Реакцияның механизмы мен жылдамдыңы.

Заттардың химиялық өзгеріске ұшырауы жай процесс түрінде жүрмейді. Жай заттар бірден алатын заттардың молекуласына айнала салмайды. Көбіне түрлі күрделі химиялық процесстер жүру арқылы түзіледі. Осы күрделі химиялық процесс бірнеше аралық сатыдан тұруы мүмкін. әр аралық сатыда соңғы өнімнен өзгеше аралық өнімдер болады. Аралық өнімдер тұрақсыз болады (радикалдар, иондар, валенттігі толмаңан атомдар т.с.е.)

 

Химиялық реакцияның бастапқызаттардаң соңғы өнімді алғанша жүрген сатыларын химиялық реакцияның механизмі деп атайды. Химиялық реакциялар механизмдері бойынша жай, радикалды және ионды болып бөлінеді. Жай реакциялар молекулалар арасында, радикалды реакциялар бос радикалдар мен атомдар түзу арқылы тізбекті реакция түрінде, ионды реакциялар болып табылады.

Реакцияға қатысатың жүйеге энергияның берілу түріне қарай реакциялар жылулық, фотохимиялық, электрохимиялық болып бөлінеді.

Заттар массасының бір-біріне жер ету заңы бойынша химиялық реакцияның жылдамдыңы әрекеттеуші заттар концентрациясының көбейтіндісіне тура пропорционал. Мысалы мына реакцияны өарастырайық:

bB + dD ↔ eEtgG

тура реакцияның жылдамдығын анықтайық:

W = K C ∙ C

ал кері реакцияның жылдамдығы анықтайық:

W = K C ∙ C

 

 

Бұындағы: K₁және K₂- тура және кері реакция жылдамдығының тұрақталары C_B, C_D, C_Е, C_G - затардың концентрациялары, b, d, e, g – стехиометриялық көбейткіштер.

Кинетикалық теория бойынша заттардың әрекеттесуі олардың молекулаларының соқтығысуына тура пропорционал. Демек химиялық реакцияның жылдамдығы компоненттердің концентрациясына пропоционал болады екен. Сондықтан, химиялық реакцияның жылдамдығына бір уақыт өлшем бірлігіндегі реагенттердің концентрациясының өзгеруін алуға болады.

Егер бастапқы заттардың концентрациясы азаяды десек, өнімнің концентрациясы ұлғаяды. Жылдамдықтың нақты мәні:

W = dc / dt

мұнда: dc – концентрацияның өзгеруі;

dt – уақыт аралығы

Тура және кері реакциялардың жылдамдықтары график түрінде көрсетсек:

Бастапқы заттардың концентрациясы реакция кезінде азаятын болса, өнімнің концентрациясы артады. Осыны ескере отырып:

W = –

W =

деп алу дұрыс болады.

Химиялық реакциялардың дәрежелері, олардың жылдамдығының концентрациясына байланысты болғандығынан, теңдеудегі реагенттердің концентрация корсеткіштерінің қосындысына тең болады. Егер реакцияның жылдамдығы

W = K C ∙ C ... болатын болса, бұл кезде, реакция дәрежесі реагенттердің концентрация көрсеткішінің қосындысына тең болады:

b + d +… + i

Бірінші дәрежелі реакцияға метил эфирінің ыдырауын алуға болады:

CH₃ OCH₃ → CH₄ + H₂ + CO

Бұл реакцияның жылдамдығы:

W₁ = K ∙ –

Метил эфирінің концентрация көрсеткіші бірге тең, сондықтан бұл бірінші дәрежелі реакция болады.

Екінші дәрежелі реакцияға көмірқышқыл газының түзілуін алуға болады:

CO + H₂O → CO₂ + H₂O

Бұл реакцияның жылдамдығы:

W₂ = k ∙

дәреже көрсеткіші 2 тең: 1+1 = 2

Егер реакцияға қатысушы заттар концентрациясының уақытқа байланыстылығы белгілі болса, реакция жылдамдығын анықтауға болады. Зат концентрациясының уақытқа байласын сипаттайтың сызба кинетикалық сызба деп аталады.

1 – мономолекулалық реакция

2 – бимолекулалық реакция

3 – үшмолекулалық реакция

 

 

Бұл суреттен көретініміз бір молекулалық реакция басқа екеуіне қарағанда жылдамырақ жүреді екен.

Газдар арасында жүретін реакциялар үшін олардың порциалды қысымының өзгеруін бақылап, уақытқа байланысты кинетикалық сызба алуға болады. Мысалы:

C₂H₂ + H₂ → C₂H₆

Бұл кезде концентрацияға қарағанда порциалды қысымды бақылау оңайға түседі.

P = P + P + P

 

стехиометриялық қатынас бойынша P + P = const тұрақты шама болғандықтан, смстемадағы қысымның өзгеруі сутегінің порциалды қысымына байланысты:

∙ V = RT

сонда = RT/V

немесе = RT

сондықтан = /RT

Осы теңдеудің екі жағын уақытқа байланысты дифференциал тапсақ:

d /dT = d /RT∙dT

 

Порциалды қысымның уақытқа байланысты сызбасын сызу арқылы реакцияның жылдамдығын табуға болады.

Әрекеттесуші заттар массасының заңына байланысты реакциялардың жылдамдығын анықтауға болады.

мономолекулалы реакция: B = D + E + …;

бимолекулалы реакция: B + D = E + G +…;

үшмолекулалы реакция: B + D + E = G + F +…;

мономолекулалық реакциялар жылдамдығы:

W₁ = -dC_B/dT = K_1­­C_B

бимолекулалық реакциялар үшін:

W₂ = dC_B / dT = K₂C_B∙C_D

үшмолекулалық реакциялар жылдамдығы:

W₃ = dC_B/dT = K₃C_B∙C_D∙C_E

теңдеудегі C_B,C_D,C_E – бастапқы заттардың концентрациясы, K₁, K₂, K₃ – реакция жылдамдығының тұрақтылары.

Мономолекулалық реакцияға кинетикалық бірінші дәрежелі теңдеу аламыз:

С_B­ = C_B0 ∙ e^-kΣ

немесе:

x = C_B0(1 - e^-kT)

бұл жерде: x = C_BO – C_B

 

Бимолекулалық реакцияның кинетикалық теңдеуі төмендегідей болады:

x = kΣ/(C_B0kT + 1)

 

Үшмолекулалық реакцияның кинетикалық теңдеуі х арқылы тапқанда былай болады:

x = C_{B0 ;}