6. ХИМИЯЛЫҚ РЕАКЦИЯНЫҢ ЖЫЛДАМДЫҒЫ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕПЕ-ТЕҢДІК
Гомогенді реакцияның жылдамдығы деп жүйенің көлем бірлігіндегі келісімді уақыт ішінде реакцияға түсетін немесе реакция кезінде түзілетін заттың мөлшерін айтады. Гетерогенді реакцияның жылдамдығы деп фазалық беттің аудан бірлігіндегі келісімді уақыт ішінде реакцияға түсетін немесе реакция кезінде түзілетін заттың мөлшерін айтады. v (гомог) = D n/ (VDt) v (гетер) = D n/ (SDt)
мұндағы v -химиялық реакцияның жылдамдығы, n зат мөлшері, V ерітіндінің көлемі, t-уақыт, S-фазалық беттің ауданы. Химиялық реакцияның жылдамдығына әсер ететін негізгі факторлар: әрекеттесуші заттардың табиғаты, температура, олардың концентрациясы, жүйеге катализатордың қатысуы. Реакция жылдамдығының әрекеттесетін заттар концентрациясына тәуелділігі әрекеттесуші массалар заңымен сипатталады: тұрақты температурада химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал болады. Жалпы түрде mA+nB=pC+qD қайтымды реакциясы үшін әректтесуші массалар заңына сәйкес реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелділігі мынандай теңдеумен өрнектелуі мүмкін:
v = k[A] а [B]в мұндағы a және b A және B реагенттері бойынша реакцияның ретін көрсететін тұрақты сандар. a+b=q қосындысы реакцияның жалпы реті деп аталады. Реагенттер бойынша реакцияның ретін көрсеткіштер m және n стехиометриялық коэффициенттерге ешқашан тең болмайтынын ерекше айта кету керек. Егер реакция теңдеуі химиялық әрекеттесудің қарапайым жолымен өткенде ғана сәйкестік болуы мүмкін. Күрделі реакциялар үшін реакция ретінің көрсеткіштері тек тәжірибе жүзінде анықталады.
Температураның өсуімен реакция жылдамдығының артуын реакция жылдамдығының температуралық коэффицентімен сипаттау қабылданған. Температуралық коэффициент дегеніміз жүйенің температурасын әрбір 10 градусқа көтергенде реакция жылдамдығы қанша есе артатындығын көрсететін сан. Кәдімгі температурада оның мәні көптеген реакциялар үшін 2-4 шегінде болады (Вант-Гофф ережесі). Жылдамдық константасының k температураға тәуелділігі дәлірек Аррениус теңдеуімен өрнектеледі:
lnk = B - A/T немесе 2,303lgk = B -A/T
мұндағы А және Втұрақты шамалар. Химиялық реакциялар жылдамдығына температураның әсерін сипаттайтын теориялар ішінде белсенді қақтығысулар теориясы кеңінен таралған.
Осы теорияға сәйкес екі бөлшек бір-бірімен әрекеттесуі үшін олардың соқтығысулары қажет. Бірақ әрбір соқтығысқан сайын бөлшектер әрекеттесе бермейді. Әрекеттесетін бөлшектердің соқтығысқан кездегі энергиясы олардың электрон қауыздарының бірін бірі тебу күшінен басым болуы қажет, яғни барлық соқтығысулардың бәрі емес, тек активті соқтығысулар ғана реакция жүруіне әкеп соғады. Активті молекулалардың энергия қоры олар түйіскен жерде әрекеттесе алатындай дәрежеде болады. Химиялық реакцияның жүруіне қажетті бойында артық мөлшерде энергия қоры бар молекулаларды активтелген молекулалар деп атайды. Орташа энергия қоры бар молекуланы реакцияға қатынаса алатындай актив күйге келтіру үшін жұмсалатын энергияны активтендіру энергиясы деп атайды. (1) теңдеудегі тұрақтылардың мәнін анықтай отырып мына теңдеуді алуға болады: k=Cе-Еа/Т, мұндағы k жылдамдық константасы, C пропорционалдық коэффициенті, Eа активтендіру энергиясы, T-температура. Бұл берілген температурада жылдамдық константасы активтендіру энергиясымен (Еа) анықталатынын көрсетінін Аррениус теңдеуі.
Активтендіру энергиясы берілген температурада әрекеттесетін молекулалардағы атомдардың арасындағы ескі байланыстардың үзілуі үшін, реакцияның нәтижесінде алынған заттар атомдарының арасында жаңа байланыстар түзілу үшін қажетті. Оның мәнін мына формуламен өрнектеуге (Дж/моль) болады:
Формулада логарифм таңбасынан кейін процестің екі температурадағы жылдамдық константаларының қатынасы берілген. Сондықтан константаларды сол температурадағы кез-келген пропорционалды немесе сандық мәндермен ауыстыруға болады.
№ 16 жұмыс. Химиялық реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелділігі
