Химиялық реакция жылдамдығы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Жоспар
I. Кіріспе;
II. Негізгі бөлім;
* Химиялық реакция жылдамдығы
* Реакция жылдамдығына температура әсері
* Реакция жылдамдығына катализатор әсері, катализ түрлері
* Химиялық реакция жылдамдығына байланысты есептер

III. Қорытынды;
IV. Қолданылған әдебиеттер.

Кіріспе

Реакция жылдамдығы- гомогенді жүйелер үшін реакция жылдамдығы деп уақыт бірлігінде реагенттер мен өнімдер концентрациясының өзгеруін айтады. Уақыттың бас кезінде реагенттер концентрациясы ең үлкен, ал өнімдер концентрациясы нөлге тең. Реакция жүруі кезінде реагенттер концентрациясы азаяды, ал өнімдер концентрациясы өседі. Катализатор дейтініміз - реакцияның жылдамдығын өзгертіп, бірақ реакция нәтижесінде өздері химиялық өзгермей қалатын заттар.Әрбір реакцияның өзіне лайықты катализаторлары болады, ол катализатор басқа реакцияларға әсер етпеуі мҥмкін. Кей жағдайда әр түрлі катализаторлар қолданып, бір заттан бірнеше өнімдер алуға болады. Реакцияға катализатор қатысқандықтан ондағы актив молекулалар саны артады, содан барып реакциялар жылдамдығы артады. Катализаторлар қатты, сұйық және газ күйінде де болады. Қатты катализаторлардың катализаторлық активтігінен айырылып қалуы оның улануы, мұндай заттар катализатордың уы деп аталады
Химиялық реакция жылдамдығы

Жүйедегі химиялық үдерістерді термодинамикалық тұрғыдан оның дамуын, өзгерісін қарастырғанда уақыт атты фактор ескерілмесе химиялық кинетиканың негізгі міндеті - химиялық реакциялардың жүру механизмі менреакция 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 үш түрлі мақсатта жүргізіледі:
1) реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігін;
2) реакцияның кинетикалық параметрлерін (жылдамдық, жылдамдық константасы, активтендіру энергиясы);
3) химиялық реакцияның жүру механизмін анықтау.
Химиялық реакцияның жылдамдығы деп уақыт бірлігінде жүйедегі жүретін реакциялардың элементар актісіндегі зат концентрациясының өзгерісін (гомогенді реакция) айтады.
{моль ∙л-1∙с-1} (6.1)
Ал, гетерогенді реакция үшін - оның элементар актісіндегі фазаның бөліну бетінде концентрацияның уақыт бірлігіндегі өзгерісін айтады.
(6.2)
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. Уақыттың өте аз бөлігіндегі концентрация өзгерісін лездік жылдамдық деп атайды, ол суреттегі (6.1) бұрыштың тангенсімен анықталады. Зат концентрациясының уақытқа байланысты өзгерісін көрсететін графикті кинетикалық қисығы деп атайды.
(6.2) формуладағы S - меншікті беттік аудан, бұл шама неғұрлым кіші мәнді болса, яғни бөлшек ұсақ болса, реакция жылдамырақ жүреді.

А В

Сурет 6.1 Заттар концентрациясының уақытқа тәуелділігі

(1) - С(А) = f (τ) (2) - C(B) = f (τ).
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).
Реакция жылдамдығына әсер ететін әр факторды сандық жағынан толық бағалау үлкен қиындық тудырады.
Енді осы факторлардың ішіндегі маңыздыларының жылдамдыққа әсерін мысалдар келтіре қарастырайық.
Зат табиғатының әсері бәрімізге белгілі сілтілік металдардың ең химиялық белсенді металдардың бірі (Na) және сілтілік-жер металының (Са), сумен әрекеттесуін қарастырып, жылдамдықтарын салыстыратын болсақ, әрине υ1 υ2 болады.

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2 (υ1)
Ca + 2HOH = Ca(OH)2 + H2 (υ2)

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:
(6.4)
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.
Жылдамдық константалары белгілі болса, температуралық коэффициенті мына формула бойынша есептеуге болады:
Vt2Vt1= KT2KT1= γ∆T10; IgKT2KT1 = T2-T110 Ig γ(6.5)

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 (6.6)
Мұнда, А - тұрақты шама, температураға байланыссыз.
Егер логарифмдесек:
IgK = lgA - Ea2,3RT (6.7)

Сонда (6.7) 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 (6.8)

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
Сурет 6.2Реакцияның активтендіру энергиясын анықтауға арналған
lnA - 1T арасындағы байланыс. а - эндотермиялық үдеріс, ә - экзотермиялық үдеріс.
Реакцияның активтендіру энергиясының сандық мәнін есептеп те шығаруға болады. Ол үшін мына формуланы пайдаланамыз:

E=2,3 ∙ 8,314 T1T2T2-T1lgK2K1 (6.9)

Активтендіру энергиясы химиялық реакциялар үшін 40-400 кДжмоль аралығында болады.
Сонда, реакцияның жүру барысының энергетикалық өзгерістерін сызбанұсқамен беруге болады; оны реакцияның энергетикалық диаграммасы деп атайды: реакцияға қатысатын зат -- химиялық белсенді кешен -- реакция өнімі.

Химиялық белсенді кешен
----------------------------------- -----
Химиялық белсенді кешен
----------------------------------- -----
Химиялық белсенді кешен
E ----------------------------------
Химиялық белсенді кешен
E ----------------------------------

E

EA

E

EA

Реакция өнімі
Бастапқы
заттарΔH0
----------------------------
Реакция өнімі
Бастапқы
заттарΔH0
----------------------------
EA
Бастапқы
заттар

ΔH UС ----------------
----------------------------
Реакция өнімі
EA
Бастапқы
заттар

ΔH UС ----------------
----------------------------
Реакция өнімі

--------------------
--------------------

ΔH0
ΔH0

UD
UD
UA UB
UA UB

a) реакция координатасы ә) реакция координатасы
Сурет 6.3 Реакциялардың (A--B - Q, ΔH0 (a) C -- D+Q, ΔH0 (ә) энергетикалық диаграммалары
А - диаграммасы U(А) U(В) болатындығын және а-реакциясының эндотермиялық, ә-реакциясында U(C) U(В), олай болса ол - экзотермиялық екендігін көрсетеді.

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.
Енді неліктен жылдамдық осындай өзгеріске ұшырайтындығын түсіну үшін шартты түрде алынған бір реакцияның энергетикалық диаграммасын қарастырайық.

а)

ә)

Сурет 6.4 А -- В, (а) С-- Д (ә) реакцияларына катализатор әсері
а) оң катализ; ә) теріс катализ.

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 ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.