Analitik kimyoda ishlatiladigan reaksiyalar va jarayonlar Qaytar va qaytmas reaksiyalar. Kimyoviy reaksiyalarning tezligi

Reaksiyaning muvozanat konstantasi. To‘g‘ri va teskari reaksiyalar tezliklarining o‘zaro tenglashgan holatida kimyoviy muvozanat yuzaga kelgan bo‘ladi. , ya’ni:
ν₁ = ν₂ (9)
holat yuzaga keladi.Bunday kimyoviy muvozanat dinamik (harakatchan) muvozanat bo‘lib, u doimo o‘ngdan chapga va chapdan o‘ngga siljib turgan reaksiyalarni aks ettiradi. ν₁ = ν₂ o‘rniga (7) va (8) tenglamalarda keltirilgan tegishli qiymatlar qo‘yilsa:
k₁[A]^m·[B]ⁿ = k₂[D]^p·[E]^q (10)
tenglama hosil bo‘ladi. Tenglamadagi o‘xshash hadlar tegishli tomonlarga o‘tkazilsa:
(11)
tenglama hosil bo‘ladi. Bu tenglamadagi
(12)
muvozanat konstantasining ifodasidir. Muvozanat konstantasining qiymati quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi.:
(13)
Ushbu konstantaning qiymati temperatura, bosimga va eritmalarda boradigan reaksiyalar uchun erituvchi tabiatiga bog‘liq bo‘ladi.
Kimyoviy muvozanatning konstantasi asosida reaksiyalarning yo‘nalishi to‘g‘risida xulosalar qilinadi. Agar K>1, to‘g‘ri reaksiyaning borish ehtimoliyati yuqori bo‘lgan holatda kuzatiladi, 1Massalar ta’siri qonuni. Muvozanat konstantasining tenglamasi (13) kimyoning fundamental qonunlaridan biri bo‘lgan massalar ta’siri qonunining matematik ifodasidir. Bu qonunga ko‘ra muvozanat holatidagi sistemada reaksiya mahsulotlari konsentratsiyalari ko‘paytmasini reaksiya uchun olingan boshlang‘ich mahsulotlar konsentratsiyalari ko‘paytmasiga nisbati o‘zgarmas temperatura, o‘zgarmas bosim va berilgan erituvchi muhiti uchun o‘zgarmas qiymatga ega.
Shunday qilib, muvozanat vujudga kelganda reaksiya natijasida hosil bo‘lgan moddalar konsentratsiyalari ko‘paytmasining reaksiya uchun olingan moddalar konsentratsiyalari ko‘paytmasiga bo‘lgan nisbati ayni temperaturada shu reaksiya uchun doimiy son bo‘lib, muvozanat konstantasi deyiladi. K- konsentratsion konstanta hisoblanadi.
Reaksiya davomida biror moddaning konsentratsiyasi o‘zgarsa, muvozanat holati ham o‘zgaradi va yangi muvozanat o‘rnatiladi. Reaksiyaning muvozanat konstantasi K ning qiymati harorat va bosimga bog‘liq holda o‘zgarishi mumkin. Qarama–qarshiliklar birligi va kurashi dialektika qonunini tasdiqlovchi kimyo fanining asosiy qonunlaridan biri – massalar ta’siri qonuni, reaksiya muvozanat holatini moddalar konsentratsiyalariga bog‘liqligini ifodalaydi
Muvozanat konstantasi qiymati qancha katta bo‘lsa, reaksiya shuncha o‘ngga yo‘nalgan bo‘ladi va aksincha. Reaksiyaning muvozanat konstantasidan foydalanib uning yo‘nalishini nazariy asoslash va matematik hisoblab berish mumkin. Yuqorida takidlaganimizdek K>1, to‘g‘ri reaksiyani borish ixtimoliyati yuqori bo‘lgan holatda kuzatiladi, 1-6 bo‘lsa massalar ta’siriga muvofiq:
(14)
Bu tenglamadan reaksiya muhitida reaksiya mahsulotilari konsentratsiyalari ko‘paytmasi [D][E] boshlang‘ich mahsulotlar konsentratsiyalari ko‘paytmasi [A][B]dan 1 000 000 (mln) marta kichikligini ko‘rsatadi. Demak, reaksiyaning muvozanati chapga (reaksiya mahsulotlari hosil bo‘lgan tomonga) siljigan bo‘ladi. K=10⁶ bo‘lgan holatda mahsulotlar konsentratsiyasi ko‘paytmasi [D][E] boshlang‘ich moddalar konsentratsiyalari ko‘paytmasidan 1 000 000 marta ko‘p bo‘ladi. Bunda reaksiya muvozanati o‘ngga siljigan bo‘ladi. Muvozanatning siljishini Fe³⁺ kationining NH₄SCN reagenti yordamida aniqlash reaksiyasi misolida ko‘rsak:
FeCl₃ + 3NH₄SCN↔ Fe(SCN)₃ + 3NH₄Cl
Ushbu qaytar reaksiyaning muvozanat konstantasi quyidagicha ifodalanadi:
(15)
Le-Shatele prinsipiga muvofiq FeCl₃ yoki NH₄SCN dan birining miqdori ortiqcha bo‘lsa muvozanat o‘ng tomonga siljiydi, aksincha, aralashmaga NH₄Cl tuzining qo‘shilishi muvozanatni teskari tomonga siljitadi. Demak, ushbu reaksiyada Fe³⁺ kationini batamom Fe(SCN)₃ birikmasi holatiga o‘tkazish uchun foydalaniladigan reaktivlardan (NH₄SCN) mo‘l miqdorda qo‘shish maqsadga muvofiqdir.
Massalar ta’siri qonuni o‘zining klassik ko‘rinishida faqat noelektrolitlar va kuchsiz elektrolitlarning suyultirilgan eritmalariga tatbiq etilishi mumkin, chunki barcha kuchli elektrolitlar bunga bo‘ysunmaydi. Bu qonunni kuchli elektrolitlarga tatbiq etish uchun uni termodinamik ko‘rinishda tasvirlash va buning uchun aktivlikni kiritish kerak bo‘ladi.
Аktivlik bu eritmаning idеаl eritmа emаsligi o‘lchоvidir. Аktivlik bu hisоblаnmаgаn yordаmchi tеrmоdinаmik funksiyadir, bu kаttаlikni tеrmоdinаmik tеnglаmаlаrdаgi konsentrаtsiya o‘rnigа qo‘yilsа idеаl sistеmаlаr uchun bo‘lgаn tеnglаmаlаrni ko‘rilаyotgаn rеаl eritmаlаr uchun qo‘llаsh imkоnini bеrаdi. Bungа аsоsiy sаbаb elеktrоstаtik kuchlаrdir, lеkin bоshqа effеktlаrning оz bo‘lsаdа tа’siri bo‘lаdi. Elеktrоstаtik kuchlаr-bu zаryadlаngаn zаrrаchаlаr, ya’ni iоnlаrdir.
Ionlarning aktivligi deganda (a), uning shunday samarador, tajribada aniqlanadigan konsentratsyasini tushunmoq kerakki, u kimyoviy reaksiyalarda ana shu konsentratsyasiga muvofiq ta’sir ko‘rsatadi.
Masalan: 0,l n HCl efitmasidagi H⁺ va Cl^- ionlarining aktivligi 0,0814ga teng bo‘lsa, bu ionlar kimyoviy reaksiyalarda konsentratsyalari 0,lg-ion/l emas, balki 0,0814g-ion/l ionlarning bo‘lgandagi kabi ta’sir ko‘rsatadi.
Aktivlikni ionning haqiqiy konsentratsyasiga nisbati aktivlik-koeffisienti deyiladi:

Аktivlik muvоzаnаt konsentrаtsiyasi bilаn quyidаgi tеnglаmа оrqаli bоg‘lаngаn:
а=f [C]
f—аktivlik kоeffitsiyеnti, o‘lchоvsiz kаttаlikdir.
Moddalarning aktivligi ularning aktivlik koeffitsiyentlari va muvozanatdagi konsentratsiyalariga bog‘liq:
a=f[A] (16)
Yuqoridagi muvozanat konstantasi formulasiga moddalarning aktivliklari qo‘yilsa, tenglama quyidagicha bo‘ladi:
mA + nB ↔pC + qD (17)
Bu tenglamadagi to‘g‘ri va teskari reaksiyalarning tezligi quyidagicha ifodalanadi
ν_AB = k₁∙a^m_A ∙ aⁿ_{B (6)} ν_CD = k₂∙a^p_C ∙ a^q_D
Muvozanat qaror topgach to‘g‘ri va teskari reaksiyalar tezligi bir-biriga teng bo‘ladi, ya’ni: ν_ABν_CD
Bu tenglikning qiymatlari o‘rniga qo‘yilsa:
k₁∙a^m_A ∙ aⁿ_B = k₂∙a^p_C ∙ a^q_D (18)
bo‘ladi.
Bundan :
(19)
Ushbu (9) tenglamadagi K_t- termodinamik muvozanat konstantasideyiladi.

• 
  (20)
  

K_t moddalar tabiati va temperaturaga bog‘liq bo‘ladi. Agar (20) tenglamadagi hamma moddalar aktivliklarini (16) tenglamadagi [f] bilan almashtirilsa, u holda
bunda (21)
(22).
Ushbu (22) tenglamadagi K_C-konsentratsion muvozanat konstantasi deyiladi. Eritmaning ion kuchi 0 va aktivlik koeffitsiyentlari f1 bo‘lgan holatida K_CK_T bo‘ladi. Ayrim hollarda K_T ni tajriba yo‘li bilan, ya’ni eritma ion kuchining nolga teng bo‘lgan qiymati bilan K_C ni ekstrapolyatsiya qilib topish mumkin.
Cheksiz suyultirilgan eritmalarda aktivlik koeffitsiyenti birga teng bo‘lib, aktivlik konsentratsiyaga tenglashadi. Debay-Xyukkelning kuchli elektrolitlar nazariyasi asosida o‘rtacha aktivlik koeffitsiyenti topilishi mumkin. O‘rtacha aktivlik koeffitsiyenti eritmaning ion kuchi bilan bog‘liq. Eritmaning ion kuchi
=(1/2)[C₁Z₁²+C₂Z₂²+...+C_nZ_n²] (23)
formula bilan topiladi. Eritmaning ion kuchi aktivlik koeffitsiyentiga teskari proporsional bo‘lganligi uchun ion kuchining ortishi ion aktivligining kamayishiga olib keladi. Eritmaning ion kuchi ()- bilan aktivlik koeffitsiyenti o‘rtasidagi matematik bog‘lanishni 1923 yilda P.Debay va Ye.Gyukkel topgan. Aktivlik haqidagi ta’limotga asosan, massalar ta’siri qonuni tenglamasiga ionlarning konsentratsiyasi emas, balki ularning aktivligi kirishi kerak.
Aktivlik koeffitsiyenti va eritmaning ion kuchi orasidagi bog‘lanish quyidagi formula bilan ifodalanadi:
Suyultirilgan eritma (0,01 – 0,05 n) uchun Debay-Gyukkel formulasini
– ;
Konsentrlangan eritma (0,1 – 0,5 n) uchun Debay-Gyukel formulasini

Massalar ta’siri qonunining analitik kimyoda ahamiyati juda katta bo‘lib, undan kuchsiz elektrolitlarning dissotsilanish konstantasini, kompleks birikmalarning barqarorligini, gidroliz konstantasini, yomon eriydigan cho‘kmalarning hosil bo‘lishini va ularning erishini hisoblashda, oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining yo‘nalishini aniqlashda va boshqa sohalarda foydalaniladi.