Реакцияға қатысатын және оның жылдамдығын арттыратын, реакция соңында өзгеріссіз қалатын заттар деп аталады катализаторлар.

Мұндай заттардың әсерінен реакция жылдамдығының өзгеру құбылысы деп аталады катализ. Катализаторлардың әсерінен болатын реакциялар деп аталады каталитикалық.

Көп жағдайда катализатордың әсері реакцияның активтену энергиясын төмендететіндігімен түсіндіріледі. Катализатордың қатысуымен реакция онсызға қарағанда әртүрлі аралық сатылардан өтеді және бұл сатылар энергетикалық жағынан қолжетімді. Басқаша айтқанда, катализатордың қатысуымен басқа активтендірілген комплекстер пайда болады және олардың түзілуі катализаторсыз пайда болатын белсендірілген комплекстердің пайда болуына қарағанда аз энергияны қажет етеді. Осылайша, активтену энергиясы күрт төмендейді: белсенді соқтығысуға энергиясы жеткіліксіз болған кейбір молекулалар енді белсенді болып шықты.

Бірқатар реакциялар үшін аралық заттар зерттелді; әдетте, олар өте белсенді тұрақсыз өнімдер.

Катализаторлардың әсер ету механизмі аралық қосылыстардың түзілуіне байланысты реакцияның активтену энергиясының төмендеуімен байланысты. Катализді келесідей көрсетуге болады:

A + K = A...K

A...K + B = AB + K,

мұндағы A...K – аралық активтендірілген қосылыс.

13.5-сурет – Каталитикалық емес А+В → AB реакциясының (1-қисық) және біртекті каталитикалық реакцияның (қисық 2) реакция жолының суреті.

IN химия өнеркәсібікатализаторлар кеңінен қолданылады. Катализаторлардың әсерінен реакциялар миллиондаған немесе одан да көп есе жылдамдауы мүмкін. Кейбір жағдайларда катализаторлардың әсерінен оларсыз берілген шарттарда іс жүзінде болмайтын реакциялар қозуы мүмкін.

Айыру гомогенді және гетерогенді катализ.

Егер біртекті катализкатализатор мен әрекеттесуші заттар бір фазаны (газ немесе ерітінді) құрайды. Егер гетерогенді катализкатализатор дербес фаза ретінде жүйеде болады.

Біртекті катализ мысалдары:

1) NO қатысында SO 2 + 1/2O 2 = SO 3 тотығуы; NO оңай NO 2 тотығады, ал NO 2 қазірдің өзінде SO 2 тотықтырады;

2) сутегі асқын тотығының сулы ерітіндідегі су мен оттегіге ыдырауы: сутегі асқын тотығының ыдырауын катализдейтін Cr 2 O 2 = 7, WO 2-4, MoO 2-4 иондары онымен аралық қосылыстар түзеді, олар одан әрі ыдырайды. оттегінің бөлінуі.

Гомогенді катализ катализатормен аралық реакциялар арқылы жүзеге асады, нәтижесінде активтену энергиясы жоғары бір реакцияның активтену энергиясы төмен және жылдамдығы жоғары бірнеше реакциясы ауыстырылады:

CO + 1/2O 2 = CO 2 (катализатор - су буы).

Гетерогенді катализ химия өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта осы салада өндірілетін өнімдердің көпшілігі гетерогенді катализ арқылы алынады. Гетерогенді катализде реакция катализатордың бетінде жүреді. Бұдан шығатыны, катализатордың белсенділігі оның бетінің өлшемі мен қасиетіне байланысты. Үлкен («дамыған») бетке ие болу үшін катализатор кеуекті құрылымға ие болуы немесе қатты ұсақталған (жоғары дисперсті) күйде болуы керек. Сағат практикалық қолданукатализатор әдетте кеуекті құрылымы бар тасымалдаушыға қолданылады (пемза, асбест және т.б.).

Біртекті катализдегідей, гетерогенді катализде реакция белсенді аралық өнімдер арқылы жүреді. Бірақ бұл жерде бұл қосылыстар реакцияға түсетін заттармен катализатордың беттік қосылыстары болып табылады. Осы аралық өнімдерді қамтитын бірнеше кезеңдерден өтіп, реакция соңғы өнімдердің түзілуімен аяқталады, нәтижесінде катализатор жұмсалмайды.

Барлық каталитикалық гетерогенді реакциялар адсорбция және десорбция кезеңдерін қамтиды.

Бетінің каталитикалық әсері екі факторға дейін төмендейді: интерфейстегі концентрацияның жоғарылауы және адсорбцияланған молекулалардың активтенуі.

Гетерогенді катализ мысалдары:

2H 2 O = 2H 2 O + O 2 (катализатор – MnO 2 ,) ;

H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O (катализатор - платина).

Катализ өте маңызды рөл атқарады биологиялық жүйелер. Асқорыту жүйесінде, қанда және жануарлар мен адамның жасушаларында болатын химиялық реакциялардың көпшілігі каталитикалық реакциялар болып табылады. Бұл жағдайда ферменттер деп аталатын катализаторлар қарапайым немесе күрделі белоктар болып табылады. Осылайша, сілекейде крахмалдың қантқа айналуын катализдейтін птиалин ферменті бар. Асқазанда кездесетін фермент пепсин белоктардың ыдырауын катализдейді. Адам ағзасында шамамен 30 000 түрлі ферменттер бар: олардың әрқайсысы сәйкес реакцияның тиімді катализаторы ретінде қызмет етеді.

Катализаторлар химиялық реакцияға катализаторлардың өздері жұмсалмай-ақ, химиялық реакцияны жылдамдата алатын заттар. Катализаторлар химиялық реакцияның механизмін өзгертетіні анықталды. Бұл жағдайда энергия кедергісінің төменгі биіктігімен сипатталатын басқа, жаңа өтпелі күйлер пайда болады. Осылайша, катализатордың әсерінен ол азаяды

процестің активтену энергиясы (3-сурет). Аралық бөлшектермен әрекеттесудің әртүрлі түрлеріне енген катализаторлар реакцияның соңында өзгеріссіз мөлшерде қалады. Катализаторлар тек термодинамикалық рұқсат етілген реакцияларға әсер етеді. Катализатор реакция тудыруы мүмкін емес, өйткені қозғаушы күштеріне әсер етпейді. Катализатор химиялық тепе-теңдік константасына әсер етпейді, өйткені тура және кері реакциялардың белсендіру энергиясын бірдей азайтады.

3-сурет A+B = AB реакциясының энергетикалық диаграммасы а) катализаторсыз және б) катализатордың қатысуымен. Еа – каталитикалық емес реакцияның активтену энергиясы; Еа 1 және Еа 2 – каталитикалық реакцияның активтену энергиясы; АА – катализатордың реагенттердің бірімен аралық реактивті қосылысы; A...K, AK...B – каталитикалық реакцияның белсендірілген кешендері; A…B – каталитикалық емес реакцияның белсендірілген кешені; ∆E мысық. – катализатордың әсерінен активтену энергиясының төмендеуі.

Біртекті және гетерогенді катализ болады. Бірінші жағдайда катализатор реагенттермен бір фазада, ал екіншісінде катализатор қатты, оның бетінде реагенттер арасында химиялық реакция жүреді.

Химиялық тепе-теңдік

Химиялық реакциялар әдетте қайтымды және қайтымсыз болып екіге бөлінеді. Қайтымсыз химиялық реакциялар бастапқы заттардың кем дегенде біреуі толығымен жұмсалғанға дейін жүреді, яғни. Реакция өнімдері не бір-бірімен мүлдем әрекеттеспейді, не бастапқыдан өзгеше заттар түзеді. Мұндай реакциялар өте аз. Мысалы:

2KClO 3 (теледидар) = 2KCl (теледидар) + 3O 2 (г)

Электролиттік ерітінділерде тұнбаның, газдардың және әлсіз электролиттердің (су, күрделі қосылыстар) түзілуімен жүретін реакциялар іс жүзінде қайтымсыз болып саналады.

Көптеген химиялық реакциялар қайтымды, яғни. олар алға да, артқа да жүреді. Бұл тура және кері процестердің активтену энергиялары бір-бірінен аздап ерекшеленіп, реакция өнімдері бастапқы заттарға айналуға қабілетті болғанда мүмкін болады. Мысалы, HI синтез реакциясы әдетте қайтымды реакция болып табылады:

H 2(g) +I 2(g) ⇄ 2HI (г)

Тура және кері процестер үшін массаның әсер ету заңы (реакция жылдамдығының өрнектелуі) сәйкесінше келесідей болады: = ∙ ; = 2

Уақыттың бір сәтінде тура және кері реакциялардың жылдамдықтары тең болған кезде күй пайда болады = (Cурет 4).

4-сурет t уақыт ішінде тура ( және кері ( реакциялар) жылдамдықтарының өзгеруі

Бұл күй химиялық тепе-теңдік деп аталады. Ол динамикалық (қозғалыс) сипатқа ие және сыртқы жағдайлардың өзгеруіне байланысты бір бағытқа немесе басқаға ауыса алады. Тепе-теңдік сәтінен бастап тұрақты сыртқы жағдайларда бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің концентрациясы уақыт өте өзгермейді. Тепе-теңдік күйге сәйкес келетін реагенттер концентрациясы деп аталады тепе-теңдік. Реагенттің тепе-теңдік концентрациясын анықтау үшін оның бастапқы концентрациясынан тепе-теңдік күй пайда болған кезде реакцияға түскен заттың мөлшерін алып тастау керек: МЕН тең = C сілтеме. -МЕН про-реактор. Реакцияға енген және өнімдердің тепе-теңдік кезінде олардан түзілген реагенттер саны реакция теңдеуіндегі стехиометриялық коэффициенттерге пропорционал.

Тұрақты сыртқы жағдайларда тепе-теңдік күйі шексіз өмір сүре алады. Тепе-теңдік күйінде

∙ = [ 2 , қайдан / [= 2 / ∙ .

Тұрақты температурада тура және кері процестердің жылдамдық константалары тұрақты мәндер болып табылады.

Екі тұрақтының қатынасы да К= / тұрақтысының мәні болып табылады және деп аталады химиялық тепе-теңдік константасы. Оны білдіруге болады

әрекеттесуші заттардың концентрациясы арқылы = немесе олардың парциалды қысымдары арқылы , егер реакция газдардың қатысуымен жүретін болса.

Жалпы жағдайда aA+bB+ …⇄cC+dD+ реакциясы үшін химиялық тепе-теңдік константасы реакция өнімдерінің концентрацияларының көбейтіндісінің бастапқы заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне қатынасына тең дәрежеде олардың стехиометриялық коэффициенттері.

Химиялық тепе-теңдік константасы процестің жүру жолына тәуелді емес және тепе-теңдік күйге жеткен кезде оның пайда болу тереңдігін анықтайды. Бұл мән неғұрлым үлкен болса, әрекеттесуші заттардың өнімге айналу дәрежесі соғұрлым жоғары болады.

Химиялық тепе-теңдік константасы, сондай-ақ реакция жылдамдығының константалары тек әрекеттесуші заттардың температурасы мен табиғатының функциялары болып табылады және олардың концентрациясына тәуелді емес.

Гетерогенді процестер үшін қатты заттардың концентрациясы реакция жылдамдығы мен химиялық тепе-теңдік константасының өрнектеріне қосылмайды, өйткені реакция қатты фазаның бетінде жүреді, оның концентрациясы уақыт өте тұрақты болып қалады. Мысалы, реакция үшін:

FeO (s) + CO (г) ⇄ Fe (s) + CO 2 (г)

тепе-теңдік константасының өрнегі келесідей болады:

K p және K c қатынас арқылы байланысқан Қ б = Қ в (RT) ∆ n, мұндағыn=n жалғасы. -n шикізат – моль санының өзгеруі газ тәріздіреакция кезіндегі заттар. Бұл реакция үшін K p = K c, өйткені газ тәрізді заттардың n нөлге тең.

IX-X сыныптарда орта мектепхимиялық реакциялардың жылдамдығы, химиялық түрлену жылдамдығына әртүрлі факторлардың әсері туралы түсініктерді тұжырымдауды жалғастыру, катализ және катализаторлар туралы білімдерін кеңейту және тереңдету, каталитикалық құбылыстардың механизмі туралы кейбір түсініктер беру.

Тақырыбында « Сілтілік металдар«, натрийдің сумен әрекеттесуі сияқты тәжірибелерді көрсету және тұз қышқылы, калий мен натрийдің сумен әрекеттесуі, мұғалім бұл реакциялардың кейбіреулері бірдей жағдайда басқаларға қарағанда тезірек жүретінін атап өтеді. Мысалы, натрий суға қарағанда тұз қышқылымен күштірек әрекеттеседі; Калий натрийге қарағанда сумен күштірек әрекеттеседі. Хлорды натриймен, мыспен, сурьмамен, сутегімен жағу тәжірибесінен кейін, органикалық заттарСұрақтар қоюға болады: «Неліктен хлорда жану үшін сүрме ұнтағы қолданылды, бөліктер емес, неліктен жіңішке мыс сымның бір бумасы хлорда жанады, ал қалың сым жанбайды?» Бұл жағдайларда заттардың өзара әрекеттесуіндегі айырмашылық не заттардың өзінің табиғатымен және атомдардың құрылымымен, не басқа жанасу бетімен түсіндіріледі.

Сол тақырыпта оқушыларды тұз қышқылының қасиеттерімен таныстырғанда, осы қышқыл мен металдар (мырыш, магний) арасындағы реакциялардың уақыт өте келе неліктен жылдамдайтынын анықтау тиімді. Жеделдету, атап айтқанда, осы реакциялардың босап шығуына байланысты көп саныжылу, ал заттарды қыздырғанда өзара әрекеттесу жылдамдығы артады.

Алюминий мен йод арасындағы реакцияның мысалын пайдалана отырып, катализатордың не екенін еске түсіріп, судың катализатор бола алатынын көрсеткен жөн. Үйіндідегі асбест торына йод пен алюминий ұнтақтарының қоспасы құйылады және оған бірнеше тамшы су қосылады. Судың әсерінен заттардың өзара әрекеттесуі жылдамдап, жалын шығады. Педагог фарфор кеседен торға төгілмеген қоспада жарқ етпейтініне, бірақ біраз уақыттан кейін және сусыз пайда болуы мүмкін екеніне назар аударады.

Айта кету керек, су алюминийдің йодпен әрекеттесуін тездетіп қана қоймайды, сонымен қатар көптеген химиялық процестерде каталитикалық рөл атқарады. Техникада қолданылатын әртүрлі газдардың жануы кезінде судың каталитикалық әсері өте маңызды.

Сутегі асқын тотығының қасиеттерін қарастырғанда, сутегі асқын тотығы өте нәзік зат екендігі көрсетілген. Шыны ыдыстарда сақтаған кезде ол баяу ыдырап, жылу бөледі:

2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46 ккал

Мұғалім оқушылардан сутегі асқын тотығының ыдырауын тездететін жағдайларды санауды ұсынады. Олардың қолынан келеді

бұл жағдайда көрсетіңіз: 1) қыздыру, 2) катализаторлар әрекеті, 3) ерітіндінің концентрациясын арттыру. Сутегі асқын тотығының ыдырауы жарықта да тезірек жүретінін қосуға болады, бұл сабақтан тыс жұмыстардағы тәжірибемен расталады. Сутегі асқын тотығын тұғырға бекітілген екі колбаға құйып, оларды газ шығатын түтіктері бар тығындармен жабыңыз. Түтіктерді төңкерілген цилиндрлердің немесе су толтырылған және суы бар кең ыдысқа түсірілген пробиркалардың астына қойыңыз. Колбалардың бірін қара қағазға ораңыз. Құрылғыларды күн сәулесі түсетін терезеге қойыңыз немесе 75-100 В электр шамымен жарықтандырыңыз. Тәжірибе сутегі асқын тотығының жарық әсерінен жылдам ыдырауын көрсетеді.

Содан кейін сабақ барысында студенттер катализаторлардың әсерінен сутегі асқын тотығының ыдырау жылдамдығының өзгеруін өз бетінше зерттейді. Жұмыс үшін сізге сутегі асқын тотығының 3-5% ерітіндісі, марганец диоксиді, концентрлі тұз қышқылы, шақпақ, воронка, сүзгі қағазы және бірнеше пробиркалар беріледі.

Тапсырмалар: 1) Шығарылған ерітіндіде сутегі асқын тотығы ыдырап жатқанын тексеріңіз? 2) Марганец диоксидін пайдаланып, сутегі асқын тотығының ыдырау реакциясын жеделдету. 3) Марганец диоксидінің реакция нәтижесінде химиялық өзгеріске ұшырамағанын дәлелдеңіз* 4) Катализатор ретінде бұрыннан қолданылған марганец диоксиді сутегі асқын тотығының ыдырауын қайтадан тездететінін дәлелдеңіз.

* (Қыздырған кезде тұз қышқылымен сынау.)

Оқуды бітіргеннен кейін өзіндік жұмысмұғалім бір химиялық реакцияны, сол ыдырауды жылдамдату үшін әртүрлі катализаторларды қолдануға болатындығын көрсетеді бейорганикалық зат(сутегі асқын тотығы) органикалық катализаторлар – ферменттер әсерінен жеделдетіледі. Кішкене стаканға сутегі асқын тотығының 3% ерітіндісі құйылады, содан кейін оған шикі еттің кішкене бөлігі салынады. Жануарлардың қаны мен ұлпаларында каталаза ферменті болғандықтан, ерітіндіден оттегі қарқынды түрде бөлінеді. Ферменттердің тамаша табиғи реакция жылдамдатқыштары екенін атап өткен жөн. Болашақ химияның маңызды міндеттерінің бірі – құрамы мен каталитикалық қасиеттері бойынша ферменттерге ұқсайтын катализаторларды жасанды өндіру және өнеркәсіпте пайдалану.

Шыны ыдыстарда сақтаған кезде сутегі асқын тотығының ыдырауы неге тез болатынын түсіндіру үшін тәжірибе жүргізіледі. Үш пробиркаға сутегі асқын тотығының ерітіндісін құйып, біреуіне күкірт қышқылының ерітіндісін, екіншісіне күйдіргіш сода қосады, үшіншісін салыстыруға қалдырады (бақылау ерітіндісі). Барлық үш ерітінді қызады (қайнағанша емес). Оттегі сутегі асқын тотығы мен натрий гидроксиді ерітінділері бар пробиркадан күшті бөлінеді, ал азырақ - бақылау ерітіндісі бар пробиркадан. Күкірт қышқылы (сутегі иондары) болған кезде сутегі асқын тотығы ыдырамайды. OH иондары сутегі асқын тотығының ыдырау процесін катализдейді, сондықтан қабырғалары ерітіндіге гидроксил иондарын шығаратын шыны ыдыста сутегі асқын тотығы оңай ыдырайды.

Химиялық реакциялардың жылдамдығы туралы білімдерін бекіту және дамыту жалғасуда. Күкірт диоксиді мен оттегі қоспасын катализаторсыз қыздырылған шыны түтік арқылы өткізу арқылы мұғалім түзілу екенін көрсетеді. күкірт ангидридібұл жағдайда ол байқалмайды және оқушылардан газдардың өзара әрекеттесуін қалай жеделдетуге болатынын сұрайды. Әңгімелесу барысында катализаторды қолданбай, реагенттер концентрациясын арттыру, температураны көтеру сияқты реакцияларды жеделдету әдістері қажетті нәтиже бермейді екен. Күкірт диоксидінің күкірт диоксидіне тотығу реакциясы қайтымды:

2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q,

ал температураның жоғарылауы күкірт ангидридінің ыдырауын оның түзілуіне қарағанда үлкен дәрежеде тездетеді.

Олар темір оксиді күкірт диоксидінің тотығу реакциясының катализаторы болатынын тексереді. Темір оксидінің қатысында күкірт ангидридінің күкірт ангидридіне контактілік тотығуын көрсету кезінде ауада түтіндеп күкірт ангидридінің түзілуі байқалады. Содан кейін реакция нәтижесінде темір оксидінің химиялық өзгермегені анықталды. Ол үшін күкірт ангидридінің күкірт ангидридіне темір оксидінің бірдей бөлігімен контактілі тотығу тәжірибесін қайталаңыз. Әрі қарай күкірт диоксидінің тотығуын жеделдету үшін әртүрлі катализаторларды қолдануға болатыны атап өтіледі. Химия өнеркәсібінде темір оксидінен басқа платина пайдаланылды, ал қазір ванадий пентоксиді V 2 O 5 * қолданылады.

* (Қазіргі уақытта қолданылып жүрген ванадий катализаторы күрделі құрамға ие (қараңыз: Д. А. Эпштейн. Химия мұғалімі химиялық технология туралы, М., РСФСР ҒА баспасы, 1961 ж.).)

Сондай-ақ катализатордың қайтымдылығына әсер етпей, реакцияны тездететін қасиетін ерекше атап өткен жөн: күкірт диоксидінің күкірт диоксидіне тотығу реакциясы катализатор қолданылса да қайтымды болып қалады.

Күкірт қышқылын алудың контактілі әдісін зерттегенде катализаторды өнеркәсіпте қолдануды қарастыру қажет. Катализаторсыз көп мөлшерде күкірт ангидридін жылдам өндіру мүмкін емес еді, бірақ оны пайдалану кейбір Қосымша талаптарпроцесінің шарттарына. Өйткені, әрекеттесуші заттардағы қоспалар катализаторға теріс әсер етеді. Мышьяк триоксиді ванадий катализаторына теріс әсер етеді, олар айтқандай, оны «улатады». Сондықтан реакцияға түсетін газдарды қоспалардан мұқият тазарту қажет.

Оқушыларда катализатор неліктен уланған деген сұрақ туындаса, мұғалім алдымен аралық қосылыстардың түзілу теориясын пайдалана отырып оның әрекетін түсіндіреді, содан кейін қоспалардың улы әсерін қарастырады.

Катализатордың көмегімен реакциялардың үдеуі оның бастапқы заттармен әлсіз қосылыстар түзіп, кейін қайтадан бос күйінде бөлінуіне байланысты болады. Бұл реакциялар күкірт диоксиді мен оттегі арасындағы реакциядан әлдеқайда жылдам жүреді. Егер газдар қоспасында катализатормен қайтымсыз реакцияларға түсетін қоспалар болса, онда оның улануы орын алады. Газдарды мұқият тазартуға қарамастан, күкірт қышқылын өндіруде қолданылатын катализаторлардың белсенділігі уақыт өте келе төмендейді. Оның «қартаюы» тек бірте-бірте уланудан ғана емес, сонымен қатар катализатор бетінің күйін өзгертетін ұзақ қыздырудан және механикалық бұзылудан туындайды. Катализатордың бүкіл беті катализделген реакцияға қатыспайды, тек оның кесілген бөлімдері – белсенді орталықтар ғана қатысады және бұл орталықтардың саны «қартаю» кезінде азаяды.

Алдыңғы бөлімде атом құрылысы теориясының аясында химиялық реакцияның басталуына энергияның әсерін студенттерге қалай түсіндіру керектігі қарастырылды. Бұл қызған кезде химиялық реакциялар неге жылдамдатады деген сұрақты шешуге мүмкіндік береді. Заттардың температурасы жоғарылаған сайын активті молекулалар саны артып, молекулалардың қозғалыс жылдамдығы және олардың уақыт бірлігіндегі кездесу саны арта түсетінін оқушылар біледі. Белсенді молекулалардың атомдарында электрондар жоғары энергетикалық деңгейге ауысады, мұндай молекулалар тұрақсыз және басқа заттардың молекулаларымен оңай әрекеттеседі.

Электролиттік диссоциация теориясы неліктен қышқылдар, тұздар және негіздердің ерітінділері арасындағы реакциялардың бірден дерлік болатынын түсіндіреді. Бұл заттардың ерітінділерінде қазірдің өзінде белсенді бөлшектер - қарама-қарсы зарядталған иондар бар. Сондықтан қышқылдардың, тұздардың және негіздердің судағы ерітінділері арасындағы реакциялар өте тез жүреді және бірдей заттар арасындағы реакциялардан айтарлықтай ерекшеленеді, бірақ құрғақ күйде алынады.

«Химиялық реакцияның жылдамдығы» тақырыбы бойынша сабақты бастаған мұғалім химиялық реакциялардың әртүрлі жылдамдықта жүруі мүмкін екенін, оған әсер ететін жағдайларды зерттеудің практикалық маңызы зор екенін еске салады.

Химиялық реакцияның жылдамдығын қалай өлшеуге болады?

Студенттер химиялық түрлену жылдамдығын белгілі бір уақыт ішінде реакцияға түскен немесе пайда болған заттың мөлшері бойынша бағалауға болатынын, механикалық қозғалыс жылдамдығы дененің уақыт бірлігінде жүріп өткен жолы арқылы өлшенетінін біледі; Бұл жылдамдықты есептеу үшін формуланы пайдаланыңыз

мұндағы v – жылдамдық, S – жол, t – уақыт.

Осыны ескере отырып, оқушылар ұқсастық арқылы химиялық реакцияның жылдамдығын есептеу формуласын жазады

мұндағы m – t уақыт ішінде реакцияға түскен немесе оның нәтижесінде алынған зат мөлшері.

Бұл формуланың кемшілігі неде екенін қарастырыңыз. Оны пайдаланған кезде есептелген реакция жылдамдығы бірдей жағдайда алынған бір заттың екі порциясы үшін де әртүрлі болатыны белгілі болды.

Ыдыста секунд сайын 15 г зат ыдырайды делік. Бұл ыдысқа ондағы затты 1:2 қатынасында екі бөлікке бөлетін қалқаны енгізгенде, бірінші (кіші) бөлікте реакция 5 г/сек жылдамдықпен жүреді екен. , ал екіншісінде - 10 г/сек.

Есептелген жылдамдық реакцияның өзін сипаттауы үшін бастапқы заттың қанша мөлшері алынғанын емес, бір көлемге әрекеттесетін заттың массасының өзгеруін, яғни концентрациясының өзгеруін ескеру қажет. реактив. Сондықтан химиялық реакцияның жылдамдығын мына формула арқылы есептеуге болады:

v=c 0 -c t /t

мұндағы c 0 – әрекеттесетін заттардың кез келгенінің бастапқы концентрациясы, c t – сол заттың t секундтан кейінгі концентрациясы. Жылдамдықты есептеу кезінде концентрация әдетте литрге мольмен және секундпен уақытпен көрсетіледі.

Бұл сабақта химиялық реакцияларды жылдамдатудың ең маңызды тәсілдеріне назар аударылады. Осы мақсатта химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелді екенін көрсететін зертханалық тәжірибе жүргізіледі.

Тәжірибе жүргізу үшін студенттер үстелдеріне қойылған келесі құрал-жабдықтар пайдаланылады: 1) үш пробиркасы бар стенд, оның бірінде натрий йодидінің немесе калий йодидінің кристалы (өлшемі 2 - 3 түйреуіш басы), екіншісі. құрамында темір хлоридінің ерітіндісі бар, ал үшінші - бос; 2) колба немесе су құйылған стақан; 3) екі бірдей шыны түтік; 4) шыны таяқша.

Мұғалім оқушыларды тәжірибеге дайындалуға шақырады: 1) натрий йодидіне су қосып, ерітіндінің 1/2 пробиркасын түзіп, сұйықтықты таяқшамен араластырыңыз, 2) алынған ерітіндінің 1/3 бөлігін басқа пробиркаға құйыңыз, 3 ) пробиркалардағы натрий йодидінің (немесе калий йодидінің) ерітінділерінің көлемдері бірдей болатындай етіп су ерітіндісі бар басқа пробиркаға құйылған ерітіндіге қосыңыз.

Мұғалім оқушылардың бағыттарды түсінгенін тексеру үшін сұрақтар қояды:

1) Екінші пробиркада натрий йодидінің ерітіндісі неше рет сұйылтылған?

2) Бірінші пробиркадағы тұз концентрациясы екіншісіне қарағанда неше есе артық?

Ерітінділердің біреуінің концентрациясы екіншісінің концентрациясынан екі есе жоғары екендігі атап өтіледі. Осыдан кейін дайындалған екі ерітіндіде темір хлориді натрий йодидімен әрекеттеседі, ол бос йодты бөледі:

2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2,

2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2.

Оқушылар қай пробиркада тұздардың әрекеттесу жылдамдығы жоғары екенін және оны қандай критерийлер бойынша бағалауға болатынын шешеді. Болжам эксперименталды түрде тексеріледі.

Алдымен тең мөлшердегі крахмал пастасын (1-2 мл) екі пробиркаға натрий йодидінің (немесе калий йодидінің) ерітінділерімен құяды, содан кейін араластырғаннан кейін темір хлоридінің 5-10% ерітіндісінің бірнеше тамшысын тамызады. Темір хлоридінің ерітіндісін екі пробиркаға бір уақытта құйған жөн. Көгілдір түс концентрациясы жоғары ерітіндісі бар пробиркада көбірек көрінеді. Ерітінді концентрациясы жоғары болатын пробиркада йод иондары темір иондарымен жиі кездеседі, сондықтан олармен жиі әрекеттеседі – реакция жылдамырақ жүреді.

Мұғалім ауадағы күкірттің жануын көрсетіп, оқушылардан бұл реакцияны қалай жеделдетуге болатынын сұрайды. Оқушылар оттегіге жанып тұрған күкіртті орналастыруды ұсынады және осы тәжірибені жасайды. Тәжірибелерді талдау негізінде жалпы қорытынды жасалады: химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесетін заттардың концентрациясына (көлем бірлігіндегі иондардың немесе молекулалардың санына) байланысты.

Біз әрекеттесуші заттардың бетінің химиялық реакция жылдамдығына әсері туралы сұраққа көшеміз. Студенттер әрекеттесетін заттарды араластыру және ұнтақтау реакцияларын еске түсіреді: аммиак қоспасын сөндірілген әкпен ұнтақтау, ұсақ мәрмәр немесе мырыш кесектерінің тұз қышқылымен әрекеттесуі, ұнтақталған отынды саптамаларда жағу, ұсақталған кендерді балқыту кезінде пайдалану. күкірт қышқылын өндірудегі металдар мен күкірт колчедандары. Күкірт қышқылын өндіруде пириттерді күйдіру шарттары толығырақ қарастырылады. Күкірт диоксидін алу үшін ұсақталған пирит қолданылады, өйткені ол үлкен бөліктерге бөлінген пиритке қарағанда тезірек жанады. Шаңдалған колчеданның жануы, әсіресе, егер ол саптамадан ауа ағынымен шығарылса, сондай-ақ оны сұйық қабатта жағу кезінде, пирит кесектерінің бүкіл беті ауамен жанасқанда тез жүреді.

Қатты ұсақталған жанғыш заттармен химиялық реакциялар жарылыспен бірге жүруі мүмкін екенін ескеру қажет. Мысалы, қант өндіретін зауыттарда қант шаңының жарылыстары болды.

Олар қатты зат неғұрлым ұсақталған болса, ол қатысатын химиялық реакцияның жылдамдығы соғұрлым тез болады деген қорытындыға келеді.

Содан кейін температураның химиялық реакция жылдамдығына әсері талданады. Гипосульфит ерітіндісінің 1/4 бөлігі бар пробиркаға сол мөлшерде күкірт қышқылы ерітіндісін құяды; Осы тәжірибемен қатар гипосульфит пен күкірт қышқылының қыздырылған ерітінділері ағызылады:

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S↓

Ерітінділер бұлыңғыр болғанға дейінгі уақыт белгіленеді. Мұғалім температура 10°С жоғарылағанда реакциялардың көпшілігінің жылдамдығы 2-3 есе өсетінін айтады.

Алған білімдері негізінде студенттерге заттарды қыздырғанда химиялық реакциялардың үдеуін түсіндіруге мүмкіндік беріледі.

Бұл сабақта заттардың каталитикалық әсерлері бойынша тәжірибені көрсетудің қажеті жоқ, өйткені оқушылар оны сутегі асқын тотығының ыдырауы және күкірт диоксиді тотығу реакцияларының мысалдары арқылы таныстырды. Олар өздеріне белгілі каталитикалық реакцияларды тізіп, катализ бен катализаторға анықтама береді.

Осы сабақта алған білімдерін бекіту үшін келесі сұрақтар қойылады:

1. Химиялық реакцияның жылдамдығын не анықтайды? Мысалдар келтіріңіз.
2. Қандай жағдайда химиялық реакцияның жылдамдығы артады?
3. Электролиттік диссоциация теориясының аясында мырыштың сірке қышқылымен әрекеттескенде сутегінің эволюциясы мырыштың тұз қышқылымен әрекеттескенде әлдеқайда баяу жүретінін қалай түсіндіруге болады?
4. Мырыш пен тұз қышқылының реакциясын қандай жолдармен жылдамдатуға болады?
5. Неліктен ауада жанып тұрған сынық оттегіде жанып кетеді?
6. Сізге кальций карбонаты тұз қышқылымен баяу әрекеттесетін екі пробирка берілді. Әр пробиркадағы химиялық реакцияны әртүрлі әдістерді қолданып жылдамдатуға тырысыңыз.
7. Неліктен температура көтерілген сайын химиялық реакция жылдамдығы артады?
8. Күкірт қышқылын алуда химиялық реакцияларды жеделдетудің қандай әдістері қолданылады?
9. Сізге белгілі қандай химиялық реакцияларды катализаторлар жылдамдататынын көрсетіңіз.

Аммиак синтезінің реакциясын оқып-үйрену кезінде студенттер катализатордың қолданылуына тағы да кезігеді және катализ және катализатор туралы бұрын алған ақпаратты бекітумен қатар, бұл білімді біршама дамытуға болады.

Мұғалім екі реакцияның да – аммиак синтезі және оның азот пен сутегіге ыдырауы – бір катализатор – тотықсызданған темірдің қатысуымен жүретініне, бұл тура және кері реакцияларды бірдей дәрежеде жылдамдататынына назар аударады. Сондықтан катализатор химиялық тепе-теңдікті жылжытпайды, тек осы күйге тезірек жетуге ықпал етеді. Осы ережені түсінгендерін тексеру үшін мұғалім оларға сұрақтар қояды:

1. Өндірісте аммиакты азот пен сутек қоспасынан жоғары қысымда және қыздырғанда, бірақ катализаторсыз алуға болады ма? Неліктен?
2. Аммиак синтезі реакциясы жылу мен катализатордың әсерінен жеделдетіледі. Бұл жағдайлардың химиялық тепе-теңдікке әсер етуінің айырмашылығы неде?

Студенттерді өндірістегі аммиак синтезімен таныстыра отырып, мұғалім газдарды (сутегі мен азотты) алдымен қоспалардан тазартпаса катализатор өзінің белсенділігін тез жоғалтатынын көрсетеді. Бұл процесте оттегі, су буы, көміртек оксиді, күкіртті сутегі және басқа күкірт қосылыстары улы әсер етеді.

Күкірт диоксидінің триоксидке каталитикалық тотығуы жағдайындағы сияқты, аммиак синтезі кезінде катализатор тек белгілі бір температура шегінде өзінің үдеткіш әсерін көрсетеді. 600°С жоғары температурада тотықсызданған темір оның каталитикалық белсенділігін төмендетеді.

Аммиак синтезінің мысалын қолдана отырып, катализатордың әсер ету механизмін қарастыруға болады. Темір катализаторының бетінде темір нитриді түзілетіні атап өтілген:

Сутегі нитридпен әрекеттесіп, аммиак түзеді:

FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.

Содан кейін процесс қайталанады.

Темір нитридінің түзілу реакциялары және оның сутегімен әрекеттесуі өте жылдам жүреді.

Аммиактың тотығу реакцияларын зерттегенде, оттегіде аммиактың жануы және аммиактың каталитикалық тотығуы бойынша тәжірибелерді көрсеткеннен кейін, студенттердің назарын осы екі жағдайда бастапқы заттардың бірдей, бірақ тәуелділікке байланысты алынғандығына аударады. жағдайлары (катализаторды пайдалану), әртүрлі өнімдер алынады.

Аммиактың тотығуы әртүрлі заттардың түзілуімен теңдеулер бойынша жүруі мүмкін:

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O;

4NH 3 + 4O 2 = 2N 2 O + 6H 2 O;

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.

Катализатор платина осы реакциялардың соңғысын ғана жеделдетеді. Сондықтан катализаторды пайдалана отырып, аммиак пен оттегінің әрекеттесуін қажетті бағытқа бағыттауға болады. Бұл азот қышқылын өндіруде химиялық өндірісте қолдануды табады.

Химиялық өндіріс туралы түсінікті IX сыныпта қалыптастыру студенттерді химиялық зауыттардағы химиялық реакциялардың жылдамдығын практикалық бақылаумен таныстыруға үлкен мүмкіндіктер береді.

Бұрын зерттелген өндіріс (тұз, күкірт, азот қышқылдары, аммиак) туралы білімді жалпылау негізінде мұғалім студенттерде өндірісте химиялық реакцияларды жүргізудің ең жақсы шарттары туралы түсінік қалыптастырады: оптималды температураны қолдану, реакцияға түсетін заттардың концентрациясын арттыру. заттар, әрекеттесуші заттардың жанасу бетін ұлғайту және катализаторларды қолдану. Осыдан кейін әрбір шартты қолдануды шектейтін жағдайларды анықтау үшін студенттерге «Өндірістегі химиялық реакцияларды жеделдету үшін температураны шексіз арттыруға бола ма?» деген сұрақ қойылады. Олар күшті қыздыру химиялық тепе-теңдікті қажетсіз бағытқа ауыстыруы мүмкін екенін, ал катализаторды қолданған жағдайда оның белсенділігін төмендететінін анықтайды. Осыны ескере отырып, өндірісте максималды емес, оңтайлы температуралар қолданылады.

Өндірісте химиялық реакцияларды жүргізудің басқа жағдайлары да осылай талданады.

Химиялық реакциялардың жылдамдығы туралы білімді одан әрі бекіту үшін IX-X сыныптардағы химиядан жаңа фактілік материалды зерттеу қолданылады.

Ақ фосфордың қасиеттерін зерттегенде мұғалім ақ фосфордың қараңғыда жарқырауы оның ауада баяу тотығуын көрсетеді дейді. Әрі қарай, ақ фосфордың тотығуын қандай жағдайларда жеделдетуге болатынын қарастырамыз. Фосфорды қыздыру, ұсақтау және оттегін пайдалану шын мәнінде фосфордың тотығуын жеделдетіп, оның жануын тудырады.

Студенттер химиялық процестерді жеделдету жолдары туралы білімдерін суперфосфаттың түзілу жағдайларын болжау үшін пайдаланады. Олар үшінші реттік кальций фосфаты мен күкірт қышқылы арасындағы реакцияны қыздыру, кальций фосфатын ұнтақтау, араластыру және күкірт қышқылының концентрациясын арттыру арқылы жылдамдатуға болатынын айтады. Мұғалім айтылғандарды қорытындылай келе, оны толықтырады

Бұл өндірісте шын мәнінде қыздыру қолданылады, бірақ бұл үшін олар реакцияның өзі кезінде бөлінетін жылуды пайдаланады, ұсақталған үшінші реттік кальций фосфаты күкірт қышқылымен мұқият араласады.

Студенттер органикалық заттарды зерттей отырып, катализаторларды қамтитын көптеген процестерге тап болады, мысалы, авиациялық бензин, каучук және хош иісті көмірсутектерді алу.

Этиленді гидратациялаудағы күкірт қышқылының рөлін қарастыруға болады. Күкірт қышқылының қатысуымен этиленге су қосу реакциясының баяу (C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) орнына келесі процестер бірінен соң бірі тез жүреді: 1) күкірт қышқылыэтиленмен қосылып, этил күкірт эфирін түзеді:

2) этил күкірт эфирі сабынданудан өтіп, этил спирті мен күкірт қышқылын түзеді.

Алкогольді айдағаннан кейін күкірт қышқылы бірдей мөлшерде пайда болады, бірақ ол аралық өнімнің түзілуіне қатысты. Оқушылар үй тапсырмасын орындау кезінде күкірт қышқылының каталитикалық әсерінің басқа мысалдарын (этил спиртінен этилен мен этил эфирінің түзілуі) өз бетінше қарастырады.

Бір катализаторы бар бірдей заттар, бірақ әртүрлі температурада әрекеттесіп, әртүрлі өнімдер түзеді. Алкогольдердің қасиеттерімен танысу кезінде мұны атап өту керек.

Көміртек оксидінің сутегімен әрекеттесуі әртүрлі катализаторларды қолдану арқылы бір заттардан әртүрлі органикалық өнімдер алуға болатынын көрсетеді. Бұл әрекеттесу метил спиртінің, көмірсутектердің немесе жоғарырақ спирттердің түзілуіне әкелуі мүмкін. Заттардың өзара әрекеттесуінің қажетті бағыты сәйкес реакцияны тездететін, бірақ басқаларға айтарлықтай әсер етпейтін катализаторды қолдану арқылы қол жеткізіледі. Метил спиртінің түзілу реакциясын жылдамдату үшін катализатор ретінде хром оксидтері мен мырыш оксидінің қоспасы қолданылады.

Көмірсутектер мен оттегі барларды зерттегеннен кейін органикалық қосылыстарБілімді жалпылау үшін студенттерге сабақта немесе үйде өзіндік жұмыс үшін тапсырма ұсынылады: оқулықтағы мынандай және осындай бөлімнен каталитикалық реакциялардың барлық жағдайларын таңдап алыңыз және әр оқушыға оқулық материалының өзі орындай алатындай бөлігі ғана беріледі. берілген уақытта қарау.

Бөліп алу өнеркәсіптік әдістерорганикалық заттарды алу кезінде химиялық реакциялардың жылдамдығын бақылау үшін бейорганикалық заттарды өндіруде қолданылатын әдістердің бірдей екеніне оқушылардың назарын аудару пайдалы.

13. Периодтық заң Д.И. Менделеев. Элементтердің әртүрлі қасиеттерінің өзгеру кезеңділігі (иондану потенциалы, электрондардың жақындығы, атом радиустары және т.б.)

14. Атомның электрондық құрылысына байланысты негізгі және қосалқы топша элементтерінің химиялық қасиеттерінің ұқсастықтары мен айырмашылықтары.

15. Химиялық байланыс. Химиялық байланыстың түрлері. Байланыстың энергетикалық және геометриялық сипаттамалары

16. Химиялық байланыстың табиғаты. Химиялық байланыстың түзілу процесіндегі энергетикалық әсерлері

17. Күн әдісінің негізгі принциптері. Коваленттік байланыстың түзілуінің алмасу және донорлық-акцепторлық механизмдері

18. Жердегі және қозған күйдегі элементтер атомдарының валенттілік мүмкіндіктері

20. Коваленттік байланыстың қанығуы. Валенттілік туралы түсінік.

21. Коваленттік байланыстың полярлығы. Гибридизация теориясы. Гибридизацияның түрлері. Мысалдар.

22. Коваленттік байланыстың полярлығы. Дипольдік момент.

23. Барлық әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері.

24. Молекулалық орбитальдар әдісі. Негізгі ұғымдар.

26. Иондық байланыс коваленттік полярлық байланыстың шекті жағдайы ретінде. Иондық байланыстың қасиеттері. Иондық байланыстары бар қосылыстарға арналған кристалдық торлардың негізгі түрлері.

27. Металл қосылым. Ерекшеліктер. Металлдық байланыстың ерекшеліктерін түсіндіру үшін жолақ теориясының элементтері.

28. Молекулааралық әрекеттесу. Бағдарлау, индукциялық және дисперсиялық әсерлер.

29. Сутектік байланыс.

30. Кристалл торларының негізгі түрлері. Әр түрдің ерекшеліктері.

31. Термохимия заңдары. Гесс заңдарының қорытындылары.

32. Жүйенің ішкі энергиясы, энтальпия және энтропия туралы түсінік

33. Гиббс энергиясы, оның энтальпиямен және энтропиямен байланысы. Спонтанды процестерде Гиббс энергиясының өзгеруі.

34. Химиялық реакциялардың жылдамдығы. Біртекті және гетерогенді реакциялар үшін массаның әсер ету заңы. Жылдамдық константасының мәні. Реакцияның реті және молекулалығы.

35. Химиялық реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар

36. Температураның химиялық реакциялардың жылдамдығына әсері. Вант-Хофф ережесі. Активтену энергиясы. Аррениус теңдеуі.

37. Гетерогенді реакциялардың жүру ерекшеліктері. Диффузияның әсері және материяның дискреттілік дәрежесі.

38. Химиялық реакциялардың жылдамдығына катализатордың әсері. Катализатордың әсер ету себептері.

39. Қайтымды процестер. Химиялық тепе-теңдік. Тепе-теңдік константасы.

41. Ерітіндіні анықтау. Ерітінділердің түзілуі кезіндегі физика-химиялық процестер. Еру кезінде энтальпия мен энтропияның өзгеруі.

42. Ерітінділердің концентрациясын өрнектеу әдістері.

43. Рауль заңы

44. Осмос. Осмостық қысым. Вант-Хофф заңы.

45. Электролит ерітінділері. Күшті және әлсіз электролиттер. Электролиттік диссоциациялану дәрежесі. Изотоникалық коэффициент.

47. Электролит ерітінділеріндегі реакция, олардың бағыты. Иондық тепе-теңдіктің ығысуы.

48. Судың иондық өнімі. Сутегі көрсеткіші ерітіндінің химиялық сипаттамасы ретінде.

49. Электролит ерітінділеріндегі гетерогенді тепе-теңдік. Ерігіштік өнімі

50. Тұздардың гидролизі, оның температураға, сұйылтуға және тұздардың табиғатына тәуелділігі (үш типтік жағдай). Гидролиз константасы. Металдардың коррозия процестеріндегі практикалық маңызы.

51. Металл-ерітінді шекарасындағы химиялық тепе-теңдік. Екі қабатты электрлік. Потенциалды секіру. Сутегінің анықтамалық электроды. Стандартты электродтық потенциалдар ауқымы.

52. Электродтық потенциалдың заттардың табиғатына, ерітіндінің температурасы мен концентрациясына тәуелділігі. Нернст формуласы.

53. Гальваникалық элементтер. Электродтардағы процестер. Гальваникалық элементтің ЭҚК.

56. Ерітінділер мен балқымалардың электролизі. Электродтық процестердің реттілігі. Артық кернеу және поляризация.

57. Металдардың қышқылдармен және сілтілермен әрекеттесуі.

58. Тұз ерітінділеріндегі металдардың коррозиясы.

59. Электролизді өнеркәсіпте қолдану.

61. Коррозиямен күресу әдістері.

38. Химиялық реакциялардың жылдамдығына катализатордың әсері. Катализатордың әсер ету себептері.

Реакция нәтижесінде тұтынылмайтын, бірақ оның жылдамдығына әсер ететін заттарды катализаторлар деп атайды. Реакция жылдамдығын төмендететін катализаторлар ингибиторлар деп аталады. Катализаторлардың химиялық реакцияларға әсері деп аталады катализ . Катализдің мәні мынада: катализатор болған кезде жалпы реакция жүретін жол өзгереді, активтену энергиясы әртүрлі басқа өтпелі күйлер пайда болады, сондықтан химиялық реакцияның жылдамдығы да өзгереді. Біртекті және гетерогенді катализ болады. Гетерогенді катализде реакция катализатордың бетінде жүреді. Бұдан шығатыны, катализатордың белсенділігі оның бетінің өлшемі мен қасиетіне байланысты. Үлкен беттік ауданға ие болу үшін катализатор кеуекті құрылымға ие болуы керек немесе қатты фрагменттелген күйде болуы керек. Катализаторлар селективтілігімен ерекшеленеді: олар процестерге таңдамалы түрде әсер етеді, оларды белгілі бір бағытқа бағыттайды. Коррозияны баяулату үшін теріс катализ қолданылады.

39. Қайтымды процестер. Химиялық тепе-теңдік. Тепе-теңдік константасы.

Тек бір бағытта жүретін және бастапқы әрекеттесуші заттардың соңғы заттарға толық айналуымен аяқталатын реакциялар деп аталады. қайтымсыз. 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 . Қайтымдыбір мезгілде екі өзара әрекеттесетін реакциялар қарама-қарсы бағыттар. 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3

Қайтымды реакциялар аяқталмайды: әрекеттесуші заттардың ешқайсысы толығымен жұмсалмайды. Қайтымды процестер: бастапқыда бастапқы заттарды араластырғанда тура реакцияның жылдамдығы жоғары, ал кері реакцияның жылдамдығы нөлге тең. Реакция жүріп жатқанда бастапқы материалдар жұмсалады және олардың концентрациясы төмендейді, нәтижесінде реакция жылдамдығы төмендейді. Бұл кезде концентрациясы жоғарылайтын реакция өнімдері пайда болады, сәйкесінше кері реакцияның жылдамдығы артады. Тура және кері реакциялардың жылдамдығы тең болған кезде химиялық тепе-теңдік орнайды. Ол динамикалық тепе-теңдік деп аталады, өйткені тура және кері реакциялар жүреді, бірақ бірдей жылдамдықтарға байланысты жүйедегі өзгерістер байқалмайды. Химиялық тепе-теңдіктің сандық сипаттамасы химиялық тепе-теңдік константасы деп аталатын шама болып табылады. Тепе-теңдік жағдайында тура және кері реакциялардың жылдамдықтары тең болады, ал жүйеде тепе-теңдік концентрациялары деп аталатын бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің тұрақты концентрациясы орнатылады. 2CO + O 2 = 2CO 2 үшін тепе-теңдік константасын мына теңдеу арқылы есептеуге болады: Тепе-теңдік константасының сандық мәні бірінші жуықтау үшін берілген реакцияның шығымдылығын сипаттайды. Реакция шығымы - бұл алынған зат мөлшерінің реакция аяқталғанға дейін алынатын мөлшерге қатынасы. К>>1 реакция шығымы жоғары, К<10-6). В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в наиболее подвижной фазе. Катализатор не влияет на константу равновесия. Он может только ускорить наступление равновесия. K=e^(-ΔG/RT).

40. Тепе-теңдіктің орын ауыстыруына әртүрлі факторлардың әсері. Ле Шателье принципі.

Егер жүйе тепе-теңдікте болса, онда ол сыртқы жағдайлар тұрақты болғанша оның ішінде қалады. Тепе-теңдікке әсер ететін кез келген шарттарды өзгерту процесі тепе-теңдіктің ығысуы деп аталады.

Ле принципі: Егер жүйеде болса. табу. теңгерімде сыртқы әсер ету, содан кейін өзгерістер жүйесі. осы әсердің орнын толтыратындай етіп.

Салдары: 1) Температураның жоғарылауымен. тепе-теңдікті ауыстыру эндотермиялық реакцияның пайдасына.

2) Қысым жоғарылағанда тепе-теңдік өзгереді. кішірек көлемге (немесе мольдердің аз санына)

3) Бастапқы заттардың біреуінің концентрациясы жоғарылағанда тепе-теңдік реакция өнімдерінің концентрациясының жоғарылауына қарай ығысады және керісінше.

Неліктен катализаторлар химиялық реакцияның жылдамдығын арттырады? «Ақылды адам тауға шықпайды, ақылды адам тауды айналып өтеді» деген халық даналығына толық сәйкес әрекет етеді екен. Заттардың өзара әрекеттесе бастауы үшін олардың бөлшектеріне (молекулаларына, атомдарына, иондарына) активтену энергиясы деп аталатын белгілі бір энергия беру керек (13, а-сурет). Катализаторлар бұл энергияны әрекеттесуші заттардың бірімен қосылып, энергиясы аз басқа затпен кездесу үшін оны «энергия тауының» бойымен жылжыту арқылы төмендетеді. Сондықтан катализатордың қатысуымен химиялық реакциялар тезірек жүріп қана қоймай, сонымен қатар төмен температурада да жүреді, бұл өндірістік процестердің құнын төмендетеді.

Күріш. 13.
Кәдімгі (а) және селективті (b) катализаторды қолданатын каталитикалық реакциялардың энергетикалық диаграммалары

Және тек емес. Катализаторларды қолдану бір заттардың әр түрлі реакцияға түсуіне, яғни әртүрлі өнімдердің түзілуіне әкелуі мүмкін (сурет 13, б). Мысалы, аммиак оттегінің әсерінен азот пен суға, ал катализатор қатысында – азот оксиді (II) мен суға дейін тотығады (реакция теңдеулерін жазып, тотығу және тотықсыздану процестерін қарастырыңыз).

Химиялық реакцияның жылдамдығын немесе оның жүру жолын өзгерту процесі катализ деп аталады. Реакциялар сияқты катализдің біртекті және гетерогенді түрлері болады. Ферменттерді пайдаланған кезде катализді ферментативті деп атайды. Катализдің бұл түрі адамға ерте заманнан белгілі. Органикалық заттардың ферментативті ыдырауының арқасында адам нан пісіруді, сыра қайнатуды, шарап пен ірімшік жасауды үйренді (14-сурет).

Күріш. 14.
Ежелгі заманнан бері адам нан пісіру, сыра қайнату, шарап жасау, ірімшік жасау кезінде пайда болатын катализді қолданды.

Күнделікті өмірде ең танымал ферменттер кір жуғыш ұнтақтардың құрамында кездеседі. Олар кірді жуу кезінде дақтардан және жағымсыз иістерден тазартуға мүмкіндік береді.

Химиялық тәжірибені пайдаланып катализаторларды толығырақ қарастырайық.

Сутегі асқын тотығы (күнделікті өмірде оны жиі сутегі асқын тотығы деп атайды) кез келген үйдегі дәрі-дәрмек шкафында қажетті дәрі болып табылады (15-сурет).

Күріш. 15.
Сутегі асқын тотығы ерітіндісі

Бұл препараттың қаптамасында жарамдылық мерзімі көрсетілуі керек, өйткені сақтау кезінде ол ыдырайды:

Дегенмен, қалыпты жағдайда бұл процесс баяу жүретіні сонша, біз оттегінің бөлінуін байқамаймыз, тек сутегі асқын тотығы ұзақ уақыт сақталған бөтелкені ашу арқылы одан аз газдың қалай бөлінетінін байқаймыз. Бұл процесті қалай тездетуге болады? Зертханалық тәжірибе жүргізейік.

Зертханалық тәжірибе No 9 Марганец (IV) оксиді арқылы сутегі асқын тотығының ыдырауы

Зертханалық тәжірибе No10
Тамақ өнімдерінде каталазаны анықтау

Катализаторлар өндірістік процестерді үнемді етіп қана қоймайды, сонымен қатар қоршаған ортаны қорғауға айтарлықтай үлес қосады. Осылайша, қазіргі заманғы жеңіл автокөліктер каталитикалық құрылғымен жабдықталған, оның ішінде керамикалық жасушалық катализаторды тасымалдаушылар (платина және родий) бар. Олар арқылы өткенде зиянды заттар (көміртек оксидтері, азот оксидтері, жанбаған бензин) көмірқышқыл газына, азотқа және суға айналады (16-сурет).

Күріш. 16.
Азот оксидтерін пайдаланылған газдардан зиянсыз азотқа айналдыратын автомобильдің каталитикалық түрлендіргіші.

Бірақ химиялық реакциялар үшін реакцияны тездететін катализаторлар ғана емес, сонымен қатар оларды баяулататын заттар да маңызды. Мұндай заттар ингибиторлар деп аталады. Ең танымал металл коррозиясының ингибиторлары.

Зертханалық тәжірибе No11
Метенаминмен қышқылдардың металдармен әрекеттесуін тежеу

Қарапайым адамның сөздік қорында химиядан енген сөздер жиі кездеседі. Мысалы, антиоксиданттар немесе антиоксиданттар. Қандай заттар антиоксиданттар деп аталады? Сіз байқаған боларсыз, егер сіз сары майды ұзақ уақыт сақтасаңыз, оның түсі, дәмі өзгереді, жағымсыз иіс пайда болады - ол ауада тотығады. Азық-түлік өнімдерінің бұзылуын болдырмау үшін оларға антиоксиданттар қосылады. Олар адам денсаулығын сақтауда да маңызды рөл атқарады, өйткені ағзада қажетсіз тотығу процестері де жүреді, нәтижесінде адам ауырады, шаршайды, тезірек қартаяды. Адам ағзасы антиоксиданттарды, мысалы, каротин (А дәрумені) және Е дәрумені бар тағамдарды жеу арқылы алады (Cурет 17).

Күріш. 17.
Антиоксиданттар: а - β-каротин; b - Е дәрумені

Сонымен, химиялық реакцияның жылдамдығын катализаторлар мен ингибиторлар, температураның өзгеруі, әрекеттесетін заттардың концентрациясы, қысым (біртекті газ реакциялары үшін) және әрекеттесетін заттардың жанасу аймағы (гетерогенді процестер үшін) көмегімен басқаруға болады. Және, әрине, химиялық реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың табиғатына байланысты.

Жаңа сөздер мен ұғымдар

1. Катализаторлар.
2. Ферменттер.
3. Катализ (гомогенді, гетерогенді, ферментативті).
4. Ингибиторлар.
5. Антиоксиданттар.

Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

1. Катализаторлар дегеніміз не? Олар химиялық реакцияларда қандай рөл атқарады? Неліктен катализаторлар химиялық реакцияларды тездетеді?
2. Адамзат өркениетінің тарихында ферментативті катализ қандай рөл атқарды?
3. Қазіргі өндірістегі катализаторлардың рөлі туралы есеп дайындаңыз.
4. Қазіргі өндірістегі ингибиторлардың рөлі туралы есеп дайындаңыз.
5. Антиоксиданттардың медицинадағы және тамақ өнеркәсібіндегі рөлі туралы есеп дайындаңыз.