16.3 Tezlik qonuni va uning komponentlari
Reaksiyaning har qanday kinetik o‘rganilishining asosiy markaziy qismida tezlik qonuni (yoki tezlik tenglamasi) yotadi, bunda tezlikni konsentratsiyalar va temperatura funksiyasi sifatida ko‘riladi. Tezlik tajribaga asoslangani uchun molekulyar darajada ketuvchi reaksiyalarning har qanday gipotezasi bunga mos kelishi kerak.
Ushbu bo‘limdagi muhokamada tezlik qonunida mahsulotlar konsentratsiyalari uchramaydi, demak, tezlik qonuni faqat reagentlar konsentratsiyasi va temperaturaga bog‘liq bo‘ladi. Berilgan temperaturada umumiy ko‘rinishda ushbu reaksiyani ko‘rib chiqamiz:
aA+bB+…→ cC+dD+….
Tezlik qonuni esa:
Tezlik=k[A]m[B]n (16.3)
Bu erda k proporsionallik koeffitsienti bo‘lib, tezlik konstantasi deb ataladi, u berilgan temperatura va reaksiya uchun mos bo‘lib, reaksiya davom etayotganida o‘zgarmaydi (shuningdek, 16.5 bo‘limda k temperatura o‘zgarishi bilan o‘zgaradi). Darajada turgan m va n lar reaksiya tartibi bo‘lib, ularni qanday qilib aniqlashni ko‘rib chiqamiz.Bunda esda saqlash uchun ikkita asosiy kalit bular:
Reaksiyadagi tenglashtiruvchi a va b koeffitsientlarning m va n reaksiya tartiblariga umuman aloqasi yo‘q.
Tezlik qonuni komponentlari – tezlik, reaksiya tartibi va tezlik konstantasi – tajriba bilan birlashtirilishi kerak.
Ushbu bo‘limga xulosa qilib shuni aytish mumkinki, boshlang‘ich tezlikni aniqlash uchun konsentratsiyalarni hisoblab, reaksiya tartibini hisoblash uchun boshlang‘ich tezlikni ishlatib va tezlik konstantasini hisoblash uchun ushbu qiymatlarni ishlatib tezlik qonuni komponentlarini topamiz. Reaksiyaning tezlik qonunini bilgan holda biz har qanday boshlang‘ich konsentratsiyani oldindan aytishimiz mumkin.
Boshlang‘ich tezlikni aniqlashdagi ba’zi laboratoriya usullari
Biz boshlang‘ich tezlikni konsentratsiya/vaqt grafigidan topamiz, shuning uchun bizga konsentratsiya o‘lchash uchun tez, aniq usul kerak. Keling qisqacha uch asosiy usullarni ko‘rib chiqamiz.
Rangdagi o‘zgarish. Rangli moddalar ishtirok etadigan reaksiyalarda , konsentratsiyani o‘lchash uchun spektroskopik usullar qo‘llanilishi mumkin. Masalan, azot monooksidi oksidlanishida faqat mahsulot, azot dioksid rangli: 2NO(g)+O2(g)→2NO2(g) jigarrang. Vaqt o‘tgani sari reaksion aralashmaning jigarrang rangi to‘qlashib boradi.
Bosimdagi o‘zgarish. Gaz mollari o‘zgaradigan reaksiyalarni bosim o‘zgarishini o‘lchab monitor qilish mumkin. Misol uchun, rux va sirka kislota o‘rtasidagi reaksiyani olaylik:
Zn(q)+2CH3COOH(aq)→Zn2+(aq) + 2CH3COO-(aq) + H2(g).
Tezlik N2 gazining bosimi oshishiga to‘g‘ri proporsionaldir.
O‘tkazuvchanlikning o‘zgarishi. Organik galid (2-brom-2-metilpropan) va suv o‘rtasidagi reaksiyada
(CH3)3C-Br(I) + H2O(I)→(CH3)3C-OH(I)+H+(aq)+Br-(aq).
Hosil bo‘luvchi HBr kuchli kislota va butunlay ionlarga parchalanadi; shu sababdan, vaqt o‘tgani sari reaksion aralashmaning o‘tkazuvchanligi ortadi.
Agar qo‘limizda boshlang‘ich tezlik bo‘lsa, biz reaksiya tartibini aniqlashimiz mumkin. Keling birinchi bo‘lib reaksiya tartibi o‘zi nima va keyin qanday qilib ularni aniqlashni muxokama qilsak.
|
Ahamiyati va terminologiya. Reaksiyaning har bir reagent uchun individual tartibi bo‘ladi yoki ushbu individual tartiblar yig‘indisidan iborat umumiy tartibi bo‘ladi. Misol qilib, faqat bir reagent qatnashgan oddiy reaksiyani olamiz:
A→mahsulotlar
Birinchi tartib. Agar tezlik [A]ga to‘g‘ridan-to‘g‘ri proporsional bo‘lsa, u holda reaksiya birinchi tartibga ega bo‘ladi. Bu degani, agar [A] ikki marta ko‘paysa, tezlik ham ikki marta ko‘payadi, chunki tezlik [A] ga nisbatan birinchi darajaga ega [A]1. SHu sababdan, reaksiya A da birinchi tartibga ega: 
Ikkinchi tartib. Agar tezlik [A] ning kvadratiga to‘g‘ri proporsional bo‘lsa, reaksiya ikkinchi tartibli deyiladi. Bu degani, agar [A] ikki martaga ortsa tezlik to‘rt martaga ortadi. Tezlik [A] ning kvadratiga, [A]2 bog‘liq: 
Nolinchi tartib. Agar tezlik [A] ga umuman bog‘liq bo‘lmasa (metal-katalizatorli yoki biokimyoviy jarayonlarda ko‘rish mumkin) reaksiya nolinchi tartibga ega deyiladi. Agar [A] o‘zgarganda tezlik o‘zgarmasa, biz buni matematik ravishda quyidagicha ifodalaymiz:
Keling kuzatilgan tezlik ыonunlari va reaksiya tartiblariga nazar solsak. Masalan, azot monoksid va vodorod gazi orasidagi reaksiyada
2NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2H2O(g)
Tezlik qonuni
NO bo‘yicha reaksiya ikkinchi tartibga ega. Vodorodning oldidagi koeffitsient 2 bo‘lsa, u bo‘yicha reaksiya tartibi birinchi tartibga ega. Reaksiyaning umumiy tartibi esa (2+1=3) 3 ga teng.
Azot monoksid va ozon orasidagi reaksiyada esa
NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g)
Tezlik qonuni
2-brom-2-metilpropanning gidroliz reaksiyasida esa
(CH3)3C-Br(suyuq) + H2O(suyuq)→(CH3)3C-OH + H+(aq) + Br-(aq)
Tezlik qonuni
Ushbu reaksiyada 2-brom-2-metilpropan bo‘yicha birinchi tartib va suv bo‘yicha nolinchi tartibga ega, suvning tenglamadagi koeffitsienti bo‘lsa ham. Agar biz suv reagent ekanligini ko‘rsatmoqchi bo‘lsak biz quyidagini yozishimiz mumkin:
Umumiy olganda, reaksiya (1+0=1) birinchi tartibga ega. Ushbu misollar eng asosiy qoidani qo‘rsatadi: reaksiya tartiblari reaksiya tenglamasidagi koeffitsientlar orqali emas, balki tajriba ma’lumotlari orqali topilishi kerak.
Odatda, reaksiya tartiblari musbat va nol bo‘lishadi, ammo ular ba’zan kasrli va manfiy ham bo‘lishadi. Masalan ushbu reaksiyada
|
Kasrli tartib reaksiya qonunida ko‘rinadi
Bundan ko‘rinadiki, tezlik  ning kvadrat ildiz konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘ladi. Masalan, 4 martta ortsa, tezlik 2 martta ortadi. Umumiy tartib esa 3/2 bo‘ladi.
Agar komponent konsentratsiyasi ortsa, tezlik kamaysa bu manfiy reaksiya tartibi ekanligidan dalolat beradi. Tezlik qonunida mahsulotlar ham bo‘lsa, asosan manfiy tartib paydo bo‘ladi. Masalan, atmosferik reaksiya uchun
Tezlik qonuni quyidagicha bo‘ladi
Agar [O2] ikki martta ortsa, reaksiya yarim martta tezlashadi. Ushbu reaksiyada O3 bo‘yicha ikkinchi tartib va O2 bo‘yicha manfiy birinchi tartib bo‘ladi, demak umumiy tartib (2+(-1)=1) birinchi bo‘ladi.
Reagentlar konsentratsiyasini o‘zgartirib reaksiya tartiblarini aniqlash.
Tezlik qonuni ma’lum bo‘lishidan oldin reaksiya tartiblari topilgan. Xaqiqiy reaksiyaga nazar solishdan oldin, A va V moddalar orqali bir reaksiyani ko‘rib chiqamiz: 
Tezlik qonuni umumiy ko‘rinishda quyidagicha bo‘lar edi
m va n konstantalarni topish uchun biz bir qancha tajribalar o‘tkazamiz, bunda biz bir reagent konsentratsiyasini o‘zgartiramiz, boshqasi esa doimiy bo‘ladi va har bir holat uchun boshlang‘ich tezlikka ta’sirini o‘lchaymiz. 16.2 jadvalda natijalar keltirilgan.
|
Do'stlaringiz bilan baham: |
