1Химиялық термодинамика. Термодинамиканың бірінші заңы және оның қолданылуы. Гесс заңы және оның салдары. Кирхгоф теңдеуі

Химиялық реацияның жылдамдығы реакцияласушы заттардың концентрациясына тәуелді екендігін, газдар арасындағы реакцияларды мысалға алып, ең алғаш рет 1865 жылы орыс ғалымы Н. Н. Бекетов айтқан болатын.

Газдардың және сұйықтардың молекулалық-кинетикалық теориясы бойынша белгілі бір ортада газдардың немесе сұйықтардың молекулаларының соқтығысу санын анықтауға мүмкіндік береді. Егер осындай есептердің қорытындысын қолдансақ, қарапайым ортада заттардың молекулалар арасындағы соқтығысулар саны үлкен болып шығады, онда барлық реакциялар бір сәтте өтетін сияқты болады. Бірақ, шышына келсек барлық реакциялар жылдам біте бермейді. Бұл қарама-қайшылықты былай түсіндіруге болады: егер молекулалардың әрбір соқтығысулары әсер етуші заттарды реакцияның зат түзілуіне әкеледі. Реакция болу үшін, яғни жаңа молекулалар құрылу үшін, біріншіден міндетті түрде молекулалар шығатын заттағы атомдар арасындағы байланысты бөлу немесе әлсірету керек. Осыған белгілі бір мөлшердегі энергияны жұмсау керек. Егер соқтығысқан молекулалар осындай энергияны иемденсе, онда соқтығысу эффектісі бола алмайды, жаңа молекулалардың құрылуына әкелмейді. Егер соқтығысатын молекулалардың кинетикалық энергиясы байланыстарды бөлуге немесе әлсіретуге жеткілікті болса, онда соқтығысу атомдарының басқаша құрылуына және жаңа заттың молекуласының құрылуына әкеліп соғады.

Реакциялаушы заттардың бір моліндегі молекулалардың барлығы активті молекулаға айналдыру үшін жұмсалатын энергияның мөлшерін активтендіру энергиясы деп атайды. Активтендіру энергиясын кДж/моль өлшейді.Осындай энергиямен өлшенетін молекулалар – активті молекулалар деп аталады. Температура артқан сайын, молекулалардың саны артады. Осыдан, температураның артуымен химиялық реакцияның жылдамдығы арту керек деген тұжырым шығады. Шынында, температура көтерілген сайын, химиялық реакция тезірек өтеді.

Химиялық реакцияға температураның тез жүру қимылын жақсы түсіну үшін, энергия бойымен заттардың молекулалары қалай бөлінетінін қарастырайық. Мысал ретінде 63 суретте газ үшін көрсетілген, тұрақты температурада тұратын, жазықтық осінде газдың бір молекуласы, энергия Е жатқызылған, ал биіктік осінде барлық молекулалар санының жартысы, энергиямен қамтамасыз етілген, енсіз интервалда Е-ден Е +∆Е аралығында жатқан, осы интервалдың биіктігіне ∆Е бөлінеді. Егер газ молекулаларының барлық сандарын N деп белгілесек, ал оның жартысы энергиямен қамтамасыз етілген, енсіз интервалда жатқан ∆N / N, онда ось бойынша жіктелген биіктік ∆N / N∆E тең болады.

∆Е ені мен биіктігі берілген бағанды қарастырайық. Осындай бағанның ауданы: ∆Е∆N / (N∆E) = ∆N / N, яғни ∆Е интервалында жатқан энергияның, молекуланың жартысына тең.

Вант – Гофф ережесінің математикалық теңдеуін жылдамдық константаларының не жылдамдықтардың арақатынасы арқылы өрнектесе: