Asosiy kontent

Course: Kimyo > Unit 17

Lesson 3: Arrenius tenglamasi va reaksiya mexanizmlari

Reaksiya mexanizmlari

Reaksiya mexanizmini, oraliq va limitlovchi bosqichlarni aniqlash. Taklif qiingan reaksiya mexanizmini tezlik qonuni asosida baholash.

Asosiy tushunchalar

Reaksiya mexanizmi reagentlardan mahsulotlar hosil boʻlish vaqtida sodir boʻladigan elementar reaksiyalar ketma-ketligini koʻrsatib beradi.
Reaksiyaning oraliq mahsulotlari (intermediatlar) reaksiya mexanizmining biror bosqichda hosil boʻladi va keyinchalik keyingi bosqichida reaksiyaga kirishib sarflanib ketadi.
Reaksiya mexanizmning eng sekin bosqichi reaksiya tezligini belgilovchi bosqich yoki limitlovchi bosqich deb ataladi.
Umumiy reaksiya tezligini reaksiya barcha bosqichlarining (reaksiya tezligini belgilovchi bosqich bilan birgalikda) tezliklarining yigʻindisi belgilab beradi.

Kirish: reaksiya tezligi va reaksiya mexanizmlari

Kinetikaning eng foydali jihatlaridan biri reaksiya mexanizmini aniqlashda reaksiya tezligidan foydalanishidir. Reaksiya mexanizmi reagentlardan mahsulotlar hosil boʻlishida sodir boʻladigan elementar reaksiyalarning ketma-ketligini koʻrsatib beradi. Quyida berilgan azot dioksidi va uglerod monooksidi oʻrtasidagi reaksiya tenglamasini koʻrib chiqamiz.

{NO}_{2} (g) + CO (g) \to NO (g) + {CO}_{2} (g)

Reaksiya tenglamasiga asoslanib biz ushbu reaksiya azot dioksidi molekulasi va uglerod monooksidi molekulasi oʻrtasidagi toʻqnashuv natijasida sodir boʻlganini taxmin qilishimiz mumkin. Boshqacha aytadigan boʻlsak, biz buni elementar reaksiya sifatida tasavvur qilamiz.

Bunday holda kimyoviy reaksiyasining stexiometrik koeffitsiyentlaridan foydalanib reaksiya tezligi

{NO}_{2}

boʻyicha birinchi tartibli va

CO

boʻyicha ham birinchi tartibliligini ayta olamiz. Gipotezamizni tekshirib koʻrish uchun quyidagi kinetik tajribalarini oʻtkazamiz:

tezlik = k [{NO}_{2}]^{2}

Tajiribada topgan reaksiya tezligimiz biz taxmin qilgan reaksiya tezligimizga toʻgʻri kelmadi, bundan reaksiya bir bosqichda emas, bir nechta bosqichda borganini anglasak boʻladi. Bir nechta elementar reaksiyalarni oʻz ichiga olgan reaksiyalar murakkab reaksiyalar deb ataladi. Tezlik qonunlaridan foydalanib reaksiya mexanizmida ishtirok etayotgan har bir bosqich haqida qoʻshimcha maʼlumotlar olishimiz mumkin.

Reaksiya mexanizmi va kimyoviy reaksiya tezligi

Murakkab reaksiya avtomobilni yigʻish jarayoniga oʻxshaydi. Har bir yigʻish bosqichi bu molekulyar toʻqnashuvdir. Har bir toʻqnashuv natijasida bir yoki bir nechta kimyoviy bogʻlar uzilishi va hosil boʻlishi yoki ikkisidan biri sodir boʻlishi mumkin.

Kimyogar eksperimental jihatdan aniqlangan reaksiya tezligi va intuitsiyasiga asoslangan holda reaksiyaning nazariy mexanizmini taklif qilishi mumkin. Eng kamida, umumiy reaksiya qanday bosqichlardan tashkil topganini koʻrishimiz mumkin. Ushbu maqolada biz qanday qilib reaksiya kinetikasidan foydalanib (balki ozroq kimyoviy intuitsiya ham kerak boʻlar), reaksiya mexanizmni tahlil qilishni koʻrib chiqamiz.

Mexanizmga misollar va reaksiya intermediatlari (oraliq mahsulotlar)

Endi azot dioksidi va uglerod monooksidi oʻrtasidagi reaksiya elementar reaksiya emasligini bilamiz. Shu sababli biz ikki bosqichli reaksiya sifatida muqobil mexanizmni topishga harakat qilishimiz mumkin:

\begin{aligned} 2 {NO}_{2} (g) & \overset{s e k i n}{\to} NO (g) + {NO}_{3} (g) 1-elementar bosqich \\ {NO}_{3} (g) + CO (g) & \overset{t e z}{\to} {NO}_{2} (g) + {CO}_{2} (g) 2-elementar bosqich \\ {NO}_{2} (g) + CO (g) & \overset{}{\to} NO (g) + {CO}_{2} (g) Umumiy reaksiya tenglamasi \end{aligned}

Umumiy reaksiya tenglamasini hosil qilishda elementar bosqichlarning hammasi qoʻshib chiqilishiga eʼtibor qarating. Bunday qilish har doim toʻgʻri boʻlishi kerak! Aslida, taklif qilingan reaksiya mexanizmi bu elementar bosqichlar umumiy reaksiyaga har doim ham qoʻshilmasligini koʻrsatishning eng oson usullaridan biridir.

Birinchi elementar reaksiyada

NO (g)

{NO}_{3} (g)

mahsulotlar hosil boʻladi.

{NO}_{3} (g)

reaksiyaning oraliq mahsuloti (intermediat)dir. Intermediatlar qaysidir bosqichda hosil boʻladi va keyingi mahsulot hosil boʻlishi uchun sarflanib ketadi. Shu sababli ular umumiy reaksiya tezligi va tezlik formulalarida yozilmaydi.

Tezlikni belgilovchi bosqich

Reaksiya mexanizmidagi elementar reaksiyalar umumiy reaksiya tenglamasini keltirib chiqaradi va shu bilan birga har bir bosqichdagi elementar reaksiyaning tezligi hisobga olinadi. Umumiy reaksiya tezligi, reaksiya barcha bosqichlari (eng sekin elementar bosqich bilan birgalikda) tezliklari orqali aniqlanadi. Reaksiya mexanizmning eng sekin bosqichi reaksiya tezligini belgilovchi bosqich yoki limitlovchi bosqich deb ataladi.

Yuqorida biz keltirgan reaksiya mexanizmida reaksiya tezligini belgilovchi bosqich bu birinchi elementar bosqichdir. Shu tufayli umumiy reaksiya tezligi 1-elementar bosqich tezligiga oʻxshash boʻlishini taxmin qilamiz.

Nazorat savoli: agar 2-elementar bosqich tezligini 10 martaga oshiradigan katalizatorni qoʻshsak, reaksiya tezligi qanday oʻzgaradi?

Tushunishning yana bir usuli bu – turli diametrli voronkalar qatoriga suv quyish haqida tasavvur qilish. Eng kichik diametrli voronka, bu qatorda birinchi yoki oxirgi boʻlishidan qatʼi nazar, shishani toʻldirish tezligini boshqaradi. Suyuqlikni birinchi voronkadan kichik voronkaga oʻtkazish vaqtida tezroq quyish faqat suyuqlikning toshib ketishga olib keladi!

Oxirida kolbaga oqib tushadigan suvning tezligi eng sekin ketayotgan bosqich bilan aniqlanadi. Bu jarayonning eng sekin bosqichi suvning kichik voronka orqali oʻtishidir. Rasm quyidagi manzildan olingan: UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0 US.

Reaksiya mexanizmni qanday qilib topishimiz mumkin?

Reaksiya mexanizmini taklif etayotganda ikki narsaga eʼtibor qaratishimiz kerak:

Elementar reaksiyalar umumiy reaksiya tenglamasi hosil qilish uchun qoʻshiladi.
Umumiy reaksiya uchun tezlik qonuni har bir elementar bosqichning tezligiga mos keladi.

Yuqoridagi talablarga mos keladigan bir yoki bir nechta mexanizm mavjud boʻlsa, biz ularni keyingi eksperimental maʼlumotlarga mos kelishini tekshirishimiz mumkin. Masalan, agar biz taklif etgan mexanizmda oraliq mahsulot mavjud boʻlsa, biz reaksiya aralashmasida oraliq mahsulotni aniqlashga harakat qilishimiz mumkin. Shuni yodda tutish kerakki, aniqlanishi kerak boʻlgan oraliq mahsulotning borligini isbotlay olmasak, bu taklif etilgan reaksiya mexanizmi xatoligini anglatmaydi, chunki aniqlash uchun oraliq mahsulot konsentratsiya juda kam boʻlishi mumkin.

Xulosa

Reaksiya mexanizmi reagentlardan mahsulotlar hosil boʻlish vaqtida sodir boʻladigan elementar reaksiyalar ketma-ketligini koʻrsatib beradi.
Reaksiyaning oraliq mahsulotlari (intermediatlar) reaksiya mexanizmining biror bosqichda hosil boʻladi va keyinchalik keyingi bosqichida reaksiyaga kirishib sarflanib ketadi.
Reaksiya mexanizmning eng sekin bosqichi reaksiya tezligini belgilovchi bosqich yoki limitlovchi bosqich deb ataladi.
Umumiy reaksiya tezligini reaksiya barcha bosqichlarining (reaksiya tezligini belgilovchi bosqich bilan birgalikda) tezliklarining yigʻindisi belgilab beradi.

Mavzuga oid manbalar

Ushbu mavzu quyidagi mavzular bilan uzviy bogʻlangan:

"Tezlikni belgilovchi bosqich" UC Davis ChemWiki dan, CC BY-NC-SA 3.0
"Reaksiya Mexanizmlari" UC Davis ChemWiki dan, CC BY-NC-SA 3.0
"Umumiy reaksiya tezligi tenglamasi" Boundless Chemistry dan, CC BY-SA 4.0

Maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasi asosida litsenziyalangan.

Qoʻshimcha maʼlumotlar

Kotz, J. C., P. M. Treichel, J. R. Townsend, and D. A. Treichel. "Reaction Mechanisms." In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructorʼs Edition, pp. 539-544. 9th ed. Stamford, CT: Cengage Learning, 2015.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.

Kimyo