Reaksiyaning tezligi va aktivlanish energiyasi. Reja: Kirish Aktivlanish energiyasi

Aktivlanish energiyasi va reaksiya tezligi
Kimyoviy reaksiyaning aktivlanish energiyasi uning tezligi bilan chambarchas bogʻliq. Xususan, aktivlanish energiyasi qancha yuqori boʻlsa, kimyoviy reaksiya shuncha sekinroq amalga oshadi. Buning sababi, molekulalar aktivlanish energiyasi toʻsigʻining yuqori qismiga yetib borganlaridan keyingina reaksiyani yakunlay olishadi. Toʻsiq qanchalik baland boʻlsa, shu toʻsiqni yengib oʻta oluvchi energiyaga ega boʻlgan molekulalar shunchalik kam boʻladi. 
[Nega ayrim molekulalar boshqalaridan koʻra koʻproq energiyaga ega?]
Koʻp reaksiyalar shunchalik yuqori aktivlanish energiyasiga egaki, energiya kiritilmasa, ular umuman amalga oshmaydi. Masalan, yonilgʻilardan biri boʻlgan propanning yonishi energiya chiqaradi, ammo xona haroratida reaksiya tezligi nolga teng. (Ochigʻini aytganda, bu yaxshi holat, propan kanistrlari turgan joyida oʻz-oʻzidan yonib ketsa, juda ham yomon boʻlgan boʻlardi, albatta.) Uchqun ayrim molekulalarni aktivlanish energiyasi toʻsigʻidan oʻtishi uchun energiya bilan taʼminlaydi va shu bilan ushbu molekulalar maʼlum miqdorda energiya ajratib, reaksiyani yakunlaydi. Bu energiya boshqa yonilgʻi molekulalariga energiya toʻsigʻini yengib oʻtishga yordam beradi va bu zanjir reaksiyasiga olib keladi.
Hujayrada sodir boʻladigan koʻplab kimyoviy jarayonlar uglevodorod (yuqoridagi yonishi koʻrsatilgan propan ham uglevodoroddir) yonishiga oʻxshaydi: reaksiya amalga oshishi uchun aktivlanish energiyasi havo haroratida juda yuqori boʻladi. Avvaliga bu muammo kabi koʻrinadi; axir siz hujayraga hech qanday ziyon yetkazmasdan uchqun kirgiza olmaysiz-ku. Xayriyatki, reaksiyaning aktivlanish energiyasini pasaytirish va shu bilan reaksiya tezligini oshirish mumkin. Aktivlanish energiyasini kamaytirish orqali reaksiyani tezlashtirish jarayoni kataliz deb nomlanadi va aktivlanish energiyasini pasaytirish uchun qoʻshilgan modda katalizator deb ataladi. Biologik katalizatorlar fermentlar deb nomlanadi va biz ularni keyingi boʻlimda batafsil koʻrib chiqamiz.

Le Shatelye prinsipi

Reaksiyaga kirishayotgan moddalarning konsentratsiyasi, temperatura va bosim (gazlardagi reaksiyalarda) o'zgarganda kimyoviy muvozanatning siljish yo'nalishi umumiy qoida bilan aniqlanadi, bu qoida siljuvchan muvozanat prinsipi yoki Le Shatelye prinsipi deyiladi:
Agar muvozanatdagi sistemaga biror tashqi ta’sir o‘tkaziIsa konsentrasiya, temperatura, bosim o‘zgartirilsa) u ikki qarama qarshi reaksiyadan shu ta’sirni kamaytiradigan reaksiyaning borishiga yordam beradi.
Agar tashqi ta’sir azot yoki vodorod konsentratsiyasini ortti rishdan iborat bo'lsa, u holda bu ta’sir shu moddalarning konsen tratsiyasini kamaytiradigan reaksiyaga yordam beradi va, binobarin muvozanat ammiak hosil bo'lish tomoniga siljiydi. Ammiak konsentratsiyasining ko'payishi muvozanatni boshlang'ich mod dalar tomoniga siljitadi.
Tenglamadan ko'rinib turganidek, to'g'ri reaksiya issiqlik chiqishi bilan borgani uchun temperaturaning ko'tarilishi issiqlik yutiladigan reaksiyaning borishiga yordam beradi va muvozanat boshlang'ich moddalar tomoniga siljiydi; temperaturaning pasayishi muvozanatni reaksiya mahsulotlari tomoniga siljitadi.
Tenglamadan ko'rinib turganidek, to'g'ri reaksiya issiqlik chiqishi bilan borgani uchun temperaturaning ko'tarilishi issiqlik yutiladigan reaksiyaning borishiga yordam beradi va muvozanat boshlang'ich moddalar tomoniga siljiydi; temperaturaning pasayishi muvozanatni reaksiya mahsulotlari tomoniga siljitadi.
Muvozanatning siljishiga bosimning ta’sirini aniqlash uchun tenglamaning chap va o'ng qismlaridagi molekulalar sonini hisoblab chiqish kerak. Keltirilgan misolda tenglamaning chap qismida ikkita, o'ng qismida — bitta molekula bor. Bosimning oshirilishi molekulalar soni kamayadigan jarayonga yordam berganligi uchun ushbu holda muvozanat reaksiya mahsuloti tomoniga siljiydi. Ravshanki, bosimning kamayishi muvozanatni boshlang'ich moddalar tomoniga siljitadi.
Muvozanatni istalgan yo'nalishda siljitish Le Shatelye prinsipigaasoslangan bo'lib, kimyoda katta rol o'ynaydi. Ammiak sintez qilish va sanoatdagi boshqa ko'pchilik jarayonlarda muvozanatni olinadigan mahsulot unumdorligi katta bo'ladigan tomonga siljitish usullarini tatbiq etish tufayli amalga oshirilgan.

Aktivlanish energiyasi

Nega manfiy qiymatli ∆G energiya ajralib chiquvchi reaksiya amalga oshishi uchun energiya kerak boʻladi? Buni tushunish uchun biz reaksiyaga kirishuvchi molekulalarda reaksiya vaqtida aynan qanday jarayon sodir boʻlishini bilishimiz zarur. Reaksiya sodir boʻlishi uchun reagentlardagi barcha yoki ayrim bogʻlar uzilishi kerak, shundagina mahsulotda yangi bogʻlar hosil boʻlishi mumkin. Kimyoviy bogʻlar uzila olishi uchun molekulalar oʻtish holati deb ataluvchi beqaror holatga oʻtishi kerak. Oʻtish holati aslida yuqori energiyali holat va molekula bu holatga yetib borishi uchun maʼlum bir miqdordagi energiya – aktivlanish energiyasi – qoʻshilishi talab qilinadi. Chunki oʻtish holati beqaror va reaksiyaga kirishuvchi moddalar bu holatda uzoq turmaydi hamda kimyoviy reaksiyaning keyingi bosqichiga tezgina oʻtib ketadi.
Umuman olganda, reaksiyaning oʻtish holati uchun zarur boʻlgan energiya miqdori reagentlar yoki mahsulotlar oʻzida toʻplagan energiyadan yuqori boʻladi, shuningdek, \[\text E_{\text A}\] reaksiyaning ekzergonik yoki endergonik boʻlishidan qatʼi nazar doimo musbat qiymatga ega boʻladi. Quyidagi diagrammada ekzergonik toʻgʻri reaksiyaning (reagentlar \[\rightarrow\] reaksiya mahsulotlari) aktivlanish energiyasi koʻrsatilgan. Agar reaksiya qarama-qarshi yoʻnalishda amalga oshsa (endergonik boʻlsa), oʻtish holati oʻzgarmaydi, lekin aktivlanish energiyasi nisbatan koʻproq kerak boʻladi. Chunki hosil boʻlgan mahsulotlardagi energiya reagentlarnikidan koʻra kamroq, shuning uchun oʻtish holati (“reaksiyaning choʻqqisi”)ga chiqish uchun koʻproq energiya zarur. (Qaytar reaksiyalarda aktivlanish energiyasi yoʻnalishi reaksiya mahsulotlaridan oʻtish holatigacha boʻlgan oraliqda choʻzilgan boʻladi.)

Ekzergonik (energiya ajralib chiqadigan) reaksiya koordinatalari diagrammasi. Reaksiya mahsulotlari reagentlarga qaraganda ancha past energiya darajasiga ega boʻlishiga qaramay (bu jarayonda reagentlar reaksiya mahsulotiga aylanayotganda erkin energiya ajralib chiqadi), reaksiyaning energetik yoʻlida hali ham “tepalik” mavjud boʻlib, oʻtish holati yuqori energiyasi hosil boʻlishi aks ettirilgan. Toʻgʻri reaksiya uchun aktivlanish energiyasi – bu reagentlar energiya darajasi oʻtish holati energiya darajasiga chiqishi uchun qoʻshilishi kerak boʻlgan erkin energiya miqdoridir.