ЛЕКЦ №8

ХИМИЙН КИНЕТИК БА ТЭНЦВЭР, ТҮҮНИЙ ШИЛЖИЛТ

Товч агуулга: Химийн кинетик нь химийн урвалын хурд, урвал явагдах механизм болон

урвалын хурдад нөлөөлөх хүчин зүйлс, тэдгээрийн нөлөөгөөр бий болох систем дэх

өөрчлөлтийг судална. Химийн кинетик ба химийн тэнцвэрийн судалгаа нь урвалын

системийн мөн чанарыг нээн илрүүлэх, тайлбарлах үндсэн арга юм. Шулуун ба буцах урвал

тэнцүү хурдтай явагдах үед бүтээгдэхүүн ба эх бодисын концентрациуд үл өөрчлөгдөх

системд тэнцвэр тогтоно. Шулуун ба буцах урвалын хурдны тогтмолуудын харьцааг

тэнцвэрийн тогтмол гэнэ. Химийн тэнцвэр тогтсон системд бодисуудын тэнцвэрийн

концентрацийг тодорхойлох замаар тэнцвэрийн тогтмолыг олж болно. Тэнцвэр тогтсон

системд концентраци, даралт, температураар үйлчилбэл уг үйлчлэлийг бууруулах чиглэлд

тэнцвэр шилжиж, дахин шинээр тэнцвэр тогтоно. Катализатор нь шулуун ба эргэх

урвалын хурдыг зэрэг нэмэгдүүлэх тул нэгж хугацаанд үүсгэх бүтээгдэхүүн ба эх бодисын

концентрацийг мөн ихэсгэнэ.

Түлхүүр үг: Химийн урвалын хурд, даралт, концентраци, температур, катализатор

8.1 Химийн урвалын хурд. Урвалын хурдад нөлөөлөх хүчин зүйлс

Химийн урвалын хурд, түүнд нөлөөлөх хүчин зүйлс, урвал явагдах механизмыг

судалдаг химийн салбар ухааныг химийн кинетик гэнэ.

Химийн урвалын хувьд бодисын байрлал өөрчлөгдөхгүй ч хугацааны агшин бүрт урвалд орж

буй бодисын концентраци буурч, бүтээгдэхүүн бодисын концентраци нэмэгдэнэ.

А С гэсэн урвалын хувьд t1 хугацаанд А бодисын концентраци А1 байснаа t2 хугацаанд

А2 болсон гэж үзвэл урвалын хурдыг дараах байдлаар бичнэ. Дөрвөлжин хаалтаар молярь

концентраци См, моль/л -ийг тэмдэглэе.

𝜐урв =[𝐴2]−[𝐴1]

𝑡2−𝑡1= −

Δ[𝐴]

Δ𝑡 8.1

Химийн урвалын хурдны тоон үзүүлэлт ямагт эерэг утгатай байх бөгөөд тэгшитгэл дэх сөрөг

тэмдэг нь зөвхөн А бодисын концентрацийн бууралтыг илэрхийлнэ. Харин бүтээгдэхүүн С

бодисын хувьд урвалын хурдны тоон үзүүлэлт дэх эерэг тэмдэг хугацааны эгшин бүрт

бүтээгдэхүүн бодисын ихсэлтийг илэрхийлнэ 8.1 –р зураг.

𝜐урв =[С2]−[С1]

𝑡2−𝑡1= ±

Δ[С]

Δ𝑡 8.2

Конц

С бүтээгдэхүүн

А эх бодис

Хугацаа, сек

Зураг 8.1. Химийн урвалд орж буй бодисын концентрацийн

өөрчлөлт ба хугацааны хамаарал

Химийн урвалын хурдад нөлөөлөх хүчин зүйлс: Химийн урвалууд нь янз бүрийн

хурдтай явагдана. Тухайлбал, устөрөгч фтортой эгшин зуурт урвалд ордог бол азоттай маш

удаан урвалд ордог.

H2(хий) + F2(хий) = 2HF(хий) (эгшин зуур явагдана)

3H2(хий) + N2(хий) = 2NH3(хий) (маш удаан явагдана)

Металл цайр нь давсны хүчилд маш хурдан уусдаг бол цуугийн хүчилд удаан уусна.

Zn(хат) + 2HCI(шин) =ZnCI2(уус) + H2 (хурдан уусна)

Zn(хат) + 2CH3COOH (шин) =Zn(CH3COO)2(уус) + H2 (удаан уусна)

Урвалд орж буй бодисуудын химийн шинж чанараас хамааран тухайн нөхцөлд урвал

тодорхой хурдтай явагдах боловч урвалын хурдад дараах 4 хүчин зүйлс нөлөөлдөг.

Урвалд орж буй бодисуудын концентраци

Урвалд орж буй бодисын физик төлөв байдал

Урвал явагдах орчны температур, даралт

Катализаторын үйлчлэл

8.2 Урвалын хурдад нөлөөлөх хүчин зүйлс

А. Концентрацийн нөлөө. Урвалд орж буй бодисуудын атом, молекул, ионууд өөр

хоорондоо мөргөлдөхөд химийн харилцан үйлчлэл явагдаж байвал энэ харилцан үйлчлэлийг

урвалын энгийн харилцан үйлчлэл гэнэ. Урвалын хурдад урвалд орж буй бодисуудын

концентраци хэрхэн нөлөөлөхийг тайлбарлахын тулд энгийн харилцан үйлчлэлд хичнээн

молекул оролцож байгааг зайлшгүй тогтоох шаардлагатай. Энгийн харилцан үйлчлэлд орж

байгаа молекулын тоог молекулт чанар гэх бөгөөд энэ чанараар нь урвалыг моно, ди би,

три молекулт гэж ангилна. Жишээ нь:

А + 2В = АВ2

урвалыг энгийн урвал гэж үзвэл стехиометрийн коэффициентоор нь три молекулт урвалж

гэж тодорхойлж болно. Гэтэл энэ урвал хоёр шатыг дамжин явагддаг.

1. А + В = АВ

2. АВ + В = АВ2

Урвалын шат бүрт хоёр молекул энгийн харилцан үйлчлэлд орж байгаа учраас бимолекулт

урвалууд болно. Урвал шаталсан механизмаар явагдаж байх тохиолдолд урвалын ерөнхий

хурдыг хамгийн удаан явагдах (давамгайлах) урвалын хурдаар тодорхойлно. Урвалын

молекулт чанар нь тухайн урвалын кинетикийн эрэмбийг заана. Иймд урвалын ерөнхий хурд

нь давамгайлах урвалд орж буй бодисуудын концентраци буюу кинетикийн эрэмбээс

хамаарна.

Тогтмол температурт явагдаж байгаа химийн урвалын хурд нь урвалд орж буй бодисуудын

концентрацийн үржвэртэй шууд хамааралтай. Энэхүү зүй тогтлыг масс үйлчлэлийн хууль

гэнэ. Ерөнхий тохиолдолд урвалын хурд ба концентрациын хамаарлыг дараах байдлаар

илэрхийлнэ.

aA + bB = cC + dD

𝜐 = 𝑘 ∙ [𝐴]𝑎[𝐵]𝑏 8.3

Энд: 𝑘- урвалын хурдны тогтмол гэж нэрлэх бөгөөд тухайн урвалынхаа хувьд өгөгдсөн

температурт тогтмол хэмжигдэхүүн байна. 8.3-р тэгшитгэл нь масс үйлчлэлийн хуулийн

математик илэрхийлэл юм.

Гетероген системд явагдах урвалын хувьд хатуу бодисын концентраци нэгж масст ноогдох

молийн тоо тогтмол хадгалагдах тул масс үйлчлэлийн хуулийн илэрхийлэл нь шингэн ба

хийн концентрациар тодорхойлогдоно. Жишээ нь: нүүрсний шатах урвалыг авч үзье.

C(хат) + O2(хий) = CO2(хий)

Энд нүүрсний концентраци тогтмол [C] = const учраас урвалын хурд нь 𝜐 = 𝑘 ∙ [𝑂2] болно.

Урвалд орж байгаа бодисын концентрацийг хугацааны агшин бүрт хэмжих замаар урвалын

анхдагч хурд болон урвалын эрэмбийг туршилтаар тогтоодог бөгөөд үүний дараа хурдны

тогтмолыг тооцоолдог.

Анхдагч хурдыг тодорхойлох: Химийн урвалд орж байгаа бодисын концентрацийг

хугацааны тодорхой давтамжинд (10 сек., 20 мин., 1 цаг тутамд г.м) тодорхойлон,

концентраци ба хугацааны хамаарлын муруй байгуулна. Муруй дахь анхдагч концентрацийг

утгыг дайруулан шүргэгч шулуун татаж, түүний хэвтээ тэнхлэгтэй үүсгэх өнцгийн тангесаар

анхдагч хурдыг олно.

Урвалын эрэмбэ тодорхойлох: Урвалын эрэмбэ нь урвалын хурд урвалд орж буй

тухайн бодисын концентрациас хэрхэн хамаарч буйг заана. Урвалын эрэмбийг урвалын

тэгшитгэл дэх тэнцэтгэх коэффициент буюу урвалд орж буй бодисын молийн тоогоор

тодорхойлж болдоггүй. Зөвхөн тухайн урвалын хурдыг тодорхойлсон туршилтын

өгөгдлүүдийг үндэслэн тооцоолон гаргана. Урвалын эрэмбэ эерэг болон тэг утгатай байхын

зэрэгцээ зарим тохиолдолд бутархай, мөн сөрөг утгатай байдаг. Урвалын ерөнхий эрэмбийг

урвалд орж буй бодисуудын эрэмбүүдийн нийлбэрээр тодорхойлно. Жишээ нь: азот (II)-ын

оксид ба озоны нэгдэх урвалын хурд урвалд орж буй бодисуудын концентрациас шууд

хамаарах тул хурдны хуулийг дараах байдлаар бичнэ.

NO(хий) + O3(хий) = NO2(хий) + O2(хий)

𝜐 = 𝑘 ∙ [𝑁𝑂][𝑂3]

Энэхүү урвал бүхэлдээ хоёрдугаар эрэмбийн урвал юм.

Харин 2-бром-2-метилпропаны гидролизын урвалыг авч үзэн урвалын хурдыг илэрхийлье.

(CH3)3CBr(шин) + H2O(шин) = (CH3)3COH(шин) + HBr(шин)

𝜐 = 𝑘 ∙ [(CH3)3CBr]∙[H2O] буюу

𝜐 = 𝑘 ∙ [(CH3)3CBr]

Иймд дээрх урвал 2-бромо-2-метилпропаны хувьд нэгдүгээр эрэмбийн, усны хувьд тэг

эрэмбийн урвал, урвал бүхэлдээ 1+0=1 нэгдүгээр эрэмбийн урвал юм. Өөрөөр хэлбэл

урвалын хурд усны концентрациас үл хамаарна.

Урвалын хурдны тогтмолыг тооцоолох: Урвалын хурдны тогтмол нь тодорхой

температурт тухайн урвалын хувьд тогтмол хэмжигдэхүүн байна.

Жишээ нь: О2(хий) + 2NО(хий) = 2NО2(хий) гэсэн урвалын О2 ба NО бодисуудын концентраци

нь [О2]=1.1∙10-2 моль/л, [NО]=1.3∙10-2 моль/л, урвалын хурд нь 3.2110-3 моль/лсек бол

хурдны тогтмол (k)-ыг олъё.

Энэ урвалын хурдны тэгшитгэл нь дараах байдлаар илэрхийлэгдэнэ.

𝜐 = 𝑘 ∙ [𝑂2][𝑁𝑂]2 эндээс

𝑘 =𝜐

[𝑂2][𝑁𝑂]2=

3.21 ∙ 10−3 моль/л ∙ сек

(1.1 ∙ 10−2 мольл

) (1.3 ∙ 10−2 моль/л2

= 1.73 ∙ 103л2/моль2 ∙ сек

Хурдны тогтмолын нэгж нь тухайн урвал бүхэлдээ хэддүгээр эрэмбийн урвал ерөнхий

эрэмбэ болохоос хамааран өөр өөр байна Хүснэгт 8.1.

Хүснэгт 8.1

Урвалын эрэмбэ ба хурдын тогтмолын нэгжийн хамаарал

Урвалын ерөнхий эрэмбэ Хурдны тогтмолын нэгж

0 моль/л∙сек

1 1/сек эсвэл сек-1

2 л/моль∙сек

3 л2/моль2∙сек

Б. Температурын нөлөө. Урвалд орж буй бодисын концентрацийг тогтмол авч,

температурыг өөрчлөн урвал явуулахад урвалын хурд 2 – 4 дахин ихэсдэг. Энэхүү зүй

тогтолыг эрдэмтэн Вант-Гофф туршилтаар тогтоон, дараах математик тэгшитгэлээр

илэрхийлсэн.

𝜐𝑡2

0

𝜐𝑡1

0= 𝛾

𝑡20−𝑡1

0

10 8.4

Энд: - урвалын хурдны температурын коэффициент бөгөөд 24 утга авна. 𝜐𝑡0 -тодорхой

𝑡0 температурт явагдах урвалын хурд.

Температур ихэссэнээр урвалд орж буй жижиг хэсгийн дундаж хурд ихсэж тэдгээрийн

мөргөлдөлтийн давтамж олширно. Гэвч зөвхөн мөргөлдөлтийн давтамж урвалын хурдыг

тодорхойлж чадахгүй.

Харилцан үйлчлэлд ороход химийн холбоо нь өөрчлөгдөхөд бэлэн болсон анхны бүлэг

молекул, атом, ионыг идэвхтэй комплекс гэдэг. Ихэнх урвал завсрын идэвхтэй комплекс

үүсгэх замаар явагддаг. Урвал явагдахын тулд зайлшгүй үүссэн байх ёстой идэвхтэй

комплекс нь зөвхөн ашигтай мөргөлдөлтөөр үүснэ. Ашигтай мөргөлдөлт нь дараах нөхцөлд

хийгдэнэ.

жижиг хэсгүүд орон зайн зөв чиглэлээр мөргөлдөх

бодисын мөргөлдөлтийн энерги идэвхжилийн энергитэй тэнцүү буюу түүнээс их

байх

Тухайн бодисын холбоог суллан, бүтэц ба байгууламжийг өөрчлөн, идэвхтэй комплекс

үүсгэхэд шаардагдах хамгийн бага энергийг идэвхжилийн энерги гэнэ.

Зураг 8.2. Температураас хамааран өөрчлөгдөх мөргөлдөлтийн

давтамж ба идэвхжилийн энергийн хамаарал

Урвалын орчны температур ихсэхэд идэвхжилийн энерги урвал явагдахад шаардлагатай

хамгийн бага энерги бүхий жижиг хэсгийн тоо олширно. Үүний дүнд химийн холбоог

таслахад хүргэх ашигтай мөргөлдөлтийн тоо өснө (Зураг 8.2).

Эрдэмтэн С.Аррениус өөрийн судалгааныхаа дүнд химийн урвалын хурдны тогтмол ба

температурын өсөлт сөрөг экспоненциал (𝐼𝑛𝑘~ −1

𝑇 сөрөг логарифм хамааралтай байгааг

тогтоосон байна. С.Аррениусын тогтоосон энэхүү хамаарал нь дараах томъёогоор

илэрхийлэгдэнэ.

𝑘 = 𝐴 ∙ 𝑒−𝐸ид

𝑅𝑇 8.5

Энд: A-жижиг хэсгийн мөргөлдөлтийн чиглэлээс хамаарсан тогтмол, e-натурал

логарифмийн суурь, R-хийн универсал тогтмол Ж/моль∙К, T-температур К, Eид-

идэвхжилийн энерги Ж/моль.

Температур өсөхөд түүний сөрөг логарифм маш бага утгатай байх ч, урвалын хурдны

тогтмолын тоон утга ихсэнэ. Ийнхүү температур ихсэхэд хурдны тогтмол их болдог тул

урвал хурдан явагдана. Аррениусын тэгшитгэлийг ашиглан идэвхжилийн энергийг

тооцоолж болдог. Тэгшитгэл 8.5 -ийн хоёр талаас натурал логарифм авбал:

𝐼𝑛𝑘 = 𝐼𝑛𝐴 −𝐸ид

𝑅𝑇 8.6

В. Катализаторын нөлөө. Химийн урвалын хурдыг өөрчлөөд урвалын эцэст өөрийн

бүтэц, найрлага, шинж чанараа хадгалан үлддэг бодисыг катализатор гэнэ. Катализаторын

оролцоотой явагдах урвалыг катализын урвал гэнэ. Катализатор бүр өөрийн сонгомол

үйлчлэлтэй байдаг ч урвалын идэвхжилийн энергийг бууруулах замаар урвалыг хурдасгадаг

нийтлэг шинж үзүүлдэг. Ийм учраас катализын урвалын үед хоёр үндсэн өөрчлөлт болдог.

1. Катализын үед шулуун ба эргэх урвалын хурд зэрэг ихэснэ.

2. Урвалын механизмын өөрчлөлт болон бага энергитэй шинэ энергийн зураглалыг

үүсгэдэг.

Жишээ нь: нэг үе шатаар явагдах А + В = АВ урвалыг катализатор К-аар үйлчлэхэд урвал

2 үе шат дамжин дараах механизмаар явагдана гэж үзье.

А + К = АК

АК + В = АВ + К

Катализын урвалын үед шат бүрийн идэвхжилийн энерги нь катализаторгүй урвалын

идэвхжилийн энергиэс бага байна Зураг 8.3. Урвалын идэвхжилийн энерги буурснаар

харьцангуй бага энергитэй молекулын мөргөлдөлтийн дүнд завсрын нэгдэл идэвхтэй

комплекс үүсэх боломжтой. Бодисын идэвхжилийн энерги буурахад урвалд орох чадвартай

мөргөлдөлтийн энерги бүхий молекулын тоо болон мөргөлдөлтийн давтамж өснө. Энэ

бүхнээс харахад катализын урвал олон шатаар явагдах хэдий ч урвалын идэвхжилийн энерги

буурснаар нэгж хугацаанд ашигтай мөргөлдөлт хийх молекулын тоо концентраци,

мөргөлдөлтийн давтамж нэмэгдэж агшин зуурт урвал явагдаж дуусдаг байна.

Зураг 8.3. Катализын ба энгийн урвалын энергийн зураглал

8.3-р зургийг нэгтгэн инергийн диаграмм дээр дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Зураг 8.4. Катализатортой ба катализаторгүй явагдах урвалын

идэвхжилийн энергийн ялгаа

Катализын урвалыг урвалд орж буй бодисуудын фазыг үндэслэн гетероген, гомоген гэж 2

ангилна. Урвалын эхний ба бүтээгдэхүүн бодисууд болон катализаторын фазууд ижил

байвал гомоген катализын урвал гэнэ. Гомоген катализатор ихэвчлэн хий, шингэн, уусдаг

давс байдалтай байх бөгөөд урвалын холимгийн орчинд ууссан байдлаар оршдог. Гомоген

катализын урвалыг хуванцар нэгдлүүд, резин, нийлэг мяндас, уураг, хөөсөнцөр зэрэг өндөр

молекулт нэгдлийн синтезд өргөн ашигладаг.

Катализатор нь урвалын орчноос өөр фазад үүсгэсэн байх катализын урвалыг гетероген

катализ гэж хэлнэ. Гетероген катализын үед урвал ихэвчлэн катализаторын хатуу гадаргад

явагддаг. Катализаторын үйлчлэл ихэнх тохиолдолд сонгомол шинж чанартай байдаг бөгөөд

ямар катализаторыг ямар орчинд авснаас шалтгаалан урвалын бүтээгдэхүүнүүд янз бүр

байна.

Катализаторын идэвхийг сайжруулдаг нэмэлт бодисыг промотор харин катализаторын

үйлчлэлийг бууруулагч бодисыг ингибитор гэж тус тус нэрлэнэ.

Г. Бодисын физик төлөвийн нөлөө. Бодисууд мөргөлдөхийн тулд холилдох,

тухайлбал мөргөлдөлтийн давтамж олон байх шаардлагатай. Молекулын мөргөлдөлтийн

давтамж бодисын төлөв байдлаас хамаарна. Урвалд орж буй бодисууд адилхан усан уусмал

байдалтай бол хутгалт молекулуудын мөргөлдөлтийг ихэсгэж өгнө. Хэрэв урвалд орж буй

бодисууд өөр өөр төлөвт байвал тэдгээрийн мөргөлдөлтийг олшруулахад илүү их эзлэхүүн,

гадаргуу мөн хутгалт зэрэг гадны хүчин зүйлийн нөлөөлөл шаардлагатай болно. Тухайлбал,

мод түлж гал сайн асаая гэвэл түүнийг нарийн зомгол болгон хүчилтөрөгчтэй шүргэлцэх

гадаргууг ихэсгэдэг. Өөр өөр агрегат төлөвт байгаа бодисуудыг уусгах, хайлуулах, гадаргыг

ихэсгэх замаар холилдох хурдыг ихэсгэж болно. Холилдох хурдаас урвалын хурд шууд

хамаарна.

8.3 Химийн тэнцвэр

Ихэнх химийн урвал нь нэг чиглэлд дуустал явагддаггүй харин өөр өөр чиглэлд нэгэн

зэрэг явагддаг бөгөөд ийм урвалыг эргэх урвал гэнэ. Жишээ нь:

H2 + I2 2HI

Урвал эхлэх агшинд HI0 = 0 байх тул зөвхөн шулуун урвал явагдана. Шулуун урвал явагдах

тутам HI-ийн анхны концентраци нэмэгдэж HI-ийн задрах буюу буцах урвал явагдах боломж

өснө. Тодорхой хугацааны агшинаас эхлэн шулуун ба буцах урвалууд нэгэн зэрэг явагдана.

Ийнхүү эргэх урвал явагдах тутам устөрөгч ба иодын анхны концентраци буурч, улмаар

шулуун урвалын хурд 𝜐шул буурч харин иодот устөрөгчийн анхны концентраци нэмэгдэж

түүнийг дагалдан буцах урвалын хурд 𝜐буц-ын өсөх болно. Тодорхой хугацааны дараа

эдгээр урвалуудын хурд тэнцэнэ 8.4-р зураг.

Шулуун ба буцах урвалууд тэнцүү хурдтай явагдан, эх бодис ба бүтээгдэхүүн

бодисын концентраци тогтмол хадгалагдах нөхцлийг химийн тэнцвэр гэнэ. Химийн

тэнцвэрийн тоон үзүүлэлтийг тэнцвэрийн тогтмол Кc-ын тусламжтайгаар илэрхийлдэг.

H2 + I2 2HI системд масс үйлчлэлийн хуулийн тэгшитгэлийг бичье:

𝜐шул = 𝑘1 ∙ [𝐻2][𝐼2]

𝜐буц = 𝑘2 ∙ [𝐻𝐼]2

𝜐шул = 𝜐эрг

𝑘1 ∙ [𝐻2][𝐼2] = 𝑘2 ∙ [𝐻𝐼]2 буюу

𝐾𝐶 =𝑘1

𝑘2=

[𝐻𝐼]2

[𝐻2][𝐼2] 8.7

Концентрациар илэрхийлсэн тэнцвэрийн тогтмол (КС) нь шулуун ба буцах урвалын хурдны

тогтмолуудын харьцаагаар илэрхийлэгдэх тул мөн л тогтмол хэмжигдэгдэхүүн байна.

[𝐻𝐼], [𝐻2], [𝐼2] нь урвалд оролцож буй бодисуудын тэнцвэр тогтсон үеийн концентраци

бөгөөд эдгээрийг тэнцвэрийн концентраци гэнэ. Тэнцвэрийн тогтмол нь тухайн

температурт тэнцвэрт орших бүтээгдэхүүн ба эх бодисуудын концентрацийн харьцаагаар

илэрхийлэгдэнэ.

Зураг 8.4. H2 + I2 2HI систем дэх химийн тэнцвэр

Хэрэв эргэх урвалд идеаль хийн хуульд захирагдах бага даралттай хий байдалтай бодис

оролцож байвал тэдгээрийн концентрацийн оронд парциаль даралтыг авна.

Хийн төлөвийн үндсэн тэгшитгэл (PV = nRT) -ийн 𝑃

𝑅𝑇=

𝑛

𝑉 гэсэн хамаарлын

𝑛

𝑉 -ийг

молийн концентраци См гэвэл P = См∙ RT болно.

Өөрөөр хэлбэл хий байдалтай бодисын концентраци, тогтмол температурт түүний парциал

даралтаас шууд хамаарна.

Жишээ нь: aA + bB = cC + dD гэсэн хийн хооронд ядагдах системийн даралтаар

илэрхийлэгдэх масс үйлчлэлийн хуулийн илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй болно.

𝐾𝑃 =𝑃𝐶

𝑐 ∙ 𝑃𝐷𝑑

𝑃𝐴𝑎 ∙ 𝑃𝐵

𝑏 8.8

Энд КР –парциал даралтаар илэрхийлэгдсэн тэнцвэрийн тогтмол

𝑃𝐴𝑎 = [𝐴]𝑎 ∙ (𝑅𝑇)𝑎; 𝑃𝐵

𝑏 = [𝐵]𝑏 ∙ (𝑅𝑇)𝑏 гэх мэт бичигдэнэ. Тэгвэл даралтаар илэрхийлсэн

тэнцвэрийн тогтмол нь

𝐾𝑃 =[𝐶]𝑐∙[𝐷]𝑑

[𝐴]𝑎∙[𝐵]𝑏 ∙(𝑅𝑇)𝑐+𝑑

(𝑅𝑇)𝑎+𝑏 8.9

хэлбэртэй болно. Эндээс (8.9) болон (с+d - a+b = n буюу нийт хийн молийн тооны

өөрчлөлт байдгийг тооцвол:

𝐾𝑝 = 𝐾𝐶 ∙ (𝑅𝑇)∆𝑛 8.10

болно.

КР ба КС –ийн харьцаа нь n -ийн утга болон тэмдгээс хамаардаг. Хэрэв n = 0 бол

КР = КС болно.

8.4 Химийн тэнцвэрийн шилжилт, түүнд нөлөөлөх хүчин зүйлс

Тэнцвэрт орших системийн онцлог шинж нь тэнцвэрийн нөхцлийг өөрчилсний дараа

шинэ нөхцөлд тэнцвэр эргэн тогтдогт оршино. Тэнцвэр эргэх тогтох энэ чиг хандлага дараах

Ле-Шатальегийн зарчмаар тайлбарлагдана.

Тэнцвэр тогтсон системд тэнцвэрийг нь тодорхойлогч аль нэг нөхцлийг нь

өөрчлөх замаар гаднаас үйлчилбэл тэнцвэр нь тэрхүү үйлчлэлийг бууруулах нөлөөтэй

процесс явагдах тэр чиглэлд шилжинэ.

Ле-Шатальегийн зарчим нь тэнцвэрийн үеийн бодисын харилцан хамаарал, тэнцвэр хэрхэн

шилжихийг урьдчилан харах, бүтээгдэхүүний гарцыг ихэсгэх зохистой нөхцлийг тогтоох

боломж олгоно.

Концентраци ба тэнцвэрийн шилжилт: Тэнцвэр тогтсон систем дэх аль нэг

бодисын концентрацийг ихэсгэвэл тэрхүү бодисын концентраци буурах чиглэлд уг тэнцвэр

шилжиж улмаар тэнцвэр дахин шинээр тогтоно.

Жишээ нь: Фосфорын пентахлорид үүсэх урвал дараах тэнцвэрийн системийг үүсгэдэг.

PCI3(хий) + CI2(хий) PCI5(хий)

Тэнцвэр тогтсон энэ системд урвалд орж буй бодисуудын аль нэгний концентрацийг,

тухайлбал CI2-ын концентрацийг нэмэгдүүлбэл шулуун урвалын хурд нэмэгдэж, урвал

PCI5 үүсэх тал руу явагдана. Харин буцах урвалын хурд хэвээр үлдэнэ. Үүний үр дүнд CI2

ба PCI3-ын концентраци багасаж улмаар шулуун урвалын хурд буурна. Энэ үед PCI5 -ын

концентраци нэмэгдэж буцах урвалын хурд өснө. Тодорхой хугацааны дараа шулуун ба

буцах урвалын хурд тэнцэж урвалын орчинд дахин шинэ тэнцвэр тогтох бөгөөд энэ нь өмнөх

тэнцвэрийн нөхцөлтэй харьцуулахад хлорын концентраци буурч фосфорын пентахлоридын

концентраци нэмэгдсэн байгаагаар ялгаатай юм. Өөрөөр хэлбэл урвалын бүтээгдэхүүний

гарц нэмэгдэж тэнцвэр шулуун урвалын чиглэлд буюу баруун гар тал руу шилжсэн гэсэн үг.

Даралт ба тэнцвэрийн шилжилт: Урвалын систем нэг ба түүнээс дээш хий

байдалтай бодисоос тогтсон бол даралт тэнцвэрийн шилжилтэнд нөлөөлнө. Даралтын

өөрчлөлт болсноор:

- хийн концентраци өөрчлөгдөнө

- урвалын орчны эзлэхүүн өөрчлөгдөнө

Үүний улмаас урвалын систем дэх бүх хийн парциал даралт концентраци ижил хэмжээгээр

өөрчлөгдөнө.

Жишээ нь: N2 + 3H2 2NH3 системийн температурыг өөрчлөлгүйгээр даралтыг ихэсгэн

шахаж хийн холимогийн эзлэхүүнийг хоёр дахин багасгая. Ингэхэд азот, устөрөгч, аммиак

тус бүрийн концентраци, хувийн (парциаль) даралт нь тус бүр хоёр дахин ихсэхийн хамт

шулуун болоод эргэх урвалын хурдын тэнцүү байдал алдагдаж улмаар тэнцвэр алдагддаг.

𝜐шул = 𝑘1 ∙ [𝑁2][𝐻2]3

𝜐эрг = 𝑘2 ∙ [𝑁𝐻3]2

𝜐шул′ = 𝑘1 ∙ (2[𝑁2]) ∙ (2[𝐻2])3 = 16𝜐 шул

𝜐эрг′ = 𝑘2 ∙ (2[𝑁𝐻3])2 = 4𝜐 эрг

Иймд даралтыг нэмэгдүүлэхэд тэнцвэр шулуун урвал явагдах чиглэл буюу баруун гар тал

руу шилжинэ. Харин даралтыг бууруулахад тэнцвэр эсрэг буюу зүүн гар тийш шилжинэ.

Үүний шалтгаан нь тэгшитгэлийн баруун, зүүн талд байгаа молекулын тоо харилцан адилгүй

байснаас шулуун болоод буцах урвалын хурдын өөрчлөлт мөн л харилцан адилгүй явагдаж,

азотын нэг молекул, устөрөгчийн гурван молекул нийт дөрвөн молекулаас аммиакийн хоёр

молекул үүссэн байна.

Иймд тэнцвэр тогтсон системд даралтыг ихэсгэвэл хийн молекулын тоо цөөрөх тал руу

химийн тэнцвэр шилждэг байна. Харин хийн молекулын тоонд өөрчлөлт гардаггүй урвалд

даралтын өөрчлөлт, тэнцвэрт үл нөлөөлдөг байна.

Температур ба тэнцвэрийн шилжилт: Ихэнх химийн урвал дулаан шингээж,

ялгаруулж явагддаг учраас урвалын орчны температурыг өөрчлөх замаар тэнцвэрийг

шилжүүлж болно.

Тэнцвэр тогтсон системд температурыг ихэсгэхэд эндотерм (дулаан шингээх) -ийн урвал

явагдах чиглэлд, харин температурыг бууруулахад экзотерм (дулаан ялгаруулах) урвал

явагдах чиглэлд химийн тэнцвэр шилжинэ.

Жишээ нь: аммиак үүсэх урвалыг авч үзье.

N2 + 3H2 2NH3 = -92 кЖ

Шулуун урвал нь экзотерм харин буцах урвал нь эндотерм урвал юм. Тэнцвэр тогтсон

системд температурыг ихэсгэвэл дулаан шингээж (эндотерм) явагддаг урвал нь давамгайлж,

тэнцвэр нь зүүн тал руу буюу аммиак задрах чиглэл рүү шилжинэ. Харин тетпературыг

бууруулахад дулаан ялгаруулдаг (экзотерм) урвал нь давамгайлж тэнцвэр баруун гар тийш

шилждэг байна.

N2 + О2 2NО = 108.8 кЖ

Энэ урвал нь эндотермийн урвал юм. Иймд температурыг ихэсгэхэд химийн тэнцвэр нь

баруун тал руу буюу азот (II) –ын оксид үүсэх чиглэл рүү шилжинэ.

Катализатор ба тэнцвэрийн шилжилт: Урвалын хурдыг өөрчлөх катализаторын

үйлчлэл нь буцах ба шулуун урвалын идэвхжилийн энергийг адилхан бууруулдаг. Иймд

тэнцвэрт орших системийг катализатороор үйлчлэхэд тэнцвэрийн байдал (эх ба

бүтээгдэхүүн бодисын тоо хэмжээ) өөрчлөгдөхгүй. Өөрөөр хэлбэл тэнцвэрийн анхны

концентрацийн харьцаа шинэ харьцаагаар солигдохгүй. Харин тэнцвэр тогтох хугауаа агшин

зуурт болно. Тухайлбал, шулуун ба эргэх урвалын хурд адил хэмжээгээр ихсэнэ.

8.5 Хэрэглээ

Химийн үйлдвэрлэлийн технологийн явцыг хянах, залах, шинэ арга зам эрж хайхтай

холбогдож түүхий эдийн хооронд явах урвалыг тодорхой зорилготой зохицуулах арга

боловсруулахад химийн тэнцвэрт нөлөөлөх хүчин зүйлсийн талаарх онолыг хэрэглэдэг.

Химийн тэнцвэр, түүний шилжилтэнд нөлөөлж буй хүчин зүйлсийг судлах нь онолын

төдийгүй, практикийн чухал ач холбогдолтой юм. Ялангуяа химийн үйлдвэрлэлийн

технологийн асуудлыг зохистой шийдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой.

Химийн үйлдвэрт гетероген катализыг өргөн ашигладаг. Биологийн системд катализатор ач

холбогдолтой. Хүн амьтны эд эс, хоол боловсруулах эрхтэн, цусанд явагдаж буй олон

төрлийн химийн урвал, катализаторын оролцоотой явагддаг. Иймд катализаторын үүргийг

ферментүүд хэмээх дан болоод нийлмэл уургийн бодис гүйцэтгэдэг. Хүний биед 30 мянга

гаруй ийм фермент бодис байдаг байна.

ӨӨРИЙГӨӨ ШАЛГАХ ТЕСТ

8.1 Дараах хүчин зүйлсийн аль нь химийн урвалын хурдад нөлөөлөхгүй вэ?

А. урвалд орж буй бодисуудын концентраци

В. урвалд орж буй бодисуудын масс

8.2 Тодорхой урвалын хурдны тэгшитгэл нь = k[A]2. А –ийн концентрацийг хоёр дахин

ихэсгэхэд, урвалын хурд хэд дахин нэмэгдэх вэ?

А. 4 В. 6

8.3 Тэнцвэр тогтсон системийн даралтыг нэмэгдүүлэхэд химийн тэнцвэр нь . . . шилждэг.

A. хийн молекулийн тоо ихсэх тал руу В. хийн молекулийн тоо цөөрөх тал руу

8.4 Температурыг 10 0С –аар нэмэгдүүлэхэд хурд нь чухам хэд дахин өсдөг болохыг

харуулсан тоог тухайн химийн урвалын хурдны температурын коэффициент гэнэ.

А. тийм В. үгүй

8.5 Урвалын хурд нь нэгж хугацаанд урвалд орж байгаа бодисуудын концентрацийн

өөрчлөлтөөр тодорхойлогдоно.

A. тийм B. үгүй

8.6 Битүү саванд явагдаж буй 2SO2(хий) + O2(хий) = 2SO3(хий) урвалын тэнцвэр тогтсон үеийн

эзлэхүүнийг хоёр дахин бууруулахад:

1. Шулуун ба эргэх урвалын хурд адил болно 3. Тэнцвэр шилжихгүй

2. Шулуун урвалын хурд хоёр дахин өснө 4. Тэнцвэр баруун гар тийш шилжинэ.

A. 1,3 B. 2,3 C. 1,4 D. 2,4

8.7 Даралтыг ихэсгэхэд дараах урвалуудын алиных тэнцвэр зүүн тал руугаа шилжих вэ?

1. СаСО3(хат) CaO(хат) + CO2(хий)

2. CO2(хий) + C(хат) 2CO(хий)

3. Fe2O3(хат) + 3CO(хий) 2Fe(хат) + 3CO2(хий)

4. CO2(хий) + H2O(шин) H2CO3(шин)

A. 1,3 B. 1,4 C. 2,3 D. 2,4

8.8 2NO2 N2O4 үед NO2-ийн концентрацийг 5 дахин ихэсгэхэд урвалын хурд нь хэд

дахин ихсэх вэ?

A. 5 B. 10 C. 25 D. 75

8.9 Хэрэв нэгэн урвалын хурдын температурын коэффициент 2-той тэнцүү бол

температурыг 20 0С-аас 50 0С хүртэл дээшлүүлэхэд уг урвалын хурд хэд дахин ихсэх вэ?

A. 6 B.8 C. 12 D.16

8.10 Н2 + CI2 2HCI гэсэн урвалд тэнцвэр тогтох үеийн бодисуудын концентраци

[H2]=0.01моль/л; [CI2]=0.01моль/л ба [HCI]=0.02 моль/л байсан бол тэнцвэрийн тогтмолыг

ол.

A. 1.0 B. 2.0 C. 3.0 D. 4.0

Тестийн хариу:

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10