Бағдарламасы студенттері үшін шымкент, 2023 2
жүктеу/скачать 4,58 Mb. Pdf көрінісі
|
1o8jpdncqJpB9LArsctL2Ms8POaKSemXzuEP9c14
| Формальдық кинетика.
Формальдық кинетикада реакция жылдамдығынан әрекеттесетін заттардың концентрациясына тәуелділігі қарастырылады. Ол, аса маңызды деп есептелетін химиялық кинетика заңына системадағы химиялық реакцияның тәуелсіздік жағдайда жүретін шарты мен реагенттердің материалдық баланс теңдеуіне және көптеген жайларға негізделеді. Элементарлы химиялық актілердің жүретін заңдылығы мен олардың жалпы жылдамдыққа ықпалы формальды кинетикада қарастырылмайды. Алғашқыда химиялық кинетикадағы реакциялардың формалды бағыты басымырақ дамиды, онда процестердің физикалық параметрі арқылы түрлі уақыт кезеңіндегі жылдамдықты өрнектейтін теңдеуді табуға тырысады. Реакция жылдамдығы деп реакцияға түсетін заттардың біреуінің концентрациясының белгілі бір мерзім аралығындағы өзгерген шамасын айтады. Ал, егер реакция тұрақты көлемде жүретін болса, онда реакцияға түсетін реагенттердің бірініқ белгілі мерзімдегі өзгерісі ескеріледі. Олай болса, реакция жылдамдығы дегеніміз концентрация өзгерісінің осы өзгеріс болған уақытқа қатынасын көрсететін шама екен. Ыңғайлы болу үшін әуелі реакциялар тұрақты көлемде жүреді деп есептейік. Ал химиялық реакция жылдамдығы, кәдімгі механикадағыдай орташа және шын болып бөлінеді: t / C және dt / dC (1) Мұндағы С – әрекеттесетін заттар концентрациясы; t – уақыт. Жылдамдық әрқашан да оң мәнді болады. Алайда жоғарыдағы өрнекке келсек, ондағы оң және теріс таңбалар жылдамдықтың реакцияға түсетін заттардың қайсысына ғана қатынасты алынуы яа байланысты: реакцияға түсетін заттардың концентрациясы азайса, реакция нәтижесінде алынатын өнім концентрациясы көбейеді. Ендеше концентрация азайғанда реакция жылдамдығы теріс, көбейгенде оң болады. Егер концентрация бір литрдеп мольмен, ал уақыт секундпен алынса, онда осы химиялық реакция жылдамдығы –моль/л·с-пен өлшенеді. Сондай-ақ, кез келген химиялық реакция теңдеу арқылы өрнектеледі. Теңдеуден реакцияға түсетін бір заттың мөлшері екіншісіне сәйкес қалай өзгеретінін байқаймыз: aA + bB→cC+dD –dC A =-dC B =+dC c =+dC D (2) Мұндағы A және B химиялық реакцияға түсетін заттар (реагенттер) болса, ал С және D осы реакция нәтижесінде шығатын өнш, ал а, b с, d – коэффициенттер. Егер А мен В концентрациясы азайса С мен D концентрациясы артады. Сол сияқты А мен b шамасы өзара сыбайлас өзгерсе, С мен D шамасы да соларға сәйкес өзгереді. Ал, (2) теңдеудегі концентрациялардың әйтеуір біреуін алып, оның өзгерісі арқылы реакция жылдамдығын анықтауға болады. Енді жалпы жылдамдық жайлы түсінікті де енгізейік Д C B A (3) мұндағы С В А , , және Д – А, В, С және D заттарындағы өзгеріс бойынша алынған жылдамдықтар, – жалпы не қорытынды жылдамдық. Тәжірибе кезінде алынған мәліметтерге сүиенш, реагент пен өнімнің концентрацияларының уақытқа тәуелділігін, химиялық реакция жылдамдығының уақытқа тәуелділігін сипаттайтын қисық сызықтарды кинетикалық талдауға пайдаланады. Бұл тәуелділіктер 33-суретте көрсетілген. Әдетте, мұндай кинетикалық қисықтарды талдуға 63 арналған реакцияларды тұрақты температура мен қысымда жүргізеді. Белгілі бір уақыттағы концентрацияны анықтап, кисық жүргізеді. 1а-суретте реагенттер мен өнім концентрацияларының уақытқа байланысын көрсететін қисықтар берілген. Ал, енді осы концентрация өзгерісінің уақытқа байланысымен реакция жылдамдығы өлшеніп, уақытқа тәуелділігі 1 б-суретте көрсетілген. 1-сурет Химиялық реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігін көрсететін шама (өлшем) негізінен химиялық кинетика постулаты арқылы айқындалады: тұрақты температурадағы гомогенді реакциялардың жылдамдығы әрекеттесетін заттар концентрацияларының көбейтіндісіне пропорционалды. Химиялық реакция теңдеуіндегі әрбір зат алдында тұрған коэффициент сол зат концентрациясының дәреже көрсеткішін көрсетеді. Бұл ережені Н.Н.Бекетов (1865), сосын К.Гульдберг пен Вааге (1867) тұжырымдаған. Сондай-ақ оны тепе-теңдік константасындағыдай массалық әсер заңы деп те айтады. Оны аА + bВ+... өнім сияқты берілген химиялық реакцияға қолдансақ, онда негізгі постулат бойынша: b B a A A C kC dr dC (4) Дәреже көрсеткіштерінің қосындысы, п = а + b+ ... реакция реттілігі, ал а, b ... осы заттар бойынша алынған реакция реттілігі делінеді. Тұрақты температурада жүретін реакциялар үшін қарастырылатын әрбір пропорционалдық коэффициент k . тұрақты шама. Оны реакция жылдамдығының константасы деп те атайды. Әдетте химиялық процестердің жекеленген сатылары үшін, негізгі постулат бойынша берілетін дәрежелік байланыс іс жүзінде орындалады. Мұндай жағдайларда жеке зат бойынша не қосынды реакция реттілігі нөлден үлкен болады екен. Ал кинетикалық ілім түрғысынан алғанда, барлық химиялық реакциялар қайтымды. Химиялық реакциялардың тура және кері жылдамдықтары өзара теңелгенде, химиялық тепе-теңдік орнайды. Осы негізде тепе- теңдік константасына арналғаң кинетикалық теңдеулерді қорытындыланады. Мысалы, bB aA dD cC Бұл процестің механизмі реакция теңдеуіне сәйкес делік: A мен В- нің әрекеттесу жылдамдығы b B a A 1 C C k теңдеуімен анықталса, кері реакция жылдамдығы: d D c C 2 C C k . Мұндағы реагенттердің әрқайсысының концентрациясы тура да, кері де жүретін реакция нәтижесінде өзгереді. Сондықтан да d D c C 2 b B a A 1 2 1 C C k C C k R 1 R 2 64 2 1 болса, K C C C C k k b B a A d D c G 2 1 (5) мұндағы К – тепе-теңдік константасы. Алайда өнім реакция жүріп жатқан ортадан үнемі әкетіліп отырса, әрекеттесуші заттар таусылып, реакция бір бағытта және соңына дейін жүреді. Мұндай реакцияларды бір бағытта (бір жақты) немесе қайтымсыз жүретін реакция деп атайды. Реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігін қарастырғанда тек қайтымсыз реакцияларды алады. жүктеу/скачать 4,58 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|