Біз үнемі әртүрлі химиялық әсерлесулерге тап боламыз. Табиғи газдың жануы, темірдің тот басуы, сүттің ашығуы мектептегі химия курсында егжей-тегжейлі оқытылатын барлық процестерден алыс.
Кейбір реакциялар бірнеше секундты алады, ал кейбір өзара әрекеттесулер бірнеше күн немесе апта алады.
Реакция жылдамдығының температураға, концентрацияға және басқа факторларға тәуелділігін анықтауға тырысайық. Жаңа білім беру стандартында бұл мәселеге оқу уақытының ең аз мөлшері бөлінген. Бірыңғай мемлекеттік емтихан сынақтарында реакция жылдамдығының температураға, концентрацияға тәуелділігі бойынша тапсырмалар берілген, тіпті есептеу тапсырмалары да ұсынылған. Көптеген жоғары сынып оқушылары бұл сұрақтарға жауап іздеуде белгілі бір қиындықтарға тап болады, сондықтан біз бұл тақырыпты егжей-тегжейлі талдаймыз.
Қарастырылып отырған мәселенің өзектілігі
Реакция жылдамдығы туралы ақпараттың практикалық және ғылыми маңызы зор. Мысалы, белгілі бір заттар мен өнімдерді өндірудемән жабдықтың өнімділігіне, тауар құнына тікелей байланысты.
Ағымдағы реакциялардың классификациясы
Химиялық процесс кезінде түзілетін бастапқы компоненттер мен өнімдердің агрегация күйі арасында тікелей байланыс бар: гетерогенді әрекеттесулер.
Жүйе әдетте химияда зат немесе олардың комбинациясы ретінде түсініледі.
Біртекті жүйе деп бір фазадан тұратын жүйені айтады (бірдей агрегаттық күй). Мысал ретінде біз газдар қоспасын, бірнеше түрлі сұйықтықтарды айта аламыз.
Гетерогенді - бұл әрекеттесуші заттар газдар мен сұйықтар, қатты және газдар түрінде болатын жүйе.
Реакция жылдамдығының температураға ғана емес, сонымен қатар талданатын әрекеттесуге қатысатын компоненттердің қолданылатын фазасына да тәуелділігі бар.
Біртекті композиция бүкіл көлемдегі процестің ағымымен сипатталады, бұл оның сапасын айтарлықтай жақсартады.
Егер бастапқы заттар әртүрлі фазалық күйде болса, бұл жағдайда максималды әрекеттесу фаза шекарасында байқалады. Мысалы, белсенді металды қышқылда еріткен кезде өнімнің (тұздың) түзілуі олардың жанасу бетінде ғана байқалады.
Процесс жылдамдығы мен әртүрлі факторлар арасындағы математикалық байланыс
Химиялық реакция жылдамдығының температураға қатысты теңдеуі қалай көрінеді? Біртекті процесс үшін мөлшерлеме сомамен анықталадыуақыт бірлігінде жүйе көлеміндегі реакция кезінде әрекеттесетін немесе түзілетін зат.
Гетерогенді процесс үшін жылдамдық әрекеттесетін немесе процесте ең аз уақыт кезеңі ішінде аудан бірлігінде өндірілетін заттың мөлшері арқылы анықталады.
Химиялық реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар
Әрекеттесетін заттардың табиғаты процестердің әртүрлі жылдамдығының себептерінің бірі болып табылады. Мысалы, сілтілік металдар бөлме температурасында сумен сілтілер түзеді және процесс газ тәрізді сутегінің қарқынды бөлінуімен жүреді. Асыл металдар (алтын, платина, күміс) бөлме температурасында да, қыздырғанда да мұндай процестерге қабілетсіз.
Әрекеттесуші заттардың табиғаты өндіріс рентабельділігін арттыру мақсатында химия өнеркәсібінде ескерілетін фактор болып табылады.
Реагенттер концентрациясы мен химиялық реакция жылдамдығы арасындағы байланыс анықталды. Ол неғұрлым жоғары болса, соғұрлым көп бөлшектер соқтығысады, сондықтан процесс жылдамырақ жүреді.
Математикалық түрдегі массалардың әсер ету заңы бастапқы заттардың концентрациясы мен процестің жылдамдығы арасындағы тура пропорционалды байланысты сипаттайды.
Оны ХІХ ғасырдың ортасында орыс химигі Н. Н. Бекетов тұжырымдаған. Әрбір процесс үшін температураға, концентрацияға немесе әрекеттесуші заттардың табиғатына қатысы жоқ реакция тұрақтысы анықталады.
КімгеҚатты заттың қатысуымен болатын реакцияны жылдамдату үшін оны ұнтақ күйінде ұнтақтау керек.
Бұл жағдайда бетінің ауданы ұлғаяды, бұл процесс жылдамдығына оң әсер етеді. Дизельдік отын үшін арнайы айдау жүйесі қолданылады, соның арқасында ол ауамен байланыста болған кезде көмірсутектер қоспасының жану жылдамдығы айтарлықтай артады.
Жылу
Химиялық реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі молекулалық-кинетикалық теориямен түсіндіріледі. Ол белгілі бір жағдайларда реагенттердің молекулалары арасындағы соқтығыстардың санын есептеуге мүмкіндік береді. Осындай ақпаратпен қаруланған қалыпты жағдайда барлық процестер бірден жүруі керек.
Бірақ реакция жылдамдығының температураға тәуелділігінің нақты мысалын қарастыратын болсақ, өзара әрекеттесу үшін атомдардан жаңа заттар түзу үшін алдымен олардың арасындағы химиялық байланыстарды үзу керек екен. Бұл айтарлықтай энергияны қажет етеді. Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі қандай? Активтену энергиясы молекулалардың үзілу мүмкіндігін анықтайды, ол процестердің шындығын сипаттайды. Оның өлшем бірліктері кДж/моль.
Егер энергия жеткіліксіз болса, соқтығыс тиімсіз болады, сондықтан ол жаңа молекуланың пайда болуымен бірге жүрмейді.
Графикалық көрініс
Химиялық реакция жылдамдығының температураға тәуелділігін графикалық түрде көрсетуге болады. Қыздырған кезде бөлшектер арасындағы соқтығыстардың саны артады, бұл өзара әрекеттесу жылдамдығына ықпал етеді.
Реакция жылдамдығы мен температура графигі қалай көрінеді? Молекулалардың энергиясы көлденеңінен, ал энергия қоры жоғары бөлшектер саны тігінен көрсетілген. График - белгілі бір әрекеттесу жылдамдығын бағалау үшін қолданылатын қисық.
Орташа мәннен энергия айырмашылығы неғұрлым көп болса, қисық нүкте максимумнан соғұрлым алыс болады және молекулалардың аз пайызында мұндай энергия қоры болады.
Маңызды аспектілер
Реакция жылдамдығы константасының температураға тәуелділігінің теңдеуін жазуға бола ма? Оның ұлғаюы процесс жылдамдығының жоғарылауынан көрінеді. Мұндай тәуелділік процесс жылдамдығының температуралық коэффициенті деп аталатын белгілі бір мәнмен сипатталады.
Кез келген әрекеттесу үшін реакция жылдамдығының тұрақтысының температураға тәуелділігі анықталды. Оны 10 градусқа арттырса, процесс жылдамдығы 2-4 есе артады.
Біртекті реакциялар жылдамдығының температураға тәуелділігін математикалық түрде көрсетуге болады.
Бөлме температурасындағы өзара әрекеттесулердің көпшілігі үшін коэффициент 2-ден 4-ке дейінгі аралықта болады. Мысалы, 2,9 температура коэффициентімен температураның 100 градусқа артуы процесті 50 000 есеге дерлік жылдамдатады.
Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігін активтендіру энергиясының әртүрлі мәнімен оңай түсіндіруге болады. Ол катиондар мен аниондардың әрекеттесуімен ғана анықталатын иондық процестер кезінде минималды мәнге ие болады. Көптеген тәжірибелер мұндай реакциялардың бірден пайда болғанын дәлелдейді.
Активтену энергиясы жоғары болған кезде бөлшектер арасындағы соқтығыстардың аз ғана саны өзара әрекеттесудің жүзеге асуына әкеледі. Орташа белсендіру энергиясымен әрекеттесуші заттар орташа жылдамдықпен әрекеттеседі.
Реакция жылдамдығының концентрацияға және температураға тәуелділігі туралы тапсырмалар тек жоғары білім деңгейінде ғана қарастырылады, бұл көбінесе балаларға елеулі қиындықтар туғызады.
Процесс жылдамдығын өлшеу
Елеулі белсендіру энергиясын қажет ететін процестер бастапқы заттардағы атомдар арасындағы байланыстың бастапқы үзілуін немесе әлсіреуін қамтиды. Бұл жағдайда олар белсендірілген кешен деп аталатын белгілі бір аралық күйге өтеді. Бұл тұрақсыз күй, реакция өнімдеріне тез ыдырайды, процесс қосымша энергияның бөлінуімен бірге жүреді.
Ең қарапайым түрінде активтендірілген кешен ескі байланыстары әлсіреген атомдардың конфигурациясы болып табылады.
Ингибиторлар мен катализаторлар
Ферменттік реакция жылдамдығының орта температурасына тәуелділігін талдап көрейік. Мұндай заттар үдеткіш ретінде әрекет етедіпроцесс.
Олардың өздері өзара әрекеттесуге қатысушылар емес, процесс аяқталғаннан кейін олардың саны өзгеріссіз қалады. Егер катализаторлар реакция жылдамдығын арттырса, ингибиторлар, керісінше, бұл процесті баяулатады.
Мұның мәні аралық қосылыстардың түзілуінде, нәтижесінде процесс жылдамдығының өзгеруі байқалады.
Қорытынды
Әлемде әр минут сайын әртүрлі химиялық әсерлесулер болып тұрады. Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі қалай анықталады? Аррениус теңдеуі жылдамдық тұрақтысы мен температура арасындағы байланыстың математикалық түсіндірмесі болып табылады. Ол молекулалардағы атомдар арасындағы байланыстың бұзылуы немесе әлсіреуі, бөлшектердің жаңа химиялық заттарға таралуы мүмкін болатын активтену энергиясының мәндері туралы түсінік береді.
Молекулалық-кинетикалық теорияның арқасында бастапқы компоненттердің өзара әрекеттесу ықтималдығын болжауға, процестің жылдамдығын есептеуге болады. Реакция жылдамдығына әсер ететін факторлардың ішінде температура индексінің өзгеруі, өзара әрекеттесетін заттардың пайыздық концентрациясы, жанасу бетінің ауданы, катализатордың (ингибитордың) болуы, сондай-ақ әрекеттесетін компоненттердің табиғаты ерекше маңызды болып табылады..
