ХИМИЯЛЫҚ КИНЕТИКА, РЕАКЦИЯ ЖЫЛДАМДЫҒЫ ЖӘНЕ ЖЫЛДАМДЫҚҚА ӘСЕР ЕТЕТІН ФАКТОРЛАР

CHEMICAL KINETICS, REACTION RATE AND FACTORS AFFECTING SPEED

Dayana Toleshova

student, pharmacy school, KCJSC "Karagandy Medical University",

Kazakhstan, Karaganda

Bibigul Ashirbekova

Scientific supervisor, teacher, KCJSC "Karagandy Medical University",

Kazakhstan, Karaganda

Dinara Alibiyeva

Scientific supervisor, assistant professor, KCJSC "Karagandy Medical University",

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Химиялық кинетика химиялық процестер мен реакциялар жылдамдығын зерттеу болып табылады. Бұл химиялық реакцияның жылдамдығына әсер ететін жағдайларды талдауды, реакция механизмдерін және өтпелі күйді түсінуді және химиялық реакцияны болжау және сипаттау үшін математикалық есептеулерді қолдануды қамтиды.  Мақалада химиялық кинетиканың негізгі ұғымдары мен заңдылықтарын меңгеру, сонымен қатар, химия мен математиканың арасындағы байланысты көрсету мақсатында марганец оксалаты комплексінің екі температурада ыдырау кезіндегі реакция жылдамдығы константасының орташа мәнін анықтау, активтендіру энергиясын есептеу қарастырылған.

ABSTRACT

Chemical kinetics is the study of rates of chemical processes and reactions. This includes analyzing the conditions that affect the rate of a chemical reaction, understanding reaction mechanisms and transition states, and applying mathematical calculations to predict and describe a chemical reaction. In order to learn the basic concepts and laws of chemical kinetics, as well as to show the connection between chemistry and mathematics, the article provides the determination of the average value of the reaction rate constant during the decomposition of manganese oxalate complex at two temperatures, and the calculation of the activation energy.

Кілт сөздер: химиялық кинетика, марганец оксалатының комплексі, реактив, жылдамдық, тығыздық, математикалық есептеу.

Keywords: chemical kinetics, manganese oxalate complex, reagent, speed, density, mathematical calculation.

Химиялық кинетика немесе химиялық реакциялар кинетикасы - физикалық химияның уақыт бойынша химиялық реакциялардың заңдылықтарын, осы заңдылықтардың сыртқы жағдайларға тәуелділігін, сондай-ақ химиялық түрлендіру механизмдерін зерттейтін саласы. Химиялық кинетиканың өрісі 1864 жылы Питер Уэйдж және Като Гульдберг құрастырған массалық әрекет заңынан дамыды. Бейорганикалық және органикалық химияда заттарды синтездеу кезінде олардың химиялық қасиеттерін зерттеу химиялық кинетика зерттеу үшін қолданылады. Аналитикалық химияда химиялық кинетика химиялық элементтер мен қосылыстарды талдаудың заманауи селективті кинетикалық әдістерін жасауда қолданылады. Фармацевтикалық химияда жаңа бағыт - "фармацевтикалық талдаудағы кинетикалық әдістер" белсенді дами бастайды.

Себебі, олардың барлығы бір-бірімен реакция теңдеуі арқылы стехиометриялық қатынаста байланысқан. «Егер сіз математиканы білмесеңіз, онда сіз бірде бір  ғылымды білмейсіз», - бұл химияны сипаттамалық ғылымнан тәжірибелікке айналдырған математика ғылымы. Математиканың көмегімен біз химиялық формулалар мен химиялық реакциялар теңдеулеріне, сондай-ақ өмірлік және жансыз табиғаттағы күрделі химиялық процестерді модельдейтін ең күрделі математикалық операциялар шығарамыз.

Химиялық кинетиканың пәні - жалпы процестің де, барлық аралық кезеңдердің де жылдамдығына әсер ететін барлық факторларды зерттеу. Химиялық кинетиканың маңызды ұғымы - химиялық реакцияның жылдамдығы.

Химиялық кинетика химиялық реакция жылдамдығы реагенттердің кинетикалық энергиясын (нүктеге дейін) арттыратын факторлармен арта түсетінін болжайды, бұл реагенттер бір-бірімен өзара іс-қимыл жасайтын ықтималдығы арттырады. Сол сияқты, реагенттердің бір-бірімен соқтығысу ықтималдығын азайтатын факторлар реакция жылдамдығын төмендетуі мүмкін. Реакция жылдамдығына әсер ететін негізгі факторлар:

• реагенттердің концентрациясы (концентрацияның артуы реакция жылдамдығын арттырады)
• температура (температураны арттыру реакция жылдамдығы, нүктеге дейін)
• катализаторлардың болуы (катализаторлар реакцияны белсендіру энергиясының төмендеуін талап ететін механизмді ұсынады, сондықтан катализатордың болуы реакция жылдамдығын арттырады)
• реагенттердің физикалық жағдайы (бір фазада реагенттер жылу әсерімен байланысқа түсе алады, бірақ бетінің ауданы мен реакцияға қарсы реакциялардың əртүрлі фазаларда əсер етуі мүмкін)
• қысым (газдармен байланысты реакциялар үшін, қысым көтеру реагенттер арасындағы қақтығыстарды көбейтеді, реакция жылдамдығын арттырады.

Химиялық реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың мөлшерінің ішіндегі өзгерісімен сипатталады. Жалпы, реакцияның жылдамдығын сипаттау үшін реакцияға қатысушы заттардың кез-келген біреуін алуға болады.

Осы мақсатта марганец оксалаты комплексінің екі температурада ыдырау кезіндегі реакция жылдамдығы константасының орташа мәнін анықтау, активтендіру энергиясын есептеу жұмысы жүргізілді.

Марганец оксалатының ыдырау реакцияның жылдамдығын зерттеу:

Жабдықтар мен реактивтер: 0,01 М КМпО4; 0,l M MnSO4; 0,1 M H2C2O4; спектрофотометр (сурет 1), бюретка, тамшуырлар (сурет 2), фотоэлектрокалориметр (жарық сүзгісі – көк).

Сурет 1. Спектрофотометрмен жұмыс

Сурет 2. Тамшуырлар

Түс өзгеруіне әкелетін химиялық реакцияларды фотометриялық әдісімен жолмен зерттеуге болады. Мұндай реакциялардың бір мысалы күрделі марганец триоксалат ионының ыдырауы:

[Mn(C₂O₄ )₃]^3- = Mn²⁺ + 2,5C₂O^2- ₄

Марганецтің күрделі ионы боялған және реакция өнімдері жылдамдықты зерттеу үшін түссіз болғандықтан, реакцияларды спектрофотометриялық әдісті сәтті қолдануға болады. Зерттелетін реакция бірінші ретті реакция болып табылады. Берілген кездегі реакция жылдамдығының тұрақтысы температура теңдеу бойынша есептеледі:

Мұндағы,  және  ‒ бастапқы уақыт мезетіндегі және берілген t уақытындағы бастапқы зат ерітіндісінің оптикалық тығыздығы; ерітіндінің оптикалық тығыздығы [Mn (С₂О₄)₃]^3- концентрациясына пропорционал.

Демек, реакция жылдамдығының константасын есептеу үшін оптикалық тығыздықты  ерітінді және оның уақыт бойынша өзгеруін өлшеу қажет.

Реакциялық қоспа мынадай ретпен дайындалады: сыйымдылығы 20 мл фарфор стақанға 1 мл 0,1 М құяды MnSO₄ ; 7 мл 0,1 M Н₂С₂О₄ ; 2 мл 0,01 М KMnO₄ құяды. Бір мезгілде секундомерді қосылады (санаудың басы - араласу сәті). Осы реакциялық қоспамен кювет толтырылады, ол фотоэлектрокалориметрдің кюветтік бөлімшесі орналастырылады және оптикалық тығыздықты өлшеуді жүргізіледі. Фотоэлектрокалориметрдің кюветтік бөлімшесіне, сонымен қатар 1 мл 0,1 М MnSO4; 7 мл 0,1 M Н₂С₂О₄; 2 мл Н₂О бос сынамасы бар кювета орналастырылады.

Нәтижелерді талдау.

1. Оптикалық тығыздықты өлшеу толқын ұзындығы (λ) = 460 Нм кезінде жүргізілді. Оптикалық тығыздықтың бастапқы мәні -

2. Эксперименттік және есептік деректер нәтижесі кесте 1-де келтірілген.

Тығыздығы

Кесте 1.

Есептеу нәтижелері

Сурет 3. Нәтижелер графигі

Қорытындылай келе, химиялық кинетика әдістерінің көмегімен негізгі әртүрлі процестердің жылдамдығын анықтауға мүмкіндік береді. Реакция жылдамдығы реакцияға түсетін заттардың табиғатына, олардың концентрациясына, температурасына және катализатордың болуына тәуелді болады. Температура реакция жылдамдығын анықтайтын негізгі факторлардың бірі болып табылады. Мақалада жүргізілген зерттеу нәтижесінде: екі температурада марганец оксалат комплексінің ыдырау жылдамдығының константасының орташа мәні анықталды. Зерттеу кезінде математикалық есептеулер қолданылды, нәтижелері графикке салынды (сурет 3). Математикалық есептеуді қолданып, реакция жылдамдығының тұрақтысы табылды.

Әдебиеттер тізімі:

1. Леванов А.В., Антипенко Э.Е. Введение в химическую кинетику: учебное пособие. М:2006. – 51с.
2. Романовский Б.В. Основы химической кинетики: учебник. М.: Издательство «Экзамен», 2006. - 415 с.
3. Хейдоров В.П., Ершов Ю.А. Математические модели кинетики химических реакций:Математика. Компьютер. Образование: международная конференция, Москва-Пущино, 20-25.01.2003г. -с.238.