Модуль Химиялық термодинамика және тепе-тендік Дәріс Химиялық термодинамиканың негіздері

Каталиттік реакциялар гомогенді және гетерогенді болып екіге бөлінеді. Әрекеттесетін зеаттар мен ондағы катализатор біртекті системадан тұрса, яғни олардың бәрі де бір фазада болса, онда оны гомогенді катализ дейді.

Ферменттер – тірі организмдердің қызметінің өнімі және биологиялық процесті тездететін биологиялық катализаторлар болып табылады.

1. 
   Молекуланың не атомның қозуы. Жарық әсерінен әрекеттесуге қабілеті күшті, тұрақсыз бөлшектер түзіледі: А + hν → А*
   
2. 
   Молекуланың атомдарға немесе бос радикалдарға диссоциациялануы (фотолиз): АВ + hν →А∙ + В∙
   
3. 
   Молекуланың не атомның электрон бөліп шығаруы арқылы иондар түзілуі(фотоэффекті):
   

Бірінші процесте түзілетін активті бөлшектер бастапқы заттармен химиялық әрекеттесуі немесе олардың активтігі жойылып реакцияға түспеуі мүмкін. Активтігі жойылудың бірнеше себептері бар:

а) активті бөлшектің басқа бір молекуламен немесе ыдыс қабырғасымен соқтығысуы: А* + М→ А+ М

б) сәуле түрінде квант энергиясын бөліп шығару арқылы активтігінен айырылады: А* → А + hν

Бірінші фотохимиялық реакцияға екінші (қараңғы) процесс жалғасуы мүмкін. Мысалы, төмендегі фотохимиялық реакцияның әсерінен.

Егер жүйеде сутегі молекуласы болса Н₂ мыңдаған НСІ молекуласы түзілетін қараңғы тізбекті процесс жүреді.

1. 
   Химиялық кинетика нені зерттейді?
   
2. 
   Реакция жылдамдығы теңдеуі қандай заңдылық негізінде жазылады?
   
3. 
   Реакция молекулалығы мен реттілігінің айырмашылықтары неде?
   
4. 
   Реакция жылдамдығына әсер етуші факторларды атаңыз.
   
5. 
   Гомогенді катализ дегеніміз не?
   
6. 
   Гетерогенді катализ дегеніміз не?
   
7. 
   Ферментативті катализге мысал келтіріңіз.
   
8. 
   Катализдің әрбір түрі қандай биологиялық және өндірістік мәнге ие?
   
9. 
   Әрбір катализ түрінің спецификалық ерекшеліктері мен айырмашылықтарын атаңыз.
   

1. 
   Электрохимияға кіріспе.
   
2. 
   Электродтық потенциалдар мен қос электрлік қабат туралы қазіргі кездегі көзғарасы.
   
3. 
   Электролиттердің электрөткізгіштігі.
   
4. 
   Гальваникалық элементтердің ЭҚК. Даниэль-Якоби гальваникалық элементі.
   
5. 
   Бірінші және екінші текті электродтар.
   

Электрохимияда химиялық энергия мен электр энергиясының бір-біріне айналуы зерттеледі. Атап айтқанда, электролит ерітінділерінен (немесе балқымасынан) электр тоғы өтуі нәтижесінде химиялық реакцияның жүруін және керісінше, электрод пен электролит ерітіндісі арасында өтетін химиялық реакцияның нәтижесінде электр тоғының пайда болуын зерттейтін ғылым. Электрохимия электрод пен электролит ерітіндісі арасында жүретін химиялық реакцияны электродтық процесс немесе электрохимиялық реакция деп атайды. Элетрохимиялық реакциялар өтетін жүйені электрохимиялық жүйе дейді. Сөйтіп, электрохимиялық жүйелер электр энергиясы мен химиялық энергияның бір-біріне айналу бағытына қарап екі топқа бөледі: І топқа жататын жүйелерде химиялық реакция нәтижесінде электр энергиясы алынады (гальваникалық элементтер, аккумулятор). ІІ топқа электролиз құбылысы, яғни электр тоғы әсерінен химиялық реакциялар өтетін жүйелер. Осыған орай электрохимиялық жүйелерде өтетін процестер тепе-теңдік немесе тепе-теңдіксіз процестер болып бөлінеді. Тепе-теңдікті процестерді электрохимияның термодинамикасы, ал тепе-теңдіксіз процестерді электрохимияның кинетикасы зерттейді.

Электролиттер диссоциациялану қабілетіне орай шартты екі топқа бөлінеді: әлсіз және күшті электролиттер.

а) Әлсіз электролиттер. Көптеген қосылыстарды еріткенде олардың молекулалары түгелдей диссоциацияланбайды, яғни иондарға ыдырамайды. Оларға органикалық қышқылдардың басым көпшілігін, фнеолды, аммиакты және аминдерді, көмір қышықылын, сынап тұзын т.б. жатқызуға болады. Берілген электролиттің диссоциациялану дәрежесі α<0,3 болса, ол әлсіз, α>0,3 болса күшті электролит делінеді. Диссоциациялану дәрежесі концентрация сияқты көптеген өлшемдерге тәуелді болады. Демек, оны диссоциация константасы арқылы өрнектеген ыңғайлы.

Әлсіз электролиттің диссоциация теңдігін қарастырайық. Ол үшін бинарлы, яғни диссоциация кезінде бір катион және бір анион беретін шартты таңбамен өрнектелген электролитті мысал ретінде алайық:

КА = К⁺+А^-

Егер берілген қышқылдың бір молі V литр еріткіште ерітілсе, оны V = 1:С ерітіндіні сұйылту дейді және C_K+ = C_A- = α/V , ал C_AK = (1-α):V.

Онда, диссоциация константасы:

Бұл өрнек Оствальдтың сұйылту заңы (1888ж) дейді.

Бұдан берілген концентрациядағы диссоциациялану дәрежесі жоғарылаған сайын, диссоциация константасының артатыны анық көрінеді. Демек, электролиттің күшін диссоциация константасы арқылы оңтайлы өлшей береді. Кез келген теңдік константасы сияқты диссоциация константасы да температураға сәйкес өзгереді.

б)Күшті электролиттер. Көптеген заттар ерігенде молекуласының басым көпшілігі иондарға ыдырайды, яғни диссоциацияланады. Олардың қатарына күшті қышқылдар мен күшті негіздер жатады. Күшті электролиттердің ерітінділерінде Оствальдтың сұйылту заңынан едәуір ауытқушылық байқалады. Аса жоғары емес, шамамен орташа не одан да төменгі концентрациядағы электролит ерітінділерде тек ион түрінде болдаы. Демек, күшті электролит ерітіндідегі иондар концентрациясы осындай әлсіз электролитпен салыстырғанда біраз жоғары болады және дәл осының салдарынан иондардың арақашықтығы жақындай түседі де иондардың өзара әрекеттесуі, әсерлесуі күшейеді.

Электр өткізгіштік деп электр өрісінде заттың электр тогын өткізу қабілетін атайды. Электр тогы ерітіндіден иондар арқылы өтеді. Электр өткізгіштіктің шамасы ионның электр өрісіндегі жылдамдығымен байланысты, неғұрлым ионның жылдамдығы жоғары болса, соғұрлым электр өткізгіштігі көп болады.

Электр кедергісі R = ρ· l/S (2)

мұнда ρ – меншікті кедергі, омм (ом см); l - өткізгіштің ұзындығы, м (см); S - өткізгіштің көлденең қимасының ауданы, м² (см²)

Олай болса, меншікті электр өткізгіштік  меншікті кедергінің кері шамасына тең:  = 1/ ρ (3)

Меншікті электр өткізгіштіктің өлшем бірлігі – Ом^-1·м^-1 (Ом^-1·см^-1 ) немесе См·м^-1 (См -Сименс). Осыдан меншікті электр өткізгіштік деп ара қашықтығы 1м, аудандары 1м² екі электрод арасындағы (көлемі 1м³) ерітіндінің өткізетін электр тогын айтамыз.

Эквивалентті электр өткізгіштік. Эквивалентті электр өткізгіштік деп 1 моль· экв электролиттің диссоциациялануынан түзілетін иондардың электр өткізгіштігін айтады. Эквивалентті электр өткізгіштіктің мәні ара қашықтығы 1 м екі электрод арасына орналасқан және ішінде 1моль· экв электролит еріген ерітіндінің электр өткізгіштігін айтады.

Эквивалентті электр өткізгіштік меншікті электр өткізгіштік арқылы былай анықталады:V=χ/с

мұндағы  -эквивалентті электр өткізгіштік, Ом^-1·м²·моль^-1. Эквивалентті электр өткізгіштікті тікелей өлшеуге болмайды.

Гальваникалық элемент және онда жүретін реакциялар

Химиялық реакцияның энергиясы электр энергиясына айналатын электрохимиялық жүйе гальваникалық элемент деп аталады. Қарапайым гальваникалық элемент өз иондарының ерітінділеріне батырылған екі металдық электродтан тұратын жүйе. Ерітінділер өзара ажыратылған және электролиттік көпірше арқылы жалғастырылған. Жұптасқан тотығу-тотықсыздану процестерінің кеңістіктік бөлінген түрде жүруі (тотығу және тотықсыздану) гальваникалық элемент жұмысының негізгі шарты болып табылады. Тотығу процесі бір электродта, ал тотықсыздану процесі екінші электродта жүреді. Гальваникалық элементте теріс зарядталған электродта әрқашан тотығу процесі (электрон беру), ал оң зарядталған электродта тотықсыздану процесі (электрон қосып алу) жүреді.

Мыс-мырыштық гальваникалық элементі (Даниэль-Якоби гальваникалық элементі) ZnSO₄ ерітіндісіне батырылған мырыш электроды мен CuSO₄ ерітіндісіне батырылған мыс электродынан тұрады. Мыс-мырыштық гальваникалық элементінің сызбасы 11.1 суретте келтірілген. Берілген электрохимиялық жүйеде мырыш электроды оң, ал мыс электроды теріс зарядталған. Мырыш электродында тотығу процесі жүреді:

Zn – 2e = Zn²⁺, (11.1)

ал мыс электродында тотықсыздану реакциясы жүреді:

Сu²⁺ + 2e = Cu (11.2)