Реакция жылдамдығы

Реакция жылдамдығы — гомогенді жүйелер үшін реакция жылдамдығы деп уақыт бірлігінде реагенттер мен өнімдер концентрациясының өзгеруін айтады. Формуласы: Әр түрлі реакциялар әр түрлі жылдамдықпен жүреді. Кейбір реакциялар өте жай жүреді, ал басқа біреулері өте тез қопарылыс беріп жүреді. Бір реакцияның өзі жағдайларға байланысты әр түрлі жылдамдықпен жүреді. Мысалы, сутегі мен оттегінің қоспасы қалыпты температурада әрекеттеспей көп уақыт өзгеріссіз қала береді, ал енді осы қоспаны 630°С–ға дейін қыздырса немесе қыздырмай – ақ тиісті катализатор қолданса, реакция қопарылыс беріп, су түзіледі. Табиғаттың реакция жылдамдына әсері Мысал ретінде сілтілік және сілтілік-жер металдарының сумен әрекеттесу реакцияларының жылдамдықтарын қарастырайық: # Li2O + H2O = 2LiOH # CaO +H2O=Ca(OH)2 Бұл жерде реакция жылдамдығы (немесе белсенділігі) оны түзуші металдың химиялық белсенділіге тәуелді. Олай болса, бірінші реакция жылдамдығы екіншісінен артық болары сөзсіз. Катализатордың реакция жылдамдығына әсері Катализатор – реакцияның жылдамдығын өзгертіп, бірақ реакция нәтижесінде өздері химиялық өзгермей қалатын заттар. Әрбір реакцияның өзіне лайықты катализаторлары болады, ол катализатор басқа реакцияларға әсер етпеуі мүмкін. 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. Тағы қараңыз: Катализ. Реакция жылдамдығына температураның әсері Газдар арасындағы 10°С көтергенде реакция жылдамдығы екі-төрт есе өседі. Ерітіндіде жүретін реакциялар үшін температура көтерілгенде, жиірек газдар реакциясындағыдай жылдамдық та солай күшейеді. Температураны өсіргенде молекулалардың саны, яғни соқтығыстар кезінде энергиясы көп молекулалар саны артады және өнімдер тезірек түзіледі. Реакция жылдамдығына реагенттердің табиғатының әсері Мұнда басты рөлді қосылыстардағы химиялық байланыстардың түрлері, олардың молекулаларының құрылысы атқарады. Әрекеттесуші заттардың жанасу беткейі қаншалықты үлкен болса, реакция соншалықты тез жүреді. Қатты заттың бетін ұсақтау немесе еріту арқылы үлкейтуге болады. Ерітіндідегі реакциялар негізінен өте тез өтеді. Реакция жылдамдығына реагенттер концентрациясының әсері Химиялық реакцияларды тездету үшін, реакцияласушы заттардың молекулалары жиі түйісуі қажет екендігі анықталды. Түйісуді жиілендіру үшін алдымен реакцияласушы молекулалардың санын, демек, концентрациясын өсіру керек. *Мысалы: Н2 + І2 2HI реакциясын алсақ, реакцияның жылдамдығы минутына 0,001 моль болсын. Енді, реакцияласушы заттың бірінің айталық, йодтың концентрациясын 3 есе өсірдік; онда йод пен сутегі молекулаларының белгілі уақыт ішінде түйісу саны үш есе артады, демек, олардың арасындағы реакцияның жылдамдығы да үш есе артады; 2 есе өсірсек, онда реакцияның жылдамдығы алты есе артып, минутына 0,001 ∙ 3 ∙ 2 0,006 моль болады. Химиялық реакцияның жылдамдығына әрекеттесуші заттардың концентрациясының әсерін зерттеген, Норвегияның екі ғалымы Гульдберг пен Вааге 1867 жылы мынандай қорытындыға келеді: *Химиялық реакцияның жылдамдығы реакцияласушы заттар концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал. Мұны әрекеттесуші массалар заңы деп атайды. Енді сол заңды математика тіліне аударып, реакцияны жалпы теңдігі :А + В С А және В затының концентрацияларын [A] және [B] деп, реакцияның жылдамдығын υ арқылы белгілесек, онда, υ k ∙ [A] ∙ [B] болады; бұл арадағы k – пропорционалдық коэфициенті деп аталады. Егер алынған теңдікте [A] 1 және [B] 1 болса, онда, υ = k болады, демек, k – реакцияласушы заттардың концентрациялары бірге тең (1 моль/л) болған жағдайдағы реакция жылдамдығы, k - әрбір реакцияның өзіне лайықты тұрақты шама, ол тек қана реакцияласушы заттардың жаратылыстық қасиетіне қарай және температураға тәуелді өзгереді, сондықтан оны реакцияның жылдамдық константасы деп атайды. Реакцияласу үшін заттың біреуінен теңдік бойынша бір емес бірнеше молекула керек болса, онда, реакция жылдамдығының теңдігі басқа түрде болады, мысалы: *2А + В D не A + A + B D Осы реакция жүру үшін А затының екі молекуласы мен В затының бір молекуласы бір мерзім ішінде түйісу керек. Мұндай жағдайда математикалық анализге сәйкес реакция жылдамдығының теңдігінде А заты концентрациясының мәнін екі рет алу қажет: υ k ∙ [A] ∙ [A] ∙ [B] k ∙ [A]2 ∙ [B] жалпы алғанда А затының m молекуласымен В затының п молекуласы реакцияласса: тА + пВ = Г реакцияның жылдамдығының теңдігі мынадай түрге ауады: *υ = k ∙ [A]т ∙ [B]п Реакция жылдамдығына жанасу бетінінің ауданының әсері Химиялық реакция жылдамдығы әрекеттесуші заттардың бөлшектерінің соқтығысуыларының жиіленуінің әсерінен артады. Реакция жүру механизмін және реакция жылдамдығына белгілі бір факторлардың әсерін химиялық кинетика ғылымы анықтайды. Осындай бір реакция жылдамдығына әсер ететің факторлардың бірі жанасу бетінің ауданы болып табылады *Гетерогенді реакция жылдамдығы затты ұсақтау дәрежесі көбейген сайын арта түседі. Бөлшектердің ұнтақталу дәрежесі неғұрлым жоғары болса, олардың жанасу ауданы соғұрлым үлкен болады. *Реагент бөлшектері өлшемінің азаю кезінде соқтығусылар саны көбейеді, демек, реакция жылдамдығы да артады. Дереккөздер