Су

1. Химиялық реакциялардың жүру заңдылықтарын зерттеу химияның негiзгi мәселесi. Бiр заттар басқа бiр заттарға айналу кезiнде оларды құрайтын атомдардың электрондық орбитальдары қайтадан топтасқандықтан екi байланыстар үзiлiп жаға байланыстар түзiлiп отырады.

Раекцияның жүру механизмiн, жылдамдығын және сол жылдамдықта әрекеттесетiн заттардың концентрацияларының, температураның, қысымның, катализатордың әсерлерiн зерттейтiн химияның бөлiмiн химиялық кинетика дейдi.

Әр түрлi реакциялар әр түрлi жылдамдықпен жүредi. Кейбiр реакциялар өте жай жүредi, ал басқа бiреулерi өте тез қопарылыс бере жүредi. Бiр реакцияның өзi жағдайларға байланысты әр түрлi жылдамдықпен жүредi. Сөйтiп, химиялық реакцияның жылдамдығын кесiмдi уақыт iшiнде реакцияласушы заттардың концентрациясының өзгеруiмен өлшейдi.

Әрекеттесушi және түзiлетiн заттардың агрегаттық күйiне байланысты химиялық реакциялар гомогендiк деп, ал қатысатын заттар әр түрлi агрегаттық күйде болатын реакцияларды гетерогендiк деп атайды. Гомогендiк реакциялар белгiлi бiр көлемде жүредi және ол реакция жүретiн ыдыстың көлемiне байланысты болады.

Гомогендiк реакцияның жылдамдығы деп белгiлi бiр уақытта реакция жүретiн көлемде әрекеттесетiн заттардың мөлшерiнiң өзгеруiн айтады.

Мысалы; реакцияға қатысатын заттардың концентрациясы 1 моль/л, ал реакция 1 млн жүргеннен кейiн 0,8 моль/л қалса, 1 млн iшiнде жұмсалған 0,2 моль/л осы реакцияның жылдамдығын көрсетедi.

Реакцияның орта жылдамдығы белгiлi уақыт аралығы үшiн t₂-t₁ концентрацияның өзгеруiмен С₂-С₁ өлшенедi. Оның математикалық көрiнiсi:

Гетерогендiк реакцияларды әрекеттесушi заттар әр түрлi агрегаттық күйде болады да, химиялық процесс көбiне, қатты заттың бетiнде жүредi. Әдетте қатты заттың бетiнде жүретiн негiзгi химиялық реакция тез жүредi де, ал сол реакцияға қатысатын заттардың реакциялық ортаға жеткiзiлуi баяу жүредi, сондықтан көптеген гетерогендiк химиялық реакциялардың жылдамдығы диффузияның жылдамдығына байланысты болады.

V_Д – диффузия жылдамдығы.

Д- диффузия коэффициентi.

Ғ-диф-тың заттық бетi.

С_қ-ерiген заттың маңайындағы қаныққан ерiтiндiнiң концентрациясы.

С_к-жүйенiң көлемiндегi заттың концентрациясы.

-диффузия қабатының қалыңдығы.

Қатты заттың бетiндегi негiзгi химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесетiн заттардың табиғатына, қатты заттың бетiнiң көлемiне, температураға, газ және сұйық заттардың концентрацияларына байланысты болады да, қатты заттың концентрациясына байланысты емес. Мысалы, Мыс (ІІ) оксидi мен сутегiнiң әрекеттесу реакциясын келтiруге болады.

СuO+H₂=Cu+H₂O

Бұл реакцияда мыс (ІІ) оксидi және мыс қатты заттар, сутегi мен су, газ тәрiздi заттар. Бұл реакцияның жылдамдығын әрекеттесушi массалар заңына сәйкес былай жазады.

Реакция жылдамдығына қатты заттың концентрациясы әсер етпейтiндiктен теңдеуге мыс (ІІ) оксидiнiң концентрациясы кiрмейдi.

2. Химиялық реакциялардың жылдамдықтарының концентрацияға байланысты артуының мәнiн химиялық кинетиканың негiзгi заңы түсiндiрiп бередi. Бұл заңды Норвег химиктерi К.Гульдберг пен П.Вааге былай қорытындылады.

Химиялық реакцияның жылдамдығы реакцияласушы заттар концентрацияларының көбейтiндiсiне тура пропорционал.

Мыс, гомогендiк реакцияның жалпы түрi:

MA+nC=AC

Бұл реакцияның жылдамдығының математикалық өрнегi мынадай болады: 

k-жылдамдық константасы.

заттардың концентрациялары.

-стихиометриялық коэффициенттер

Егер моль/л болса, онда , k-әрекеттесушi зат. Табиғатына және t-тәуелдi өзгередi.

Мыс., СО+Cl₂=COCl₂

2H₂+O₂=2H₂O 

Реакция жылдамдығына әсер ететiн факторлар:

1. Реакция жылдамдығына концентрацияның әсерi. Химиялық реакция тездеу үшiн, реакцияласушы заттардың молекулалары жиi түйiсуi қажет екендiгi анықталады. Түйiсудi жиiлендiру үшiн алдымен реакцияласушы мол екулалардың саныс, демек, концентрациясын өсiру керек.

Мыс., H₂+J₂=2HJ

Реакция жылдамдығы 0,001 мол/млн. Ендi, реакцияласушы заттың бiрiнiң, айталық иодтың концентрациясын 3 есе өсiрдiк, онда иод пен сутектiң молекулаларының белгiлi уақыт iшiнде түйiсу саны үш есе артады, демек, олардың арасындағы реакцияның жылдамдығы да 3 есе артады.

2. Реакцияның жылдамдығына температураның әсерi. Температураның жоғарлауына байланысты химиялық реакцияның жылдамдығы өте көп артады. Реакция жылдамдығына температураның әсерiн жуық мөлшерiн Я.Вант-Гофор ережесi анықтайды:

Температураны 10-қа өсiргенде реакция жылдамдығы 2-4 есе артады. Бұл заңның математикалық өрнегi: 

және t₂ температураларындағы реакция жылдамдықтары

j-температуралық коэффициент, ол 2,3,4 болуы мүмкiн. Мыс., реакцияның температуралық коэффициентi 2-ге тең болып температураны 100⁰ арттырғанда реакция жылдамдығы 1024 есе артады.

Химиялық реакциялардың жылдамдығына температура әсерiн швед ғалымы С.Арренустың теңдеуi толығырақ түсiндiредi.

-реакцияға қатыса алатын активтi энергиясы бар молекулалардың үлесiн көрсетедi.

А-бiр секундта молекулалар арасында болатын соқтығу.

3. Реакцияның жылдамдығына катализатордың әсерi. Химиялық реакциялардың жүру жылдамдықтарын арттыру әдiстерiнiң бiрiне катализ жатады. Катализ деп арнаулы заттардың әсерiнен химиялық реакциялар жылдамдығын өзгертетiн құбылысын айтады.

Реакцияның жылдамдығын өзгертетiн, бiрақ реакция нәтижесiнде заттардың құрамына кiрмейтiн заттарды катализаторлар дейдi.

Кейбiр катализаторлар реакция жылдамдығын азайтады, ондай заттарды ингибаторлар дейдi. Бiр катализатор барлық реакциялардың жылдамдығын арттыра бермейдi, тек белгiлi бiр ұқсас реакциялар тобының немесе бiр ғана реакцияның жылдамдығын арттырады.

Реакцияға қатысатын заттардың және катализатордың агрегаттық күйiне байланысты каталитикалық реакциялар гомогендiк және гетерогендiк катализ болып бөлiнедi.

Реакцияға қатысатын заттар мен катализатор бiрдей агрегаттық күйде болса (газ немесе сұйық) болатын каталитикалық реакциялар гомогендiк, ал қатысатын заттар мен катализатор әр түрлi агрегаттық күйде болатын каталтикалық реакцияларды гетерогендiк катализ дейдi.

Мыс., гомогнедiк катализ

реакциясы өте баяу жүредi, ал NO₂-катализатор

(аралық қосылыс теориясы)

Гетерогендiк катализ (адсорбция теориясы)

3. Қарапайым химиялық реакция жүру үшiн бiр, екi немесе үш молекула қатысуы мүмкiн. Осыған сәйкес бiр мезгiлде әрекеттесетiн молекулалар санына сәйкес реакциялар бiр молекулалы, екi молекулалы, үш молекулалы болып бөлiнедi. Реакциялардың молекулалығы реакцияға қатысатын молекулалардың ғана санына байланысты болады, ал түзiлетiн заттардың санына байланысты болмайды. Мыс.,

J₂=J+J (І)

2HJ=H₂+J₂ (ІІ)

2NO+O₂=2NO₂(ІІІ)

Реакцияныңретi кинетикалықтеңдеубойыншаанықталадыжәнеоләрекеттесетiнзаттарконцентрацияларыныңдәрежекөрсеткiштерiнiңқосындысынатең.

Химиялықреакциялардыңретi нөлiншi, бiрiншi, екiншi, үшiншi жәнебөлшектi болыпбөлiнедi. Бөлшектi ретбiрнешесатылардантұратынкүрделi реакцияларғатән. Нөлiншi реттi реакциялардыңжылдамдығыуақытөткенсайынөзгермейдi. Бiрiншi реттi реакциялардыңкниетикалықтеңдеуi мынадай:

мыс., J₂=J+J,

Екiншi реттi реакцияларды мынадай кинетикалық теңдеу сипаттайды.

Мыс., H₂+J₂=2HJ s

Жай және күрделi реакциялар

Жай реакциялар бiр ғана сатыда жүредi және кинетикалық теңдеуiнде бiр ғана жылдамдық константасы болады. Күрделi реакциялар бiрнеше жай реакциялардың жиынтығынан тұрады. Күрделi реакцияларға: қайтымды, параллель, кезектi, қатар жүретiн, тiзбектi реакциялар жатады.

- Қайтымды реакция

- Параллель реакция

- Кезектi реакция

- Кезектi, параллель, қатаржүретiн реакциялардың және радикалдардың қатысуымен жүретiн күрделi реакцияларды тiзбектi реакциялардейдi.

Жану, тотығу, қопарылу, фотохимиялық реакциялар сияқты аса маңызды процесстер тiзбектi реакция механизмi бойынша жүредi.

Тiзбектi реакцияның негiзгi ерекшелiгiне тiзбектiң пайда бо