Mavzu: Kinetik tenglamalarga matematik tushunchalarni qo‘llanilishi reja

a) to‘g‘ri chiziqli bog‘lanish reaksiyaning mexanizmi reaksiya davomida o‘zgarmasligini ko‘rsatadi; b) kinetik egrining tashqariga bo‘rtganligi reaksiya jarayonida hosil bo‘layotgan asosiy yoki qo‘shimcha moddalar tomonidan reaksiyaning sekinlashtirilayotganini bildiradi; v) S-simon ko‘rinishdagi grafik gel effektining paydo bo‘lishi yoki radikal polimerlanishda ikkilamchi jarayonning ketishi bilan bog‘liq; g) kinetik egrilarning ichkariga bo‘rtganligi reaksiya muhitida reaksiyani sekinlashtiradigan oz miqdordagi begona moddalarning borligini yoki jarayon avtotezlashish bilan ketishini ko‘rsatadi.
Reaksiyalar boshlang‘ich moddalarning agregat holatiga qarab yoki ularning o‘zaro eruvchanligiga asosan gomogen va geterogen sistemalarda ketadiganlarga bo‘linadi. Kimyoviy kinetikaning yuqorida keltirilgan tushunchalari va nazariyalari gomogen sistemalarda ketadigan reaksiyalarga taalluqlidir. Ikkita faza chegarasida ketadigan turli-tuman kimyoviy va fizikaviy jarayonlar katta amaliy ahamiyatga ega. Rudalardan metallarning qaytarilishi, qattiq yoqilg‘ining yonishi, bug‘lanish va kondensatlanish, erish va kristallanish, adsorbilanish va absorbilanish, katalitik reaksiyalar, elektrod-elektrolit eritmasi chegarasidagi elektrokimyoviy reaksiyalar va boshqa, texnik nuqtai nazardan muhim, jarayonlar geterogen reaksiyalarga kiradi. Geterogen sistemalardagi reaksiyalarning kinetikasi qator o‘ziga xos xususiyatlarga ega. Reaksiya davomida yangi faza hosil bo‘lsa, geterofazaviy reaksiya degan tushuncha ham qo‘llaniladi.
Geterogen sistemalardagi jarayonlarning kinetikasi birinchi bor qattiq moddalarning suyuqliklarda erishini batafsil o‘rganish orqali tushuntirilgan va Nernst tomonidan geterogen jarayonlar kinetikasining diffuzion nazariyasi taklif qilingan. Geterogen jarayonlarning diffuzion mexanizmi haqidagi tasavvurlar faqat erish uchun emas, balki qator boshqa reaksiyalar uchun ham qo‘llanishi mumkin. Ammo barcha geterogen jarayonlarning tezligi diffuziya bilan belgilanadi, deb hisoblash noto‘g‘ri, chunki geterogen jarayonlar qator ketma-ket bosqichlardan iborat bo‘lib, ularning har biri limitlovchi bosqich bo‘lishi mumkin. Hozirgi tasavvurlarga ko‘ra, geterogen jarayonlar uch guruxga bo‘linadi: kinetik, diffuzion va oraliq sohalarda boruvchi reaksiyalar. Geterogen jarayon quyidagi asosiy bosqichlardan iborat bo‘ladi:
–reagentni eritmadan qattiq jism sirtiga yetkazish;
–qattiq jism sirtida kimyoviy reaksiyaning sodir bo‘lishi;
–reaksiya mahsulotlarini sirtdan eritma ichiga olib o‘tish.
Reaksiya tezligi boshlang‘ich moddalarning muhitga kirish tezligidan katta bo‘lsa, reaksiya diffuzion sohada borayotgan bo‘ladi. Bunday jarayonlarda fazalararo chegaraga moddaning yetkazib berilishi konveksiya va diffuziya hisobiga amalga oshadi. Muhitning to‘liq siljishi konveksiya deyiladi. Konveksiya eritmaning hajmi bo‘yicha turli zichlik bo‘lganligi tufayli paydo bo‘ladi. Eritmani aralashtirish yoki qattiq jismni aylantirib turish natijasida konveksiyani hosil qilish ham mumkin. Diffuziya esa, eritmaning hajmida konsentratsiyalar gradiyenti mavjudligi tufayli paydo bo‘ladi. Demak, ta’sirlashuvchi moddalarning fazalararo chegaraga transport qilinishi molekulyar yoki konvektiv diffuziya natijasida amalga oshiriladi. Bunday reaksiyalarga erish, metall oksidlarining gazlar bilan qaytarilish jarayonlari kiradi va bu hollarda tashqi diffuziya yoki tashqi massa tashish haqida fikr yuritiladi.
Geterogen reaksiyalarda ko‘pincha yuqori g‘ovaklik tufayli katta solishtirma sirtga ega bo‘lgan qattiq jismlar qatnashadilar. Bunday hollarda jarayonning kinetikasi ta’sirlashayotgan moddalarning qattiq jism kapillyarlarining ichiga kirish tezligi, ya’ni ichki diffuziya bilan belgilanadi. Ko‘pchilik geterogen reaksiyalarda xuddi shu ichki diffuziya limitlovchi bosqich bo‘ladi. Ichki diffuziya kuzatiladigan jarayonlarning tezligi Fikning ikkinchi qonuni asosida hisoblanadi. Birinchi va uchinchi bosqichlar umumiy qonuniyatlarga bo‘ysunadi.
Geterogen jarayonlarning eng sekin boruvchi (limitlovchi) bosqichi fazalararo chegaradagi kimyoviy reaksiyaning o‘zi ham bo‘lishi mumkin. Bu holda jarayon kinetik sohada boradi deyiladi. Reaksiya kinetik sohada ketganda boshlang‘ich moddalarning muhitga kirish tezligi reaksiya tezligidan ancha katta bo‘ladi. Bunda reaksiya tezligi gomofazaviy reaksiyalardagi kabi, asosan, boshlang‘ich moddalarning konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘ladi.
Diffuzion sohada faollanish energiyasi (7,5 kkal/mol dan oshmaydi) kinetik sohanikidan (10 kkal/mol dan kattaroq) ancha kichik bo‘ladi. Reaksion muhitni aralashtirish tezligi diffuzion sohadagi reaksiya tezligiga ta’sir qiladi, kinetik sohadagiga esa, ta’sir qilmaydi. Diffuzion sohadagi reaksiyaning tezligi boshlang‘ich moddalarning konsentratsiyasiga bog‘liq emas, ya’ni jarayon nolinchi tartibda boradi.
Reaksiya olib borish usuliga qarab, statsionar sharoitlarda boruvchi va oqimda boradigan reaksiyalarga ajratiladi. Statsionar sharoitlarda konsentratsiyalarning shunday gradiyentlari hosil qilinadiki, bunda reaksiyaning barcha ketma-ket boruvchi bosqichlarining tezliklari bir xil bo‘ladi.
Kimyoviy kinetika - kimyoviy reaksiyalaming tezligi haqidagi ta’limot bo‘lib, u kimyoviy reaksiyalar tezligining vaqt bo‘yicha o‘zgarishi qonuniyatlarini o'rganadi. Turli kimyoviy reaksiyalar har xil tezlikda boradi. Ba'zi reaksiyalar juda tez boradi. boshqalari shu darajada sekin boradiki, yuzaki qaraganda hatto reaksiya bormayotganga o‘xshaydi. Portlash bir onda sodir boiadigan reaksiyaga misoldir. Bunda sekundning ulushlari qgtdar vaqt ichida portlovchi qattiq modda gazsimon mahsulotlarga aylanadi. Temiming zanglashi,[ya’ni korroziyalanish jarayoni yillar davomida boradigan reaksiyadir. Korroziylanish tufayli yiliga ishlab chiqariladigan metallning taxminan 12% befoyda yo'qoladi. Korroziyalanish jarayoni atfof-muhitga bog‘liq. Masalan, namlik yuqori va havosi o'rtacha issiq mamlakatlarda po'lat va temir buyumlar o'rtacha mintaqalardagiga qaraganda tezroq zanglaydi. Bir idishga xona haroratida vodorod bilan kislorodni aralashtirib solinsa, har qancha uzoq vaqt qo'yib qo‘yilganda ham idishda suv tomchisi paydo bo‘lma)|di. Bunda vodorod kislorod bilan umuman birikmaydiganga o'xshaydi. Aslida esa reaksiya juda sekin boradi idishda suv tomchisi hosil bo‘lishi uchun nechk ining yil o‘tishi kerak. Lekin, shu idish qizdirilganda tez orada «terlaydi» suv hosil bo‘ladi. 500°C da esa bu gazlar bir onda portlash bilan birikib suv hosil qiladi. Biror reaksiyadan amalda foydal^nishda uning qanday tezlik bilan borishini bilishning ahamiyati katta. Masalan, kimyoviy reaksiyalardan foydalaniladigan ishlab 170 www.ziyouz.com kutubxonasi chiqarish jarayonlarida apparatning unumdorligi reaksiyaning tezligiga bogiiq. Agar ko‘miming yonish reaksiyasi bir onda sodir boiadigan boisa, biz ko‘mirdan yoqilgi sifatida foydalana olmagan boiar edik. Kimyoviy kinetika qonunlarini o‘rganish sodir boiadigan jarayonning muhim tomonlarini, reaksiyaning mexanizmning chuqurroq tushunib olishga, reaksiyalami ongli ravishda boshqarishga imkon beradi. Kimyoviy kinetikani o'rganishga rus olimlaridan N. A. Men - shutkin (birinchi boiib eritmalardagi reaksiyalaming kinetikasini tekshirgan), N. A. Shilov (murakkab reaksiyalaming kinetikasini oigangan) va boshqa olimlar katta hissa qo‘shgan.
Kimyoviy kinetika fizik kimyoning sohasi bo'lib, u turli xil omillarning kimyoviy reaktsiyalar tezligi va mexanizmlariga ta'sirini o'rganadi. Ostida mexanizmi kimyoviy reaktsiyalar boshlang'ich materiallarni reaktsiya mahsulotlariga aylantirish jarayonida yuzaga keladigan oraliq reaktsiyalarni tushunadi. Kimyoviy kinetikaning asosiy tushunchasi bu tushunchadir kimyoviy reaktsiyalar tezligi . Reaksiya qaysi tizimda bo'lishiga qarab, "reaktsiya tezligi" ta'rifi biroz boshqacha. Bir hil kimyoviy reaktsiyalar reaktsiyalar bir xil fazada bo'lgan reaktsiyalardir. Bu gazsimon moddalar orasidagi reaktsiyalar yoki suvli eritmalardagi reaktsiyalar bo'lishi mumkin. Bunday reaktsiyalar uchun o'rtacha tezlik (birlik vaqtiga har qanday reaktsiya qiluvchi moddalarning kontsentratsiyasining o'zgarishiga teng) . Kimyoviy reaktsiyaning bir lahzali yoki haqiqiy nisbati . Minuslarga kirish to'g'ri qismi boshlang'ich material kontsentratsiyasining pasayishini anglatadi. Vositalari bir hil kimyoviy reaktsiyaning tezligi boshlang'ich material kontsentratsiyasining vaqt hosilasi deb ataladi. Geterogen reaktsiya reaksiya deyiladi, unda reaksiya qiluvchi moddalar turli fazalarda Heterojen - bu turli agregatsiya holatidagi moddalar orasidagi reaktsiyalar. Turli xil kimyoviy reaktsiyalar tezligi interfeysning har bir birlik yuzasi uchun har bir vaqt uchun boshlang'ich material miqdorining o'zgarishiga teng: . Kinetik tenglama kimyoviy reaksiya reaktsiya tezligini moddalar kontsentratsiyasiga bog'liq matematik formula deb ataladi. Ushbu tenglama faqat eksperimental tarzda o'rnatilishi mumkin. Mexanizmga qarab, barcha kimyoviy reaktsiyalar oddiy (elementar) va murakkablarga bo'linadi. Oddiy Tenglamaning chap tomonida qayd etilgan molekulalarning bir vaqtning o'zida to'qnashuvi natijasida yuzaga keladigan reaktsiyalar deyiladi. Oddiy reaktsiya bitta, ikkita yoki juda kam uchraydigan uchta molekuladan iborat bo'lishi mumkin. Shuning uchun oddiy reaktsiyalar quyidagilarga bo'linadi monomolekulyar, bimolekulyar va trimolekulyar reaktsiyalar. Ehtimollik nazariyasi nuqtai nazaridan, to'rt yoki undan ortiq molekulalarning bir vaqtning o'zida to'qnashuvi ehtimoldan yiroq, uchtadan yuqori reaktsiyalar yuzaga kelmaydi. Oddiy reaktsiyalar uchun kinetik tenglamalar nisbatan sodda.