Fanidan m a ‘ ruzalarmatn I

13. Kimyoviy muvozanat.

Умуман, барча химиявий реакцияларни икки турга: кайтар ва кайтмас реакцияларга бўлиш мумкин. Реакцияга киришувчи моддалар тўлиқ реакция махсулотларига айланадиган жараёнлар - кайтмас реакциялар дейилади. М:

C + O₂ CO₂; 2HCl + Zn ZnCl₂ + H₂; 2KClO₃ 2KCl + 3O₂
Кайтмас реакциялар факат бир йўналишда боради ва бўлар амалда тўлиқ, охиригача борадиган реакциялардир. Агар дастлабки моддалар стехиометрик нисбатда олинган бўлса, реакция махсулотлари дастлабки моддалар билан ифлосланмаган , яъни тоза моддалар ҳосил бўлади.
Аксарият химиявий жараёнлар кайтар реакциялардир. Реакцияга киришувчи моддаларнинг бир қисми реакция махсулотларига айланиб, айни вактда реакция махсулотлари кайтадан дастлабки моддаларга айланиб турадиган химиявий жараёнлар кайтар реакциялар дейилади. Масалан:
2SO₂ + O₂ 2SO₃
H₂ + J₂ 2HJ
3H₂ + N₂ 2NH₃
NH₃ + H₂O NH₄OH
HCl H⁺ + Cl^-
NH₄OH NH₄⁺ + OH^-
NH₄Cl + H₂O NH₄OH + HCl ва х.к.
Бу мисоллардан кўриниб турибдики кайтар реакциялар иккита ўзаро қарама-қарши борувчи реакциялардан иборат бўлиб, улар қаторига кўпчилик бирикиш, диссоцияланиш, гидролизланиш, комплекс ҳосил бўлиш реакцияларини киритиш мумкин.
Бу реакциялар давомида реакция борувчи система (автоклав, стакан, колба) да доимо дастлабки моддалар ҳам, реакция махсулотлари ҳам биргаликда учрайди. Шу сабабли аксарият технологик жараёнларда кайтар реакцияларнинг кечиши ишлаб чикаришни анча кийинлаштиради. Бу кийинчиликлар асосан, реакция тезлигини маълум вактдан сунг ўзгармай колишида, реакция махсулотларини ифлосланишида, ишлаб чикариш унумининг пасайишида намоён бўлади. Кайтар реакцияларнинг ўзига хос хусусияти уларда химиявий мувозанат ҳолатининг юзага келиб колишидир.
Юкорида келтирилган кайтар реакциялардан хохлаган бирортасини тахлил этсангиз, ҳар бирида қуйидаги ҳолатни кўриш мумкин: (аммиак ҳосил бўлиш жараёнини кўриб чикамиз).
1 моль N₂ гази билан 3 моль H₂ гази аралаштирилиб, тегишли шароит яратилса, бу моддалар ўзаро таъсирлашади:
N₂ + 3H₂ 2NH₃
Маълум вакт давомида реакция боради, бир оздан сунг гуё реакция тухтаб колгандек туюлади. Шу пайтда реакцион аралашмани анализ қилиб кўрилса, унда дастлабки моддалар N₂, H₂ ва махсулот NH₃ -аммиак моддаси борлигини кўриш мумкин. Агар шароит ўзгартирилса, моддаларнинг концентрациялари ҳам ўзгариши, лёкин уларнинг миқдорий нисбатлари ҳар бир ҳолатда деярли бир хил колиши аниқланган.
Бунинг сабабини қуйидагича изохланади: моддалар аралаштирилганда реакция бошланиб, аммиак ҳосил бўла бошлайди:
N₂ + 3H₂ 2NH₃ (I) реакция тезлиги
V_тўғри = K_тўғри [N₂]*[H₂]³;
вакт утиши билан ҳосил бўлган махсулот – NH₃ нинг бир қисми парчаланиб, кайтадан дастлабки моддани ҳосил қила бошлайди:
2NH₃ N₂ + 3H₂ (II) реакциянинг тезлиги
V_{тескари} = K_{тескари}*[NH₃]² бўлади.
Вакт утиши билан I реакция тезлиги камайиб боради. Чунки, массалар таъсири қонунига кўра N₂ ва H₂ концентрациялари камайиб бориши билан V_тўғри нинг қиймати камая бошлайди (12-расм а-чизик). II реакция тезлиги эса, аксинча орта бошлайди. Чунки, вакт утиши билан аммиакнинг концентрацияси ортиб боради ва V_{тескари} нинг қиймати ортишига олиб келади (б-чизик).
Системада шундай ҳолат юзага келадики, у пайтда I ва II реакцияларнинг тезликлари ўзаро тенг бўлиб колади:
V_тўғри = V_{тескари} (с-чизик). Бунда вакт бирлиги ичида азот ва водороддан канча аммиак ҳосил бўлса, шу вакт ичида ана шунча миқдордаги аммиак кайта парчаланиб азот ва водородни ҳосил қилади, яъни тўғри ва тескари реакцияларнинг тезликлари тенг бўлиб колади. Бунга системанинг химиявий мувозанат ҳолати дейилади. Химиявий мувозанат пайтида химиявий реакциялар тухтаб колмайди, реакция давом этаверади. Лёкин қарама - қарши реакцияларнинг тезликларигина тенг бўлиб тураверади. Шу сабабли буни динамик (ҳаракатчан) мувозанат дейилади.
Химиявий мувозанатнинг миқдорий ҳарактеристикаси сифатида мувозанат доимийси – K_мув. қабўл қилинган.
Мувозанат доимийси. Юкорида кўриб чиқилган реакциялар учун: тўғри реакция тезлиги V_тўғри = K[N₂]*[H₂]³ ; тескари реакция тезлиги: V_{тескари} = K[NHз]² бўлса, химиявий мувозанат шарти: V_тўғри = V_{тескари} га кўра: K[N₂]*[H₂]³ = K [NH₃]² бўлади. Бу тенгликдаги доимийларини бир томонга, моддалар концентрацияларини иккинчи томонга утказиб ёзсак:
К_мув. = K_тўғри/ K_{тескари} = [NH₃]² / [N₂]*[H₂]³
тенгламага келамиз. Агар доимийлар нисбати ҳам бир доимий ўзгармас сонга тенг бўлишини эътиборга олсак реакциялар тезлик доимийларининг нисбатлари K_тўғри / K_{тескари} = K_мув. эканлиги келиб чикади. Бунинг маъноси - химиявий мувозанатда турган системада реакцияда ҳосил бўлган моддалар концентрациялар кўпайтмасининг мувозанатда турган дастлабки моддалар концентрациялари кўпайтмасига нисбати айни температурада доимий сондир.
Газсимон моддалар иштирок этадиган системалар учун K_мув.- ифодаси концентрация урнида газсимон модданинг парциал босимлари езилади. Масалан умумий реакция: аА + bВ = сС + dD учун

Ҳар қандай реакция мувозанат доимийсининг қиймати реакцияда иштирок этувчи моддалар табиатига ва температурага боғлик бўлиб, моддаларнинг концентрациясига боғлик эмас.
Умуман, мувозанат доимийси ва реакциянинг асосий термодинамик ҳарактеристикалари ( G, H, S) уртасида ўзвий боғланиш мавжуд.
Маълумки G = RTlnK_мув. Агар G = H-T S эканлигини эсласак, у ҳолда H - T S = RTlnK_мув. келиб чикади. Тенгламани H ва T S га нисбатан ечиб K_мув. қийматини топсак:
келиб чикади. Бу формулада H, S ва T лар экспоненциалнинг даражасида турибди. Бундан кўринадики К_мув. нинг қиймати температура ўзгаришига жуда сезгир бўлиб, моддаларнинг табиати (энтальпия ва энтропия) га боғликдир. Бу хулосалар ҳар қандай кайтар реакция (бирикиш, парчаланиш, диссоцияланиш, чуманинг эриши, комплекс ҳосил бўлиши, гидролизланиш) учун уринлидир.