Химиялық кинетика.

Жоспар

1. Негізгі түсініктері мен анықтамалары.

2. Статикалық жағдайлардағы қайтымсыз реакциялардың кинетикасы.

3. Реакциялардың ретін анықтау әдістері.

4. Реакция жылдамдығына температураның әсері. Гофф ережесі.

5. Аррениус теңдеуі. Активтендіру энергиясы. Активті қақтығысу теориясы.

1. Негізгі түсініктері мен анықтамалары.

Химиялық кинетика деп химиялық реакциялардың механизмдері жайлы ілімді айтады. Бұл салада әрбір реакция жылдамдығы және оған әсер етуші концентрация, қысым, температура, катализатор, реакция жүретін орта (еріткіш) мен реакцияға түсетін заттардың табиғаты қарастырылады.

Химиялық кинетика постулаты: тұрақты температурадағы гомогенді реакциялардың жыл-дамдығы әрекеттесетін заттар концентрацияларының көбейтіндісіне пропорционалды.

Химиялық реакция теңдеуіндегі әрбір зат алдында тұрған коэффициент сол зат концентрациясының дәреже көрсеткішін көрсетеді.

Дәреже көрсеткіштерінің қосындысы реакция реттілігі деп аталады.

Тұрақты температурада жүретін реакциялар үшін қарастырылатын әрбір пропорционалдық коэффициент тұрақты шама. Оны реакция жылдамдығының константасы деп атайды.

2. Статикалық жағдайлардағы қайтымсыз реакциялардың кинетикасы.

Өнім реакция жүріп жатқан ортадан үнемі әкетіліп отырса, әрекеттесуші заттар таусылып, реакция бір бағытта және соңына дейін жүреді. Мұндай реакцияларды бір бағытта немесе қайтымсыз жүретін реакция деп атайды. Реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігін қарастырғанда тек қайтымсыз реакцияларды алады.

Кинетикалық ілім тұрғысынан алғанда, барлық химиялық реакциялар қайтымды. Химия-лық реакциялардың тура және кері жылдамдықтары өзара теңелгенде, химиялық тепе-теңдік орнайды. Осы негізде тепе-теңдік константасына арналған кинетикалық теңдеулерді қоры-тындыланады. Мысалы,

aA+bB сС+dD

V₁= k_1•C^a_A•C^b_B V₂₌k₂ C^c_c ^. C^d_D

V₁=V₂ болса,

K-тепе-теңдік константасы.

3. Реакциялардың ретін анықтау әдістері..

Реакциялардың ретін анықтау үшін шешуі бойынша жеңіл, қарапайым кинетикалық теңдеуді қолданады.

Реакция ретін анықтау үшін келесі әдістерді пайдаланады:

1. Орынға қою әдісі тәжірибе кезінде алған мәліметтерді пайдаланады. Ол үшін жылдамдық уақытқа байланысын өрнектейтін теңдеулерге алдын ала жүргізген тәжірибеден алған деректерді қойып, олардың қайсысына сәйкес екенін анықтайды.

2. Вант-Гофф әдісі ( графикалық әдіс). Бұл әдіс бойынша тәжірибе кезінде алынған нақтылы деректерді логарифм деп, график тұрғызады.

3. Оствалд әдісі өлшемді уақыт аралығында заттардың концентрациясы белгілі бір санға азайғанына негізделген. Бұл әдістің салдары ретінде зат ал-масуына, реакция жүруіне, заттардың ыдырауына арналған жартылай уақытты қарастырады.

2. Статикалық жағдайлардағы қайтымсыз реакциялардың кинетикасы.

4. Реакция жылдамдығына температураның әсері. Гофф ережесі.

Температура жоғарлаған сайын, реакцияның жылдамдығы артып, жылдамдық константасы өседі. Жалпы реакция температурасын әрбір он градусқа көтергенде гомогенді реакцияның жылдамдығы 2-4 еседей артады. Мұны Вант-Гофф ережесі дейді.

Жылдамдық константасы температураға тәуелділігі тәжірибе кезінде табылып, тұжырымдалған Аррениус теңдеуі дәлірек өрнектейді.

Молекулалар реакцияға түсу үшін олар бір-бірімен кездесіп, қақтығысу керек. Қақтығысқан молекулалардың арасында жоғары энергиясы барлар ғана әрекеттеседі. Мұндай энергияны активтендіру энергиясының жай қатынас арқылы қарапайым ғана байланыста болатынын көрсетті:

Е=2,303·А·R

Е- активтендіру энергиясы.

А- тұрақты шама, оның мәнін тәжірибе кезінде әр түрлі температурада өлшеп тапқан жылдамдық константаларының мәні бойынша есептеп табады.

R- универсал газ тұрақтысы.

5. Аррениус теңдеуі. Активтендіру энергиясы. Активті қақтығысу теориясы.

Химиялық кинетика теориясы молекулалардың активті қақтығысу теориясына сүйеніп: R=R₀*e^-E/RT екенін аламыз.

R_0=9.17*10^-10 сек^-1.

Аррениус теңдеуі күрделі реакциялар үшін де орындала береді. Мұндай жағдайда Е параметрі тек физикалық мәнге ие болып қоймастан, ондағы әрбір сатының активтендіру энергиясына функционалды тәуелділікте болады. Сондықтан да оны активтендіру энергиясы дегеннен гөрі әсерліне есептеп тапқан энергия деген дұрыс.

Аррениус газдардың молекулалық-кинетикалық теориясына сүйеніп, активті қақтығыстар теориясы деп аталатын бимолекулалық реакцияға арналған теорияны ұсынды. Бұл теория бойынша әрекеттесетің заттар молекулаларының арасындағы қақтығыстар нәтежесінде реакция жүреді.

Осы қақтығыстар кезінде молекула арасындағы ескі химиялық байланыстар үзіліп, жаңа байланыс пайда болады. Егер әрбір молекула арасындағы қақтығыс нәтежесінде химиялық реакция жүретін болса, онда осы реакцияны жылдамдығы өлшемді көлемдегі зат молінің, кесімді уақыт аралығындағы өзгеруімен өлшенеді.

Активті комплекстің теориясы(АКТ).

АКТ-ң негізгі теңдеуін қорытып шығару. Активтендіру энергиясы.

Элементар химиялық реакция жүргенде реакцияға түсетін заттар өздерінің негізгі энергетикалық күйінен қоздырылған күйге ауысады. Мұндай ауысу кезінде жүйедегі әрекеттесуші бөлшектердің потенциалдық энергиясы және әлгі әрекеттесетің бөлшектердің конфигурациясы өзгереді.

М ысалы, А+ ВС АВ+С реакциясы жүргенде, А және В атомдардың арақашықтығы азаяды, яғни олар бір-біріне жақындайды, ал бұған керісінше В және С атомдарының арасы алыстайды. Егер осы жүйедегі потенциалдық энергияның А-В және В-С атомдарының ара қашықтығы сәйкес тәуелділін кескіндейтін график тұрғызсақ және АВС бұрыш өлшемін тұрақтандырып қараса, онда потенциалдық энергияның беті деп аталатын фигура шығады.

Ондағы есептеулерге қарағанда, ВС байланысындағы энергия минимальды. Ал, егер А молекуласы ВС молекуласына жақындаса, араларындағы әсер артады. А,В,С молекулаларына сәйкес кеңістікте әрбір потенциалдық энергияға орай өз нүктелері болады және осы молекула өз нүктесіне орналасқанда

ғана активтенеді. Оны байланыс энергиясының максимал сәті дейді.

Әрекеттесетін заттардың осы максимумға сәйкес болатын аралық күйі ауыспалық күй немесе активтенген комплекс деп аталады. Активтелген комплекстің негізгі постулаты бойынша әрекеттесетің заттар әрқашан да осы

активтенген комплекспен теп-теңдікте болады. Олай болса бұл айтылғанға орай жоғарыдағы реакцияны былай өрнектеуге болады:

А + ВС АВС АВ+С

Бақылау сұрақтары:

1. Химиялық кинетиканың негізгі түсініктері мен анықтамалары қандай?

2. Статикалық жағдайлардағы қайтымсыз реакциялардың кинетикасы.қалай өрнектеледі?

3. Реакциялардың ретін қандай әдістермен. Анықтайды?

4. Реакция жылдамдығына температураның әсері.қандай теңдеумен өрнектеледі? Гофф ережесінің мәні.

5. Аррениус теңдеуі, активтендіру энергиясы.дегеніміз не?

6. Активті қақтығысу теориясының мәні неде?

7. Жылдамдық константасы дегеніміз не?

8. Жылдамдықтың константасы бойынша реакцияның ретін қалай анықтауға болады?

11 –дәріс