Температураның реакция жылдамдығына әсері

Температура жоғарылаған сайын реакция жылдамдығы өседі. Вант-Гофф ережесі: “Температура әрбір 10⁰С-қа артқанда, реакция жылдамдығы 2-4 есе өседі.”

Вант-Гофф ережесінің математикалық теңдеуі:

k_t+10 Vt₂ t₁ - t₂

^________ = ( = 2-4 немесе ^______ = ¹⁰

k_t Vt₁

Активтендіру энергиясы

Химиялық реакция жүру үшін активті молекулалардың кездесуі керек. Қозғалыстағы бөлшектердің бәрінің жылдамдығы бірдей емес. Соқтығысулардың бәрі емес, тек активті соқтығысулар ғана реакцияның жүруіне себеп болады. Осындай “активті” деп аталған молекулалардың жылдамдығы орташа жылдамдықтан жоғары, соған сәйкес энергиясы да мол болып келуі тиіс. Активті молекулалардың энергия қоры олар кездескен кезде әрекеттесе алатындай дәрежеде болады. Кез келген активсіз молекуланы активті ету үшін оның кинетикалық энергиясын активтендіру энергиясы шамасына жеткізу керек.

Реакцияласушы заттардың бір моліндегі молекулалардың барлығын активті молекулаға айналдыру үшін жұмсалатын энергияның мөлшерін активтендіру энергиясы дейді.

Активтендірілген молекулалардың бәрі бірдей реакцияға түсе бермейді. Швед ғалымы Аррениус мынадай теңдеу ұсынды:

k = k₀ e^-Eакт/RT

k - жылдамдық константасы

(k₀ = zp, z - бір секундта болатын соқтығысулар саны,

р - тиімді болатын ориентациялар санының дәрежесін көрсететін фактор)

е - натуралды логарифмнің негізі

Е_акт - активтендіру энергиясы

R - газ тұрақтысы

Т - абсолюттік температура

Осы теңдеуге математикалық өңдеулер жасап, активтендіру энергиясын шығаруға болады:

Е_акт

lnk = - ^_______ + ln k₀

RT

Активті күйге жеткен молекулалар алғашқыда тұрақсыз, уақытша біріккен агрегат - активтелген комплекс түзеді. Бүл комплекс ауыспалы күйде болады - молекулалардың активті күйі:

Н₂ + І₂ ( [Н₂ ... І₂ ] ( 2HІ

Cодан кейін өнім түзіледі.

Реакция жылдамдығына катализатордың әсері

Катализатор дегеніміз - химиялық реакцияның жылдамдығын өзгертіп, бірақ өздері процестің нәтижесінде Ұзгермей қалатын заттар. Катализатордың әсерінен жылдамдығы өзгеретін процестерді каталитикалық процесс немесе катализ деп атайды.

14. Химиялық тепе-теңдік қайтымды және қайтымсыз

Химиялық реакциялар қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді. Қайтымсыз реакциялар - бұлар тек қана бір бағытта жүретін реакциялар, мысалы

КСlO₃ ( KCl + O₂

“Қайтымды реакция” деп берілген жағдайда тура және кері бағытта жүре алатын процестерді айтады.

Мысалы, аммиакты алу:

_кат

N₂ + 3H₂ ( 2NH₃

Тура және кері бағытта жүретін реакциялардың жылдамдықтары тең болған кезде химиялық тепе-теңдік орнайды. Химиялық тепе-теңдік орнаған кезде реакция тоқтап қалмайды, тек екі процестің жылдамдығы теңеседі, сондықтан тепе-теңдік динамикалық болып саналады.

Мысалы: Н₂ + І₂ ( 2HІ

Тура реакцияның жылдамдығы V₁ кері реакцияның жылдамдығы V₂. Егер V₁ = V₂ болса динамикалық тепе-теңдік орнайды дейміз.

Әсер етуші массалар заңы

V₁ = k₁ [Н₂ ] [ І₂ ]

V₂ = k₂ [HІ]²

Тепе- теңдік кезінде V₁ = V₂ , сондықтан k₁ [Н₂ ] [ І₂ ] = k₂ [HІ]²

(Теңдеуден k₁ табамыз, сосын k₂ -ге бөлеміз).

Cонда k₁ [HІ]²

^____ = ^___________

k₂ [Н₂ ] [ І₂ ]

k₁ және k₂ тұрақты сандар, сондықтан олардың арақатынасы да тұрақты:

k₁ [HІ]²

К = ^____ немесе К = ^________ -

k₂ [Н₂ ] [ І₂ ]

бұл тепе-теңдік константасы.

Реакцияның жалпы схемасын қарастырайық:

mA + nB ( pC + dD , сонда

[C]^p [D]^d

К = ^_________ -

[A]^m [B]ⁿ

- бұл формула әсер етуші массалар заңының қайтымды реакциялар үшін қалай қолданылатынын көрсетеді. К - тепе-теңдік константасы.

Әсер етуші массалар заңы тепе-теңдіктегі процестер үшін былай оқылады: “Тұрақты температурада жүретін қайтымды реакцияда тепе-теңдік орнау үшін түзілген заттардың концентрацияларының көбейтіндісінің бастапқы заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне қатынасы тұрақты сан “K” болу керек”.

Концентрация өзгергенде К өзгермейді. Температура өзгергенде, К өзгереді. К-ның мәні үлкен болса, реакция тура бағытта жүреді.

Ле-Шателье принципі

Химиялық тепе-теңдік күйдегі ж‰йеге сырттан әсер етсе (температура, концентрация, қысым өзгерсе) тепе-теңдік сол әсерге қарама-қарсы бағытта өзгереді. Мысал:

N₂ + 3H₂ ( 2NH₃ + 46,2 кДж (Н = - 46,2кДж/моль

Бұл реакцияда жылу бөлінеді, сондықтан температураны жоғарылатсақ, реакция кері бағытта жүреді.