MUOMMOLI VAZIYATNI TAHLIL QILISH BO‘YICHA KEYS: NIma uchun elektr o’tkazuvchanlik tajriba asosida o’rganilayotgan o’zgarmas tokdan foydalanilasi
Konsentrasiya deganda biz xajm birligida bo'lgan modda mikdorini tushunmogimiz kerak. Masalan, 100 l biror gazga 2 g molekula CO2 aralashgan bulsa, bu xolda CO2 ning konsentrasiyasi 0.002 mol/l bo'ladi. Shunday qilib, kimyoviy reaksiya tezligini ulchashda moddalar konsentrasiyasini molG'l xisobida, vaqt birligi esa sekund, minut, soat, sutkalar xisobida olinadi. Reaksiya tezligini topishda reaksiyaga kirishayotgan moddalarning yoki reaksiya maxsulotlarining konsentrasiyalari uzgarishini bilishning farqi yuk. Kaysi moddani mikdorini ulchash kulay bulsa, reaksiya tezligi usha modda konsentrasiyasi uzgarishi bilan ulchanadi. Reaksiyaga kirishayotgan moddalarning konsentrasiyalari reaksiya davom etgan sari kamayadi; maxsulotlarniki,aksincha ortib boradi. Kupincha, dastlabki moddalar konsentrasiyalari kamayishidan foydalaniladi. Masalan; agar reaksiyaning tezligi minutiga 0.3 mol/l bulsa, 1 l dagi dastlabki moddaning konsentrasiyasi xar minutiga 0.3 mol kamayadi.
Kimyoviy reaksiyaning tezligi reaksiyaga kirishayotgan moddaning tabiatiga, dastlabki moddalarning konsentrasiyalariga, temperaturasiga, bosimiga, katalizatorning ishtirok etish va etmasligiga, moddalar sirtining katta-kichikligiga, erituvchi tabiatiga, yoruglik ta'siriga va boshqa faktorlarga bog'liq.
Reaksiya tezligiga reaksiyaga kirishayotgan moddalarning konsentrasiyalari katta ta'sir kursatadi. Gomogen (bir jinsli) sistemalar qatoriga masalan, gazlar aralashmasi, tuz yoki kand eritmasi (umuman eritmalar) kiradi. Fizikaviy yoki kimyoviy xossalari jixatidan o'zaro farq qiladigan va bir-biridan chegara sirtlar bilan ajralgan ikki yoki bir necha qismlardan tuzilgan sistema geterogen (kup jinsli) sistema deb ataladi. Masalan, suv bilan muz o'zaro aralashib ketmaydigan ikki suyuqlik (bir idishdagi simob va suv) va qattiq jismlarning aralashmalari geterogen sistemalardir. Getegeron sistemalarning boshqa qismlaridan chegara sirtlar bilan ajralgan gomogen qismi faza deb ataladi. Demak, gomogen sistema bir fazadan, geterogen sistema esa bir necha fazadan iborat ekan.
Reaksiya tezligiga konsentrasiya ta'sir etishining sababi shundaki, moddalar orasida o'zaro ta'sir bo'lishi uchun reaksiyaga kirushuvchi moddalarning zarrachalari bir-biri bilan tuknashadi. Lekin tuknashishlarning xammasi xam kimyoviy reaksiyaga olib kelavermaydi. Barcha tuknashishlarning oz qismigina reaksiyaga olib keladi. Vakt birligi ichida yuz beradigan tuknashishlarning soni o'zaro tuknashayotgan zarachalarning konsentrasiyalariga proporsional bo'ladi. Bu son qanchalik katta bulsa, moddalar orasidagi o'zaro ta'sir shunchalik kuchli bo'ladi. Ya'ni kimyoviy reaksiya shunchalik tez boradi.
Kimyoviy reaksiyaning tezligi reaksiyaga kirishayotgan moddalarning konsentrasiyalari ko'paytmasiga tugri proporsionaldir. Kimyo uchun nixoyatda muxim bo'lgan bu koida 1867 yilda Norvegiyalik ikkita olim Guldberg xam Vaage tomonidan taklif etilgan bo'lib, massalar ta'siri qonuni deyiladi. Bu qonunga muvofiq A+B = C reaksiyasi uchun V=K.[A][B] bo'ladi. Bu yerda V- reaksiyaning tezligi (kuzatilgan tezlik), [A] va [B] reaksiyaga kirishayotgan A va B moddalarning mol/l bilan ifodalangan konsentrasiyasi, K tezlik konstantasi. Agar A=V=1 bulsa, V=K bo'ladi. Demak, K- reaksiyaga kirishayotgan moddalarning konsentrasiyalari birga teng bo'lgandagi tezlik, ya'ni solishtirma tezlikdir. K ning kiymati reagentlarning, ya'ni reaksiyaga kirishayotgan moddalarning tabiatiga, temperaturaga va katalizatorga bog'liq bo'lib, konsentrasiyaga bog'liq emas. Reaksiyaning tezliklari K ning kiymati bilan takkoslanadi.
Agar reagentlarning stexiometrik koeffisiyentlari birdan boshqa bulsa, masalan:
aA + bB = cC
uchun massalar ta'siri qonunining matematik ifodasi kuyidagicha bo'ladi:
V=K[A]a.[V]v Massalar ta'siri qonunidan foydalanib, konsentrasiyaning uzgarishi bilan tezlikni uzgarishini xisoblab topish mumkin. Misol: 2NO+O2=2NO2 reaksiyada aralashmaning xajmi ikki marta kamaytirildi; tezlik kanday uzgaradi?
Yechish: xajmning uzgarishidan oldin, NO va O2 ning konsentrasiyalari a va v ga teng bulsin. Bu xolda: V=K[NO]2[O2] yoki V=Ka2b bo'ladi. Xajmning ikki marta kamayishi natijasida konsentrasiya ikki marta oshadi; endi [NO] urniga 2[NO] va [O2] urniga 2 [O2] olish kerak;
V=K(2a)2(2b)=8Ka2b
demak, tezlik 8 marta oshadi.
Atom va molekulalar galayonlangan xolatga utganida, ularning reaksiyaga kirishish qobilyati kuchayadi. Zarrachalarni galayonlashtirish uchun, masalan, temperaturani oshirish, bosimni ko'paytirish, reaksiyaga kirishayotgan moddalarga rentgen nurlari, ultrabinafsha nurlari, gamma nurlar ta'sir ettirish kerak bo'ladi.
Temperatura xar 10°S ga oshganda reaksiyaning tezligi 2-4 marta oshishini dastlab, Vant-Goff tajriba asosida ta'rifladi. Faraz kilaylik, biror reaksiyaning tezligi xar 10°S da 2 marta yoki 100% ortsin. Agar 0°C da reaksiya tezligi 1 ga teng bulsa 10°S da 2 ga. 20°S da 4 ga, 30°S da 8 ga, 40°S da 16 ga 50°S da 32 ga, 60°S da 64 ga, 70°S da 128 ga, 80°S da 256 ga,90°S da 512 ga, 100°S da 1024 ga teng bo'ladi. Demak, temperatura arifmetik progressiya bilan ortib borsa, reaksiya tezligi geometrik progressiya bilan ortadi. Temperatura 100°S ga ortganda reaksiya tezligi 1000 marta ortadi. Agar 0°S dagi tezlikni V0 bilan, t°dagi tezlikni Vt bilan belgilasak, reaksiya tezliginig temperatura bilan uzgarishi
Tenglama bilan ifodalanadi; bu yerda g - temperatura 10°S ga kutarilganda reaksiya tezligini necha marta ortishini kursatuvchi son, reaksiyaning temperatura koeffisiyenti deb ataladi. Reaksiya tezligiga temperatura ta'sir etishini kursatish uchun natriy tiosulfat Na2S2O3 bilan sulfat kislota eritmalari orasida boradigan reaksiyani:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + S + H2O
20° va 30°S larda utkaziladi. Reaksiyada S chukmasi xosil bo'lishi sababli eritma loykalanadi. 30° da reaksiya 20°S dagiga qaraganda kariyb 2 marta kam vaqt ichida tugaydi.
Kimyoviy reaksiya sodir bo'lishi uchun zarrachalar o'zaro tuknashishi kerak. Molekulyar kinetik nazariyaga muvofiq, molekulalar orasida bo'ladigan tuknashishlar soni absolyut temperaturaning kvadrat ildiziga tugri proporsionaldir; shunng uchun 10°S da boradigan reaksiyani 20°S da utkazilsa tezlik taxminan 2% ortishi kerak edi. Ammo reaksiya tezligi temperaturaning kutarilishi bilan juda tez ortadi; temperatura 10°S kutarilganda tezlik 100-200 % ga ortadi. Undan tashqari ba'zi moddalar odatdagi temperaturada uzoq vaqt aralash xolda bulsa xam, ular orasida kimyoviy reaksiya sodir bo'lmaydi. Lekin aralashma kizdirilsa reaksiya ancha tez boradi. Bunda turli reaksiyalarning tezligi turlicha bo'ladi. Agar molekulalar orasida bo'ladigan xar qaysi tuknashish natijasida kimyoviy reaksiya borsa, barcha reaksiyalar xam tez sodir bo'lishi kerak edi. Bularning xammasi e'tiborga olinib, massalar ta'siri qonuniga kushimcha sifatida, aktivlanish nazariyasi deb ataladigan nazariya kiritildi. U nazariyaga binoan, molekulalar orasidagi bo'ladigan tuknashuvlar natijasida kimyoviy reaksiya vujudga kelavermaydi, faqat ortikcha energiyaga ega bo'lgan aktiv molekulalar orasidagi tuknashuvlar reaksiyani vujudga keltiradi. Bu nazariyani D.V.Alekseyev, S.Arrenius va boshqa olimlar rivojlantirgan.
Demak, xar qaysi tuknashuv natijasida reaksiya bormaydi, faqat aktiv molekulalar orasida tuknashuvlar natijasida reaksiya boradi. Chunki, ikki zarracha o'zaro tuknashganda kimyoviy reaksiya sodir bo'lishi uchun bu zarrachalar orasidagi masofa elektronlar bulutlar bir-birini koplaydigan darajada kichik bo'lishi kerak. Shu vaqtdagina elektronlarning bir-moddadan ikkinchi modaga utishi, yoki kayta gruppalanishi va natijada yangi moddalar xosil bo'lishi mumkin. Lekin zarrachalar bir-biriga bu kadar yaqin masofaga kelishiga ikki zarrachadagi elektron qavatlarning o'zaro karshilik kuchlari xalakit beradi. Bu karshilik kuchlarini katta energiyaga ega bo'lgan aktiv zarrachalar yenga oladi. Aktivmas zarrachalarni aktiv xolatga utkazish uchun energiya talab kilinadi. Aktivmas zarrachalarni aktiv xolatga utkazish uchun, ularga berilishi zarur bo'lgan kushimcha energiya ayni reaksiyaning aktivlanish energiyasi deyiladi. Aktivlanish energiyasi kkalG'mol xisobida ifodalanadi. Uning son kiymati aktiv molekulalarning o'rtacha energiyalari bilan dastlabki moddalarning o'rtacha energiya kiymatlari orasidagi ayirmaga teng.
|
