Оқулық Алматы, 2003 ббк 28. 073 ф 16 ф 16 Фазылов С. Д., Молдахметов З. М., Ғазалиев А. М

ісінде қажетті химиялық өнімді алу үшін қандай бастапқы заттарды алу керектігін көрсететін нақты нұсқау, жетекші құрал болды.

Бірақ, А. Кекуле сызбаларын іс жүзінде үнемі жүзеге асыру мүмкін болмады: жақсы ойластырылған (немесе ойлап табылған) реакцияның әдемі сызбаға сәйкес жүргісі келмеді! Бұл бір-бірімен химиялық өзара әрекетгестікке түсетін затгардың реакциялық қабілетін формулалық схематизмнің есепке алмауынан болды.

Тәжірибеші химиктерді толғандырған сұрақтарға жауапты орыс ғалымы А. М. Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясы берді. Бутлеров та Кекуле тәрізді молекулалардың атомдардан жасалуы туыстықтың еркін бірліктерінің тұйықталуы есебінен жүзеге аса-тындығын мойындады, бірақ осымен қатар ол "бұл туыстықтың қандай кернеумен, көп немесе аз энергиямен заттарды өзара байланыстыратындығының" маңыздылығын көрсетті. Басқа сөзбен айтқанда, А. М. Бутлеров химия тарихында алғаш рет әр түрлі химиялық байланыстардың энергетикалық тең құнды еместігіне көңіл аударды (мысалы, органикалық қоспалардағы бір қат С - С, қос қатты С = С немесе үш қатты С = С химиялық байланыстар). Оның теориясы бір заттардың белсенділігі мен екіншілерінің "керенаулығының"(белсенділігінің нашарлығының) себептерін көрсетті. Бұл теория сонымен қатар молекулалардың құрылымында белсенді орталықтар мен белсенді топталулардың бар екендігін айқындады.

А. М. Бутлеров теориясын химиктер өздерінің тәжірибешілік қызметінде басшылыққа алды. Кейінірек бұл теория кванттық механикада дәлелденіп, өзінің физикалық негіздемесін тапты.

Қазіргі кезде "химиялық байланыстар" ұғымы кеңейе түсті. "Химиялық байланыс" ұғымымен қазір жекелеген атомдар арасындағы ғана емес, кейде атомдық-молекулярлық бөлшектердің арасындағы олардың электрондарын бірігіп пайдалануға байланысты әрекеттестік түрі түсіндіріледі. Мұнда өзара әрекеттестікке кіретін бөлшектер тарапынан электрондардың мұндай ортақтастырылуы кең шамаларда

146

езгеруі мүмкін екендігі ойға алынған. Байланыстың коваленттік, полярлы-коваленттік, иондық және металдық түрлері бар. Байланыс түрі атомдық-молекулярлық бөлшектердің бір-бірімен физикалық әрекеттестігінің сипатымен анықталады.

Атомдық бөлшектің валенттілігі тұрақты шама болып табылмайды және бөлшек-серіктердің табиғаты мен химиялық қоспаның жасалу жағдайларына қатысты бірліктен бастап кейбір өте үлкен мәнге дейін өзгеруі мүмкін.

Біршші жуықтауда атомдық құрылым деп ядро мен оны қоршаған, бір-бірімен электромагниттік әрекеттестік жағдайдағы электрондардың тұрақты жиынтығын түсінуіміз керек.

Соңғы уақытта ғалымдар "сэңцвичтік заттар" деп аталатын екі қүрамдық металлорганикалық заттардың жаңа тобын ашты. Бұл ортасында бір немесе екі

147

металл атомы бар сутегі мен көміртектен тұратын екі пластиналы молекула. Әзірше бұлар практикалық қолданысын әлі тапқан жоқ, бірақ-та олар валенттілік пен химиялық байланысқа деген көзқарасты өзгертуге әкелуде. Оларды молекулалар арасында электронды-ядрлы байланыстың бар екенін көрсетуде мысал ретінде қолдануда.

шеруінің кезеңі

1860-1880 жылдары құрылымдық түсініктердің дамуының нәтижесінде химияда органикалық синтез деген термин пайда болды, ол тек жаңа органикалық заттарды алу әрекеттерін ғана емес, сол кездегі табиғи заттардың анализімен жалпы әуестенушілікке қарсы осылайша аталған ғылымның бүтін бір саласын білдірді. Осы жылдары алғаш рет анилиндік бояулар, жарылғыш заттар, көптеген дәрілер синтезделді. Химия ғылымының бүл даму кезеңі органикалық синтездің салтанатты шеруі деп аталды.

Бірақ химиктердің мүмкіндігі шексіз емес еді: көп жағдайда химиялық реакциялар кезінде қажетті өнімдердің шығымы өте төмен, ал жанама өнімдердің қаддығы кеп бодды. Шикізат ретінде химиктер тапшы реагенттерді немесе тамақ өнімдерін - дән, май-ларды, сүт өнімдерін пайдаланды. Бұл экономикалық жағынан өте тиімсіз еді. Сонымен қатар ол кезде химия өндірісінде мамандар көп сатылы органикалық синтезді басқаруды білмеді. Осы сияқты себеп-тер органикалық синтездің дамуын тежеп келді.

148

6.6. Химиялық процестер туралы ілім.

Мәселелер мен шешімдер

6.6.1. Химиялық процесті басқару әдістері

Химиялық процестері туралы ілім - бұл ғылымның физиканың, химияның және биологияның аса тереңірек сіңісетін саласы болып табылады. Бұл ілімнің негізінде химиялық термодинамика мен кинетика тұр, сондықтан химиялық процестер туралы бұл ілімнің барлығы химияға да, физикаға да бірдей дәрежеде қатысты. Бұл ілімнің негізін қалаушы, Нобель сыйлығының лауреаты Н. Н. Семенов былай дейді: "...химиялық процесс - химияны физикадан ерекшелейтін негізгі құбылыс, ол алғашқысын өте күрделі ғылым етеді". Шынында да, химиялық процестер электрон, протон, атом сияқты салыстырмалы тұрғыда "қарапайым" ұғымдардан күрделі, көп деңгейлі тірі жүйелерге көтерілудегі алғашқы табалдырық тәрізді болады. Бұл мағынада химия ұқыпты, барлығына да өзінің түсіндірмесі бар, Жоғары мәртебелі физикадан сан қырлы, көп сырлы, құрылысы көп деңгейлі Сұлу Биологияға қарай салынған көпір тәріздес болады. Физика химиялық процестерді өз тілінде түсіндіре отырып, шын мәнінде биологияның да іргетасын қалайды, өйткені, кез келген тірі ағзаның тіршілігінің негізінде биохимиялық процесстер жатыр.

Химиялық процесстер туралы ілімнің құрылуына байланысты шешілетін көптеген мәселелер бар. Олардың дәл баяндауын физикалық химияның қазіргі заманғы кез келген оқулығынан табуға болады. Бірақ, сірә, ең негізгі мәселелердің бірі болып химиялық процестерді басқаруға мүмкіндік беретін әдістерді жасау міндеті табылады. Шынында да, бұл міндет толығынан шешілсе, өндірістегі химиктердің қалай жақсы өмір сүретінін елестетуге болады — барлығы алдын ала белгілі, заттарды қажетгі қатынаста алып, химиялық реакторда сәйкес физикалық жағдайларды жаса да (температура, қысым және басқаларын) хи-

149

Химиялық процесті басқару үшін химиктер қандай әдістерді пайдаланады? Ең жалпылама түрде басқарудың барлық әдістерін екі үлкен топқа бөлуге болады: термодинамикалық және кинетикалық. Бірінші топ — термодинамикалық әдістер — бұлар реакцияның химиялық тепе-теңцігінің ауысуына ықпал ететін әдістер; екінші топ — кинетикалық әдістер — бұлар реакцияның жүру жылдамдығына ықпал жасайтын әдістер.

1884 жылы көрнекті голландиялық химик Я. Вант-Гоффтың кітабы шықты, онда ол химиялық реакцияның бағытының температураның өзгеруі мен реакцияның жылулық әсеріне тәуелді екендігін анықтайтын заңдарды негіздеді. Сол жылы француз химигі А. Ле-Шателье өзінің әйгілі жылжымалы тепе-теңдік принципін тұжырымдады, мұнымен ол химиктерді тепе-тевдікті реакция өнімдерінің пайда болатын жағына қарай жылжыту әдістерімен қаруландырды. Негізгі басқару тетіктері бұл жағдайда температура, қысым және реакцияға түсетін заттар концентрациясы болды. Сондықтан да бұл әдістер өзінің термодинамикалық деген атауына ие болды.

150

Кез келген химиялық реакцияның қайтымды екенін еске түсірейік. Мысалы, мынандай реакция-

Реакциялардың қайтымдылығы тура және кері реакциялардың арасындағы тепе-теңдіктің негізгі қызметін атқарады. Іс жүзінде тепе-теңцік екі жақтың біріне қарай жылжиды. Химиялық реакция реакцияның АС және ВБ өнімдерін көбейту жағына қарай жүруі үшін не АВ мен СВ заттарының концентрациясын көбейту қажет, не температура мен қысымды өзгерту керек.

Бірақ термодинамикалық әдістер реакциялардың тек бағытын ғана басқаруға мүмкіндік берді, ал реакциялардың жылдамдығына олардың әсері болмайды.

Химиялық реакциялардың жыддамдығын басқару-мен әр түрлі факторларға сәйкес түрде арнайы ғылым - химиялық кинетика шұғылданады. Химиялық реакцияның жылдамдығына өте көп жағдай, тіпті, реакция жүретін ыдыстың қабырғалары да, әсер етуі мүмкін.