Тотығу-тотықсыздану реакциялар
Тотығу-тотықсыздану реакциялары элементтердің тотығу дәрежелерінің төмендеуімен және жоғарылауымен қатар өтеді және оларда электрондар алмасуы бірге жүреді.
Тотығу және тотықсыздану
Реакция кезінде элемент тотығу дәрежесінің жоғарылауын, яғни сол элементтің атомдары электрондарының жоғалуын (беруін) тотығу деп атайды:
S-ІІ— бе—= SIV
Бұл мысалда S-ІІден SIV-Ke дейін тотығады.
Реакция кезінде элементтің тотығу дәрежесінің төмендеуін, яғни сол элемент атомдарының электрондарды қосып алуын тотықсыздану деп атайды:
О° + 2е— = О—ІІ
Бұл мысалда О°-ден О-ІІ-ге дейін тотықсызданады.
Тотықсыздандырғыш және тотықтырғыш
H2S — тотықсыздандырғыш
Тотығатын атомдары бар бөлшектерден құралатын зат реакцияда тотықсыздандырғыш қызметін атқарады. Көрсетілген мысалда тотықсыздандырғыш — күкіртсутек H2S.
Тотықсызданатын атомдары бар бөлшектерден құралатын зат реакцияда тотықтырғыш қызметін атқарады. Жоғарыдағы мысалда тотықтырғыш рөлін оттек О2 молекуласы атқарады.
Типтік тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштар
Көптеген реакцияларда тотықтырғыш болатын заттар типтік (күшті) тотықтырғыштарға жатады. Олар F2, С12, Оа, КС1О3, H2SO4, HNO3, KMnO4, MnO2, K2Cr2O7, РbО2 жәнет.б.
Типтік (күшті) тотықсыздандырғыштарға Н2, С (графит), Zn, Al, Ca, KI, HC1 (конц.), H2S, CO және т.б. жатады.
Көп заттар әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш қасиеттерін көрсетуі мүмкін. Ондай заттарға KNO2, H2O2, SO2, Na2SO3 және т.б. жатады.
Заттардың тотығу-тотықсыздану қасиеттері элементтердің Д.И. Менделеев кестесіндегі орнына байланысты. Қарапайым заттар — бейметалдарда тотықтыру қасиеттері, ал металдарда тотықсыздандыру қасиеттері жоғарырақ (О2, С12 — тотықтырғыштар, Na, Ва, A1 және Zn -тотықсыздандырғыштар).
Периодтық жүйенің әрбір тобында реттік нөмірі үлкен элементтердің өз тобында тотықсыздандыру қасиеттері жоғары, ал реттік нөмірі төмендеу элементтің тотықтыру қасиеттері жоғарырақ болады. Мысалы, магниймен
Mg салыстырғанда кальцийден Са күшті тотықсыздандырғыш, молекулалық йодтан І2 молекулалық хлордың С12 тотықтырғыштығы артық.
Тотықтырғыш дәрежесі төмен элементтің атомдарынан құралатын қосылыстар осы атомдар есебінен тотықсыздандырылады, мысалы, азот(-ІІІ) есебінен NH3-тотықсыздандырғыш, күкірт(-ІІ) есебінен H2S, иод(-І) есебінен КІ және т.б.
Тотығу дәрежесі жоғары элемент атомдарынан тұратын қосылыстар тотықтырғыш болады.
Мысалы, азот(+V) есебінен HNO3 — тотықтырғыш, марганец(+VII) есебінен КМnО4 және хром (+VІ) есебінен К2Сr2О7— тотықтырғыштар т.с.с.
Химиялық практикада к-п таралған заттардың ерітінділердегі тотықсыздандырғыш (тотықтырғыштар үшін) және тотықтырғыш (тотықсыздандырғыштар үшін) ауысулары 3.9 және 3.10-кестелерде берілген. Бұл кестелерде мыналар келтірілді:
1) реакцияда тотығу дережесін өзгертетін элементтің таңбасы (мысалы, Вr);
2) реагенттің тотығу дәрежесі өнімнің тотығу дәрежесіне ауысуы (мысалы, V → 0, қ), үтірден кейін реакция жүретін орта көрсетілген (қ — қышқыл, с — сілті, б -бейтарап, белгісі жоқ болса — кез келген орта);
3) тотығу дәрежесінің ауысуына жауапты реагент пен өнімнің (көлбеу сызық арқылы) химиялық формулалары (мысалы, ВrО—3/Вr2, мұнда реагент — броматион ВrО— 3, өнім — бром Вr2). «ВгО—3» жазуы (НВrО3, КВrО3) реакцияға қатысатын зат анионын көрсетеді. Осыған ұқсас «Fе2+» жазуы — осы катионның еритін тұзы. Қатты зат (тұнбалар), газ және әлсіз электролиттер үшін молекулалық формулалары берілген, кейбір жағдайларда (қышқылдарды тұздардан айыру үшін) күшті қышқылдардың формулалары молекулалық түрде жазылады.
Химиялық тепе-теңдік
Химиялық кинетика
А + B→D + Е
химиялық реакция сандық сипаты шапшандығының оның жылдамдығы, яғни А және В реагенттері бөлшектерінің өзара әрекеті жылдамдығы немесе D және Е өнімдерінің пайда болуы жылдамдығы. Химиялық реакциялар жылдамдығы және оның әр түрлі факторларға тәуелділігін зерттеумен химияның ерекше бөлімі химиялық кинетика шұғылданады.
Гомогенді (біртекті) жүйелерде бөліну шегі жоқ реагенттер арасындағы реакциялар (газдар реакциялары, ерітінділердегі реакциялар) жылдамдығы зерттеледі. Гетерогеңді (әр текті) жүйелерде әрекеттесуші заттардың бөліну бет аралығындағы реакция жылдамдығы зерттеледі (мысалы, A — қатты зат, В — ерітінді зат).
Тендеулерінен реакцияның жүру механизмі байқалмайтын реакциялар үшін әрбір элементар сатыны жеке қарастыру қажет. Үштік және одан көп соқтығысулар (А + В + В …→) мүмкіндігі аз, сондықтан мұндай реакциялар (мысалы, N2 + 3Н2 → 2NH3) әрқаіпан бірнеше элементар сатыда жүреді (А + В →).
Реакция жылдамдығы
Гомогенді жүйелер үшін реакция жылдамдығы деп уақыт бірлігінде реатенттер немесе өнімдер концентрациясының өзгеруін айтады.
мұндағы Δсреаг= (с,реаг -с»реаг ) – Δτ =τ2-τ1 уақыт аралығында реагенттер концентрациясының азаюы;
Δсреаг= (с,,өнім –с,өнім ) — осы уақыт аралығындағы өнім концентрациясының көбеюі (3.5-сурет).
Реагенттер және өнімдер концентрациясының уақыттан тәуелділігі
Уақыттың бастапқы кезінде (τ = 0) реагенттер концентрациясы өте үлкен, ал өнімдер концентрациясы нөлге тең. Реакция жүруі кезінде реагенттер концентрациясы азаяды, ал өнімдер концентрациясы өседі.
Реакция жылдамдығына реагенттер табиғатының әсері
Мұнда басты рөлді қосылыстардағы химиялық байланыстардың түрлері, олардың молекулаларының құрылысы атқарады. Мысалы, хлорсутектен сутекті мырышпен ығыстыру сірке қышқылынан ығыстырғаннан гөрі әлдеқайда тез жүреді, себебі H-C1 байланысындағы үйектілік СН3СООН молекуласындағы О-Н байланысымен салыстырранда көп, басқаша айтқанда, сулы ерітінділерінде HC1 — күшті электролит, ал СН3СООН — әлсіз электролит.
Әрекеттесуші заттардың жанасу беті қаншалықты үлкен болса, реакция соншалықты тез жүреді. Қатты заттың бетін ұсақтату немесе еріту (егер ол ерігіш зат болса) арқылы үлкейтуге болады. Ерітіндідегі реакциялар, негізінен, жылдам жүреді.
Реакция жылдамдығына катализатордың (өршіткінің) әсері
Реакция жылдамдығына үлкен әсерін тигізетін заттар -катализаторлар. Олар реакция жылдамдығын арттырып (кейде нөлден өте үлкен шамаларға дейін), өздері өнімдер құрамына кірмейді. Реакция жылдамдығын катализаторлар әсерімен арттыру катализ деп аталады. Көп жағдайларда катализаторлар әрекеттесуші заттардың біреуімен аралық қосылыс түзеді, ал екінші бастапқы затпен әрекеттесіп, нәтижесінде өнім алынады және катализатор босап шығады.
Кейде теріс әсер етуші катализаторлар ингибиторлар қолданылады, олар керісінше, қажеті жоқ химиялық реакцияларды бәсеңдетеді (мысалы, металдар коррозиясын).
Реакция жылдамдығына реагенттер концентрациясының әсері
Өзара әрекет болу үшін, гомогенді жүйеде әрекеттесуші заттар бөлшектері соқтығысу керек. Соқтығысу саны реактор көлеміндегі әрекеттесуші заттар бөлшектерінің санына, яғни олардың молярлық концентрацияларына пропорционал.
Реакция үшін жүйенің берілген көлемінде алынған заттың мелшері көбірек, яғни реагенттердің бастапқы концентрациясы жоғары болса, бөлшектердің соқтығысуы соғұрлым көп және реакция жылдамдығы жоғары болады. Реакция жылдамдығының реагенттер концентрациясынан тәуелділігі тек газ қоспалары мен ерітінділерге ғана тән.
Химиялық тепе-теңдік
Берілген жағдайларда тура (→) реакциямен бірге кері (←) реакция жүрсе, яғни бастапқы заттардан өнімдер және бір мезгілде өнімдерден реагенттер алынса, ондай химиялық реакцияларды қайтымды деп атайды:
Қайтымды реакциялар аяғына дейін жүрмейді. Реагенттер концентрациясы азайып, тура реакцияның жылдамдығын кемітеді. Кері реакцияның жылдамдығы өнімдер концентрациясының артуына қарай үнемі өседі.
Тура және кері реакциялардың жылдамдықтары бірдей болғанда (=), химиялық тепе-теңдік жағдайы басталады, бұл кезде реагенттер мен өнімдердің концентрациялары әрі қарай өзгермейді. Химиялық тепе-теңдік тыныштық жағдай туғандығын көрсетпейді. Тура және кері реакциялар тепе-теңдік кезінде де жүреді, бірақ бірдей жылдамдықпен жүреді. Сондықтан бұл қозғалмалы динамикалық тепе-теңдік деп аталады.
Химиялық тепе-теңдікті ығыстыру
Қозғалмалы химиялық тепе-теңдікті реакция жүру жағдайын (температураны, қысымды, концентрацияны) өзгерту арқылы бұзуға болады. Химиялық тепе-теңдікті бұзу (қозғау) жүйенің басқа тепе-теңдік жағдайға ауысуына әкеледі.
Жағдайлардың химиялық тепе-теңдікке әсер етуі 1884 жылы француз оқымыстысы А.-Л. Ле-Шателье жасаған принциппен анықталады.
Ле-Шателье принципі деп аталатын тепе-теңдікті ығыстыру принципінің қазіргі анықтамасы:
Тепе-теңдік жуйесіне сырттай әсер еткен кезде, химиялық тепе-теңдік осы әрекетке қарама-қарсы әсер ететін жаққа қарай ығысады.