Қайтымсыз және қайтымды химиялық реакциялар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ АЛМАТЫ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

СОӨЖ №3

Тақырыбы: Қайтымды және қайтымсыз реакциялар тепе-теңдігі
(реферат)

Орындаған: Бөленбай А.М.
Тексерген: Абилкасова С.О.

Алматы 2021
Қайтымсыз және қайтымды химиялық реакциялар.Тепе-теңдік. Химиялық тепе-теңдіктің константасы. Ле-Шателье принципі.
Химиялық реакциялар қайтымсыз және қайтымды болып екі топқа бөлінеді. Қайтымсыз реакциялар бастапқы заттардың біреуі немесе екеуі де таусылғанша ақырына дейін жүреді. Олардың ақырына дейін бір бағытта жүруіне реакцияға қатысатын заттардың табиғаты және жоғарыда келтірілген (концентрация, температура, катализатор, молекулалығы мен реті) әр түрлі факторлар әсер етеді. Қайтымсыз реакцияның мысалы ретінде калий хлоратының ыдырау реакцяисын келтіруге болады
2KCLO3=2KCL+3O2
Көптеген химиялық реакциялар қайтымды болады да екі бағытта жүреді. Химиялық реакцияның қай бағытта жүруі изобара-изотермалық потенциялдың мәніне байланысты, ал оның мәні энтальпиялық және энтропиялық факторларға тәуелді екені де белгілі. Сондықтан қайтымды реакциялардың екі бағытта тура және кері бағыттарда жүруі осы факторларға байланысты болады. Қайтымды реакцияның мысалы ретінде азот пен сутегінен аммиак түзілу професін келтірейік:
N2+3H2 2NH3
Тура реакцияның жүруіне энтальпияның азаюы кедергі жасайды, ал энтальпияның азаюы көмектеседі. Сондықтан процестің бас кезінде энтальпияның азаюы есебінен изобара-изотермалық потенциал азаяды да, реакция тура бағытта жүреді.
Кері реакцияның жүруіне энтальпия көбеюі кедергі жасайды, ал энтропия көбеюі көмектеседі. Реакция басталғаннан кейін аммиак молекулаларының түзілуіне , оның азот пен сутегі молекулаларына ыдырауына байланысты жүйенің энтропиясы көбейеді және соған сәйкес кері реакцияның изобара-изотермалық потенциалының мәні азаяды да процесс кері бағытта жүреді, яғни кері реакция энтропияның көбеюі есебінен жүреді.

Тура реакцияның жылдамдығы кері реакцияның жылдамдығына тең болатын қайтымды реакцияның күйін химиялық тепе-теңдік дейді.
Химиялық тепе-теңдік кезінде белгілі бір уақыт бірлігі ішінде тура реакцияның нәтижесінде қанша молекула түзілсе, қайтымды реакцияның нәтижесінде де сонша молекула түзіледі. Химиялық тепе-теңдік кезінде бастапқы және түзілген заттардың концентрациялары өзгермейді және оларды тепе-теңдік концентрациялары дейді.
Химиялық тепе-теңдікті сан жағынан тепе-теңдік константасы сипаттайды. Тепе-теңдік константасы жоғарыдакелтілірлген аммиак синтездеу реакциясын мысалға алып қарастырайық
N2+3H2=2NH3
Химиялық кинетиканың заңы бойынша тура және кері реакциялардың жылдамдықтары былай жазуға болады. 𝜗1=𝐾1∗[𝑁2]∗[𝐻2]3
𝜗K2[NH3]2
Химиялыө тепе-теңдік кезінде тура жіне кері реакциялардың жыылдамдықтары өзара тең болатындықтан теңдеуді былай жазуға болады:
K1[N2][H2]3=K2[NH3]
Тура реакция мен кері реакияның жылдамдық константаларының қатынасы да тұрақты болады және оны осы реакцияның тепе-теңдік константасы деп атайды.
К=К1К2
Мынадай жалпы түрде қайтымды реакция тепе-теңдік күйде екен дейік:
aA+bB=cC+dD
Бұл реакцияның тепе-теңдік константасын (К) мынадай теңдеу түрінде жазуға болады:
К=[C]c[D]d\[A]a[B]b
Қайтымды реакцияның тепе-теңдік константасының мәні әрекеттесетін заттардың табиғаты мен температураға байланысты, бірақ концентрацияға байланысты емес. Сыртқы жағдацдың өзгеруітура реакция мен кері реакцияның жылдамдығына түрліше әсер ететіндіктіен тепе-теңдік тура реакцияның нмесе кері реакцияның бағытына қарай ығысады. Сыртқы жағдайдың өзгеруіне байланысты химиялық тепе-теңдіктің белгілі бір бағытқа ығысуын Ле-Шателье принципі анықтайды.
Кез келген химиялық реакция 2 бағытта жүреді . Мысалы, гомогенді фазада өтетін А+В -- С+Д.Химиялық реакция нәтижесінде жаңа өнімнің алынуы - оң жаққа қарай жүретін реакцияға жатады.Тура реакцияның жылдамдығы: υT=Кт[А]::[В] теңдеуімен беріледі. Реакцияның бастапқы кезінде тура реакцияның жылдамдығы жоғары, яғни өнімдердің түзілуі қарқынды өтеді. Біраз уақыттан соң, яғни реакция өнімдері (С,Д) қажетті мөлшерде жиналғанда, кері реакцияның, демек бастапқы заттардың түзілу де едәуір артады.υT=Кт[C]::[D] Реакция қайтымды болғандықтан, белгілі мезеттен соң химиялық тепе-теңдік орнайды. Бұл жағдайда қоспа құрамы (конценрациялары, қалыпты қысымдары) тұрақты болады, тура және кері реакцияның жылдамдықтары теңеседі. Химиялық тепе-теңдік жағдайында болатын, тура және кері бағытта өтетін реакциялар қайтымды реакциялар деп аталады.Термодинамикалық тұрғыдан химиялық тепе-теңдік кезінде изобаралы-изотермалы потенциалдың мәні өзгермейді (G = соnsт, G=0). Химиялық реакцияға қатысатын барлық заттардың Гиббс энергиясының өзгеруі химиялық ынтықтылық мөлшерін көрсетеді. Демек, изобаралы - изотермалы потенциалдың өзгерісі үдерістің қозғаушы күші ретінде саналады. G=0 болған сайын, жүйе тепе-теңдік күйден алшақтау және соғұрлым реакцияласуға қабілетті.
Тепе-теңдік күйде

Ал реакция кері жүріп , әуелгі қосылыстардың қайта шығуы кері бағыттағы реакция болады.Сондай-ақ жылу бөліне жүретін реакция экзотермиялық реакцияларда тура бағыттағы десе сырттан жылу қабылдайтын эндотермиялық реакцияларды кері реакция деді.Белгілі бір уақыт өткен соң реакциялар теңеседі. Егер осы тепе-теңдік орнағанда Т,Р сияқты параметрлер өзгермесе, химиялық тепе-теңдік орнап,реакцияға түсетін заттардың концентрациялары тұрақталады. Химиялық қайтымды реакциялар химиялық тепе-теңдік орнағанша жүреді.Термодинамикалық тұрғыдан олар қайтымсыз және жұмысы тиімді емес.Әйтседе тура және кері бағыттағы химиялық реакцияларды үздіксіз қозғалыстағы бөлшектер түрінде қарастыратын болсақ оны термодинамикалық қайтымды процеске жақындатуға,ұқсатуға болады.Егер осы айтылған ой шартқа айналса ,онда бұған термодинамикалық тепе-теңдік шартын қолданып ,ондағы барынша пайдалы ,тиімді жұмысты есептеуге болады және ол жұмысты А'm=- ұқсастық өлшемі дейді. Тура реакцияның жылдамдық тұрақтысының кері реакцияның жылдамдық тұрақтысына қатынасы тепе-теңдік тұрақтысы (Кт-т) деп аталады.
Соңғы теңдеу әсерлесуші массалар заңының математикалық теңдеуі болып саналады. Бұл теңдеуден қайтымды химиялық реакциялардағы тепе-теңдік реакция өнімдерінің және бастапқы заттардың концентрациялары көбейтінділерінің қатынасы тұрақты шамаға тең болған кезде орнайтындығын көреміз. Тепе-теңдік тұрақтысы (Кс) қайтымды реакциялар үшін классикалық деп аталады, ол әсерлеуші заттардың табиғатына тәуелді, бірақ олардың концентрацияларына тәуелсіз. Температура өзгергенде тепе-теңдік тұрақтысы жылдамдық тұрақтыларына қарағанда аз өзгереді, себебі КтКк қатынасы температураға байланысты мүлдем өзгермейді.
Біз заттардың стехиометриялық коэффициенттері 1-ге тең қарапайым, қайтымды реакцияны қарастырдық.
Егер теңдеудегі стехиометриялық коэффициенттер сәйкес а, в, с, d-ға тең болса, онда қайтымды химиялық реакцияның теңдеуін былай жазамыз:
аА+вВ сС+dД
Мұндай жалпы жағдай үшін химиялық тепе-теңдік теңдеуі (басқаша айтсақ, әсерлесуші массалар заңы) былай жазылады.
Бұл заңды басқаша жазуға болады. Мысалы, әсерлесуші заттар газ күйінде болса, теңдеудегі концентрация орнына олардың парциалды қысымдарын келтіріп, өрнектейміз. Онда тепе-теңдік тұрақтысын Кр деп белгілейміз.

Реалды жүйелер үшін концентрация орнына заттардың тепе-теңдік күйдегі белсеңділіктері (а) қолданылады, бул жағдайдағы Ка-химиялық тепе-теңдіктің термодинамикалық түрақтыеы деп аталады. Кр мен Кс арасындағы байланысты табу үшін Менделеев-Клайперонның идеал газ күйінің теңдеуін қолданайық:
рV = nRТ, осыған р = (nV) RТ
nV=С (моль) концентрация болғандықтан, рА=[А]RТ деп жазамыз.
Теңдеуді парциалды қысымдар мәндерінің концентрациялары арқылы
өрнектелік:
l
немесе, Кр=Кс(RТ)Δn мұнда, n=(с+d)-(а+b), яғни Δn реакциядағы заттардың стехиометриялық коэффициенттердің алгебралық қосындысы, немесе реакциядағы молекула санының (көлемінің) өзгерісін көрсетеді. Молекулалар сандары өзгермейтін реакциялар үшін, яғни с+д=а+в жағдайда, Кс және Кр мәндері өзара сәйкес келеді, Кр= Кс.
Әсерлесуші массалар заңының маңызды қорытындысы реакцияға қатысатын заттардың концентрацияларының немесе парциалды қысымдарының өзара байланыстылығын көрсетеді.
Тепе-теңдік жүйедегі р, Т=соns жағдайда әсерлесуші заттардың біреуінің концентрация өзгерісі міндетті түрде басқа заттардың сәйкес концентрация
өзгерісіне әкеледі, бірақ тепе-теңдік тұрақтысы өз мәнін сақтайды.
Гетерогенді реакцияларда химиялық тепе-теңдік тұрақтысының өрнегіне реакцияға қатысатын тек газ күйдегі заттардың парциалды қысымдары (немесе концентрациялары) енеді. Сұйық немесе қатты күйдегі заттардың парциалды қысымдары" (немесе концентрациялары) 1-ге тең деп алынады, себебі олардың химиялық потенциалдары тұрақты.
Мысалы, 2С(аморф) + О2(Г) = 2Сons реакциясы үшін

2.1. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы.
Химиялық тепе-теңдіктің теңдеуіне сәйкес, тепе-теңдікте тұрған жүйедегі кез келген зат концентрациясының өзгерісі тепе-теңдіктің қандай да бір ығысуына әкеледі. Бастапқы заттардың концентрацияларының артуы реакция өнімдері ағымының өсуіне әкеледі, ал реакция өнімдерінің концентрациясының артуы бастапқы заттардың түзілу ықтималдылығының арттырады. Химиялық тепе-теңдікке температура мен қысым өзгерісі де әсер етеді. Демек, химиялық тепе-теңдік күйі сыртқы жағдайлар (концентрация, қысым, температура) өзгеріссіз болғанда сақталады. Бұл Сыртқы шарттардың өзгерісі тепе-теңдік күйді бұзады. Сыртқы жағдайларға байланысты жүйенің бір тепе-тендік күйден екіншісіне өтуін химиялық тепе-теңдіктің ығысуы деп аталады.
Әр түрлі сыртқы жағдайлардың өзгерісінің тепе-теңдіктің бағытына әсері Ле-Шателье (1885ж.), Браузи (1886ж.) ережесімен беріледі. Егер термодинамикалық тепе-теңдікте тұрғын күйеге сырттан әсер етіп, тепе-тендікті анықтайтын қандайда бір сыртқы шартты (концентрация, қысым,
температура) онда жүйеде осы әсерді әлсіретуге тырысатын өздігінен жүретін үдерістер пайдаболады.
Химиялық тепе теңдік жағдайында тура және кері реакциялардың жылдамдықтары өзара тең болады, сырттжі әсер ету осы жылдамдықтардың әртүрлі өзгеруіне әкеледі. Тура және кері реакциялардың жылдамдықтарының тепе - теңдігінің бұзылуы химиялық тепе-теңдіктің ығысуына, мұнан соң, жылдамдықтары бірдей болатын жаңа химиялық тепе-теңдіктің орнауына әкеледі, бұл бұрынғы тепе-теңдік күйден сипаты бойынша өзгеше.
Алдымен химиялық тепе-теңдікке температура өзгерісі қалай әсер ететінін, бақылайық. Аммиактың түзілу реакциясы жылу бөле арқылы жүреді (экзотермиялық реакция), кері реакцияда, яғни аммиактың ыдырауы кезінде, жылу жұтылады (эндотермиялық реакция). Сырттан жылу әкеліп, температураны арттыру (яғни жүйені қыздыру) химиялық тепе-теңдікті жылу жулылатын реакцияның (аммиактың ыдырауы) ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.