NKPI

Maraqlı Məlumatlar

KİMYA DƏRSİ MƏSƏLƏLƏRLƏ - Kimyəvi reaksiyaların sürəti və kimyəvi tarazlıq

KİMYƏVİ REAKSİYALARIN SÜRƏTİ VƏ KİMYƏVİ TARAZLIĞA AİD MƏSƏLƏLƏRİN HƏLLİ ÜSULLARI

Maddələr bir-biri ilə o halda reaksiyaya daxil olur ki, molekulundakı atomlar arasında kimyəvi rabitələr qırılsın və ya zəisfləsin. Bu rabitələri qırmaq və ya zəiflətməkdən ötrü molekullar müəyyən qədər enerjiyə malik olmalıdır.

Molekulların kimyəvi reaksiyaya daxil olması üçün malik olduğu enerji miqdarına aktivləşmə enerjisi deyirlir.

Aktivləşmə enerjisinə malik olan molekullar aktiv molekullar adlanır.

Maddələrin molekullarının hamısı və ya əksəriyyəti aktiv olduqda, onların arasında reaksiya böyük sürətlə və çox qısa müddətdə baş verir. Məsələn, alov və ya qığılcımla toxunduqda 2:1-ə həcm nisbətində götürülmüş H2 və O2 qazları qarışığında eləcə də H2SO4 və BaCl2 məhlulları arasında reaksiya bir anda baş verir.

Müəyyən şəraitin (temperatur, katalizator və s) təsirindən qismən aktiv hissəcikləri olan maddələr arasında isə reaksiyalar tədricən gedir.

Reaksiyanın gedişi prossesində aktivləşən hissəciklərin sayı artırsa, reaksiya davam edir, artmırsa dayanır. Yavaş sürətlə gedən reaksiyalara

dəmirin paslanması (4Fe +3O2+ 6H2O → 4Fe(OH)3),

CuO+ H_t, P →  Cu+H2O;

CuSO4 +5H2O → CuSO4·5H2O, çürümə,

qıcqırma (C6H12O6 _qıc-ma → 2C2H5OH+2CO2)

reaksiyalarını və başqalarını misal göstərmək olar.

Kimyəvi reaksiyalar bircinsli – homogen (qaz və ya maye) və müxtəlifcinsli – heterogen mühitdə (qaz-bərk, qaz-maye, bərk-maye) baş verə bilər.

Bircinsli mühitdə baş verən reaksiyalara homogen, müxtəlifcinsli mühitdə gedən reaksiyalara heterogen reaksiyalar deyilir.

Homogen reaksiyalar

Heterogen reaksiylar

2H2(q)+ O2(q) →H2O(bux)         

N2(q)+3H2(q) _→ 2NH3(q)

2No(q)+ O2(q) → 2NO2(q)

NaOH(məh)+HNO3(məh)→NaNO3(məh) +H2O(m)

Metal oksidi+turşu →

Metal+turşu →

Metal+oksigen →

Əsasi oksid+ H2O →

Homogen reaksiyalarda maddələrin hissəcikləri sistemin bütün həcmində bir-biri ilə reaksiyaya girir, heterogen reaksiyalarda isə maddələrin hissəcikləri yalnız onları ayıran səthdə (fazalar səthində) qarşılıqlı təsirdə olur. 

Homogen və heterogen reaksiyaların sürətini və onlara təsir edən amilləri təhlil edək. Hemogen reaksiyaların sürətini bilmək üçün molyar qatılıq anlayışını bilmək lazımdır.

Məhlulun 1 litrində həll olan maddənin mol miqdarına molyar qatılıq deyilir və CM ilə işarə edilir. Molyar qatılığın vahidi mol/l olur.

CM=v/V; v → mol miqdarı; V→ həcmdir, həmişə litrlə olmalıdır.

Vahid zamanda reaksiyaya daxil olan və ya alınan maddələrdən birinin molyar qatılığının dəyişməsinə homogen reaksiyaların sürəti deyilir.

Reaksiyaya daxil olan maddələrin və alınan məhsulların molyar qatılığının zamana görə dəyişməsinin qrafik ifadəsinə kinetik əyrilər deyilir.

Reaksiyaya daxil olan və alınan maddələrdən birinin τzamanda molyar qatılığını C1τ2 zamanda isə Cilə işarə edək. Zaman keçdikcə başlanğıc maddənin qatılığı azaldığından, qatılığın dəyişməsi ΔC=C2–C1<0. Onda başlanğıc maddələrin qatılığının dəyişməsinə görə homogen reaksiyanın orta sürəti

Həm başlanğıc maddələr, həm də məhsullara görə sürət düsturlarını birləşdirsək, homogen reaksiyanın, molyar qatılığın dəyişməsinə görə orta sürət düsturu aşağıdakı kimi olar.

Mol miqdarının dəyişməsinə əsasən homogen reaksiyanın sürətinə yeni tərif vermək olar.

Vahid zamanda, vahid həcmdə reaksiyaya daxil olan və alınan maddələrdən birinin mol iqdarının dəyişməsinə homogen reaksiyanın sürəti deyilir.

Homogen reaksiyanın sürət düsturuna əsasən müxtəlif hesablamalar aparmaq olar. 

 

Homogen reaksiyanın sürət düsturuna əsasən müxtəlif hesablamalar aparmaq olar.

Yuxarıdakı məsələlərin həllinə əsasən belə nəticəyə gəlmək olar ki, reaksiyanın sürəti onun hansı maddəyə görə hesablanmasından asılıdır. Belə hal reaksiya tənliyində maddələrin stexiometrik əmsalları bir- birindən fərqli olduqda müşahidə edilir.

Homogen reaksiyanın əmsalı olan maddəyə görə orta sürəti, əmsalı 1 olan maddəyə görə orta sürətindən əmsalı qədər çox olur. Məsələn:

N2+3H2 → 2NH3 reaksiyası üçün. 

Əgər homogen reaksiyanın tənliyində maddələrin stexiometrik əmsalları eynidirsə, onda reaksiyanın orta sürəti onun hansı maddəyə görə hesablanmasından asılı olmur. Sürət düsturlarından görünür ki, homogen reaksiyanın sürəti başlanğıc maddələrə görə zaman keçdikcə azalır (çünki başlanğıc maddələrin qatılığı azalır) məhsula görə isə artır (çünki zaman keçdikcə məhsulun qatılığı artır). Yəni reaksiyanın gedişinə sərf olunan zaman nə qədər çoxalarsa, sürət bir o qədər dəfə azalar və ya əksinə, zaman neçə dəfə azalarsa, sürət bir o qədər dəfə artar.

Heterogen reaksiyaların sürəti. Vahid zamanda vahid səthdə reaksiyaya daxil olan və ya alınan maddələrdən birinin mol miqdarının dəyişməsinə heterogen reaksiyanın sürəti deyilir.

Məsələn, eyni kütlədə götürülmüş kub şəkilli qənd, qənd qırıntıları və toz halında qənddən toz halında olan qəndin həllolma sürəti daha böyük olur və o daha tez həll olur. Çünki, onun su ilə toxunma səthinin sahəsi daha böyükdür.

Kimyəvi reaksiyaların sürətinin artırılmasının praktik əhəmiyyəti böyükdür. Sürət nə qədər çox olarsa, qısa zaman ərzində daha artıq miqdarda maddələr alınar. Lakin elə reaksiyalarda vardır ki, onların sürətini azaltmaq, dağıdıcı təsirini aradan qaldırmaq tələb olunur. Məsələn, polad və çuqun məmulatlarının paslanması reaksiyaları, ağacdan hazırlanan materialların çürüməsi və s. kimyəvi reaksiyaların sürətini tənzimləmək üçün onların sürətinə təsir edən şəraiti (amilləri) bilmək laızmdır.

Kimyəvi reaksiyaların sürəti və kimyəvi reaksiyaların sürətinə təsir edən amillərin öyrənilməsində məsələ həllinin rolu

Kimyəvi reaksiyaların sürətinə bir neçə amil təsir edir. Bu amillərin təsirinin öyrənilməsi kimyəvi reaksiyaların aparılması, idarə olunması və sənayədə, istehsalatda aparılan prosseslərin səmərəli, az itkisiz aparılması üçün çox vacibdir. Ona görədə kimyəvi reaksiyaları aparmamışdan əvvəl, onların aparılması şəraiti, reaksiyanın getmə sürəti  və aparılma vaxtının dəqiqləşdirilməsi, reaksiyaların sürətinə aid məsələ həlli üsulunu bilməyi tələb edir.

 

Maddələrin kimyəvi təbiətinin reaksiya sürətinə təsiri

Maddələrin kimyəvi təbiəti onun tərkibi, quruluşu və hissəcikləri arasındakı rabitə növü ilə müəyyən edilir. Bu amillərlə şərtlənən müxtəlif maddələr müxtəlif təbiətə malık olduğundan onların eyni maddə ilə qarşılıqlı təsir reaksiyalarının sürətidə bir-birindən fərqlənir. Məsələn, Mg, Zn, Fe metallarının eyni qatılıqda xlorid turşusu ilə qarşılıqlı təsir reaksiyasında metalın aktivliyi azaldıqca (Mg → Zn → Fe sırasında) reaksiyanın sürətidə azalır. Deməli, metal nə qədər aktiv olarsa, reaksiya bir o qədər sürətlə gedər.

 

Qatılığın reaksiyanın sürətinə təsiri

Qatılığın reaksiya sürətinə təsir etməsi, əsasən qaz mühitində və məhlulda gedən reaksiyalara aiddir. Homogen reaksiyalarda reaksiyanın sürəti reagentlərin (başlanğıc maddələrin) qatılıqlarının hasili ilə düz mütənasibdir.

Homogen reaksiyanın sürətinə reaksiyaya daxil olan qazların təzyiqinin təsiri

Homogen reaksiyanın sürəti reaksiyaya daxil olan qazların təzyiqindən düz mütənasib asılıdır. Onda reaksiyanın kinetik tənliyində qatılığın əvəzinə qazın parsial təzyiqini yazmaq olar.

Reaksiyanın sürətinin reaksiyaya daxil olan qabın həcmindən asıllığı

Qaz iştirak edən reaksiyalarda reaksiya gedən qabın həcmini azaltmaq təzyiqi artırmaq deməkdir. Deməli reaksiya gedən qabın həcmi neçə dəfə azalırsa, təzyiq bir o qədər dəfə, yəni qazın qatılığı da bir o qədər dəfə artmış olur. Qabın həcmi artırılırsa, bu prosesin əksi olur, yəni qazın təzyiqi azalır, qatılığı da bir o qədər dəfə azalmış olur (şəkil).

Hərəkətli porşeni olan silindirdə porşen aşağı salındıqca qazın həcmi azaldığından, sıxlığı, təzyiqi artır, kütləsi və mol miqdarı dəyişmir.

Temperaturun reaksiyanın sürətinə təsiri

Temperaturun yüksəldilməsi də reaksiyaların sürətini artırır. Hollandıyalı alim Y.X.Vant Hoff 1884-cü ildə müəyyənləşdirmişdir ki, temperatur hər 10oC yüksəldikcə əksər reaksiyaların sürəti 2-4 dəfə artır.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinə təsir edən amillərdən biri də aktivləşmə enerjisidir. Hər hansı bir kimyəvi reaksiyanın başlanması üçün lazım olan minimum  enerjiyə aktivləşmə enerjisi deyilir. Aktivləşmə enerjisi az olan reaksiyalar, aktivləşmə enerjisi çox olan reaksiyalara nisbətən daha sürətlə gedir. Aktivləşmə enerjisi həmişə müsbət olur.

 

Kimyəvi reaksiyaların sürətinə katalizatorun təsiri

Reaksiyanın sürətini dəyişdirən lakin prosesin sonunda özü kimyəvi dəyişməz qalan maddəyə katalizator deyilir.

Katalizatorun iştirakı reaksiyaların daha aşağı temperaturda getməsinə səbəb olur. Bildiyimiz kimi, kimyəvi reaksiya reagent­lərdəki hissəciklər arasında rabitələrin qırılması ilə başalyır. Bunun üçün sistemə enerji verilməlidir. Buradan belə nəticə çıxarmaq olar ki, katalizatorun iştirakı reaksiyaları energetik cəhətdən daha əlverişli edir. Yüksək olmayan temperaturda katalizatorun reaksiya sürətini artırması onların reagentlərlə davamsız, kimyəvi aktiv aralıq birləşmə əmələ gətirməsi ilə izah olunur.

Katalizator kimya istehsalında geniş tətbiq olunur. Çünki yüksək temperaturda və təzyiqdə belə çox az, çıxımla gedən (alınan məhsulların miqdarı az olan) reaksiyalar katalizatorun iştirakı ilə daha qısa vaxtda gedir və alınan məhsulun çıxımı xeyli artır.

Bir sıra maddələrdə vardır ki, onların iştirakı reaksiyaların sürətini azaldır. Belə maddələr mənfi katalizator və ya inhibitor adlanır. Istehsalda onlarında tətbiqi böyük əhəmiyyət kəsb edir. Inhibitorları ən çox metalları korroziyadan (kimyəvi təsirdən dağılıb- xarab olmaqdan) qorumaq üçün tətbiq edirlər. Təbiətdə katalizatorlar geniş yayılmışdır. Canlı orqanizimlərdə (o cümlədən bizim bədənimizdə) reaksiyaların böyük əksəriyyəti təbii katalizatorların (fermentlərin) iştirakı ilə aşağı temperaturda (insanda 36,6oC-də) gedir. Hazırki, dövrdə kimya sənayesi məhsullarının 90%-i katalitik reaksiyaların köməyi ilə alınır. Katalizatorlardan mühüm və çoxtonnajli kimyəvi istehsal proseslərində-nitrat və sulfat turşularının ammonyakın, maye yanacaqların, sinetik kauçukların, plastik kütlələrin və etil spirtinin alınmasında, yağların hidrogenləşməsində, neft və təbii qaz emalında və s. istifadə olunur.

Katalizatorun aktivliyinə katalitik zəhərlər və promotorlar təsir edir.

Bərk katalizatorun aktivliyini azaldan maddələr katalitik zəhər adlanır.

Katalizatorun aktivliyini artıran maddələr promotor adlanır. Məsələn platin katalizatoruna əlavə edilən dəmir və Al promotordur.

Katalizator reaksiyanın sürət sabitinin (k) qiymətini dəyişir, aktivləşmə enerjisini azaldır, reaksiyanın istilik effektinə təsir etmir (şəkil).

Katalizatorun iştirakı ilə gedən reaksiyalara katlitik reaksiyalar, baş verən hadisəyə isə kataliz deyilir.

Katalitik proseslər homogen və heterogen olmaqla iki qrupa bölünür. Homogen katalizdə reaksiyaya daxil olan maddələr və katalizator eyni aqreqat halında olur. Reaksiyaya daxil olan maddələr və katalizator müxtəlif aqreqat halında olduqda heterogen kataliz adlanır.

Üzvi birləşmələrin hidrogenləşməsi, dehidrogenləşməsi, hidratasiyası, dehidratasiyası, mürəkkəb efilərin, yağların, zülalların alınması reaksiyaları katalizator iştirakı ilə gedən reaksiyalardır.

Katalizator iştirakı ilə gedən proseslərin əksəriyyəti heterogen katalizdir. Hal-hazırda kataliz prosesinin ümumi bir nəzəriyyəsi yoxdur. Ona görə də katalizatorun seçilib tətbiq olunması emprik yolla müəyyənləşdirilir.

Homogen katalizdə reaksiyanın sürətlənməsinə səbəb katalizatorun reaksiyada iştirak edən maddələrdən biri ilə davamsız, lakin kimyəvi fəal aralıq birləşmə əmələ gətirməsidir. Həmin aralıq maddə digər maddə ilə reaksiyaya asan daxil olaraq, əsas məhsula keçir və katalizator yenidən bərpa olunur.

Katalizator seçici xassəyə malik olur. Yəni eyni bir reaksiya üçün müxtəlif katalizator götürməklə həmin reaksiyanı müxtəlif istiqamətə yönəltmək olur.

Heterogen katalizdə reaksiyaya daxil olan maddələrin qarşılıqlı təsiri katalizatorların səthində getdiyinə görə belə proseslərdə adsorbsiya mühüm rol oynayır. Heterogen katalizdə iştirak edən maddələr, ilk növbədə katalizator tərəfindən adsorbsiya olunur (udulur). Buna görə də katalizatorun aktiv mərkəzlərində maddənin qatılığı artır və onların molekulları müəyyən dəyişikliyə uğrayaraq aktivləşir. Bununla əlaqədar olaraq effektiv toqquşmaların sayı artır və proses sürətlənir.

Kimyəvi tarazlıq, tarazlığın yerdəyişməsinə təsir edən amillərin öyrənilməsində məsələ həllinin rolu

Yalnız bir istiqamətdə gedən və başlanğıc maddələrin son məhsullara çevrilməsi ilə başa çatan reaksiyalar dönməyən reaksiyalar adalanır. Mübadilə (dəyişmə) reaksiyalarının hamısı dönməyən reaksiyalardır. Reaksiya nəticəsində qaz, çöküntü, su alınırsa belə reaksiyalar dönməyən reaksiyalardır (yəni axıradək gedən reaksiyalardır).

Dönən reaksiyalarda düzünə gedən reaksiya sürətinin, əksinə gedən reaksiya sürətinə bərabər olduğu hala kimyəvi tarazlıq halı deyilir. Reaksiyanın kimyəvi tarazlıq halını müəyyən zaman ərzində alınan və parçalanan molekulların sayı ilə də ifadə etmək olar.

Vahid zamanda alınan və parçalanan molekulların sayının bərabər olduğu hala tarazlıq halı deyilir. Reaksiyada iştirak edən maddələrin tarazlıq halındakı qatılığına tarazlıq qatılığı deyilir. Tarazlıq qatılığı maddənin reaksiyaya girməyən hissəsidir. Kimyəvi tarazlıq dinamikdir, şərait (maddələrin qatılığı, temperatur və təzyiq) dəyişmədikdə tarazlıq halı pozulmur, yəni düzünə və əksinə reaksiyalar eyni şəraitdə gedir.

Tarazlıq sabiti

Dönən kimyəvi reaksiyalar tarazlıq sabiti ilə xarakterizə olunur. Ümumi şəkildə aşağıdakı tənliklə ifadə edilən reaksiyanın tarazlıq halını araşdıraq.

Kimyəvi tarazılığa təsir edən amillər

Reaksiyanın getməsi şəraitinə təsir edən parametrlərdən birini belə dəyişdikdə reaksiyanın tarazılığı ya sağa, alınan məhsullar tərəfə), ya da sola (başlanğıc maddələr tərəfə) yönəlir. Şəraitin kimyəvi tarazılığa təsiri Le-Şatelye prinsipi (fransız alimi A.Le-Şatelyenin şərəfinə adlandırılmışdır) ilə müəyyən edilir. Bu prinsip aşağıdakı kimi ifadə olunur:

Tarazılıqda olan sistemə xaricdən təsir edildikdə kimyəvi tarazılıq həmin təsirin azaldığı istiqamətə yönələcək.

Qatılığın tarazılığa təsiri. L-Şatelye prinsipinə əsasən deyə bilərik ki, reaksiyada iştirak edən maddələrdən birinin  qatılığı artırıldıqda tarazılıq həmin maddənin qatılığının azalması istiqamətinə yönələcək. Tarazılığı sola yönəltmək üçün sistemə D əlavə etməli, sistemdən A və ya B-ni çıxarmalı.

tarazılığı sağa istiqamətləndirmək üçün sistemə A və ya B maddəsi əlavə etməli (qatlığını artırmalı), sistemdən D-maddəsini çıxarmalı.

Tərtib edən: Mütəllim Məhərrəm oğlu Abbasov - pedaqoji elmləri doktoru, Y.H.Məmmədəliyev adına Neft-Kimya Prosesləri İnstitutunun baş elmi işçisi, Azərbaycan Respublikasının əməkdar müəllimi

2017-06-10   33029