Fanning maqsad va vazifalari Kimyo fanining paydo bo'lish tarixi. Modda va materiya tushinchalari

Zanjir reaksiyalar

Ma'lumki Plankning kvantlar nazariyasiga asosan Nur energiyasini molekulalar muayyan kichik porsiyalar bilan yutadi va chiqaradi. Nurning bu eng kichik porsiyasi kvantlar deb ataladi.

Bir kvant hv ga teng : E= h .

(h = 6,6240^-27 erg/sek)

tajribalar shuni ko‘rsatadiki, oddiy jarayonda xlor va vodorod molekulalari o‘zaro reaksiyaga kirisha oladi, lekin nur ta'sirida bu reaksiya juda intensiv ravishda davom etadi. Bunga sabab nur energiyasi hv xlor molekulasiga yutiladi. Buning natijasida xlor molekulasi atomlar xlorga dissotsiatsiyalanadi.

CI2 ;—► 2 ci-

Bu reaksiya natijasida hosil bo’lgan atomlar xlor vodorod molekulalariga ta'sir etib, 1 mol HCl hosil qiladi va yana biriga atomlar vodorod hosil bo‘ladi.

Cl^. + H2 + HCl + H^.

Bunda hosil bo’lgan atomlar vodorod xlorini boshqa molekulasiga ta'sir etadi va xlor atomini biriktirib oladi. Bu reakysiya N.N.Semyonovning zanjir reaksiyasi deyiladi.

H^. + Cl₂ = H Cl + Cl^. va hokazo.

Shunday qilib, reaksiya xuddi zanjir kabi ketma-ket ulanib ketadi. Shuning uchun bu reaksiyalar zanjir reaksiyalar deyiladi. Buni birinchi marta akademik N.N.Semyoov kashf etdi va Nobel mukofotini oldi. Tajribalar shuni kursatdiki, dastlab bir Cl2ning aktivlanish jarayoni tufayli o’rtacha olgan 100000 molekula HCl hosil bo’ladi.

Aktiv zarrachalar biri bilan biri uringanda yoki idish devoriga uringanda zanjir uziladi.

Cl^. + Cl^. = Cl2 ; H. + H^. = H2; Cl^. + H2 =H^. +HCl.

Katalizatorlar ta'siri (kataliz)

Katalizatorlar ta'sirini o’rganishdan avval sistemalar haqida qisqacha to’xtalib o’tamiz. Moddalar aralashmasi yoki bir moddaning ikki yoki undan ortiq agregat holati aralashmasi sistema deb ataladi. Sistemalar ikki xil bo’ladi.

Gomogen sistemalar. Bularga gazlar aralashmasi, suyuqliklar aralashmasi yoki eritmalar kiradi.

Geterogen sistemalar. Kimyoviy tarkibi yoki fizik xossalari bilan bir-biridan farq qiluvchi va sirtlari bilan ajralib turgan yoki bir necha sohalari bo‘lgan sistema geterogen sistema deyiladi.

Gomogen sistemalar bir fazali bo‘ladi, geterogen sistemalar ko‘p fazali bo‘ladi.

Sistemani hosil qilgan moddalar komponentlar deb ataladi. Masalan: muz, suv, gaz bir komponent uch fazali sistema deyiladi. «Katalizatorlar reaksiya tezligini o‘zgartiruvchi, ammo o‘zi kimyoviy va miqdoriy jihatdan o‘zgarmaydigan moddalardir».

«Reaksiya tezligining katalizator ta'sirida o’zgarishi «kataliz» deb ataladi». Manfiy va musbat katalizatorlar mavjud.

Ko‘p katalitik reaksiyalarda katalizatorlar oraliq mahsulot sifatida ishtirok etadi. Masalan: NH₃ bilan HCl o’zaro ta'sir etib, ammoniy xlorid hosil qiladi. Bu reaksiyada suv bug‘i yaxshi katalizator vazifasini o‘taydi. Bunda suv oraliq modda tarkibiga kiradi, so‘ngra ajralib chiqadi.

NH3+H2O=NH4OH ; NH4OH+HCl=NH4Cl+H2O. Bunday tipdagi reaksiyalarni umumiy holda quyidagicha ko’rsatish mumkin. A+V=AV ; K- katalizator

А+ K = AK ; AK + V = AV + K ; ya'ni А+ V = AV.

Barcha katalitik jarayonlar gomogen va geterogen katalizga bo‘linadi.

1. 
   Gomogen katalizda reaksiyaga kirishayotgan moddalar ham, katalizator ham bir xil fazada bo‘ladi.
   

Geterogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalar va katalizator boshqa fazada bo‘ladi.

Azot va vodoroddan ammiak sintez qilishda temir katalizator vazifasini o‘taydi. Sulfid angidrid R katalizatori ishtirokida sulfat angidridga aylanadi. Bular geterogen katalizga kiradi. Katalizatorning reaksiyalarni tezlatishiga sabab asosan quyidagilardir. Reaksiyaga kiruvchi gaz yoki moddalar qattiq katalizator yuzasiga adsorbillanadi. Buning natijasida ular orasidagi bog‘ zaiflashadi, defortatsiyaga uchraydi. (hatto butunlay uziladi). Har qanday kimyoviy reaksiyaga kirishuvchi moddalardagi boglar uzilib, yangi bog'lar hosil bo’lganligidan bu jarayonda ma’lum energiya sarf bo‘ladi. (Molekulalarni energiyasi qisman uzishga sarf qiladi).

Katalizator ta' sirida ichki boglar zaiflashuvi sababli aktivlanish energiyasi kamayadi va natijada reaksiya tezlanadi.

Katalizatorlar kimyo sanoatida g‘oyat katta ahamiyatga ega. Nihoyatda sekin boradigan va foydalanish aslo mumkin bo‘lmagan reaksiyalar katalitik usullar bilan olib boriladi. Sulfat kislota, ammiak, spirt, kauchuk kabi muhim mahsulotlar sanoatda katalitik usullar bilan ishlab chiqariladi.

O‘simlik va hayvon organizmlarida, jumladan inson organizmlarida boradigan barcha fiziologik jarayonlarning hammasi katalizatorlar yordami bilan boradi.

Organizmdagi katalizatorlar fermentlar yoki ekzimlar deb ataladi.

Ikki qarama-qarshi yo‘nalishda boradigan protsesslar qaytar jarayonlardir. Qaytar jarayonlar ikki qarama-qarshi strelkalar bilan ko‘rsatiladi.

(1) mA + nB pC + qD yoki CO₂ + H₂^ CO + H₂O

Birinchi tenglamadan to’g’ri va teskari reaksiyalar tezliklari massalari ta'siri qonuniga asosan quyidagicha bo’ladi.

Vi = Ki [A]^m • [B]ⁿ V2= K2 [C]^p- [D]^q

Qaysi to’g’ri reaksiyaning tezligi bilan teskari reaksiyaning tezligi o’zaro teng bo’lgandagina kimyoviy muvozanat qaror topadi, ya'ni V₁ =V₂ : o’rniga qo’ysak. K₁[A]^m • [B]ⁿ = K₁[C]^p [D]^q ana shu holat kimyoviy muvozanat deyiladi. Bunday

[C]^p • [D]^q ikki konstanta qiymati ham konstanta

Ki =

K₂ [A]^m • [B]ⁿ bo’lganligidan uni K bilan almashtiramiz.

[C]^p • [D]^q

K = (2) kelib chiqadi. K - ayni reaksiya uchun

[A]^m • [B]ⁿ

kimyoviy muvozanat konstantasi deb ataladi va bu matematik ifoda quyidagicha ta'riflanadi. —Kimyoviy muvozanat vaqtida reaksiyada hosil bo’lgan moddalar konsentratsiyalari ko’paytmasining dastlabki moddalar (reaksiyaga olingan moddalar) konsentratsiyalar ko’paytmasiga nisbati o’zgarmas haroratda o’zgarmas kattalikdir”.

K ning qiymati reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga va haroratiga bog’liq, lekin aralashmadagi moddalarning konsentratsiyasiga, bosimga, begona qo’shimchalar ishtirok etish etmasligiga bog’liq emas. Katalizator faqat muvozanat holatining qaror topishing tezlatishi mumkin lekin reaksiyaning unumini oshira olmaydi.

Kimyoviy muvozanat kostantasini konkret misol ustida ko’rib chiqaylik.

Vodorod va yoddan vodorod yodid hosil bo’lish reaksiyasi H₂ + J₂ 2HJ bilan

ifodalanadi.

Ki [H2] [J2]

To’g’ri reaksiyaning tezligi teskari Vi

V2 = K2 [HJ]²

Vaqt o’tishi bilan V₁ kamayib, V₂ oshib boradi va ma'lum vaqtdan keyin to’g’ri va teskari reaksiyalar tezligini tenglashgandan keyin (Vi=V2) kimyoviy muvozanat qaror topadi.

K1 -[H₂][J₂]=K₂-[HJ]² Ki = [HJ]²/ K₂ [H₂][J₂] ; K = Ki/ K₂ ; K= [HJ]²/[H₂][J₂] Kimyoviy muvozanatda harakat to’xtamaydi, chunki bu holatda vaqt birligi ichida to’g’ri reaksiyada necha molekula HJ hosil bo’lsa, teskari reaksiyada shuncha molekula HJ elementar H2 va J2 ga parchalanadi.

Agar reaksiyaga kirishuvchi moddalarning bir yoki hammasi gaz holatida bo’lsa, muvozanat kostantasi parsil bosimlar bilan ifodalanadi.

= p r •p 2 / p m •p n

Shuni qayd qilish kerakki massalar ta'siri qonuni faqat eritmadagi va gaz xolidagi moddalar uchun taqluqlidir. Agar shu moddalar bilan birgalikda qattiq holdagi moddalar uchrasa u holda reaksiya tezligi faqatgina gaz holida erigan moddaning konsentrasiyasigagina bog’liq bo’ladi, qattiq moddaning konsentratsiyasiga bog’liq emas.

Masalan:

1. 
   Oltingugurtning yopiq kimyo reaksiyasini olsak
   

S + O.^ SO2 K= [SO2] [O2]

2.Ohaktoshning parchalanish reaksiyasi

СаСОз^ CaO + CO2 K = [CO2]

[CO]²

3. CO2 + C 2CO K=

[CO2]

Kimyoviy muvozanatning siljishi

Qaytar reaksiyalarda muvozanatda bo’lgan biror sistemalaming sharoiti o’zgarmasa, muvozanat uzok saqlanadi, lekin ishtirok etuvchi moddalardan birining konsentratsiyasi C haroratiga C bosim o’zgarsa, muvozanat darhol buziladi. Muvozanat buzilishi sababli to’g’ri reaksiyaning tezligi ortsa, muvozanat o’ngga siljigan bo’ladi, teskari reaksiyaning tezligi ortganda esa muvozanat chapga siljiydi. Sharoit o’zgarishi bilan muvozanatning qaysi tomonga siljishini Le-Shantele (1884y) prinsipini ko‘rsatib berdi.

«Muvozanatda bo’lgan sistemaning harorati, bosimi yoki konsentratsiyasi o’zgarsa, muvozanat K o’zgarishga qarshilik qilish tomonga siljiydi».

1. 
   Konsentratsiya o’zgarishining ta'siri. Dastlabki moddalardan ya'ni tenglamani chap tomonda turgan moddalardan birining konsentratsiyasi ortsa to’g’ri reaksiyaning tezligi oshadi vaaksincha tenglamaning o’ng tomonidagi birorta moddaning konsentratsiyasi oshirilsa, teskari reaksiyaning tezligi oshadi. Masalan: СО₂+ H₂ CO + H2O. Bu sistemaga qo’shimcha SO2 borilsa, muvozanat o’ng tomonga siljiydi.
   
2. 
   Haroratning ta'siri. Muvozanatdagi sistemaning harorati oshirilsa, muvozanat issiqlik yutiladigan tomongaaksincha sistemaning harorati pasaytirilsa, muvozanat issiqlik ajratadigan tomonga siljiydi.
   

Masalan: 2 SO₂ + O₂^2SO₃ - 225,4 kj.

Bu sistemaning harorati oshirilganda muvozanat chapga siljiydi, aksincha harorat pasaytirilganda, muvozanat o’ng tomonga siljiydi.

3. 
   Bosimning ta'siri. Gazsimon moddalar ishtirok qiladigan sistemalarda kimyoviy muvozanat bosim o’zgarishi bilan o’zgaradi. Le-Shatelye prinsipining asosan bosim ortishi muvozanatda turgan sistemaning bosimini pasaytiruvchi reaksiyalar tomonga siljiydi: aksincha bosim pasaytirilsa muvozanat bosimini oshiruvchi reaksiya tomonga siljiydi.
   

Masalan: 2NO + O₂^2NO₂

Tenglamadan ko’rinadiki, 3 mol gazdan 2 mol gaz hosil bo’ladi, buning natijasida bosim kamayadi.

Shuning uchun bu sistemaning bosimini kamaytirsak, muvozanat chap tomonga siljiydi.

«Bosim oshirilganda muvozanat gazning ham sondagi molekulalari vaaksincha, bosim pasaytirilganda ko’p sondagi molekulalari hosil bo’lishi tomonga siljiydi»

Kimyoviy muvozanat qonunlarini o’rganish qaytar reaksiyalar yoki umuman kimiyaviy reaksiyalarni boshqarishda va ulardan ko’proq mahsulot olishda kattaahamiyatga egadir.

Kasrli tartib reaksiya qonunida ko‘rinadi

Rate = fc[CHCl J(C1₂]^l2

Bundan ko‘rinadiki, tezlik l<’l -1 ning kvadrat ildiz konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘ladi. Masalan, l<’l -1 4 martta ortsa, tezlik 2 martta ortadi. Umumiy tartib esa 3/2 bo‘ladi.

Agar komponent konsentratsiyasi ortsa, tezlik kamaysa bu manfiy reaksiya tartibi ekanligidan dalolat beradi. Tezlik qonunida mahsulotlar ham bo‘lsa, asosan manfiy tartib paydo bo‘ladi. Masalan, atmosferik reaksiya uchun

Tezlik qonuni quyidagicha bo‘ladi

Agar [O₂] ikki martta ortsa, reaksiya yarim martta tezlashadi. Ushbu reaksiyada O₃ bo‘yicha ikkinchi tartib va O₂ bo‘yicha manfiy birinchi tartib bo‘ladi, demak umumiy tartib (2+(-1)=1) birinchi bo‘ladi.