Химиялық реакцияның жылдамдығы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:
I Кіріспе
II Негізгі бөлім
2.1. Химиялық реакцияның кинематикасы
2.2. Химиялық реакцияның жылдамдығы
2.3. Химиялық тепе- теңдік константасы
2.4. Әрекеттесуші массалар заңы.
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе
Химиялық кинетиканың негізгі міндеті - химиялық реакциялардың жүру механизмі мен реакция жылдамдығын зерттеу болып табылады.
Жүйенің басқа бөліктерінен бөліну беті арқылы оқшауланған, оның кез келген нүктесінде материалдық дүниенің физика-химиялық қасиеттері бірдей болатын жүйенің бір бөлігі фаза деп аталады. Фаза санына байланысын реакцияларды гомогенді (бір фазада) және гетерогенді (екі немесе одан да көп фазада) деп бөледі.
Химиялық реакцияларды кинетикалық зерттеу екі түрлі мақсатта жүргізіледі:
1) реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігін;
2) реакцияның кинетикалық параметрлерін (жылдамдық, жылдамдық константасы, активтендіру энергиясы);

Негізгі бөлім
Химиялық реакцияның жылдамдығы деп уақыт бірлігінде жүйедегі жүретін реакциялардың элементар актісіндегі зат концентрациясының өзгерісін (гомогенді реакция) айтады.
{моль ∙л-1∙с-1}
Ал, гетерогенді реакция үшін - оның элементар актісіндегі фазаның бөліну бетінде концентрацияның уақыт бірлігіндегі өзгерісін айтады.

формуладағы S - меншікті беттік аудан, бұл шама неғұрлым кіші мәнді болса, яғни бөлшек ұсақ болса, реакция жылдамырақ жүреді.
Бұл формулалардағы таңбалар реакция жылдамдығын реакция нәтижесінде түзілген зат концентрациясымен есептегенде оң таңбалы, себебі уақыт өткен сайын ол зат концентрациясы артады. Ал реакцияға қатысқан зат концентрациясының өзгерісі бойынша теріс таңбалы болады, себебі реакцияға қатысқан зат концентрациясы уақыт өткен сайын азаяды.
Зат концентрациясының уақытқа байланысты өзгерісін көрсететін графикті кинетикалық қисығы деп атайды.
Заттар концентрациясының уақытқа тәуелділігі

Реакция жылдамдықтарының мәні әртүрлі болады. Ең баяу жүретін реакцияларға геохимиялық өзгерістер жатады.Олар мыңдаған жылдар бойы жүре береді, ал өте тез жүретіндері - қопарылысты реакциялар, олар көзді ашып жұмғанша-ақ өте шығады.
Реакция жылдамдығы әр түрлі факторларға: зат табиғатына, оның концентрациясына, катализатор (өршіткі) қатысына, температураға; егер әрекеттесетін заттың агрегаттық күйі газ болса - қысымға, ал кристалды зат болса, оның беттік ауданына және т.б. тәуелді(реакция жүретін ыдыс формасына, жарық интенсивтілігіне, әрекеттесуші заттарды араластыру жылдамдығына).

Химиялық кинетиканың негізгі заңы
Әрекеттесуші заттар концентрациясының әсері.
Кинетикалық есептеулерге қолданылатын концентрация - молярлы. Ерітіндінің молярлы концентрациясы (С(х)) деп, ерітіндінің бір литріндегі еріген заттың мөлшерін көрсететін шаманы айтады (мольл).
Осы заңдылығын зерттеген ғалымдар Гульдберг-Вааге әрекеттесуші массалар заңын ашты.
Температура тұрақты болғанда реакция жылдамдығы әрекеттесуші заттар концентрацияларының көбейтіндісіне (коэффициенттерін ескереміз) тура пропорционал.
Реакция жылдамдығының концентрацияға байланысын көрсететін теңдеуді реакцияның кинетикалық теңдеуі деп атайды.
aA + bB = dD

мұндағы υр - реакция жылдамдығы,
К - жылдамдық константасы,
СА, СВ - А,В заттарының концентрациялары,
а, b - теңдеудегі стехиометриялық коэффициенттер теңдеудегі СА=СВ=1 мольл болса, υ=К, олай болса, жылдамдықтың константасының физикалық мағынасы - әрекеттесуші заттар концентрациялары 1 мольл болғандағы реакция жылдамдығы келіп шығады.

Реакция жылдамдығына температура әсері

Атом-молекулалық ілім тұрғысынан температура артқан сайын молекулалардың қозғалыс жылдамдығы артып, олардың бір-бірімен соқтығысу дәрежесі артатыны түсінікті. Ал, осының заңдылығы Вант-Гофф ережесімен анықталады.
Температураны әрбір 10 оС-қа арттырған сайын реакция жылдамдығы 2-4 есе артады.
Бұл ереженің математикалық өрнегі:

мұндағы , - әр түрлі температурадағы реакция жылдамдығы,
t2t1, γ - температуралық коэффициент, оның мәні 2-4 ара - - - - - лы - ғында болады.
Молекулалардың кез келген соқтығысуы реакцияға әкеліп жеткізбейді, тек химиялық белсенді молекулалар соқтығысы реакцияның жүруіне себепші болады, олай болса, молекулалар өзара әрекеттесуі үшін олардың белгілі бір энергия қоры болуы қажет.
Химиялық әсерлесу актін жүзеге асыруға қажетті минимальды энергия қорын активтендіру энергиясы (Еа) деп атайды, ол әрекеттесетін зат табиғатына байланысты болады. Активтендіру энергиясы неғұрлым үлкен болса, реакция жылдамдығы аз және керісінше Еакт мәні кіші болса, реакция жылдамдығы жоғары болады.
Температура артқан сайын химиялық белсенді молекулалар саны артады. Осындай молекулалар соқтығысы жалпы соқтығысатын молекулалар санына тәуелді. Жылдамдық константасы мен активтендіру энергиясының байланысын Аррениус формуласы береді:

K = A· e - EART
Мұнда, А - тұрақты шама, температураға байланыссыз.
Егер логарифмдесек:
IgK = lgA - Ea2,3RT
Сонда теңдеуі y = ax+b түзуінің теңдеуіндей болады. Осыдан lgK - 1T арасындағы байланыс графигін құрып, активтендіру энергиясының сандық мәнін анықтауға болады.
Жылдамдық константасы екі температурада берілсе:
IgK1=IgA-Ea2,3RT1 ;IgK2=IgA- Ea2,3RT2
Екі теңдікті бірінен екіншісін алсақ:
IgK1IgK2= Ea2,3R1T2- 1T1

lg K

lgA α

1T::103

tgα=-EA2,3R
α
1T::103
lg K

lg A
lg K

lgA α

1T::103

tgα=-EA2,3R
α
1T::103
lg K

lg A
а ә
Реакцияның активтендіру энергиясын анықтауға арналған
lnA - 1T арасындағы байланыс. а - эндотермиялық үдеріс, ә - экзотермиялық үдеріс.
Активтендіру энергиясы химиялық реакциялар үшін 40-400 кДжмоль аралығында болады.

Реакция жылдамдығына катализатор әсері, катализ түрлері
Катализатор деп реакция нәтижесінде жұмсалмайтын, бірақ реакция жылдамдығына әсер ететін затты айтады.
Катализатор қатысында жүретін химиялық үдерістерді катализ дейді.
Катализдің бірнеше түрі бар:
а) оң және теріс катализ,
ә) гетерогенді және гомогенді катализ,
б) автокатализ,
в) биокатализ.
Енді, осылардың әрқайсысына жеке тоқталайық. Оң катализ кезінде катализатор реакция жылдамдығын арттырса, теріс катализде - кемітеді. Теріс катализде қолданылатын катализаторды ингибитор деп атайды.
Теріс катализ кезінде реакцияның активтену энергиясының шамасы артады ал, оң катализ кезінде активтендіру энергиясының шамасы кемиді.
Сонда, катализатор реакцияның активтендіру энергиясының шамасын өзгертеді. Активтендіру энергиясының шамасы неғұрлым кіші мәнді болса, реакция жылдам жүреді, үлкен мәнді болғанда реакция жылдамдығы баяулайды, өйткені энергетикалық барьер артады.
Гетерогенді және гомогенді катализ реакцияға қатысушы заттармен пайдаланатын заттың агрегаттық күйіне байланысты.

Мысалда V2O5 - кристалды зат, ал әрекеттесуші және түзілген зат - газдар болуына байланысты бұл гетерогенді катализге жатады.Ал, осы реакцияны жылдамдығына әсер ету үшін азоттың (ІІ) оксидін (газ) пайдалансақ - гомогенді катализ болады.
Гомогенді катализдің жүруін аралық химиялық белсенді заттың (кешенді қосылыс) пайда болуы арқылы түсіндіреді.

Катализатор А мен В затымен химиялық белсенді кешенді қосылыс түзеді:
А + Kt -- AKt
соңынан осы зат екінші реагентпен әрекеттескенде катализатор босап шығады:

Ал, гетерогенді катализді адсорбциялық теория түсіндіреді.Адсорбция деп фазааралық бөліну бетінде заттың өздігінен шоғырлануы. Біздің республикамызда осы теорияның негізін салушылардың бірі академик Д.В. Сокольский мектебі Отанымыздың екінші астанасы Алматыда катализдер институты жұмыс істейді.
Бұл жағдайда да катализатор бетінің химиялық белсенді нүктелеріне әрекеттесуші зат молекуласы адсорбцияланып, аралық химиялық белсенді қосылыс түзеді, ал келесі сатысында катализатор босап шығады.
Катализатордың химиялық белсенділігі реакциялық жүйеде кездесетін бөтен заттардың қатысына да байланысты. Оның химиялық белсенділігін арттыратын, бірақ өзі катализатор болмайтын заттарды активатор немесе промотор деп атайды. Мысалы аммиак синтезі үшін пайдаланылатын катализаторлар (Fe, Mo, W, Co, Ni) қиын балқитын оксидтер (Al2O3, Cr2O3, MgO) қатысында реакция жылдамдығы артады. Катализатордың химиялық белсенділігін кемітетін заттарды катализатор уы деп атайды, олар катализатордың химиялық белсенділігін қайтымды тіпті қайтымсыз да етіп істен шығаруы мүмкін.
Гетерогенді катализдің қалалардағы ауаны автокөліктердің шығаратын улы газдарының мөлшерін азайту үшін маңызы зор.Мұндай катализатордың уы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.