заттарды  қыздырған- 
да,  әуелі  біртіндеп  жұмсап,  сонан 
соң  сұйылып,  ақырында  ағатындай 
күйге 
келеді. 
Бұлардың 
белгілі 
балқу  нүктесі  жоқ.  Аморфты  зат­
тарды  тұтқырлығы  күшті  сұйык  деп 
қарайды. 
Іііын 
мағынасындағы 
катты  заттар  —  кристалдық  заттар. 
62-сурет.  Кристалдык  тор
Кристалдық  заттардың  кристалы 
белгілі  дұрыс  формада  болуын  оның  ішіндегі,  оны  түзуші  бөл- 
шектердің  дұрыс  тәртіппен  орналасуының  сырткы  көрінісі  болар 
деп  ертеден  жорамалдайтын.  1912  жылы  кристалдарды  рентген 
сәулесі  жәрдемімен  зерттегенде  бұл  жорамалдын,  дұрыс  екендігі 
аныкталды.
Кристалл  түзуші  бөлшектер  кеңістіктің  кесімді  нүктелерінде 
тәртіппен  орналасады.  Сондай  нүктерлер  қауымын  к е ң і с т і к  
т о р ы   не  к р и с т а л д ы к   т о р   дейді.  Кристалдық  тор  сол 
заттың  кұрылымының  геометриялык  формасын  көрсетеді.  Зат 
бөлшектері  орналаскан  нүктелерді  тордың  түйіндері  дейді  (62- 
сурет).
Тордың  түйіндеріне  орналасатын  бөлшектің  түріне  қарай  төрт 
түрлі  —  молекулалык,  атомдык,  иондық  және  металдық  тор 
болады  (63-сурет).
Молекулалык,  торлы  катты  заттардың  кристалдарының  түйін- 
дерінде  полюсті  не  полюссіз  молекулалар  орналасады,  олар  моле­
кула  аралық  күштер  (ван-дер-ваальс  күштері)  аркылы  бір- 
біріне  тартылып  тұрады.  Бұл  тарту  әрине  на,шар,  сондықтан 
молекулалық —  құрылымды  кристалдык  'заттардың  қаттылығы 
кем,  балку  температуралары  томен  болады.  Мысалы:  органика- 
лык заттардың  көпшілігі  (глюкоза,  сахароза  т.  б.),  катты  күйдегі 
су,  көмір  ангидриді,  аммиак.
Атомдык,  торлы  кристалдык  заттардын.  түйіндерінде  атом- 
дар  орналасады,  олар  коваленттік  байланыс  арқылы  ілініскен 
(63-суретте  сызыкпен  көрсетілді).  Барлык  байланыстың  мәні 
бірдей  болғандыктан  жеке  молекулалар  болмай,  күллі  кристал-
Атомдык,
Молекулалык 
Ионды к 
М етадды к
С Э   <33  Ө Ө Ө Ө О Ө О ©  
Э   С З  С   ө  ө  ®  ө  ө во ’ ®]о 
(£3  (+3  ө  ©  ө  е  o e©’ o e©
63-сурет.  Кристалдық  торлардың  негізгі  түрлері
165

ды  бір  дэу  молекула  деп  қарайды.  Қовалентті  байлаиыс  берік 
ұстайтындықтан,  атомдық  торлы  кристалдык  заттар  өте  қатты, 
балку  температуралары 
жоғары 
болады. 
Мысалы, 
алмаз, 
кремний  карбиді  SiC,  алюминий  нитриді  т.  б.
Иондық  торлы  заттардың  түйіндеріне  оң  және  теріс  зарядты 
иондар  кезектесіп  орналасады  (63-сурет),  олар  өзара  иондық 
байланыс  арқылы  берік  косылысқан.  Осының салдарынан  иондық 
торлы  заттар  да,  қиын  балқитын  заттар  катарына  жатады. 
Қатты  заттардың  көпшілігінің  кристалдык.  торы  иондық  болады. 
Мысалы,  тотық,  негіз  және  тұздардың  көпшілігі.
Металдық  торлы  кристалдар  —  металдарда  болады,  олардыц 
түйіндерінде  нейтрал  атом  мен  он,  иондар  орналасады,  түйін 
арасында  бос  электрондар  болады.  Бос  электрондардыңжолекгрон 
газының»  болуы  металдарға  тән  ерекше  қаснет  электр  өткізгіш- 
тікті  тудырады.
Кристалды  сппаттаушы  бір  манызды  шаманы  тордың  к  о  н- 
с т  а  н  т  а  с  ы  (сі)  деп  атайды;  ол  кристалл  түзуші  екі  бөлшектің 
центрлерінің  ең  кіші  ара  алшақтығын  көрсететін  шама,  мысалы, 
NaCl  үшін  сі =  0,281  нм,  металдық натрий  атомы үшін  cf =  0,378  нм.
Осыдан  а т о м  
ме н 
и о н д а р д ы ң  
р а д и у о т а р ы н а  
көшуғе  болады.  Егер,  мысалға  алынып  өткен  натрийдің  атомдары 
шар  формалы  жэне  кристалл  ішінде  біріне-бірі  жанасып  тұрады 
деп  келісеек,  онда  көрші  атомдардың  центрлерінің  ара  алшақ- 
тығы  олардың  радиустарының  қосындысына  тең  болады.  Осыдан 
натрий  атомының  ридиусын  (г)  табу  оңай:
г =   4   =   i 4 r L  =   ° ’189  нм
Ион  радиусын  табу  үшін  тор  константасының  шамасын  біл- 
геннен  баска,  көрші  екі  ионнын  біреуінің  радиусын  білу  кажет, 
өйткені  әр  аттас  иондардың  радиустары  бірдей  бола  алмайды 
(64-сурет).
Оптикалык  ддістер  жәрдемімен  кейбір  иондардың  радиустары 
табылған  болатын,  мысалы,  Ғ' =  0,133  нм,  0 =  0,132  нм  міне, 
осыған  сүйене  отырып  баска  иондардың  радиустарын  есептеп,
одан  келесі  иондардың  радиустарын 
табатын  болды.  Мысалы,  натрий 
фтор иді 
торының 
константасы 
d =  0,231 
нм,  ал  фтор  ионының 
г =  0,133  нм-ге  тең  екендігі  белгілі 
болғандыктан,  натрий  ионының  ра­
диусы  табылады:
гд., =  0,231  - 0 , 1 3 3  =  0,098  нм 
Натрий  ионының  радиусы  белгілі 
болғандыктан  (натрий  хлориді  то- 
рынын  константасы  белгілі),  хлор 
ионынын  радиусын  есептеп  шыға- 
ру.ға  болады:
гг, =  0,281  — 0,098 =  0,183  нм
64-сурет. 
Кристалл 
ішінде 
түйісіп  тұрған  эр  аттас 
иондар

Осылайша  атомдар  мен  иондардың  радиустары  есептеліп 
шығарылды,  солардың  кейбіреулері  29-кестеде  көреетілді.
'29-кесте
К е й б і р   э л е м е н т т е р д і ң   а т о м д а р ы   м е н   и о н д а р ы н ы ң   р а д и у с т а р ы   ( н м )
Натрий
Кадий
Магний
Кальций
Ф т о р
Х л о р
Иол
Күкірт
атом 
г
0 . 1 8 9
0 ,2 3 2
0 , 1 6 0
0 ,1 9 7
0 , 0 6 7
0 . 1 0 7
0 , 1 3 6
0 , 1 0 4
ион 
г
0 , 0 9 8
0 , 1 3 3
0 ,0 7 8
0 , 1 0 6
0 ,1 3 3
0 , 1 8 3
0 , 2 2 0
0 , 1 7 4
Бұл  сандарға  қараеақ  металдардың  иондарының  радиусы 
атомдарының  радиусынан  қысқа,  металл  еместерде  керісінше, 
иондарының  радиусы  атомдардың  радиусынан  ұзын.
Атомдар  мен  иондардың  радиустарын  бұлай  есептегенде, 
біз  ол  бөлшектер  кристалдык  торда  жанасып  тұр  деп  қарадық. 
Бірақ,  шынында,  кристалдык  тордың  түйіндеріне  орналасқан 
бөлшектердің  арасында  біраз  орын  болады.  Сондықтан  біз  есеп- 
теп  шығарған  радиустар,  кристалдык  тордағы  бөлшектер  канша- 
лықты  жақындаса  алатындығын  көрсетеді.  Бұл  келтірілген 
шамаларды  атомдар  мен  иондардың  эффектілік  радиустары  den 
атайды.  Бірақ  эффектілік  радиустар  нақты  радиустармен  про- 
порционал,  сондыктан  атомдар  мен  иондардың  қасиеттерін 
түсіндіруге  бұл  шамаларды  кең  қолданады.
К р и с т а л д ы к   г  о р д ы ң  э н е р г и я с ы .   Иондардан,  атом- 
дардан,  молекулалардан  кристалл  түрілгенде,  оған  қабаттасып 
энергия  бөлініп  шығады,  ол  энергияны  к р и с т а  л д ы к  т о р д ы ң 
э н е р г и я с ы  
дейді.  Иондардың  зарядының  және  олардың 
радиустарының  шамасына  карай,  кристалдык  тордың  энергиясын 
есептеп  шығаруға  болады.  Заттың  каттылығы,  беріктігі,  ұшқыш- 
тығы  сияқты  т.  б.  касиеттері  осы  энергияға  тоуелді.
V  тарау
Х И М И Я Л Ы Қ   Р Е А К Ц И Я Л А Р   Ж Ү Р У І Н І Ң   Ж А Л П Ы  
З А Ң Д Ы Л  Ы Қ Т А Р Ы
Қазіргі  химия  ғылымы  заттардың  кұрылысы  мен  қасиеттерін 
ғана  зерттеп  қоймай,  олардың  бір-біріне  ауысуын,  яғнп  химиялык 
реакцияларын  да  жан-жакты  карастырады.  Әрбір  реакцияның 
берілген  жағдайда  жүруі  оның  жылдамдығы,  реакциядан  шыға- 
тын  өнімдердің  мөлшері,  химиялык  өзгерулермен  катар  болатын 
энергетикалык  эффектер  осы  тарауда  еөз  етіледі.
Химиялык  процестердін,  барысын  уақытпен  багалап  зерттейтін 
бөлімін  химиялық  кинетика  деп  атайды.  Онын  басты  максаты  — 
химиялык  реакциялардың  жүру  жылдамдығының  әр  түрлі  фак- 
торларға  тәуелділігін  сипаттап,  соған  сай  заңдылықтарды  ашып 
беру.

§  1.  ХИМИЯЛЫҚ  РЕАКЦИЯЛАР ДЫҢ  ЖЫЛДАМДЫҒЫ
Химиялық  реакциялардың  жылдамдықтары  әр  түрлі  болады. 
Кейбіреулері  өте  тез  өтеді  (мысалы,  қопарылыс),  басқа  біреулері 
сондай  баяу,  олардың  нәтижесін  байкау  үшін  айлар,  жылдар, 
тіпті,  ғасырлар  да  керек  болады  (мысалы,  геохимиялық  реак- 
циялар).
Химиялық  реакциялардың  жылдамдығы,  баска  да  процестер- 
дің  жылдамдығы  сияқты,  уақытпен  өлшенеді.
Химиялық  реакция  кезінде  реакцияласушы  заттардың  мөл- 
шері,  демек,  концентрациясы  өзгереді.  Сондықтан  х и м и я л ы қ  
р е а к ц и я н ы ң   ж ы л д а м д ы ғ ы н   к е с і м д і   у а қ ы т   і ші н д е  
(секунд,  сағат,  жыл)  р е а к - ц и я л а с у ш ы   з а т т а р д ы ц   к о н -  
ц е н т р а ц и я с ы н ы н ,   ө р г е р у і м е н   ө л ш е й д і .
Концентрация  дейтініміз  көлем  бірлігіндегі  заттыц  мөлшері, 
көбінесе  1  л и т р д е г і   м о л ь   саны.  Мысалы,  реакция  бастал- 
мас  бұрын  заттыц  концентрациясы  Со  (3  моль),  реакция  бастал- 
ғанына  /(5)  минут  өткеннен  кейін  өлшегенімізде  С,  (2  моль) 
болған  болсын,  сонда  реакцияның  жылдамдығы:
v =   с " ~ (у'  =   3~ 2  =   0,2  моль/мин.
i 
5
Химиялық  реакцияны-ң  жылдамдығына,  реакцияласушы  зат­
тардыц  т а б и ғ и   қ а с и е т і н е н   басқа,  реакцияға  туғызған 
жағдай  да  эсер  етеді.  Реакцияның  жағдайының  бастылары: 
температура,  реакцияласушы  заттардыц  концентрациясы  және 
катализатор  қатысуы.
Осы  жағдайлардың  әсеріне  тәуелді  химиялык  реакциялардың 
жылдамдығын  зерттеуді  — х и м и я л ы к ,   к и н е т и к а   дейді.
Реакциялардың  кинетпкасын  зерттеудің  теориялық,  және 
практикалық  маңызы  зор.  Теориялық  мәні  —  заттың  құрылысы 
мен  химиялық  байланысы  энергетикалық  сипаттамаларының  сол 
заттың  реакцияласу  қабілетіне  тигізетін  әсері  ашылады,  соны- 
мен  бірге  химиялық  әрекеттесулердің  механизмі  мұқият  зерттеліп 
оған  жоғарыда  аталған  жағдайлардың  әсері  анықталады.  Прак- 
тикалық  мәні  —  адам  қажеті  үшін  іске  асырылатын  химиялық 
реакциялардың  жылдамдығы  меңгеріліп  отырады.
§   2 .  
РЕАКЦИЯ НЫҢ  ЖЫЛДАМДЫҒЫНА  ТЕМПЕРАТУРАНЫҢ  ЭСЕРЕ 
АКТИВТЕНДІРУ  ЭНЕРГИЯСЫ
Заттар  әрекеттесу  үшін  олардың  бөлшектері  өзара  кездесіп 
соктығысуы  қажет.  Соқтығысу  нәтижесінде  бөлшектердің  элек­
трон  бұлттарының  тығыздықтары  өзгеріп,  жаңа  химиялық  байла- 
ныстар  түзіледі.  Тәжірибе  жүзінде  температура  әрбір  10°  С-қа 
артканда  реакция  жылдамдығы  2—4  есе  өсетіндігі  анықталған. 
Бұл  ереже  оны  ашқан  автордың есімімен  В а н т - Г о ф ф   е р е ж е -  
с  і  деп  аталады.
Вант-Гофф  ережесінің  математикалық  теңдеуін  жылдамдық 
константаларының  не  жылдамдыктардың  арақатынасы  арқылы 
өрнектесек:
168

= У = 2 - 4
Ut, 
t2 —
t
ut,  — Y 
ПГ
kl+w 
k
t
у  —  жылдамдықтың  температуралык  коэффициента,  жоғарыда 
айтқандай  оның  мәні  2—4  аралығында  жатады.  Бұл  қатынас- 
тардың  жуықтан  орындалатынына  қарамастан  көптеген  процес- 
тердің  температураға  тәуелділігін  білу  маңызды  роль  атқарады. 
Айталық,  t  градус  температурада  1  сағатта  аяқталатын  реакция 
t —  100  градуста  1-2|и,  яғни  1000  сағатқа  немесе  40  күнге 
созылады,  ал  / + 1 0 0   градуста  не  бары  1-2“ 10 =  3,6  секундта 
өтеді.
Қызудың  аз  ғана  жоғарылауы  химиялық  процестің  жүру 
жылдамдығын  неге  арттырады.  Температура  артқанда  бөлшек- 
тердің  қозғалысы  шапшаңдап,  соқтығысу  саны  көбейеді.  Бірақ 
температура  10  градусқа  жоғарылағанда  бөлшектердің  жылдам- 
дығы  бар  болғаны  1—2%  қана  артады  екен.  Соған  қарамастан 
жылдамдықтың  күрт  өзгеруінің  сырын  түсіну  үшін  әрекеттесетін 
ортада  болатын  активті  бөлшектермен,  олардың  ерекшеліктері- 
мен  таныскан  жөн.
Кез  келген  химиялық  реакция  жүру  үшін  қажетті  әрі  жеткі- 
лікті  шарт  — тек  бөлшектердің  өзара  соқтығысуы  ғана  болса, 
онда  бірдей  концентрациялы  реагенттердің  әрекеттесу  жылдам- 
дығының  әр  түрлі  болуын  түсіндіре  алмас  едік.  Әр  соқтығысудың 
нәтижесінде  әрекеттесу  акты  туа  берсе,  реакция  атаулының  бәрі 
қопарылыстың  жылдамдығындай  шапшандықпен  жүрер  еді.  Шы- 
нында  1  см3  көлемдегі  газдың  молекулаларының  соқтығысу  саны 
бойынша  жылдамдығын  есептеп  тапсақ,  ол  іс  жүзіндегі  жылдам- 
дықтан  миллиардтаған  есе  асып  түсер  еді.
Қозғалыстағы бөлшектердің бәрінің жылдамдығы бірдей болуы 
мүмкін  емес.  Егер  Максвелл  заңына  орай  молекулалардың  кине- 
тикалык  энергиясы  бойынша  таралу  қисығын  салсақ  (65-сурет) 
олардың  негізгі  дені  орташа  бір  жылдамдықпен  козғалып,  соған 
сай  орташа  кинетикалық  энергияға  ие  болатынын  көреміз.  Ал 
біразының  энергиясы  одан  көп  не  азырақ  боладу.
Әрекеттесетін  бөлшектердің  соқты- 
ғысқан  кездегі 
энергиясы 
олардың 
электрон  қауыздарының  бірін-бірі  тебу 
күшінен  басым  болуы  қажет,  яғни  бар- 
лык  соқтығысулардың  бәрі  емес,  тек 
.активті  соктығысулар  ғана  реакция 
жүруіне  әкеп  соғады,  Міне  осындай 
«активті»  деп  аталған  молекулалардың 
жылдамдығы  орташа  жылдамдықтан 
жоғары,  соған  сай  энергиясы  да  мол 
болып  келуі  тиіс.  Активті  молекулалар- 
дың  энергия  коры  олар  түйіскен  жерде 
әрекеттесе  алатындай  дәрежеде  бола- 
ды.  Кез  келген  активсіз  молекуланы 
активті  ету  үшін  оның  кинетикалык
65-сурет.  Газдардың  екі  Т, 
және 
Т2 
температурадағы 
молекул ал а рының 
кинетикалық  энергиясы 
бойынша  таралуы
1 6 9

энергиясын  активті  энергия  шамасына  Е 
жеткізу  қажет.  Сол 
үшін  реакция  жүріп  жатқан  ортаның  температурасын  Т,  ден 
Та  дейін  жоғарылатып  қыздырса,  барлык  бөлшектердің  жалпы 
кинетикалық  энергияеы  артып,  таралу  кисығы  оңға  карай  ығыса- 
ды,  активті  бөлшектердің  үлесі  де  молаяды  (65-сурет).  Жылдам- 
дыктың  температуралық  коэффициентінін,  мәні  де,  әрекеттесудің 
тездеуі  де  осы  жоғары  энергиясы  Е 
бар  молекулалардың 
үлесіне  тәуелді.
Реакцияласушы  заттардың  бір  моліндегі  молекулалардың 
барлығы  активті  молекулаға  айналдыру  үшін  жұмеалатын  энер- 
гияның  мөлшерін  а к т и в т е н д і р у   э н е р г и я с ы   деп  атайды. 
Әр  реакцияның  активтендіру  энергиясы  әр  түрлі,  оның  шамасы 
әрекеттесуші  заттардың  табиғатына  тәуелді.  Кейбір  заттардың 
әрекеттесуіне  аз  ғана  энергия  қажет  болса,  басқаларына  тым 
көп  энергия  жұмсауға  тура  келеді.  Алғашқы  жағдайдағы  әрекет- 
тесуші  заттардың  соқтығысуының  көбісі-ақ  реакция  жүруіне 
әкелсе,  соңғыда  олардың  азғантайы  ғана  реакция  тудыра  алады.
Реакцияға  түсетін  заттардың  бір  молін  активтендіруге  кажетті 
энергия  (активтендіру  энергиясы)  40  кДж-дан  аз  болса,  мұндай 
реакциялар калыпты температурада өте тез өтеді, ал оның мөлшері 
120  кДж-дан  артып  кетсе,  процесс  тым  баяу  жүреді.  Біріншісіне 
ерітіндіде  иондардың  арасында  жүретін  реакцияларды,  екіншісіне 
азот  пен  сутектің  кәдімгі  жағдайға  әрекеттесуін  мысалға  алуға 
болады.  Әр  аттас  иондар  ерітіндіде  іс  жүзінде  бірден  әрекеттесіп 
кетеді.  Ал  аммиак  түзілуінің  баяулығы  соншама  бұл  реакциянын 
жылдамдығын  іс  жүзінде  байқау  мүмкін  емес.  Активтендіру 
энергиясы  4 0+120  кДж/моль  арасында  болатын  реакциялардың 
жылдамдығын  лабораторияда  эксперимент  нәтижесінде  анықтап 
алуға  болады..  Мысалы,  сондай  процестердің  қатарына  натрий 
тиосульфатының  күкірт  қышкылымен  әрекеттесіп  ыдырауы  жа- 
тады.
Na2S203 +  H2S04 =  N a S 0 4 +  S02t +  S | + H 20
Ерітіндінің  бүкіл  өнебойында  түзілетін  күкірттің  тұнбасының  әсе- 
рінен  жүйенің  түсі  барған  сайын  коюлана  түскенін  байкаймыз.
Ауыспалы күйтеориясы. Әрекеттесетін молекулалардың бойын- 
дағы  энергия  оны  активті  күйге  жеткізетіндей  болса  реакция 
жүре  бастайды  дедік.  Бірак  активтендіру  энергиясына  ие  болған 
бөлшектердің  бәрі  бірдей  әрекеттесе  бере  ме?  Бұл  сұракқа  жауап 
беру  үшін  барлык  молекулалардың  ішіндегі  активтісінің  санын 
біліп,  оның  реакция  жылдамдығымен  байланысын  табу  кажет.
Реакция  жылдамдығы  мен  температураны  байланыстыратын 
Вант-Гофф  ережесі  аса  дәл  емес.  ІІІынында  реакция  жылдам- 
дығы  температураға  экспоненциалды тәуелділікте болады.  Осыган 
сай  швед  ғалымы  Аррениус  активтендіру  энергиясы  мен  жылдам- 
дық  константасының  байланысын  көрсететін  теңдеу  ұсынды:
£
-  ^  а  к т
k = A - e  
R T  
—  
Ғ
^ а к т
Аррениус  тецдеуіндегі 
e  
R T
 
көбейткіш  реакцняға  қатыса
1 7 0

алатындай  активті  энергиясы  бар  молекулалардың  үлесін  көрсе- 
теді.  Олай  болса  реакцияның  жылдамдығы  (г)  жүйедегі  барлык 
соктығысулар  санын  бойында  активтік  энергиясы  бар  бөлшектер- 
дің  соқтығысуының  үлесіне  көбейткенде  шыгуга  тиіс.  Сондык- 
тан  Аррениус  теңдеуіндегі  бірінші  көбейткішА  жүйедегі  барлық 
молекулалық  соқтығысулар  санына  дәл  келуі  керек.  Шынында 
кейбір  газ  күйіндегі  заттардың  әрекеттесуі  бұл  заңдылыққа 
жақсы  бағынады.  Мысалы,  700°С  температурада  йодты  сутектің 
ыдырауының  жылдамдық  константасы  2,10-10  3  л.моль^  сек~[ 
ал  оның  эксперимент  жүзіндегі  сан  мӘні  1,57-10_ '\
Соқтығысулар  санына  сай  есептелген  көптеген  реакциялардың 
жылдамдық  константалары  эксперимент  жүзіндегіден  әлдеқайда 
жоғары  болып  шығады.  Яғни,  бойында  активтік  энергия  болға- 
нына  қарамастан  бөлшектердің  әрекеттесе  алмайтын  тағы  басқа 
себептері  болуы  мүмкін.  Активті  күйге  ауыскан  молекулалар  ең 
эуелі  өздерінің  атомдарынын  арасындағы  химиялық байланыстар- 
ды  босаңдатын,  не  үзіп,  басқа  атомдармен  жаңа  байланысқа 
түсуге бейімделеді.  Әрекеттесетін бастапқы  молекулалардың атом­
дарынын,  арасында  байла'ныс  саны  көп  болса,  соқтығысқан 
кездегі  энергия  тек  қажетті  байланыска  берілуі  шарт,  Сонда 
ғана  активті  бөлшектердіц  соктығысуы  химиялык  реакцияға 
жеткізеді.  Бұдан  әрекеттесетін  молекулалардың  бойында  активтік 
энергия  болумен  қатар  олар  соктығысқан  жерде  тиімді  бағдар- 
ланып  орналасуы  қажет  деген  қортынды  шығарамыз.
Бастапқы  заттар  реакция  өнімдеріне  айналмай  тұрып  ец 
алғаш  тұраксыз  уақытша  біріккен  агрегат  —  а к т  и  в т е л  ге н 
к о м п л е к с   түзеді.  Активтендіру  энергиясы  мен  бөлшектердің 
соқтығысқан  жерде  геометриялық  жағынан  тиімді  бағдарланып 
орналасуының  өзі  осы  активтелген  комплексті  түзу  үшін  кажет. 
Оның  табиғатын  валенттік  байланыс  (ВБ)  әдісінің  негізінде 
Лондон  түсіндіріп  берді.  Химиялық  байланыспаған  атомдардың,, 
электрон  бұлттарының  өзара  тебісуі  нәтижесінде  энергетикалық 
барьер  (тоскауыл)  туады.  Активтелген  комплекстің  бойындағы 
энергия  бұдан  артып түсіп, тым  үлкен  болатындықтан  ол  гұрақсыз 
күйде  болады.  Активтелген  комплексен,  түрілуі  "реакцияның  жү- 
руіне  кепіл  бола  бермейді,  өйткені  ол  бастапкы  заттарга  қайта 
ыдырап  кете  алады.  Табиғаты  бойынша  алғанда  активтелген 
комплексы  химиялық  косылыс  деуге  келмейді,  сондықтан  оған 
валенттік  бұрыштар,  атомдар  аралығы  тәрізді  ұғымдарды  қол- 
дануға  болмайды.  Активтенген  комплекстің  түзілуін  сутек  пен 
иодтың  әрекеттесіп  иодсутек  беруінен  көр\ге  болады:
н 
I 
Н . . . . І  
н 
- I
Н  
I 
н ---- і 
Н   -
1
бастапкы  заттар  активтелген  комплекс  реакция  өнімдері.

Р е а к ц и я   ж ү р у і  
6 - Л
\г 
0—0
7  »  / /  \\
6-^Ь  &--S
Реакцияның  жүруін  энергети- 
калық  диаграмма  түрінде  де  бей- 
нелеуге  болады  (66-сурет).  Онда 
бастапқы  заттардың  бойындағы 
энергия  Ен  Іг  оларды  активтен- 
діруге  кажет  энергия  Е  ,  әрі 
реакция  өнімінің  энергиясы  Ен| 
берілген.  Диаграммадан  активтен- 
діру  энергиясы  дегеніміз  реакция- 
ласушы  молекулалардың  орташа 
энергиясы  мен  активтенген  ком- 
плекстің  энергетикалық деңгейінің 
айырмасы  екекдігін  көреміз.
К о н ц е н т р а ц и я н ы ң   ә с е -  
р і
. 
Химиялык  реакция  тездеу 
үшін,  реакцияласушы  заттардың 
молекулалары  жиі  түйісуі  кажет 
екендігі  анықталды.  Түйісуді  жиі- 
лендіру  үшін  алдымен  реакцняла- 
сушы 
молекулалардың 
санын, 
демек, 
концентрациясын, 
өсіру 
керек.  Мысалы:
Н2+  
і
2 =  2НІ
реакциясын  алалык,  реакцияның 
жылдамдығы  минутына 0,001  моль 
болсын.  Енді,  реакцияласушы  заттың  бірінің  айталык,  йодтың 
концентрациясын  3  есе  өсірдік;  онда  йод  пен  сутектің  моле- 
кулаларының  белгілі  уакыт  ішінде  түйісу  саны  үш  есе  артады, 
демек,  олардың  арасындағы  реакцияныц  жылдамдығы  да  үш 
есе  артады;  тіпті  екі  газдың  да  концентрациясын  біреуінікін  3  есе 
екіншісінікін  2  есе  өсірсек,  онда  реакцияныц  жылдамдығы  алты 
есе  артып,  минутына  0,001  • 3• 2 =  0,006  моль  болады.
Химиялык  реакцияныц  жылдамдығына  әрекеттесуші  заттар- 
дыц  концентрациясының  әсерін  зерттеген,  Норвегияның  екі  ғалы- 
мы  Г  у л ь д б е р г   пен  В  о о г е  1867  жылы  мынадай  корытын- 
дыға  келген:
Химиялык,  реакцияныц  жылдамдығы  реакцияласушы  заттар 
концентрацияларының  көбейтіндісіне  тура  пропорционал.
Мұны  әрекеттесуші  массалар  заңы  деп  атайды.  Енді  сол 
зацды  математика  тіліне  аударып,  реакцияны  жалпы  теңдікпен 
жазайык:
А + В  =  С.
1
о
Н  I
66-сурет.  Активтендіру 
энергиясының  схемалық  бейнесі
І
о
н /
А  жэне  В  затыныц  концентрацияларын  [А]  жэне  [В]  деп,  ре­
акцияныц  жылдамдығын  v  аркылы  белгілесек,  онда,
v =  k-  [А]  •  [В]
болады;  бұл  арадагы  k  —  п р о п о р ц и о н а л д ы қ  
к о э ф ­
ф и ц и е н т !   деп  аталады.

Егер  алынған  теңдікте  [А]  =  1  және  [В]  =  1  болса,  онда,
u =  k
болады, демек,  k  —  реакцияласушы  заттардың  концентрациялары 
бірге  тең  (1  моль/л)  болған  жағдайдағы  реакция  жылдамдығы, 
k
 
—  әрбір  реакцияның  өзіне  лайыкты  тұракты  шама,  ол  тек 
қана  реакцияласушы  заттардың  жаратылыстык  касиетіне  қарай 
және  температураға  тәуелді  өзгереді,  сондықтан  оны  реакцияның 
ж ы л д а м д ы қ   к о н с т а н т а с ы   деп  те  атайды.
Реакцияласу  үшін  заттың  біреуінен  теңдік  бойынша  бір  емес 
бірнеше  молекула  керек  болса,  онда,  реакция  жылдамдығының 
теңдігі  басқа  түрде  болады,  мысалы:
2 A + B  =  D  не  A +  A + B  =  D
Осы  реакция  жүру  үшін  А  затының  екі  молекуласы  мен  В 
затының  бір  молекуласы  бір  мерзім  ішінде  түйісу  керек.  Мұндай 
жағдайда  математикалык  анализге  сәйкес  реакция  жылдамды- 
ғының  тецдігінде  А  заты  концентрациясының  мәнін  екі  рет  алу 
кажет:
v =  
k -
 
[А]  •  [А]  •  [В]  =  
k
 
[А]2-  [В]
жалпы  алғанда  А  затынын,  т  молекуласымен  В  затыныц  п  моле­
куласы  реакцияласса:
mA +  яВ =  Г.
реакцияның  жылдамдығының  теңдігі  мынадай  түрге  ауады:
ц =  А[А]т -  [В]"
мысалы:
СО +  СІ
2
 =  СОС12 
v 
=  
k
 
[СО]  •  [СЬ]
2Н2 +  0 2 =  2Н20  
v =  k [Н2] 2>  [ 0 2]
Егер  реакцияға  катты  зат  катынасатын  болСа,  олар  эрдайым 
бар  массасымен  емес,  тек  сыртқы  бетімен  ғана  реакцияласады, 
сондықтан  реакцияның  жылдамдығын  аныктағанда  оның  кон- 
центрациясы  есепке  алынбайды:  газ  және  еріген  заттардың  кон- 
центрациясы  ғана  есептеледі.  Мысалы:
■
  С +  С 0 3 =  2С0
реакциясының  жылдамдығы  былай  жазылады:
v =  k [C02]
Эрине,  қатты  заттың  сыртқы  беті  неғұрлым  үлкен  болса, 
мысалы,  көмір  ұсатылыңқыраған  болса,  реакция  тезірек  жүреді, 
бірак  ол  есепке  алынбайды.
Химиялык.  реакцияның  жылдамдығы  реакцияласушы  заттар- 
дың  концентрациясына  тәуелді  екендігін,  газдар  арасындағы

реакцияларды  мыеалга  алып,  еи  алғаш  per  1865  жылы  орыс  га- 
лымы  Н.  Н.  Бекетов  айткан  болатын.
К а т а л и з а т о р л  а р д ың  э с   е  р 
І.  Химиялык  реакциялар- 
дын,  барысына  «бөгде»  заттардың  эсер  ететіндігі  XVIII  ғасыр- 
да-ак  байкалған.  1812  жылы  орыс  химигі  Кирхгоф  крахмалга 
күкірт  қышк.ылын  араластырып  кыздырса  оның  кантка  айнала- 
тынын,  бірак  реакция  нәтижесінде  күкірт  кышқылы  өзгермей 
калатынын  байқаған.  Сөйтіп  реакциялардың  жылдамдығына  ка­
тализатор  заттардыц  үлкен  эсер  ететінд-ігі  анықталды.
Катализатор  дейтініміз  —  реакцияның  жылдамдығын  өзгертіп, 
бірақ  реакция  нәтижесінде  өздері  химиялык,  өзгермей  цала- 
тын  заттар.
Қалыпты  жағдайда  реакцияласпайтын  бірқатар  заттар  ката­
лизатор  катынасында  реакцияласа  бастайды.  Қатализаторлар 
реакцияның  жылдамдығын  миллион  ecere  дейін  өсіре  алады.
Катализатор  қатынасымен  болатын  процестер  жаратылыста 
да,  өнеркәсіпте де өте  көп.  Тірі  организмде  болатын  толып  жатқан 
процестер,  мысалы  ас  сіңіруде,  толып  жатқан  органикалык  ката- 
лизаторлар  —  ферменттер,  өсімдіктердің қоректенуінде топырақта 
болатын  минералдық  ферменттер  қатынасады.  Қазіргі  заманның 
өнеркәсібінде,  әсіресе  химиялык,  өнеркәсіпте,  катализаторлар 
ерекше  орын  алуда,  өйткені  олардың  қатынасымен  түрлі  процес­
тер  тездетіліп,  оңайланады,  соның  нәтижесінде  керекті  заттар­
дыц  өнімі  өседі.
Әрбір  реакцияның  өзіне  лайықты  катализаторлары  болады,  ол 
катализатор  баска  реакцияларға  эсер  етпеуі  де  мүмкін.
Кей  жағдайда  түрлі  катализатор  колдану  арқылы,  бір  заттан 
әр  түрлі  өнімдер  алуға  болады.  Айтальгқ,  этил  спиртінен,  ката­
лизатор  алюминий  оксиді  болса,  этилен  алынады:
C2HsOH  =  C , H 4 +  HoO|
катализатор  фосфор  қышқылдары  болса,  диэтил  эфир!  алынады: 
2V.1I  ОН =  
С 
НОС 
II, 
+  11.0
катализатор  магний  не  калайы  оксид!  болса,  сірке  альдегиді 
алынады:
C , H 3OH =  C H 3CHO +  Hj.
Реакцияға  катализатор  қатынасқандыктан  ондағы  актив  мо- 
лекулалар  саны  өседі,  содан  барып  реакция  жылдамдайды.  Екін- 
ші  жагынан  катализатор  қатынасқанда  активтендіру  энергиясы 
кемиді,  мысалы,  кант  пен  судың  арасындағы  реакция:
С i .11  ОI  -  11.0 
С..1ІІ  О  +  С..ІІ,  .о
г л ю к о з а  
ф р у к т о з а
Осы  реакцияны  акгивтендіру  энергиясы  113,4кДж/моль.  Катали­
заторлар  катынасында  активтендіру  энергиясы  кемиді:  күкірт
174

кышкылы  катынасса 
107,1 
кДж/моль,  фермент  қатынасса 
10  кДж/моль  болады.
Катализаторлар  қатты,  еұйық  және  газ  күйінде  де  болады. 
Қатты  катализаторлардың  катализаторлык  активтігінен  айыры- 
лып  қалуы  оп-оңай  өйткені  кейбір  заттар  өте  аз  мөлшерде  болса 
да  араласып  кетсе,  катализатор  уланып  калады,  мұндай  заттар- 
ды  к  а т  а л  и  з  а  т  о р д ы  ң  у  ы.  деп  атайды.  Мысалы:  HNC, 
H2S  жэне  As,  Se,  Те  қосылыстары  платина  катализаторының 
уы.  Катализаторлардың  уымен  катар  катализаторлардын  актива- 
торлары  да  белгілі,  бұл  өз  бетінше  катализаторлык  активтігі 
жок,  бірақ  аз  мөлшерде  катализаторға  араластырса,  оның  ак- 
тивтігін  көтеретін  заттар;  мұндай  заттардың  п  р  о  м  о т  р  деп 
атайды. 
Реакция 
жылдамдығын 
тездететін 
катализатордан 
басқа  реакцияны  баяулататын  касиеті  бар  заттар  да  бар,  олар- 
ды  и н г и б и т о р   деп  атайды.
Катализатор  дсврінвн  жылдамдығы  өзгеретін  процестерді 
ч  каталитикалык,  процесс  немесе  катализ  den  атайды.
Енді  катализдағы  катализаторлардын,  әсерінің  механизмін 
түсіндіру  үшін  әуелі  катализбен  байланысты  кейбір  жалпы 
мәселелерге  тоқтап  өтеміз.
Белгілі  көлем  ішіндегі  жеке  заттың,  немесе  бірнеше  заттың 
коепасын,  химияда  жүйе  деп  атайды.  Жүйе  г о м о г е н д і   яки 
біртекті  (мысалы,  газдар  коспасы,  тұздың  ерітіндісі,  су  т.б.) 
және  г е т е р о г е н д і   болады.  Гетерогенді  жүйе  екі  не  бірнеше 
бөлімнен  тұрады,  ол  бөлімдердің  физикалық  не  химиялык  қасие- 
тінде  айырмашылығы  болады  және  беттері  хана  жанасады,  бірі- 
мен  бірі  араласпайды  (мысалы,  мұз  бен  с-у,  бензол  және  су  сияк- 
ты  араласпайтын  сұйықтар).
Гетерогенді  жүйенің  баска  бөлімдерімен  араласпай  тұрған 
біртекті  бөлімі  ф а з а   деп  аталады.  Демек,  гомогенді  жүйе  — 
бір  фазалы,  гетерогенді  жүйе  екі  не  көп  фазалы  болады.
Қа^ж/щ^- д£-'-т.а л-'
0
-г-&'яДМ-ж»не. ,х е т-<_р -ө'г  ечггд' \  боЛадй. 
Гомогенді  катализде  катализатор  да,  реакцияласушы  заттар  да 
бір  фазада  болады  (мысалы,  бертолле  тұзынан  оттек  алғанда 
колданатын  катализатор  МпСЬ  катты  зат,  КСЮ.і  те  катты  зат), 
Гетерогенді  катализде  катализатор  мен  реакцияласушы  заттар 
әртүрлі  фазаға  жатады  (мысалы,  күкірт  қышкылын  контакт 
әдісімен  алғанда  қолданылатын  катализатор  Pt  қатты  фазада, 
реакцияласушы  заттар  S 0 2  мен  0 2  газ  фазаСында  болады).
Гомогенді  катализдегі  катализатордың  әсері  а  р а л   ы  к  к о ­
сы л  ы с т а  р  т ү з i л у і  аркылы  түсіндіріледі.  Айталык  А +  Б =  
=  АБ  реакциясы  өте  баяу  жүреді;  оған  катализатор  К  катынас- 
тырсак,  реакция-  тездейді,  өйткені  ол  арада  реакцияласкыш 
аралык  косылыс  АК  түзіледі:
A-f К =  AK  .
Түз ілген  аралык  косылыс  АК,  Б  затымен  реакцияласып 
бізге  керекті  АБ  косылысын  түзеді:  катализатор  К  бос  таза 
күйде  бөлініп  шығады;

А К  +  Б =  А Б  +  К
Бұл  схемадан  катализатор  реакцияға  катынасканымен  реак­
ция  нәтижесінде  химиялық  өзгермей  қалатындығын  көреміз. 
Мысалы:
А + Б  =  АБ;
А + К  =  АК;
АК +  Б =  АБ +  К.
СЬ +  2H'>S0:i='2HL>S04|
О. +  2 NO =  2 NO>|
2N0, +  
2
H
2
SO
3
 =  
2
H
2
SO
4
 +  2N0
не  болмаса,
ВГ =  В +  Г;
ВГ +  К =  В +  ГК; 
КГ =  Г +  К.
2КСЮз =  2КХ1 +  30д
2КС10
з
 +  6М
п
0 2 =  2ҚС1 +  6М
п
0 3;
6МпОз =  бМпОо +  3 0 2.
Катализатор  кызметін  атқаратын  азот  оксиді  мен  марганец 
диоксиді  химиялық  өзгерместен  қалады.
-  Гетерогенді  катализде  катализатордың  әсері  адсорбция  ар- 
қылы,  яки  реакцияласушы  заттардың  молекулаларын  катализа­
тор  ө з   б е т і н е   ж и н а п   с і ң і р у і   арқылы  түсіндіріледі.  Ад- 
сорбцияның  салдарынан  катализатордың  бетінде  реакцияласушы 
заттардың 
молекулаларының 
концентрациясы 
өседі, 
одан 
молекулалардың  өзара  түйісулері  жиіленеді,  демек,  реакцияныц 
жылдамдығы  да  артады.  Сонымен  катар  катализатордың  әсері- 
нен  абсорбцияланған  молекулалардың  химиялық  .активтігі  кү- 
шейеді  (Д.  И.  Менделеев,  1886  жыл),  сондыктан  реакцияласушы 
молекулалардың  түйісу  саны  көбейіп,  соған  сәйкес  реакция 
тездейді.
Катализаторлардың  әсерін,  катализдің  түр-түрінің  механизмін 
түсіндіретін  теориялардың  авторлары  акад.  Н.  Д.  Зелинскийдің 
мектебінен  шыққан  Совет  Одағы  ғалымдары.

жүктеу/скачать 30,34 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: