Химиялық реакцияның жіктелуі

Презентация қосу

С.Ж.Асфендияров атындағы Казахский Национальный
Қазақ Ұлттық Медицина Университет имени
Университеті С.Д.Асфендиярова

Инженерлік пәндер кафедрасы

Химиялық-технологиялық үдерістердің
негізгі заңдылықтары. ХТҮ-дің
термодинамикасы және кинетикасы.

Оқытушы: Милисова Н.Б.

Алматы, 2020
Жоспар:
Химиялық-технологиялық үдерістегі химиялық
реакциялардың жіктелуі.
Реакция тәртібі және молекулярлығы.
Химиялық айналулар стехиометриясы.
Химиялық реакциялардың тепе-теңдігі.
Тепе-теңдікті ығыстыру тәсілдері.
ХТҮ кинетикасы.
Химиялық реакцияның жіктелуі
Өнеркəсіптік үдерістерде жүретін химиялық реакциялар əртүрлі. Оларды əртүрлі
белгілері бойынша жіктейді.
Реакцияны жүргізу жағдайы бойынша:
1. Изотермиялық (Т=const) жəне изотермиялық емес (Т≠const );
2. Тұрақты немесе ауыспалы қысымда;
3. Адиабаттық (қоршаған ортамен жылу алмаспау) жəне адиабаттық емес
(қоршаған ортамен жылу алмасу) реакциялар
Бастапқы реагенттер мен реакция өнімдері бір немесе бірнеше фазалардан түзілуіне
байланысты:
1. Гомофазалы реакциялар – бастапқы реагенттер, тұрақты аралық заттар жəне реакция
өнімдері бір фазада болады.
2. Гетерофазалы реакцялар – бастапқы реагенттер, тұрақты аралық заттар жəне реакция
өнімдері əртүрлі фазада болады.
Реагенттердің фазалық күйі бойынша гомогенді жəне гетерогенді реакциялар
болып бөлінеді.
• Реакцияның гомогендігі жəне гетерогендігі белгілі бір дəрежеде,
реакцияның қандай да бір фаза көлемінде немесе фазалардың бөліну
бетінде жүру механизмін көрсетеді.
Реакцияның механизмі бойынша:
- қарапайым,
- параллельді
- кезектесіп жүретін реакциялар.

Химиялық реакциялар жылу эффектісі бойынша жіктеледі.
Экзотермиялық реакция жүргенде жылу бөлінеді де (Q>0) реакциялық
жүйенің энтальпиясы кемиді (∆Н<0). Эндотермиялық реакция жүргенде
жылусіңіріледіде(Q<0), реакциялықжүйеніңэнтальпиясыартады(∆Н>0).
Реакцияның элементарлы актісіне қатысатын молекуланың санына
байланысты химиялық реакцияның молекулалығы бойынша:
- моно-, би- жəне үшмолекулярлы реакциялар болып бөлінеді.
Кинетикалық теңдеудің түрі (химиялық реакция жылдамдығының
реагенттер концентрациясына тəуелділігі) реакцияның реті бойынша
жіктеуге мүмкіндік береді. Реакцияның реті – кинетикалық
теңдеудегі реагенттердің концентрацияларының дəреже
көрсеткіштерінің қосындысы.
- бірінші, екінші, үшінші, бөлшекті ретті реакциялар
Химиялық реакцияның жылдамдығын өзгертетін арнаулы заттар –
катализаторлардың қолданылуы немесе қолданылмауына
байланысты:
- катализдік,
- катализдік емес реакциялар
Реакция молекулярлығы
Реакцияға түсетін молекулалар саны реакцияның молекулярлығын көрсетеді.
Егер реакцияға бір молекула түсетін болса, ол бірмолекулярлы реакция деп аталады.

t0 h
А В Вг2 2Вг
a) мономолекулярлы: А В + С - реакции изомеризация реакциясы, термиялық ыдырау:

бутан изобутан
бимолекулярлы: А + В С ең кең таралған реакция типі
Н2 + Вг2 = 2НВг
тримолекулярлы: А + 2В С, 3А В өте сирек кездеседі
NO + NO+ O2 = 2NO2
Реакция молекулярлығы

Реакция Жалпы
Мысалдар
молекулярлығы формула

1 А→В+С I2 = I + I

2 А+В→С HI + HI = H2 + I2

3 А + 2В → С 2NO + O2 = 2NO2
Реакция тәртібі
• Реакцияның тәртібі реакцияның кинетикалық теңдеуімен
анықталады және осы теңдеудегі концентрациялардағы
көрсеткіштердің қосындысына тең.
• Реакциялар 1-ші, 2-ші, 3-ші, сонымен қатар бөлшек немесе
нөлдік тәртіпте болуы мүмкін.

Реакция
Реакция Кинетикалық теңдеу түрі
тәртібі

А→В+Д υ = - dC/dt = КСА 1

А +В → Д υ = - dC/dt = К·СА·СВ 2

А +В + С → Д υ = - dC/dt = К·СА·СВ·СС 3
Химиялық айналулар стехиометриясы.
Өнеркəсіптік химиялық-технологиялық үдерістердің негізіне жататын химиялық
реакцияларды өрнектеу үшін химияның негізгі заңдары – стехиометрия
заңдары, химиялық тепе-теңдік жəне химиялық кинетика қолданылады.
Стехиометрия – əрекеттесуші заттардың массалары немесе көлемдерінің
арақатынасы туралы ғылым. Стехиометрия негізіне – массалар сақталу,
эквиваленттік, Авагадро, Гей-Люссак, құрамтұрақтылық, еселі қатынас заңдары
жатады. Реакцияға қатысатын заттардың арақатынасы стехиометриялық деп
аталады
Химияда стехиометрия заңдары заттар дың формуласына байланысты
есептеулерде жəне алынатын реакция өнімдерінің теориялық мүмкін болатын
массаларын анықтауда қолда нылады. Реакцияның стехиометриялық теңдеуі
массалар сақталу заңы негізінде жазылады.
Реакцияның сол жағында реагенттер, оң жағында өнімдер:

алгебралық ережеге сəйкес:

болып жазылады немесе жалпы түрде:

Мұндай жазуда стехиометриялық коэффициенттің jj белгісі – берілген заттың реагент (онда
стехиометриялық коэффициент теріс, j j <0) неме-се реакция өнімі (онда, j j >0) болатынын
анықтауға мүмкіндік береді. Егер n тəуелсіз кезектескен немесе параллельді сатылардан тұратын
күрделі реакция болса, онда реакцияның стехиометриясы келесі n типті теңдеулерден тұратын
жүйемен өрнектеледі:
Химиялық реакцияның тепе-теңдігі
• Энергия жылу немесе жұмыс түрінде енгізілгенде не болмаса шығарылғанда
термодинамикалық жүйе күйінің өзгеруін термодинамикалық үдеріс деп атайды.
• Көптеген өнеркəсіптік химиялық реакциялар қайтымды. Бұл кезде химиялық өзгеру үдерісі екі
бағытта жүреді. Бастапқы заттар арасында химиялық əрекеттесулермен қатар (тура реакция)
өнімдер арасында əрекеттесулер (кері реакция) жүреді. Үдерістің жүру барысында тура
реакцияның жылдамдығы кемиді, кері реакцияның жылдамдығы артады. Бұл реакцияның
жылдамдықтары теңескенде химиялық тепе-теңдік орнайды.
• Химиялық тепе-теңдік сыртқы жағдайлар өзгермеген кезде химиялық жүйені құрайтын
заттардың молекулалар санының өзгермейтіндігін сипаттайды. Өйткені тұрақты температура
мен қысымда тепе-теңдік өлшемі Гиббс энергиясының (dG=0) минимумы болса, онда
химиялық тепе-теңдік кезінде:

теңдігі сақталуы керек.
Мұндағы: компонентінің химиялық потенциалы; компонентінің мөлшері
(моль). Ал химиялық потенциалдың мəні мынаған тең:
Технологиялық процестердегі тепе-теңдік және
оған әсер ететін факторлар.
Химиялық реакциялар қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді.
Шындығында барлық реакциялар қайтымды. Берілген жағдайда байланысты (Т,Р,С)
реакция тура және кері жүре алады. Дегенмен көптеген химиялық реакциялар бір
бағытта өте аз жылдамдықпен (іс жүзінде ноль жылдамдықпен) жүре алады,
сондықтан мұндай реакцияларды шартты түрде қайтымсыз реакция деп санайды.
Мысалы, Әк «сүтінің» СО2-ні сіңіру реакциясы

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

Іс жүзінде қайтымсыз, өйткені түзілген CaCO3 суда аз ериді, сөйтіп тұнбаға
түседі. Технологиялық процестерді іске асырғанда ең алдымен мынаны білу керек:
1) Таңдап алған шикізатты өңдегенде қандай реакция жүреді (қайтымды-
қайтымсыз).
2) Берілген өнімді қамтамасыз ететін негізгі реакция қаншалықты терең жүреді.
3) Мақсатты өнімінің максималды шығымы қандай.
Негізгі реакцияның қаншалықты терең жүретінін реакцияның тепе-теңдік
орнау жағдайларынан білеміз. Сондықтан тепе-теңдікте жүретін реакцияға
оптималдық жағдайларды орнатуды білу керек.
Жылжымалы тепе-теңдік
- тура және кері жүретін процесстер жылдамдығы теңескенде орнайды. Тепе-теңдікті бір жағына жылжыту үшін

реакцияға қатынасушы заттың біреуінің концентрациясын өзгерту керек.
Тепе-теңдіктегі мына теңдеуді қарастырайық
А+Б = В+Г қайтымды реакция
V1=K1[A][Б]; V2=K2[B][Г]
Химиялық тепе-теңдік кезінде V1=V2демек K1[A][Б]= K2[B][Г] болады.
=
K1, K2 тұрақты шамалар; К-ны тепе-теңдік тұрақтысы дейді.
K=
К-ның физикалық мәні концентрация бірге тең болғанда, температура тұрақты болғанда, тіке реакцияның кері
реакциядан неше есе жылдам жүретінін көрсетеді. К концентрацияның өзгеруіне байланысты өзгермейді, бірақ
температураға тәуелді.
Химиялық реакцияның тепе-теңдігіне әсер ететін параметрлер:
1) Температура;
2) Қысым;
3) реакцияға түскен заттардың концентрациясы.
Осы параметрлерді өзгерте отырып іс жүзінде тепе-теңдікті қалаған жағымызға ығыстыруға болады.
Тепе-теңдікке концентрацияның әсері

Реакцияға түскен заттардың концентрациясы мақсатты өнімнің шығымына үлкен әсер етеді. Ол да тепе-
теңдіңдіктің тұрақтылығынан (К) көрінеді.
K=
Егер А мен Б-ның концентрациясын көбейтсек, реакция өнімінің де концентрациясы көбейеді. Өйткені берілген
температурада К-тұрақты. Егер реакция өнімінің концентрациясын азайтсақ, оған сәйкес әуелгі заттың да
концентрациясы азаяды, яғни олардың өңдеу дәрежесі өседі.
Іс жүзінде бұл екі факторды тепе-теңдікті мақсатты өнім алу жағына қарай жылжыту үшін қолданады, яғни өнімінің
шығымын көбейту үшін.
Мақсатты өнімнің шығымын көбейту үшін өнімнің біреуінің концентрациясын азайту керек. Соның нәтижесінде
тепе-теңдік мақсатты өнім алу жағына қарай жылжиды. Оның көптеген әдістері бар. Мысалы:
CO+H2O=CO2+H2
Көміртегі оксидінің су буымен конверсия процесі. Мұның тепе-теңдік тұрақтысы К мына теңдеумен өрнектеледі:
K=
1. Қайтымды процесте реакцияласушы заттың біреуін толығырақ пайдалану үшін екіншісінен артық алу керек.
2. Түзілуші заттар қайта реакцияласа алмас үшін оның біреуін реакциядан шығарса тепе-теңдік ылғи сол
шығарылған, заттың орнын толтыратын жаққа қарай ығысады, бұл жағдайда қайтымда реакция аяғына дейін
жүреді.
Тепе-теңдікке температураның әсері
Ле-Шателье принципі бойынша химиялық тепе-теңдік күйіне келіп тұрған системаның
жағдайының (С,Т,Р) біреуін өзгерту тепе-теңдікті сол өзгертуге қарсы әрекет туғызатын
реакция бағытына қарай ығыстырылады. Мысалы, егер қайтымды экзотермиялық күкіртті
ангидридті тотығу реакциясы жүрсе
SO2+1/2O2→SO3+Q
Онда бөлінген жылудың әсерінен реакциялық қоспаның температурасы артады да тепе-теңдік
солға қарай жылжиды, сөйтіп мақсатты өнімнің (SO3) шығымы азаяды. Бұлай болмас үшін
жылуды системадан алып кету керек.
Енді қайтымды эндотермиялық реакцияны қарастырайық.
Метанды судың буымен конверсиялау реакциясы жылуды сіңіре жүреді.
CH4+H2O→CO+3H2-Q
бұл реакцияда система суығанда жылу беру керек, сонда тепе-теңдік оң жаққа, яғни өнім алатын
жаққа қарай жылжиды. Сонымен қатар температура көтерілгенде тепе-теңдік эндотермиялық
реакция бағытына қарай, ал температура төмендегенде экзотермиялық реакция бағытына қарай
ығысады. Мұны Ван-Гофф заңы дейді. Ван-Гофф заңы Ле-Шателье принципінің бір түрі.
Тепе-теңдікке қысымның әсері

Химиялық тепе-теңдікте тұрған заттардың ішінде газ күйіндегі заттар болса, онда тепе-
теңдікке қысымның да әсері болады.
Ле-Шателье принципі бойынша тепе-теңдікте тұрған системаның сыртқы қысымын
арттырғанда тепе-теңдік системадағы молекулалардың жалпы саны азаятын
реакцияның бағытына қарай ығысады. Реакция кезінде газ көлемінің өзгеруі әртүрлі
мынадай үш түрлі процесті қарастырайық.
N2+3H2→2NH3
CH4→C+2H2
CO+H2O→H2+CO2
Бірінші реакция газдың көлемінің кемуімен жүреді, яғни қысымның азаюымен. Ле-
Шателье принципіне сәйкес теңдікті солдан оңға қарай жылжыту үшін қысымды
арттыру керек. Шындығында бұл процес 32,0МПа қысымда жүреді.
Екінші реакция көлемнің ұлғаюымен жүреді яғни теңдікті солдан оңға қарай ығыстыру
үшін қысымды төмендету керек.
Үшінші реакцияға қысымның өзгеруі әсер етпейді, өйткені системаның көлемі
өзгермейді.

Ұқсас жұмыстар

Ферментті катализ

Ферменттердің әсер ету механизмдері

Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі

Органикалық реакциялардың жіктелуі мен механизмде

Иммунологиялық фаза

Химиялық реакциялардың кинетикасы

Жүйе күйі

ФЕРМЕНТТІҢ БӨЛІНУІ

Ферменттерді бөліп алу

Химиялық реакциялардың жылдамдығы

Пәндер