Тізбектер реакциялары

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

1. Тізбектер реакциялары.

2. Фотохимиялық реакциялар.

3. Радияциялық реакциялар.

Өте шапшаң өтетін химиялық реакцияның мысалына біз қопарылысты атадық. Айталық, сутек пен оттектің қоспасына от тигізсек қопарылыс болады, оның нәтижесінде су түзіледі.

Бұл реакцияның теңдігі деп жазып жүрген теңдігіміз, тізбектескен көп аралық реакциялардың ақтығы ғана. Шындығында реакция былай жүреді:

Фотохимиялық реакциялардың маңыздысы жаратылыста күн сәулесінің энергиясын пайдаланатын кейбір процестер; мысалы, өсімдіктерде болатын фотосинтез. Өсімдіктердің жасыл жапыра-ғындағы хлорофилл күн сәулесі спектрінің қызыл шетіндегі электромагнит толқындарын сіңіріп алып, көмір қышқыл газы мен судан органикалық заттар синтездейді, ал оттек бос күйінде бөлініп шығады:6СО ₂ + 6Н ₂ О -+ С ₆ Ні ₂ О ₆ + 6О ₂ + 2, 820 кДж:

Радиациялық реакциялар. Үлкен энергиялы сәулелердің (рентген сәулесі, альфа, гамма сәулесі, нейтрон т. б. ) әсерінен туатын реакцияларды радиациялық реакциялар дейді. Бүларды зерттейтін радиациялық химия - химияның жаңа бөлімі, аз зерттелген саласы. Мұнда болатын процестердің фотохимиялықтан айырмашылығы - бұл сәулелер атомның ішкі қабаттарына әсер етіп, олардағы электрондарды қоздырып немесе бөліп шығарады: осыдан барып молекула ішіндегі атомдардың ындағы байланыс бүзылып, бос радикалдар және валенттігі қанбаған атомдар түзіледі. Мысалы, осындай әсерден оттек-ь озонға, алмарграфитқа айналады т. т. с. с. П

Радиоактив сәулелерінің әсерінен болатын химиялық айрылу реакцияларын - радиолиз деп атайды. Мысалы, судың радиолизі. Әуелі сәуле әсерінен су молекулалары қозады, кем біреулері ионданады: Түзілген ион - молекула Н ₂ О ⁺ секундтың миллион бөлігі ішінде Н ₂ О молекуласымен реакцияласып, тұрақты иои ОН ₃ ⁺ пен радикал. ОН түзеді:Н ₂ О++Н ₂ О = ОН^+ ОН

Босап шыққан электрон Н ₂ О мен әрекеттесіп теріс пон молекула Н ₂ О~ түзеді, олар лезде түрақты ион ОН~ пен атом радикал-Н айрылады. н ₂ о-=он--+н

ОН ₃ ⁺ және ОН~ иондары әрекеттесіп, су молекуласы түзіледі, ал бос радикалдар одан әрі реакцияласа береді.

Н ₂ О ₂ ; Н + ОН = Н ₂ О Н ₂ О ₂ + ОН = Н ₂ О + НО ₂ ; НО ₂ + НО ₂ = Н ₂ О ₂ + О ₂ .

Су радиолизінің нәтижесінде сутек, оттек және сутек пероксиді түзіледі.

Айта кететін бір жайт, радиациялық химиядан басқа р а д и ох и м и я бар, ол радиоактив элементтердің және олардың изотоптарының химиялық қасиеттерін, қолдану жолдарын зерттейтін химияның бір саласы.

Өзімізге таныс Бертолле тұзының айрылу реакциясын алсақ, мұнда шыққан калий хлориді мен оттек, тікелей қосылып қайтадан Бертоле тұзын түзе алмайды. Мұндай реакцияларды қайтымсыз яки бір бағытты реакция дейді.

Енді сутек пен қыздырған темір қағының тритеміртетраоксиді арасындағы реакцияны алсақ, темір қағы темірге айналып, сутек қақтағы оттекпен қосылып суға айналады:

Ғе ₃ О ₄ + 4Н ₂ == ЗҒе + 4Н ₂ О

Сондай жағдайда темір үнтағына су буымен әрекет етсек, қайта-дан темір қағы мен сутек түзіледі: ЗҒе + 4Н ₂ О = Ғе ₃ О ₄ + 4Н ₂ Сонымен бір температураның өзінде біріне-бірі қарама-қарсы екі реакция жүреді. Бірдей жағдайда қарама-қарсы екі бағытта жүретін реакцияларды қайтымды деп атайды. Қайтымды реакция екендігін көрсету үшін теңдік белгісінің орнына қарама-қарсы екі стрелка қояды:

Ғе ₃ О ₄ + 4Н ₂ ^-ЗҒе + 4Н ₂ О

Солдан оңға қарай жазылған реакцияны тіке, оңнан солға жазылған реакцияны к е р і реакция деп атауға келіскен.

Қайтымсыз реакциялар ақтығына дейін барады, яғни реакция-ласушы заттың тым болмаса біреуі біткенше реакцияласады. Қайтымды реакциялар аяғына жетпейді, оларды жеткізу үшін реакцияда түзілген заттарды қайта реакцияласпас үшін, бірінен-бірін ажырату керек.

Химиялық реакцияларды қайтымды және қайтымсыз деп бөлудің өзі де дәл емес. Химиялық реакцияларды жете тексеріп зерттегенде, қайтымсыз реакция деп жүрген реакциялардың көпшілігі қайтымды болып шығып жатыр.

Қайтымды реакцияның біреуін алып соның қалай өтетіндігін қарастырайық, мысалы: CO+H2O=CO2+H2

Реакцияға керекті СО мен H ₂ О эквивалентті мөлшерде алсақ та, олар толығымен реакцияласып бітпейді. Әуелі жап-жақсы басталған реакция біраз уақыт өткен соң тоқтап қалғаннан болады. Реакциядағы заттарды анализдесек онда - СО, Н ₂ О, СО ₂ және Н ₂ төртеуі де табылады.

Реакцияның «тоқтауы да», төрт заттың бірдей табылуы да, реакциямыздың қайтымды болуынан. Шынында да СО мен Н ₂ О араластырғанда олар реакцияласа бастайды, бірақ осыған бай-ланысты концентрациясы бірте-бірте кеми түседі, демек реак-цияның жылдамдығы да баяулай береді. Осы уақыт ішінде тіке реакцияның нәтижесінде түзілген СО ₂ мен Н ₂ , бірте-бірте жиналып, концентрациясы көбейген сайын олардың арасынан туатын кері реакцияның жылдамдығы да артады. Тіке реакцияда СО мен Н ₂ О концентрациясы кеміп жатса, кері реакцияның нәтижесінде оның орны толтырылып жатады. Осыланша тіке реакция мен кері реакция қатар жүріп жатады. Бір уақытта келіп, тіке реакция мен кері реакцияның жылдамдықтары теңеледі, яғни әрбір кесімді уақыт ішінде СО мен Н ₂ О неше молекуласы реакцияласса, кері реакцияның нәтижесінен сонша молекуласы қайт. адан түзіледі. Міне, осы уакыттан бастап реакцияласушы төрт заттың төртеуінің де концентрациясы өзгермейді.

Қайтымды реакцияда, тіке реакция мен кері реакцияның жыл-дамдықтары теңескен күйді, химиялық тепе-теңдік дейді.

Үстіртін қарағанда реакциялар тоқтаған сияқты болып көрінеді. Бұл шынында «сияқты болып көріну» ғана, өйткені реакциялар тоқтаған жоқ, бірақ бірінің нәтижесін екіншісі жоққа шығарып отыр.

Химиялық тепе-теңдік кезінде реакциялар тоқтамай, тек қарама-қарсы реакциялардың жылдамдықтары ғана теңесетін процесс, болғандықтан оны жылжымалы, динамикалық тепе теңдік дейміз. Тепе-теңдікке келген жүйені, жағдайын өзгертпесе, қанша да болса ұзақ уақыт сақтауға болады. Ал, реакция қатынасушы заттың біреуінің болса да концентрациясын болмг шы өзгертсек болғаны, тепе-теңдігіміз бұзылып, ауып, басғ заттардың барлығының концентрациялары өзгере бастайды.

Тепе-теңдіктің бұзылуынан концентрациялардың өзгеру процесін тепе-теңд і к т і ң а у у ы н е ы ғ ы с у ы дейді.

Енді тепе-теңдік туу жағдайын математика тіліне аударайық А +Б= В+ Г деген жалпы теңдікпен жазылатын қайтымды реакцияны алайық.

[А], [Б], [В], [Г] сол заттардың концентрациялары, v тіке реакцияның, у ₂ кері реакцияның жылдамдықтары болсын. Сонда vі = k[А] [Б], у ₂ = v ₂ [В] [Г] . Химиялықтепе-теңдік кезінде vі = v ₂ , демек:

_kх [А] [Б] =к ₂ [В] [Г] болады

Тепе-теңдік константасы әрбір реакцияны сипаттайтын өзіне ғана тән тұрақты шама.

Бұл формуланың мағынасы - қайтымды реакцияларда түзілген заттардың концентрацияларының көбейтіндісін алынған заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне бөлгеннен шыққаны, сол реакцияға лайықталған тұрақты шамаға (К) тең болса тепе-теңдік туатындығын көрсетеді.

К-ның физикалық мәні, демек, концентрация бірге тең болып, температура бірдей болған жағдайда, тіке реакцияның кері реакциядан неше есе жылдам жүретінін көрсетеді. К концентрацияның өзгергенінен өзгермейді, температурадан өзгереді.

Тепе-теңдік константасын химиялық жұмыста көп жерлерде пайдаланады. Өткенде келтірілген реакцияныд тепе-теңдік константасын жазайық:

_к [СО ₂ 1 + [Н ₂ 1 " [СО] . [Н ₂ О]

Реакцияға алынған СО мен Н ₂ О алғашқы концентрациялары 1 моль/л 850 градуста тепё-теңдікке келген кезде әрқайсысының концентрациясы 0, 5 моль/л болды дейік, сонда: Тепе-теңдік константасының мәнін білгеннен кейін осы тепе-теңдікке байланысты біраз есептер шығаруға болады. Мысалы, СО мен Н ₂ О бастапқы концентрацияларын басқаша етіп алсак, жүйе тепе-теңдікке келген кезде әрбір заттың концентрацияларының кандай болатынын білуге болады. Айталық бастапқы [СО] = 2 моль/л, [Н ₂ О] =3 моль/л болсын, реакцияласқан СО мен Н ₂ О моль саны бірдей болады, түзілетін СО ₂ мен Н ₂ моль саны да сондай мөлшерде болатындығы теңдіктен көрініп тұр; оны х арқылы белгілейік. Сонда іздегеніміз.

[СО] =2-х; [СО ₂ ] =х

[Н ₂ О] =3-х; [Н ₂ ] =х

демек,

[2-х] ^Х 13-х ^=1; ^Х=1 ' ²

сонымен:

[СО] =2-1, 2 = 0, 8 моль/л [Н ₂ О1 =3-1, 2=1, 8 » [СО ₂ ] = [Н ₂ ] =1, 2 »

Химиялық тепе-теңдіктің константасын білудің іс жүзінде үлкен маңызы бар. Мысалы, осы айтылған реакцияда СО-ны түгел жұмсау керек болса, онда тіке реакцияның жылдамдығын . өсіру керек, ол үшін Н2О концентрациясын көбейтеді. Тепе-тең-дік бұзылып оңға қарай ауады, жаңа тепе-теңдік туады, бұл тепе-теңдікте концентрациялар басқа болады, оның ішінде СО аз, СО2 мен Н2 көп болады. Осы айтылғандардан іс жүзінде қолданылатын маңызды ережелер шығады:

1. Қайтымды процесте реакцияласушы заттың біреуін толығырақ пайдалану үшін, оны екіншісінің артығымен әрекеттес-

тіру керек.

2. Түзілуші заттар қайта реакцияласа алмау үшін, оның біреуін реакциядан шығарса, тепе-теңдік ыңғай сол шығарылған
заттың орнын толтыратын жаққа қарай ауады, бұл жағдайда қайтымды реакция аяғына дейін барады. Бұл мысалда айталық
СОг сіңіріп алынып, реакциядан шығарылса, су түгелімен Н2 ай-налады.

Ле-Шателье принципи Химиялық тепе-теңдік тұрақты жағдайда ғана қалпында болады. Жағдайын - концентрацияны, температураны, қысымды - өзгертсе, тепе-теңдік бұзылып, тіке немесе кері реакцияның бағытына қарай ауып ығысады.

Концентрацияны өзгерткеннен тепе-теңдіктің қалай өзгеретіні жоғарыда қаралды, енді температура мен қысымды өзгертудің тепе-теңдікке тигізетін әсерімен танысайық.

Жағдайын өзгерткеннен химиялық тепе-теңдіктің ығысуынын тәртібі Л е - Ш а т е л ь е принципі деп аталатын жалпы бір ережеге бағынады.

Химиялыщ тепе-теңдік күйіне келіп тұрған жүйенің жағдайының (концентрация, температура, қысым) біреуін өзгерту, тепе-теңдікті сол өзгертуге қарсы дрекет туғызатын реакция бағытына қарай ығыстырады.

Ле-Шательенің (1887. ж. ) принцйпі химияға да, физикаға да ортақ жалпы принцип, біз оны бұл арада химиялық тепе-теңдікке ыңғайлаңқырап келтірдік.

Химиялық тепе-теңдікке температураның әсерін білу үшін Ле-Шателье принципін қолданатын болсақ:

Температура көтерілгенде тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына қарай, ал температура төмендегенде экзотермиялық реакция бағытына қарай ығысады.

Мұны Вант-Гофф заңы деп атайды.

N2 + О ₂ ^2ІМО ^Н° = - 179, 9 кДж/моль
2НІ^Н ₂ + І2 ^Н° = -50, 2 кДж/моль

Басқаша айтқанда, бұл қайтымды реакциялардың тепе-теңдікке келіп тұрған жағдайында температурасын көтергенде, олар жылу сіңіретін-эндотермиялық' реакцияның бағытына-оңға қарай ығысады; температурасын төмендетсек, тепе-теңдік жылу шығаратын-экзотермиялық реакцияның бағытына-солға қарай ығысады.

Вант-Гофф заңы Ле-Шателье принципіне сәйкес тепе-теңдіктегі жүйенің температурасын өсіргенде тепе-теңдік қарсы әрекет туғызатын бағытқа қарай ығысуы тиіс, демек сол берілген қосымша жылуды сіңіруі керек, олай болса эндотермиялық реакцияның бағытына қарай ауғаны дұрыс. Сөйтіп қарсы әрекеттің нәтижесінде, яғни тепе-теңдік ығысуындағы реакциядан, түзілген өнімдер-дің жиналуынан жүйе, соңғы температура жағдайында, қайтадан жаңа тепе-теңдікке келеді.

Химиялық тепе-теңдікте тұрған заттардың ішінде газ күйіндегі заттар болса, онда тепе-теңдікке қысымның да әсері болады. Ле-Шателье приципіне сәйкес тепе-теңдікте тұрған жүйенің сыртқы қысымын күшейткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны азаятын реакцияның бағытына қарай, демек жүйенің ішкі қысымы (кернеуі) кемитін жаққа қарай ығысады. Керісінше, сыртқы қысымды кеміткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны көбейетін реакцияның бағытына қарай, яғни ішкі қысымының өсуі жағына қарай ығысады. Бұл тепе-теңдіктің сол жағында 4 молекула, оң жағында 2 моле-кула, демек, сыртқы қысым күшейгенде тепе-теңдік оң жаққа, яғни аммиак түзілетін жаққа қарай ауады.

Табиғатта болмаса лабораторияда тәжірибе кезінде өтетін химиялық процестердің қай-қайсысын алсақ та азды-көпті энергетикалық өзгерумен қабат жүріп отыратынын көреміз. Көбіне энергетикалық өзгерулер жылудың бөлінуі не сіңірілуі түрінде байқалады. Сондықтан химиялық реакцияларды энергетикалық жағынан алғанда экзотермиялық - жылуды сыртқа шығаратын, эндотермиялық - жылуды ішке сіңіретін деп екіге бөлген болатынбыз. Біріншісіне металдың оттек пен хлорда жанып мол жылу бөлуін, екіншісіне қальций карбонатының қатты қыздырғанда ғана барып, мол жылу сіңіріп, ыдырауын мысалға келтіруге болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.