Химиялық реакциялар жылдамдығына температураның әсері.

0

Жоспары:

            1.Реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті.

            2.Аррениустың жылдамдық константасы мен температураны байланыстыратын теңдеуі.

  1. Активтелу энергиясы, активтелу теориясы.

Лекция мәтіні:

                                   Температура жоғарылаған сайын химиялық реакциялар жылдамдығы артады. Температура өскен сайын жылдамдық константасының мәні демек, реакцияның да жылдамдығы артады. Егер де kt – арқылы берілген реакцияның температурадағы жылдамдық константасын, ал kТ+10к – арқылы сол реакцияның (Т + 10К) температурадағы жылдамдық константасын белгілесек, екінші мәнінің бірінші мәнеге қатынасы реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін береді.

                        γ = kТ+10к/ kt ;                (1)

Вант-Гофф жақындатылған (импирикалық) ережесі брйынша температуралық коэффициент γ-мәні 2-4 шегінде болады, яғни температураны 10К –ге жоғарылатқанда реакция жылдамдығы 2-4 есе артады. Мысалы: температуралық коэффициент 2-ге тең болғанда температураны 100К –ге өсіру реакция жылдамдығын 1024 есе арттырады.

                        kТ+10к/ kt =210=1024

Демек, температураның арифметикалық прогрессияда өсуі реакция жылдамдығының геометриялық прогрессияда арттырады. Бірақ практикада γ мәні қатты жоғарылағанда күшті кеміп, тек салыстырмалы қысқа температура интервалында ғана орындалады. Сондықтан химиялық реакцияның жылдамдық константасының температура тәуелділігінің  нақтырақ байланыстылығын 1889 жылы С.Аррениус тапты.Аррениустың теңдеуі оңай жазылады.

                        lnk  = В – А/Т;            (2)

Мұндағы k – реакция жылдамдығының константасы, Т –  термодинамикалық температура, А мен В – берілген реакция ғана үшін тән болатын тұрақтылар.

            2-ші теңдеуден көріп тұрғанымыздай k – мәні кері температураға сызықты тәуелділікте болады.

                        Lnk =f (1/Т);             (3)

А мен В мәнін графиктік жолмен табуға болады, А =tgα, ал В мәні ордината осіндегі қисықтың проекциясы. Осындай жолмен А мен В тауып берген реакция үшін жылдамдық константасын кез келген температурада табуға болады.

2-ші теңдеудегі А мәні химиялық процестің активтелу энергиясын  Е сипаттайды.

            Кез келген химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші молекулалардың соқтығысу санына байланысты болады. Бірақ барлық соқтығысу әрекеттесуге алып келмейді. Бұл құбылысты Аррениустың активтелу теориясы түсіндіреді. Бұл теория бойынша тек молекуланың орташа энергиясынан жоғары энергиясы  бар молекулалар ғана реакцияға қабілетті. Осындай артық энергияны активтелу энергиясы деп атайды. Оны кДж/кмольмен өрнектейді.

            Активтелу энергиясының мәні молекула құрылысына және оның реакцияға түсетініне байланысты, басқа сөзбен айтқанда, әрбір химиялық реакцияның  өзіне тән активтелу энергиясының мәні болады. Мысалы:

                        2НІ → Н2 + І2,                      Е =185,77

                        С2Н4 + Н2→ С2Н6 ,              Е =182,00

                        Н2 + І2→2НІ ,                       Е=167,36

                        2NO2→2 NO + О2,               Е =133,89

            Молекулалардың активтелу энергиясын сыртқы факторлар әсерінен (температураны жоғарылату, жарық энергиясы, катализатор) төмендетуге болады.Активтелу энергиясы молекулаларда әртүрлі көрінеді. Олар қозғалады, атомдар молекулада жоғары энергиямен тербеледі..

            Мына графикте бір күйден екінші күйге өту экзотермиялық болса, энергетикалық деңгейлер айырымы Q реакцияның жүру эффектісі болып табылады.К энергетикалық деңгейі молекулаға түсу үшін қажет болатын ең аз энергия мәні. Демек, жүйе бірінші күйден екінші күйге өту үшін энергетикалық барьерден өту керек.

5.Демек, активтелу энергиясы жоғары болған сайын реакция баяулау жүреді. Активті соқтығысу теорияда Аррениус акивті молекуланың санын Максвелл – Вольциан заңы бойынша табуға болатындығын көрсетті.

                                   Nа =Nжалпы — l=Е / kТ

Nа – активті молекулалар саны, Nжалпы – жалпы молекулалар саны, l- натурал логарифм негізі, k – универсал газ тұрақтысы, Т – термодинамикалық температура.

4-ші теңдеуді  мынадай түрге келтіруге болады:

                        k = k0 l – Е / kt логарифмдеген сан.

lnk  = lnk0 – Е / kТ

k – кәдімгі жағдайдағы реакция жылдамдығы, k0 – барлық соқтығысу реакцияға алып келгендегі реакция жылдамдығы.

2 және 4 – ші теңдеулерді салыстыра келе Аррениус теңдеуіндегі константасының физикалық мағынасын түсінуге болады.

А =Е/ k процестің активтелу энергиясын (Е) сипттайды.

В = lnk0 – бір секундтағы көлем бірлігіндегі соқтығысу санын көрсетеді.

  1. Егер де Т1 және Т2 температуралардағы k1 және k2 белгілі болса 4-ші теңдеуден Е – ні табуға болады.

Lnkт2 / kТ 1 =Е/ k (1/Т1 – 1/Та)

            Натурал логарифмді ондық логарифмнен алмастырып, k – мәнін қойсақ:

Lg kТ2 / kТ 1 = Е/ 19,149 (1/Т1 – 1/Та)

Яғни температура жоғарылаған кезде жылдамдықтың артуын молекуланың орташа кинетикалық энергиясы өсуінен ғана емес, сонымен қатар реакуияға қабілетті активті молекулалық үлесі өсуімен түсіндіруге болады.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ