DAMOO

Химия · ҰБТ 2026 · 02. Химиялық реакциялардың жүру заңдылықтары

Кинетика. Химиялық тепе-теңдік

Тестті бастау

Тест тапсыру үшін жүйеге кіру немесе тіркелу керек.

Конспект

Оқулықтық тірек

Негізгі ұғымдар

  • Реакция жылдамдығы — бастапқы заттың немесе өнімнің концентрациясының уақыт бірлігіндегі өзгерісі; әрқашан оң шама.
  • Химиялық тепе-теңдік — тура және кері реакциялар жылдамдықтары теңескен күй; ол динамикалық.
  • Ле Шателье — Браун принципі: сыртқы әсер өзгерсе, тепе-теңдік сол әсерді әлсірететін реакция жағына ығысады.

Теория

Жылдамдық өрнегі. $A + B = D + F$ үшін орташа жылдамдық $v = -\frac{\Delta c}{\Delta t} = \frac{c_1 - c_2}{t_2 - t_1}.$ Бастапқы зат концентрациясы кемиді ($\Delta c < 0$), сондықтан «минус» қойылады. Өлшем бірлігі — моль/(л·с), моль/(л·мин).

  • Гомогенді реакциялар біртекті ортада (ерітінділер, газдар): $v = \pm\dfrac{\Delta n}{V \cdot \Delta t}$.
  • Гетерогенді реакциялар әртүрлі фазалар шекарасында (газ–сұйық, қатты–сұйық): $v = \pm\dfrac{\Delta n}{S \cdot \Delta t}$, $S$ — қатты заттың бет ауданы.

Реакция бөлшектердің тиімді соқтығысуынан жүреді; соқтығысу жиілеген сайын жылдамдық артады.

Факторлар

  1. Табиғаты: сутек фтормен бөлме температурасында жарылыспен, ал йодпен тек 500–700 °C-та әрекеттеседі.
  2. Концентрация: көлемдегі бөлшек көбейсе, соқтығысу жиілейді. Бұл газдар мен ерітінділерге қатысты, қатты заттарға емес; газдар үшін концентрация рөлін қысым атқарады.
  3. Жанасу беті: бор (мел) ұнтағы $HCl$-мен кесегінен гөрі қарқынды әрекеттеседі.
  4. Температура: 10 °C-қа қыздырғанда жылдамдық 2–4 есе ($\gamma$) артады; $\Delta t$-ға қыздырғанда — $\gamma^{\Delta t/10}$ есе.
  5. Катализатор (өршіткі) — реакцияны тездетеді, бірақ өзі жұмсалмайды. Мысалы, $MnO_2$ қатысында $2H_2O_2 = 2H_2O + O_2$ тез жүреді, $MnO_2$ соңында қалады.

Катализ түрлері

  • Гомогенді катализ — реагенттер мен катализатор бір агрегаттық күйде (қышқылдар, негіздер).
  • Гетерогенді катализ — әртүрлі күйде (металдар, олардың оксидтері); мысалы, қатты $MnO_2$ + $H_2O_2$ ерітіндісі.
  • Ферменттер — биокатализаторлар; промоторлар катализатор белсенділігін арттырады, катализатор улары оны басады.
  • Ингибиторлар (тежегіштер) реакцияны баяулатады: металдарды жемірілуден қорғау, тағамды сақтау, кездейсоқ жарылыстың алдын алу.

Қайтымды және қайтымсыз реакциялар. Қайтымсыз реакциялар тек тура бағытта соңына дейін жүреді: тұнба, газ, аз диссоциацияланатын зат (су) түзілсе немесе көп жылу бөлінсе ($NaCl + AgNO_3 = AgCl\downarrow + NaNO_3$; $K_2CO_3 + 2HCl = 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$). Реакциялардың көпшілігі қайтымды, теңдеуде $\rightleftharpoons$ таңбасы қойылады: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Солдан оңға — тура, оңнан солға — кері реакция.

Тепе-теңдіктің орнауы. Басында реагенттер көп — тура реакция жылдам, кері реакция баяу. Реагенттер азайған сайын тура реакция баяулайды, өнім көбейіп, кері реакция тездейді. Жылдамдықтар теңескенде тепе-теңдік орнайды: уақыт бірлігінде қанша өнім молекуласы түзілсе, сонша ыдырайды, концентрациялар өзгермейді.

Тепе-теңдіктің ығысуы

Әсер Ығысу бағыты Мысал
Бастапқы зат концентрациясын арттыру оңға (өнімге) $N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$: $N_2$ қосса, $NO$ көбейеді
Қысымды арттыру газ молі аз жаққа $2CO + O_2 \rightleftharpoons 2CO_2$ (3 → 2) — оңға
Газ молі өзгермесе қысым ығыстырмайды $H_2 + Br_2 \rightleftharpoons 2HBr$ (2 → 2)
Қыздыру эндотермиялық жаққа $2CO + O_2 \rightleftharpoons 2CO_2 + 577$ кДж — солға
Суыту экзотермиялық жаққа $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + Q$ — оңға
Катализатор ығыстырмайды тура және кері реакцияны бірдей тездетеді, тепе-теңдік тез орнайды

Қысымды есептегенде тек газдар саналады: $Zn_{(қ)} + H_2O_{(г)} \rightleftharpoons ZnO_{(қ)} + H_2$ (1 → 1) — қысым әсер етпейді; $C_{(қ)} + H_2O \rightleftharpoons CO + H_2$ (1 → 2) — қысым артса, солға.

Жылдамдық пен тепе-теңдіктің айырмасы. Температура жылдамдықты әрқашан арттырады, ал тепе-теңдікті эндотермиялық жаққа ығыстырады. Тез реакция үлкен шығымды білдірмейді.

Әрекеттесуші массалар заңы. Элементар реакция үшін $v = k[A]^a[B]^b$; күрделі реакцияларда дәреже көрсеткіштері тәжірибеден анықталады, коэффициенттермен сәйкес келмеуі мүмкін. Тепе-теңдік константасы $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ үшін: $K_c = \dfrac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$. Қатты заттар мен таза сұйықтықтар өрнекке кірмейді: $CaO_{(қ)} + CO_2 \rightleftharpoons CaCO_{3(қ)}$ үшін $K_c = 1/[CO_2]$.

Тепе-теңдік константасы. $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ үшін: $K = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$ Дәреже көрсеткіштері — теңдеудегі коэффициенттер. Таза қатты заттар мен сұйықтар өрнекке жазылмайды. $K$ температураға тәуелді; бастапқы концентрациядан тәуелсіз. $K \gg 1$ — өнімдер басым, $K \ll 1$ — бастапқы заттар басым.

Есеп. $H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI$; тепе-теңдікте $[H_2] = [I_2] = 0{,}1$ моль/л, $[HI] = 0{,}8$ моль/л. $K = 0{,}8^2/(0{,}1 \cdot 0{,}1) = 64$.

Белсендіру энергиясы $E_a$ — соқтығысқан бөлшектер өнім түзуі үшін қажет ең аз энергия (Дж/моль). Аррениус теңдеуі: $k = A e^{-E_a/RT}$. $E_a$ үлкен болса, сол температурада $k$ кіші; температура артқанда жеткілікті энергиясы бар бөлшектердің үлесі өседі, сондықтан жылдамдық артады.

Мысалдар

  1. $A$ концентрациясы 10 минутта 0,6-дан 0,4 моль/л-ге төмендеді. $v = (0{,}6 - 0{,}4)/10 = 0{,}02$ моль/(л·мин).
  2. $\gamma = 3$, температура 150-ден 200 °C-қа көтерілді. 5 қадам: $3^5 = 243$ есе. ($\gamma = 2$, 100 → 200 °C: $2^{10} = 1024$ есе.)
  3. $CO + 2H_2 \rightleftharpoons CH_3OH + Q$ (3 → 1 моль газ). Қыздыру — солға, қысымды арттыру — оңға.

ҰБТ-дағы жиі қателер

  • Тепе-теңдікте реакция тоқтады немесе концентрациялар тең деп ойлайды — тең тек жылдамдықтар.
  • Катализатор шығымды арттырады деп санайды — ол тек тепе-теңдікке жету уақытын қысқартады.
  • Концентрацияның әсерін қатты заттарға қолданады — оларға бет ауданы маңызды.
  • Температура қадамдарын қате санайды: 150 → 200 °C — 50 емес, 5 қадам.

Өзіңді тексер

  1. Гетерогенді реакция жылдамдығы неге бет ауданымен өрнектеледі? — Реакция фазалар шекарасында жүреді.
  2. $N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$-ға қысым әсер ете ме? — Жоқ, газ молі өзгермейді (2 → 2).
  3. Экзотермиялық реакцияның тепе-теңдігі қыздырғанда қайда ығысады? — Солға.
  4. Ферменттер деген не? — Биологиялық катализаторлар.
  5. Қайтымсыз реакцияның шарттары? — Тұнба, газ немесе су түзілуі, көп жылу бөлінуі.

Осы бөлімнің басқа тақырыптары