Химия қандай да бір агрегаттық күйдегі әртекті химиялық заттардың жиынтығын зерттейді. Қоршаған ортадан ойша бөлініп алынған және оқшау түрде қарастырылатын әрбір осындай жиынтық химиялық жүйе деп аталады. Химиялық жүйені құрайтын заттар химиялық компоненттер деп аталады. Жүйелер бір немесе көп компонентті болуы мүмкін. Әрбір компонент қандай да бір агрегаттық күйде (газтәрізді, сұйық, қатты) бола алады, оны химия және материалтануда фаза деп атайды.
Мысал ретінде бір ғана компонент суды алайық. Оның бір күйден екінші күйге ауысуы химиялық құрамын өзгертпейді. Сондықтан ол бір компонентті жүйеге жатады. Бірақ үш агрегаттық күйден тұратын жүйе үш фазалы болып табылады.
Бір ғана фазадан тұратын жүйе толық біртекті болады және гомогенді деп аталады. Бірден артық фазалардан тұратын жүйе – гетерогенді. Фазаның мұндай анықтамасы толық емес. Себебі, ол тек агрегатты мағынадағы фаза түсінігін бейнелейді. Бірақ қатты дененің бір үлгісінде, мысалы мыс пен мырыштың құймасында таза мыс, таза мырыш және нағыз CuZn құймасының учаскелері болуы мүмкін. Үш компонент те қатты фазаға жатады, бірақ әрқайсысының өз химиялық құрамы, кристалды құрылымы және физикалық қасиеттері бар. Сондықтан біз Cu, Zn және жез (CuZn) фазалары бар деп айтамыз.
Сонымен фаза дегеніміз – жүйедегі басқа бөліктерден бөліну беті арқылы бөлінген барлық гомогенді бөліктердің жиынтығы. Бұл бөліну беті арқылы ауысқанда химиялық құрам немесе құрылым және қасиеттер секірмелі түрде өзгереді.
Құрамы ауыспалы фазалар – ерітінділер. Олар барлық үш агрегатты күйде – газтәрізді, сұйық және қатты күйлерде түзіле алады.
Белгілі бір тұрақты құрамы бар ерітінділер – химиялық қосылыстар.
Кейбір жүйелер бір немесе одан көп фазалардың механикалық қоспасы болып табылады. Мұндай қоспаларды әртүрлі жолдармен алады:
1) белгілі бір құрамы бар сұйық фазадан кристалдану арқылы алынатын қоспалар – эвтектикалар;
2) қатты фазалардың араласуы арқылы алынатын қоспа – эвтектоидтар;
3) сұйық фазадан кристалданған бір фаза қалған сұйықтықпен әрекеттескенде басқа фаза кристалданады. Алынатын қатты қоспа – перитектика.
Кез келген жүйеде және жүйелер арасында өзгерістер өтеді. Бұл кезде фазалардың химиялық құрамы өзгереді немесе өзгермейді. Құрам өзгеру арқылы өтетін түрлендірулер химиялық реакциялар, ал құрам өзгермей өтетін түрлендірулер – фазалық айналулар деп аталады. Химиялық реакцияны сипаттайтың сандық көрсеткіш – оның жылдамдығы.
Сандық түрде химиялық реакцияның жылдамдығы түрінде жазылады, яғни реакцияға қатысатын заттың бірінің концентрациясының уақыт бірлігінде өзгеруі. Концентрация C = , мұндағы n – заттың моль саны, V - жүйенің көлемі.
Гомогенді жүйелерде химиялық реакция жүйенің бүкіл көлемінде жүреді, ал гетерогенді жүйелерде – жүйені құрайтын фазалардың бөліну бетінде ғана жүреді.
Бөлшектер (атомдар, иондар, молекулалар) арасында химиялық реакцияның жүруіне қажет физикалық шарт – олардың кездесуі немесе соқтығысуы. Бөлшектер соқтығысқанда ғана электрондар алмасады және атомдар (иондар) қайта топтасады, демек химиялық реакция жүреді.
Әрекеттесуші заттардың бөлшектерінің соқтығысуы көбейген сайын, реакция жылдамдығы да жоғарылайды. Соқтығысулар саны әрбір бастапқы заттың концентрациясы өскен сайын өседі.
А + В С типті химиялық реакцияның жылдамдығын түрінде жазуға болады, мұндағы – концентрация, ал k– жылдамдық константасы.
Гомогенді жүйеде өтетін реакция жылдамдықтарының әрекеттесуші заттардың молярлық концентрацияларының көбейтіндісіне пропорционалдығын 1867 ж. К.М.Гульдберг пен П.Вааге және тәуелсіз Н.Н.Бекетов анықтаған, ол әсерлесуші массалар заңы деп аталады.
Реакцияны aA + bB dD + eE түрінде жазайық, яғни мұнда тура реакциямен қатар кері реакция бар. Әсерлесуші массалар заңы бойынша тура және кері реакциялардың жылдамдықтары ; .
Жылдамдық константалары k және k әрекеттесуші заттардың табиғатына, температураға және басқа да факторларға тәуелді, бірақ реакция компоненттерінің концентрацияларына тәуелді емес.
1.1- суретте және - нің уақытқа тәуелділігі бейнеленген.
1.1 -сурет. Тура және кері реакция жылдамдықтарының уақытқа тәуелділігі
Процесс басында максимал, бірақ уақыт өткен сайын А және В концентрациялары Д мен Е ауысқан сайын кемиді де азаяды. , керісінше, көбейеді. Кандайда бір уақытта = тепе-теңдігі орнайды. Реакция тоқтамайды , бірақ уақыт бірлігінде әрбір заттың қанша молекуласы түзілсе, соншасы жұмсалады. Тепе-теңдік жағдайында k1/k2=
Kc- химиялық тепе-теңдік константасы. Осылайша тепе-теңдік константасы – тура және кері химиялық реакциялардың жылдамдық константаларының қатынасы. Тұрақты температурада Кс да тұрақты. Химиялық реакцияның жүруінің қажет шарты – бөлшектердің соқтығысуы, бірақ соқтығысатың бөлшектердің энергиялары бастапқы заттардың атомдары арасындағы химиялық байланысты үзуге жеткілікті болу керек, әйтпесе соқтығысу болады, бірақ химиялық айналу жүзеге аспайды.
Соқтығысуы жаңа заттың түзілуіне алып келетіндей бөлшектердің артық энергиясы осы процестің (реакцияның) активтену энергиясы деп аталады.
Химиялық реакцияны сипаттау үшін оның ретін білу керек. Бір уақытта әрекеттесуге түсетін молекула түрлерінің саны реакция ретін анықтайды:1-рет – бір түрлі молекулалар, 2-рет – екі түрлі молекулалар. Мұндай реакциялар дәлірек моно-, бимолекулалы-, үшмолекулалы деп аталады.
Үшмолекулалы немесе одан да күрделі реакциялар өте сирек жүреді.