15.1 Химиялық кинетика
15.2 Реакция жылдамдығы
15.3 Химиялық реакциялардың жылдамдық константасы
15.4 Химиялық реакциялардың жіктелуі
Химиялық кинетика деп - химиялық реакциялардың жылдамдығы және оның әртүрлі факторларға температура және катализаторларға тәуелділігін зерттейтін физикалық химия саласын айтады.
Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз – уақыт бірлігіндегі әрекеттесуші заттардың кон Концентрацияны көлем бірлігіндегі моль санымен уақытты секундпен белгілеген.
∆t =t1-t2.
Уақыт аралығында әрекеттесуші заттар концентрациясы ∆С=С1 – С2 өзгерсе,онда реакцияның орта Vорт = - ∆C / ∆t; (1)
Математикалық түрде нағыз реакция жылдамдығын V = + dc/d (2) деп белгілейді.Реакцияға қатыса dc/dt > 0 әрекеттесуші массалар заңы бойынша реакция жылдамдығы берілген уақыт мезетіндегі әр тура пропорционал.Сондықтан А→В типті реакциялар үшін
V = - dcА/dt =kСА (3)
k-химиялық реакция жылдамдығы константасы деп аталатын пропорционалдық коэффициент.
mА + nk→рс
| А | V = - dcА dcВ/dt = kС m СВn |
СА,СВ – А және В заттардың берілген уақыт мезетіндегі концентрациясы. K-ны және реакцияның м С,Т, катализаторға, ортаға байланысты болады.
Химиялық реакциялардың жіктелуі.
Барлық кинетикалық реакциялар молекуладағы және реттілігі бойынша ажыралады. Молекулалық әрбір элементар актігіне қанша молекула қатысатынын көрсететін сан.
Молекулалық реакция деп актісіне жалғыз молекула қатысатын реакцияларды айтады.
І2 =2І 86Ra226 →86Rn 222 +2He4 СН3N2СН3 = С2Н6 + N2
Биомолекулалық реакция деп элементарлық актісіне екі молекула қатысатын реакцияларды айтад Н2 + І2=2НІ
NOI+NOI=2NO+I2
СН3ОН + СН3СООН →СН3СО-О-СН3 + Н2О т.б.
Үшмолекулалық реакция деп элементарлық актісіне үш молекула қатысатын реакцияларды айтад
2NO + О2→ 2NO2
Реакциялардың реттілігі деп жалпы түрде экспериментальды жолмен табылған кинетикалық теңде дәрежелік көрсеткішінің қосындысын айтады. Мысалы:
n 1А + n 2В = n3 С + n4Д реакция үшін реакцияның реті n = n1 + n2. реакцияның молекулалығы мен р СН3СООС2Н5 + Н2О → СН3СООН + С2Н5ОН
С12Н22О11 + Н2О →С6Н12О6 + С6Н12О6
Реакцияларда судың концентрациясының өзгеруі өте аз, сондықтан реакция жылдамдығы эфир мен ғана тәуелді болып, ол мономолекулалық реакция кинетикасына бағынады.
Бірінші ретті реакциялар. Мұндай реакцияларға V = kc (3) теңдеумен сәйкес келетін реакциялар
dc/dt = kс (4)
Егер де а-затының реакцияға дейінгі бастапқы концентрациясы (а-х) реакция соңындағы концентра заттың моль саны болса,
-d (а-х)/dt = + dх / dt = k(а-х) (5)
Бұдан
dх / dt = k dt (6)
ln (а-х) = kt + const (7)
const – интегралдық тұрақтысы (х =0, t =0 болғанда) ол мәндерді 7-ші теңдеуге қойсақ, const t =- ln ln(а-х) = k t- ln а
Бұдан
k = 1/ t ln а/ а-х (9)
Натурал логарифмнен ондық логарифмге көшсек,
k = 2,303 / t lqа/а-х (10)
k - өлшемі t-1 бірінші ретті реакциялар үшін жартылай ыдырау периоды τ (тау) деген шама қолданы а/2 =2,303/ τ lq2 (11)
lq2 =0,301, сондықтан k =0,6932/ τ (12)
Екінші ретті реакцияға А + В = С текті қосылу А + В = С+Д текті алмасу,айырылут.б. реакциялар мынадай теңдеумен сипатталады.
V = +dx / dt = k(а-х)(в-х) (13)
k – реакция жылдамдықтың константасы. А-х затының в-х затының реакция басындағы моль саны жағдайда болуы мүмкін. а=в және а =/в
+dx / dt =k (а-х)2 (14)
Интегралдық және айнымалыдан бөлсек,
∫ dx/ (а-х)2 =k∫dx (15)
Бұдан
1/ а-х =kt + const (16)
х =0, t =0 болғанда const =1/а const мәнін 16- шы теңдеуге қойсақ, 1/ а-х =kt + 1/а (17)
k=1/t х/ а(а-х) (18)
Бұл k – ның өлшемі t-1с-1
3. Күрделі реакциялар деп – жалпы кинетикалық теңдеу бойынша жылдамдық константасы болаты реакцияларға қайтымды, паралель, бейтәртіп жүретін, қосарланған тізбектің таралу реакциялар жа
1. Паралель реакциялар : А →В→С; 6НСІО3 → 2НСІ +3О2
6НСІО3 →3НСІО4 + НСІ
1.
А →В→С →Д бейтәртіп жүретін реакциялар.
С18Н32О16 + Н2О →С6Н12О6 + С12Н22О11 С12Н22О11 + Н2О→ С6Н12О6 + С6Н12О6
Қосарланған реакциялар:
А + В→М ҒеSО4 + Н2О2 →Ғе (SО4) + Н2О2 + О2 А +С → N НІ + + Н2О2 →І2 + + Н2О + О2
Қайтымды реакциялар:
А + В →А1 + В1
СН3СООН + С2Н5ОН →СН3СООС2Н5 + + Н2О
Тізбекті реакцияға бос күйдегі радикалдар қатысатын реакциялар жатады.