Модуль Химиялық термодинамика және тепе-тендік Дәріс Химиялық термодинамиканың негіздері

υ = υ ₁ = υ ₂, (9.5)

мұнадғы υ ₁ – тура химиялық реакцияның жылдамдығы;

υ ₂ – кері химиялық реакцияның жылдамдығы.

Егер тура химиялық реакцияның жылдамдығы кері химиялық реакция жылдамдығынан көп жоғары болса, яғни

υ ₁ >> υ ₂, (9.6)

онда жалпы реакцияның жылдамдығы тура химиялық реакцияның жылдамдығымен анықталады. Мұндай реакциялар біржақты немесе қайтымсыз реакциялар деп аталады.

мұндағы k – химиялық реакция жылдамдығының константасы;

n_A – А заты бойынша реакцияның реттілігі;

n_B – В заты бойынша реакцияның реттілігі.

Егер С_А = 1 және С_В = 1 болса, онда (9.7) теңдеу ықшамдалады:

υ = k (9.8)

Осыдан k шамасын химялық реакцияның меншікті жылдамдығы деп те атайды.

Химиялық реакцияның жылдамдығын өлшеу әрекеттесуші заттардың бірінің концентрациясын реакция басынан белгілі уақыт бөліктері өткеннен кейін анықтауға, яғни әрекеттесуші заттардың концентрацияларының уақытқа тәуелділігін анықтауға негізделген. Бұл мәселе әрбір нақты жағдай үшін ең ұтымды келетін сандық анализ әдісі көмегімен орындалады. Әдетте әрекеттесуші заттың концентрациясын не сандық анализ әдісімен, не реакция барысы кезіндегі реакциялық қоспаның қандай да бір физикалық қасиетіне негізделген физико-химиялық анализ әдісі көмегімен анықтайды. Мұндай қасиетке тығыздық, тұтқырлық, диэлектрлік өтімділік, электрөткізгіштік, оптикалық тығыздық және т.б. қасиеттер жатады.

Реакцияның элементар актісінің өтуі үшін қажетті әрекеттесуші заттардың ең аз саны химиялық реакцияның молекулалылығы деп аталады. Молекулалылық әрекеттесуші заттардың ғана санымен анықталатын-дықтан бұл кезде реакция барысында түзілетін заттардың санының маңызы жоқ. Әрекеттесуші заттардың минимал санына қарай реакцияларды келесідей топтарға бөледі:

1) мономолекулалық (бірмолекулалық) реакциялар, оларда бір элементар акт нәтижесінде бір ғана молекула өзгеріске ұшырайды:

Н₂ = 2Н (9.9)

2) бимолекулалық (екімолекулалық) реакциялар, оларда элементар акт нәтижесінде бір заттың екі молекуласы:

2Н = Н₂ (9.10)

немесе әртүрлі заттардың екі молекуласы өзгеріске ұшырайды:

СО₂ + Н₂ = СО + Н₂О (9.11)

3) тримолекулалық (үшмолекулалық) реакциялар, оларда үш молекула өзгеріске ұшырайды:

3О₂ = 2О₃ (9.12)

немесе

О₂ + NO = 2NO₃ (9.13)

Реакцияның молекулалығы реакцияның жүру механизмін сипаттайтын теориялық ұғым болып табылады.

Көптеген химиялық реакциялардың жүру механизмі белгісіз болғандықтан, олардың жылдамдықтарының әрекеттесуші заттардың концентрацияларына тәуелділігін нақты түрде жазу мүмкін емес. Сондықтан химиялық реакцияның реттілігі ұғымы енгізілген, ол химиялық реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттар концентрациясына тәуелділігін көрсететін кинетикалық теңдеуден анықталады. Реакцияның жалпы және дербес реттілігін айырады. Химиялық реакцияның белгілі бір зат бойынша дербес реттілігі деп химиялық реакцияның кинетикалық теңдеуіне кіретін осы заттың дәрежесін айтады. Реакцияның жалпы реттілігі реакцияға қатысушы барлық заттардың дербес реттіліктерінің жиынына тең.

Осылайша химиялық реакцияның реттілігі формальді түрде химиялық реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттар концентрация-сына тәуелділігін, ал молекулалығы оның жүру механизмін сипаттайды. Егер стехиометриялық теңдеу реакцияның шынайы механизмін дұрыс көрсетсе онда реакцияның реттілігі мен молекулалығы өзара сәйкес келеді. Жалпы жағдайда мұндай сәйкестік байқалмайды. Сондықтан химиялық реакциялар теңдеулеріндегі стехиометриялық коэффициенттер көп жағдайда реакцияның реттілігін анықтай бермейді.

Температура өскен кезде химиялық реакцияның жылдамдығы артады.

Температураның химиялық реакция жылдамдығына әсері реакция жылдамдығының константасы арқылы өтеді. Сондықтан, температураның химиялық реакция жылдамдығына әсері туралы айтқанда, оның химиялық реакция жылдамдығы константасының температураға тәуелді өзгерісіне әсерін айтады.

Температура әрбір 10 градусқа жоғарылағанда химиялық реакция жылдамдығы 2 – 4 есе өсетіндігін Вант-Гофф эмпирикалық, яғни тәжірибелік жолмен анықтаған. Химиялық реакция жылдамдығы константасының температураға тәуелділігі сандық жағынан химиялық реакция жылдамдығы константасының температуралық коэффициентімен өрнектеледі, ол температура 10 градусқа жоғарылаған кезде химиялық реакция жылдамдығының неше есе өсетіндігін көрсетеді:

мұндағы γ–химиялық реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті;