|
§ 36. ТЕМПЕРАТУРАНЫҢ РЕАКЦИЯ
ЖЫЛДАМДЫҒЫНА ӘСЕРІ
Көптеген реакциялар жылдамдығы темпе
|
|
Бүгінгі сабақта:
|
|
ратура көтерілгенде өседі. Реакция жылдам
|
|
• химиялық реакция жыл
|
дығының температураға тәуелділігі Вант-Гофф
|
|
|
дамдығына
|
темпера
|
ережесімен анықталады. Ережеге сәйкес тем-
|
|
тураның әсерін қарас
|
ператураны әр 10°С-қа көтергенде реакция
|
|
тырамыз. “Белсендіру
|
жылдамдығы 2—4 есе өседі. Бұл тәуелділік
|
|
энергиясы” ұғымының
|
математикалық тұрғыда былай өрнектеледі:
|
|
физикалық мәнін
|
|
түсінетін боламыз.
|
v
|
= v
|
· γ (T2 – T1)/10
|
|
|
|
|
|
T2
|
T1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тірек ұғымдар
|
мұндағы vT1 — және vT2 — сәйкесінше Т1
|
|
|
және Т2 температураларындағы жылдамдық,
|
|
|
|
|
|
|
• температураның әсері
|
γ — химиялық реакция жылдамдығының
|
|
температуралық коэффициенті, ол әрекеттесуші
|
|
• Вант-Гофф ережесі
|
заттар температурасын 10°С-қа көтергенде
|
|
• Белсендіру энергиясы
|
жылдамдықтың неше есе өсетінін көрсетеді.
Әр нақты реакция үшін температуралық коэффициент тәжірибе арқылы анықталады. Кейінгі зерттеулер Вант-Гофф ережесінің температуралардың шағын аралығында орындалатынын көрсетті. Едәуір жоғары температура аймағында реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі бұл ережеге бағынбайды. Жылдамдық константасының температураға тәуелділігіне түсініктемені алғаш рет швед ғалымы Сванте Аррениус өзінің белсенді соқтығысулар теори-ясында берді. Ғалымның көзқарасы бойынша химиялық реакцияға әрекеттесетін заттардың жеткілікті энергиясы бар белсенді молекула-лары ғана қатысады. Бөлшектердің тиімді соқтығысуы нәтижесінде атомдардың аралық тобы — белсенді кешен түзіледі (55-сурет).
Бұл топ өте белсенді, өте қысқа уақыт өмір сүреді (10–13 с), оны жеке бөліп алу мүмкін емес. Йодсутек синтезін мысал ретінде қарастырайық:
Н2+І2=2НІ
E
Энергия
H2–I2 (белсенді кешен)
Ea-белсендіру энергиясы
H2–I2
DH 2HI – реакция
өнімі
Реакция барысы
55-сурет. Сутек пен йодтың әрекеттесуі барысында жүйе энергиясының өзгеруі
Егер сутек пен йод молекулаларының энергиялары жеткілікті бол-са, белсенді кешен Н2 — І2 түзіледі. Әрі қарай бұл бөлшек бастапқы қалпына келуі немесе йодсутектің екі молекуласына айналуы мүмкін. Жаңа молекуланың түзілуі энергия (∆Н) бөлінуімен қатар жүретіні 55-суреттен көрініп тұр. Нәтижесінде экзотермиялық реакция жүзеге асты. Олай болса, белсендіру энергиясы — белсенді кешеннің орташа энергиясы мен бастапқы молекулалардың орташа энергияларының
айырмасына тең. Белсенді емес молекулаларды қосымша энергия жұмсау арқылы белсендіруге болады. Реакцияның жүруіне қажетті бастапқы заттардың бөлшектерін белсендіру үшін жұмсалатын ең аз мөлшердегі энергия белсендіру энергиясы Еб (кДж/моль) деп аталады. Белсендіру энергиясының шамасы әрекеттесуші заттардың табиғатына тәуелді, ол реакцияның жылдамдығын анықтайтын негізгі факторлардың бірі болып табылады. Белсендіру энергиясы бастапқы заттардағы химиялық байланысты әлсіретуге немесе үзуге жұмсалады. Өйткені әртүрлі заттардағы химиялық байланыстың беріктігі әртүрлі. Белсендіру энергиясы қаншалықты көп болса, реакция соншалықты баяу жүреді және керісінше, белсендіру энергиясы неғұрлым төмен бол-са, берілген температурада процесс соғұрлым жылдам жүреді. Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігін зерттей отырып, белсендіру энергиясын тәжірибе жүзінде анықтайды. Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігін анықтайтын Аррениус теңдеуі:
k = Ae–Eб/RT.
Мұндағы k — реакцияның жылдамдық константасы; А— әрекет тесетін заттардың табиғатына тәуелді пропорционалдық коэффи-циент (белсенді бөлшектердің соқтығысу саны); e — натуралдық логарифмдердің негізі; R — әмбебап газ тұрақтысы; T — абсолюттік температура. Белсенді молекулалар саны Максвелл-Больцманның та-ралу заңы негізінде былай анықталады:
NE = N0 · ехр[– E/( RT)].
Мұндағы NE — энергиясы Е болатын молекула саны; N0 — зерттеліп отырған жүйедегі барлық молекула саны; T — температура;
R — әмбебап газ тұрақтысы. Сонымен жылдамдықтың температураға тәжірибе түрінде анықталған тәуелділігі молекулалардың энергиясы бойынша бөліну заңымен дәлелденді. Жоғарыда айтылғандарды қорыта келе химиялық реакция жүруі үшін: 1) әрекеттесуші зат молекулалары соқтығысуы; 2) молекулалардың жеткілікті белсендіру энергиясының болуы; 3) молекулалар бір-бірімен жылдам әрекеттесуі үшін олар тиімді бағытталған болуы керек.
Сен білесің бе?
Көптеген реакциялар іс жүзінде жүрмейді, олар жоғары белсендіру энергиясын талап етеді. Егер барлық реакциялар энергетикалық кедергісіз жүретін болса, онда ауадағы оттек жануға немесе тотығуға бейім барлық заттармен әрекеттесер еді. Осының салдарынан барлық органикалық заттар СО2 және Н2О соңғы өнімдеріне дейін тотығар еді. Сондықтан біз реакциялардың жоғары жылдамдықпен жүруіне кедергі болатын белсендіру энергиясының арқасында өмір сүрудеміз.
Химиялық реакцияның жылдамдығының темпе ратураға тәуелділігі Вант-Гофф ережесімен анықталады. Ережеге сәйкес температураны әр 10°С-қа көтергенде реакция жылдамдығы 2—4 есе өседі. Химиялық реакцияға әрекеттесетін заттардың жеткілікті энерги-ясы бар белсенді молекулалары ғана қатысады.
Белсенді емес молекулаларды қосымша энергия жұмсау арқылы белсендіруге болады. Реакцияның жүруіне қажетті бастапқы заттардың молекулаларын белсендіру үшін жұмсалатын ең аз мөлшердегі энергия белсендіру энергиясы Еб (кДж/моль) деп аталады. Ол реакцияның жылдамдығын анықтайтын негізгі фактор болып табылады: белсендіру энергиясы жоғары болса, реакция баяу жүреді, ал белсендіру энерги-ясы төмен болса, берілген температурада процесс жылдам жүреді.
Температураның өсуі реакция жылдамдығына қалай әсер етеді? Түсіндіріңдер.
Вант-Гофф ережесін тұжырымдаңдар.
Белсендіру энергиясы деген не және ол химиялық реакцияның жылдамдығына қалай әсер етеді?
Экзотермиялық реакция мен эндотермиялық реакцияның қайсысының белсендіру энергиясы жоғары?
Сутек пероксидін қайда сақтаған дұрыс:
a) 25°C бөлмеде немесе тоңазытқышта (5°C); ә) жарық немесе қараңғы жерде? Өз пікірлеріңді тиісті реакцияның жылдамдығымен байланыстырыңдар.
Тағам өнімдері мен дәрілерді сақтауда тоңазытқыштардың қолданылуын химиялық тұрғыдан түсіндіріңдер.
Оқушы темір түйіршіктері мен күкірт қышқылы арасындағы реакцияны берілген құрылғыда зерттеді.
су
Күкірт
қышқылы Темір
түйірлері
Реакция жылдамдығын зерттеуге арналған бұл құрылғы қалай жұмыс істейтінін түсіндіріңдер:
1) егер темірдің ұнтағы пайдаланылса, реакция жылдамдығы қалай өзгеретінін түсіндіріңдер;
2) реакция жылдамдығына температура қалай әсер етеді. Әр тәжірибеде оқушы сақтауға тиісті үш ережені атаңдар.
-
•1.
|
Реакцияның температурасын 30°С-қа көтергенде оның жылдамдығы 64 есе өсті.
|
•2.
|
Реакцияның температуралық коэффициентін есептеңдер.
|
Жауабы: γ = 4.
|
Реакцияның температурасын 50°С-қа көтергенде оның жылдамдығы 1024 есе
|
•3.
|
өсті. Реакцияның температуралық коэффициентін есептеңдер.
|
Жауабы: γ = 4.
|
Реакция 80°С температурада 18 минутта аяқталды. Осы реакцияны а) 110°С;
|
|
ә) 60°С температурада жүргізсе, ол қанша уақытта аяқталады? Реакцияның
|
|
температуралық коэффициенті γ =3.
|
Жауабы: а) 40 с; ә) 162 мин.
|
Do'stlaringiz bilan baham: | 
