reakcijos produktų atžvilgiu. cheminis balansas. Cheminių procesų įvairovė

Užduotis

Nurodykite, kaip tai paveiks:

a) slėgio padidėjimas;

b) temperatūros padidėjimas;

c) padidinti deguonies koncentraciją siekiant subalansuoti sistemą:

2CO(G) + O 2 (G) ↔ 2CO 2 (G) + Q

Sprendimas:

a) Slėgio pokytis keičia reakcijų, kuriose dalyvauja dujinės medžiagos, pusiausvyrą (d). Dujinių medžiagų tūrius prieš ir po reakcijos nustatykime stechiometriniais koeficientais:

Pagal Le Chatelier principą, didėjant slėgiui , pusiausvyra keičiasišvietimo linki medžiagų, užimančių mažiau apie b b valgyti, todėl pusiausvyra pasislinks į dešinę, t.y. link CO 2 susidarymo, link tiesioginės reakcijos (→) .

b) Pagal Le Chatelier principą, kai pakyla temperatūra, pusiausvyra pasikeičia link endoterminės reakcijos (- K ), t.y. atvirkštinės reakcijos kryptimi – CO 2 skilimo reakcija (←) , nes energijos tvermės dėsnis:

Q - 2 CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g) + Q

in) Didėjant deguonies koncentracijai sistemos pusiausvyra slenka siekiant gauti CO 2 (→) nesreagentų (skystų ar dujinių) koncentracijos padidėjimas pasislenka produktų link, t.y. link tiesioginės reakcijos.

Papildomai:

1 pavyzdys Kiek kartų sistemoje pasikeis tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greitis:

2 TAIP 2 (d) +O 2 (d) = 2TAIP 3 (G)

jei dujų mišinio tūris padidės tris kartus? Kuria kryptimi pasislinks sistemos pusiausvyra?

Sprendimas. Pažymime reaguojančių medžiagų koncentracijas: [TAIP 2 ]= a , [Apie 2 ] = b , [ TAIP 3 ] = iš. Pagal greičio masių veikimo dėsnįv pirmyn ir atvirkštinė reakcija prieš keičiant tūrį:

v ir tt = Ka 2 b

v arr = KAM 1 iš 2 .

Sumažinus vienalytės sistemos tūrį tris kartus, kiekvienos iš reagentų koncentracija padidės tris kartus: [TAIP 2 ] = 3 bet , [Apie 2 ] = 3 b ; [ TAIP 3 ] = 3 iš . Esant naujoms greičio koncentracijomsv ’ reakcija pirmyn ir atgal:

v ’ ir tt = KAM (3 bet ) 2 (3 b ) = 27 Ka 2 b

v ’ arr = KAM 1 (3 iš ) 2 = 9 KAM 1 iš 2

Iš čia:

Vadinasi, tiesioginės reakcijos greitis padidėjo 27 kartus, o atvirkštinės – tik devynis kartus. Sistemos pusiausvyra pasislinko švietimo linkTAIP 3 .

2 pavyzdys Apskaičiuokite, kiek kartų dujinėje fazėje vykstančios reakcijos greitis padidės temperatūrai pakilus nuo 30 iki 70 apie C, jei reakcijos temperatūros koeficientas yra 2.

Sprendimas. Cheminės reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros nustatoma pagal Van't Hoff empirinę taisyklę pagal formulę:

Todėl reakcijos greitisν T 2 70 laipsnių temperatūroje apie Su didesniu reakcijos greičiuν T 1 30 laipsnių temperatūroje apie C 16 kartų.

3 pavyzdys Vienalytės sistemos pusiausvyros konstanta:

CO(g) + H 2 O(g) = CO 2 (d) + H 2 (G)

po 850 apie C lygus 1. Apskaičiuokite visų medžiagų koncentracijas pusiausvyroje, jei pradinės koncentracijos yra: [CO] ref \u003d 3 mol / l, [N 2 APIE] ref = 2 mol/l.

Sprendimas. Esant pusiausvyrai, tiesioginės ir atvirkštinės reakcijų greičiai yra vienodi, o šių greičių konstantų santykis yra pastovus ir vadinamas tam tikros sistemos pusiausvyros konstanta:

v pr = KAM 1 [SVAJONAS 2 APIE]

v arr = K 2 [CO 2 ][N 2 ]

Uždavinio sąlygoje pateikiamos pradinės koncentracijos, o išraiškojeKAM R apima tik visų sistemoje esančių medžiagų pusiausvyros koncentracijas. Tarkime, kad iki koncentracijos pusiausvyros momento [СО 2 ] R = X mol/l. Pagal sistemos lygtį šiuo atveju susidaręs vandenilio molių skaičius taip pat busX mol/l. Tam pačiam apgamų skaičiui (X mol/l) CO ir H 2 O išleista moksluiX molių CO 2 ir H 2 . Todėl visų keturių medžiagų pusiausvyros koncentracijos yra:

[CO 2 ] R = [N 2 ] R = X mol/l;

[CO] R = (3 – X ) mol/l;

[N 2 APIE] R = (2 – X ) mol/l.

Žinodami pusiausvyros konstantą, randame reikšmęX , o tada pradinės visų medžiagų koncentracijos:

Taigi, norimos pusiausvyros koncentracijos yra:

[CO 2 ] R = 1,2 mol/l;

[N 2 ] R = 1,2 mol/l;

[CO] R \u003d 3 - 1,2 \u003d 1,8 mol / l;

[N 2 APIE] R \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.

4 pavyzdys Esant tam tikrai temperatūrai, pusiausvyros koncentracijos sistemoje

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) buvo: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Nustatykite pusiausvyros konstantą šioje temperatūroje ir pradines CO ir O 2 koncentracijas, jei pradiniame mišinyje CO 2 nebuvo.

Sprendimas:

vienas). Kadangi uždavinio sąlygoje pateiktos pusiausvyros koncentracijos, pusiausvyros konstanta yra 2:

2). Jei pradiniame mišinyje CO 2 nebuvo, tai cheminės pusiausvyros momentu sistemoje susidarė 0,16 mol CO 2.

Pagal UHR:

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)

Susidaro 0,16 molio CO 2 panaudoto:

υ sureagavo (CO) \u003d υ (CO 2) \u003d 0,16 mol

υ sureagavo (O 2) \u003d 1/2υ (CO 2) \u003d 0,08 mol

Vadinasi,

υ pradinė = υ sureagavo + υ pusiausvyra

υ pradinis (CO) \u003d 0,16 + 0,2 \u003d 0,36 mol

υ pradinis (O 2) \u003d 0,08 + 0,32 \u003d 0,4 mol

Medžiaga			CO2
C originalas	0,36
C sureagavo	0,16	0,08	0,16
C pusiausvyra		0,32	0,16

5 pavyzdysNustatykite HI pusiausvyros koncentraciją sistemoje

H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g),

jei tam tikroje temperatūroje pusiausvyros konstanta lygi 4, o pradinės H 2 , I 2 ir HI koncentracijos yra atitinkamai 1, 2 ir 0 mol/l.

Sprendimas. Tegul x mol/l Sveiki

Medžiaga	H2	aš 2
nuo originalo , mol/l
su proreact. , mol/l	x/2	x/2
c lygus. , mol/l	1x/2	PCl 5 (d) = RS l 3 (d) + NUO l 2(G); Δ H= + 92,59 kJ. Kaip pakeisti: a) temperatūrą; b) slėgis; c) koncentracija, siekiant pusiausvyrą perkelti į tiesioginę reakciją – skilimąPCl 5 ? Sprendimas. Cheminės pusiausvyros poslinkis arba poslinkis – tai reagentų pusiausvyros koncentracijos pokytis pasikeitus vienai iš reakcijos sąlygų. Pusiausvyros pasislinkimo kryptis nustatoma pagal Le Chatelier principą: a) nuo skilimo reakcijosPCl 5 endoterminis (Δ H > 0) tada norint perkelti pusiausvyrą tiesioginės reakcijos link, reikia padidinti temperatūrą; b) kadangi šioje sistemoje PCl plėtimasis 5 veda prie tūrio padidėjimo (iš vienos dujų molekulės susidaro dvi dujinės molekulės), tada norint perkelti pusiausvyrą link tiesioginės reakcijos, reikia sumažinti slėgį; c) pusiausvyros perkėlimas nurodyta kryptimi gali būti pasiektas padidinus RS koncentracijąl 5 , ir PCl koncentracijos sumažėjimas 3 arba Cl 2 .

Cheminė pusiausvyra- sistemos būsena, kai tiesioginės ir atvirkštinės reakcijos vyksta vienodu greičiu .. Proceso metu mažėjant pradinėms medžiagoms, tiesioginės cheminės medžiagos greitis. reakcija mažėja, o atvirkštinės reakcijos greitis didėja didėjant C HI. Tam tikru momentu t pirmyn ir atgal greitis chem. reakcijos sulyginamos Sistemos būsena nekinta, kol neveikia išoriniai veiksniai (P, T, s). Pusiausvyros konstanta – Konstanta , atspindintis grįžtamosios reakcijos komponentų koncentracijų santykį esant cheminei pusiausvyrai. (priklauso tik nuo C). Kiekvienai grįžtamai chem. reakcijos koncentruotoje būsenoje, tarsi apibūdina ribą, iki kurios chem. reakcija. .K =.Jei (koncentracijos ref) - neobr reakcija;jei pusiausvyra pasislenka i dešine,tai neteka. Pusiausvyros konstanta, pasikeitus reaguojančių medžiagų koncentracijai, nekeičia jos vertės. Faktas yra tas, kad koncentracijos pasikeitimas lemia tik cheminės medžiagos pasikeitimą. pusiausvyrą viena ar kita kryptimi. Tokiu atveju, esant ta pačiai konstantai, nustatoma nauja pusiausvyros būsena . Tikrasis Balansas gali pasislinkti į vieną ar kitą pusę veikiant bet kokiems veiksniams. Tačiau kai šių veiksnių veiksmas atšaukiamas, sistema grįžta į pradinę būseną. klaidinga- sistemos būsena nepakitusi laike, bet pasikeitus išorinėms sąlygoms, sistemoje vyksta negrįžtamas procesas (Tamsoje egzistuoja H 2 + Cl 2, šviečiant mėginys HCl. Nustojus apšvietimui negrįšime H 2 ir Cl 2). į pusiausvyros poslinkį. Įvairių veiksnių įtaka cheminių lygių būklei kokybiškai apibūdinama Le Chatelier (1884 m.) pusiausvyros poslinkio principu. Su bet kokiu išoriniu poveikiu sistemai, kuri yra cheminės pusiausvyros būsenoje, joje vyksta procesai, dėl kurių šis poveikis sumažėja.

Pusiausvyros konstanta

Pusiausvyros konstanta rodo kiek kartų tiesioginės reakcijos greitis yra didesnis arba mažesnis už atvirkštinės reakcijos greitį.

Pusiausvyros konstanta yra reakcijos produktų pusiausvyros koncentracijų sandaugos santykis su jų stechiometrinių koeficientų laipsniu ir pradinių medžiagų pusiausvyros koncentracijų sandauga, paimta iš jų stechiometrinių koeficientų laipsnio.

Pusiausvyros konstantos reikšmė priklauso nuo reaguojančių medžiagų pobūdžio ir temperatūros, ir nepriklauso nuo koncentracijos pusiausvyros momentu, nes jų santykis visada yra pastovi reikšmė, skaitine prasme lygi pusiausvyros konstantai. Jei tarp tirpalų medžiagų vyksta vienalytė reakcija, tai pusiausvyros konstanta žymima K C, o jei tarp dujų, tai K P.

čia Р С, Р D , Р А ir Р В yra reakcijos dalyvių pusiausvyros slėgiai.

Naudojant Clapeyrono-Mendelejevo lygtį, galima nustatyti ryšį tarp K P ir K C

Perkelkite garsumą į dešinę pusę

p = RT, t. y. p = CRT (6,9)

Kiekvienam reagentui lygtį (6.9) pakeičiame į (6.7) ir supaprastiname

, (6.10)

kur Dn – reakcijos dujinių dalyvių molių skaičiaus pokytis

Dn = (s + d) - (a + c) (6.11)

Vadinasi,

K P \u003d K C (RT) Dn (6,12)

Iš (6.12) lygties matyti, kad K P = K C, jei reakcijos dujinių dalyvių molių skaičius nekinta (Dn = 0) arba sistemoje nėra dujų.

Pažymėtina, kad heterogeninio proceso atveju į kietosios arba skystosios fazės koncentraciją sistemoje neatsižvelgiama.

Pavyzdžiui, 2A + 3B \u003d C + 4D reakcijos pusiausvyros konstanta, jei visos medžiagos yra dujos ir turi tokią formą

o jei D yra vientisas, tada

Pusiausvyros konstanta turi didelę teorinę ir praktinę reikšmę. Pusiausvyros konstantos skaitinė reikšmė leidžia spręsti apie praktinę cheminės reakcijos galimybę ir gylį.

10 4 , tada reakcija yra negrįžtama

Pusiausvyros pokytis. Le Chatelier principas.

Le Chatelier principas (1884): jei stabilios cheminės pusiausvyros sistema veikiama iš išorės keičiant temperatūrą, slėgį ar koncentraciją, tai cheminė pusiausvyra pasislenka ta kryptimi, kuria sukuriamo poveikio poveikis mažėja.

Reikia pažymėti, kad katalizatorius nekeičia cheminės pusiausvyros, o tik pagreitina jos atsiradimą.

Apsvarstykite kiekvieno veiksnio įtaką bendros reakcijos cheminės pusiausvyros poslinkiui:

aA + bB = cC + d D±Q.

Koncentracijos kitimo poveikis. Pagal Le Chatelier principą, padidėjus vieno iš pusiausvyrinės cheminės reakcijos komponentų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka link reakcijos, kurioje vyksta cheminis šio komponento apdorojimas, padidėjimas. Ir atvirkščiai, vieno iš komponentų koncentracijos sumažėjimas lemia pusiausvyros poslinkį šio komponento susidarymo link.

Taigi, padidėjus medžiagos A arba B koncentracijai, pusiausvyra pasislenka į priekį; padidėjus medžiagos C arba D koncentracijai pusiausvyra pasislenka priešinga kryptimi; sumažėjus A arba B koncentracijai, pusiausvyra pasislenka priešinga kryptimi; sumažėjus medžiagos C arba D koncentracijai pusiausvyra pasislenka į priekį. (Schemiškai galite rašyti: C A arba C B ®; C C arba C D ¬; ¯ C A arba C B ¬; ¯ C C arba CD ®).

Temperatūros poveikis. Bendroji taisyklė, nustatanti temperatūros poveikį pusiausvyrai, formuluojama taip: temperatūros padidėjimas prisideda prie pusiausvyros poslinkio link endoterminės reakcijos (- Q); temperatūros mažinimas prisideda prie pusiausvyros poslinkio link egzoterminės reakcijos (+ Q).

Reakcijos, kurios vyksta be terminio poveikio, nepakeičia cheminės pusiausvyros keičiantis temperatūrai. Temperatūros padidėjimas šiuo atveju tik lemia greitesnį pusiausvyros nusistatymą, kuris būtų pasiektas tam tikroje sistemoje net ir be šildymo, bet per ilgesnį laiką.

Taigi, egzoterminėje reakcijoje (+ Q) temperatūros padidėjimas sukelia pusiausvyros poslinkį priešinga kryptimi ir, atvirkščiai, endoterminėje reakcijoje (-Q) temperatūros padidėjimas sukelia poslinkį į priekį. kryptimi, o temperatūros sumažėjimas priešinga kryptimi. (Schemiškai galite rašyti: ties +Q T ¬; ¯T ®; ties -Q T ®; ¯T ¬).

Slėgio įtaka. Kaip rodo patirtis, slėgis turi pastebimą įtaką tik tų pusiausvyros reakcijų, kuriose dalyvauja dujinės medžiagos, poslinkiui, o šiuo atveju dujinių reakcijos dalyvių molių skaičiaus pokytis (Dn) nėra lygus nuliui. Didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka link reakcijos, kurią lydi mažesnis dujinių medžiagų molių skaičius, o mažėjant slėgiui – link didesnio dujinių medžiagų molių skaičiaus susidarymo.

Taigi, jei Dn = 0, tai slėgis neturi įtakos cheminės pusiausvyros poslinkiui; jei Dn< 0, то увеличение давления смещает равновесие в прямом направлении, уменьшение давления в сторону обратной реакции; если Dn >0, tada padidėjus slėgiui pusiausvyra pasislenka priešinga kryptimi, o sumažėjus slėgiui – tiesioginės reakcijos kryptimi. (Schemiškai galima parašyti: esant Dn = 0 P neturi įtakos; esant Dn<0 ­Р®, ¯Р¬; при Dn >0 Р ¬, ¯Р ®). Le Chatelier principas taikomas tiek homogeninėms, tiek heterogeninėms sistemoms ir suteikia kokybinę pusiausvyros poslinkio charakteristiką.

Kodifikatoriaus temos: grįžtamos ir negrįžtamos reakcijos. cheminis balansas. Cheminės pusiausvyros poslinkis veikiant įvairiems veiksniams.

Pagal atvirkštinės reakcijos galimybę cheminės reakcijos skirstomos į grįžtamąsias ir negrįžtamas.

Grįžtamos cheminės reakcijos yra reakcijos, kurių produktai tam tikromis sąlygomis gali sąveikauti vienas su kitu.

Pavyzdžiui, amoniako sintezė yra grįžtama reakcija:

N2 + 3H2 \u003d 2NH3

Procesas vyksta aukštoje temperatūroje, esant slėgiui ir esant katalizatoriui (geležies). Tokie procesai dažniausiai yra grįžtami.

negrįžtamos reakcijos yra reakcijos, kurių produktai tam tikromis sąlygomis negali sąveikauti vienas su kitu.

Pavyzdžiui, degimo reakcijos arba reakcijos, vykstančios su sprogimu – dažniausiai negrįžtamos. Deginama anglis negrįžtamai:

C + O 2 = CO 2

Daugiau informacijos apie cheminių reakcijų klasifikacija galima perskaityti.

Produkto sąveikos tikimybė priklauso nuo proceso sąlygų.

Taigi, jei sistema atviras, t.y. keičiasi tiek medžiaga, tiek energija su aplinka, tuomet cheminės reakcijos, kurių metu susidaro, pavyzdžiui, dujos, bus negrįžtamos.

Pavyzdžiui , kai kalcinuojamas kietas natrio bikarbonatas:

2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

iš reakcijos zonos išsiskiria ir išgaruoja dujinis anglies dioksidas. Todėl tokia reakcija bus negrįžtamas tokiomis sąlygomis.

Jeigu svarstysime uždara sistema , kuris negali apsikeisti medžiagomis su aplinka (pavyzdžiui, uždara dėžė, kurioje vyksta reakcija), tada anglies dioksidas negalės išeiti iš reakcijos zonos, o sąveikaus su vandeniu ir natrio karbonatu, tada reakcija bus grįžtama šios sąlygos:

2NaHCO 3 ⇔ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Apsvarstykite grįžtamos reakcijos. Tegul grįžtama reakcija vyksta pagal schemą:

aA + bB ⇔ cC + dD

Tiesioginės reakcijos greitis pagal masės veikimo dėsnį nustatomas pagal išraišką:

v 1 \u003d k 1 C A a C B b

Atsiliepimų rodiklis:

v 2 \u003d k 2 C C C C D d

čia k 1 Ir k2 yra atitinkamai tiesioginės ir atvirkštinės reakcijos greičio konstantos, C A , C B , C C , C D yra atitinkamai A, B, C ir D medžiagų koncentracijos.

Jei pradiniu reakcijos momentu sistemoje nėra medžiagų C ir D, tai dalelės A ir B daugiausia susiduria ir sąveikauja, ir vyksta daugiausia tiesioginė reakcija.

Palaipsniui pradės didėti ir dalelių C ir D koncentracija, todėl didės atvirkštinės reakcijos greitis. Kažkuriuo momentu tiesioginės reakcijos greitis tampa lygus atvirkštinės reakcijos greičiui. Ši būsena vadinama cheminė pusiausvyra .

Šiuo būdu, cheminė pusiausvyra yra sistemos būsena, kurioje tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai yra vienodi .

Kadangi tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai yra vienodi, reagentų susidarymo greitis yra lygus jų suvartojimo greičiui, o srovė medžiagų koncentracijos nekinta . Tokios koncentracijos vadinamos subalansuotas .

Atkreipkite dėmesį, kad esant pusiausvyrai vyksta tiek pirmyn, tiek atgalinės reakcijos, tai yra, reagentai sąveikauja tarpusavyje, bet produktai sąveikauja vienas su kitu tokiu pačiu greičiu. Tuo pačiu metu gali turėti įtakos išoriniai veiksniai pamaina cheminė pusiausvyra viena ar kita kryptimi. Todėl cheminė pusiausvyra vadinama mobilusis, arba dinamiškas .

Judančios pusiausvyros srities tyrimai pradėti XIX a. Henri Le Chatelier raštuose buvo padėti teorijos pagrindai, kuriuos vėliau apibendrino mokslininkas Karlas Brownas. Judančios pusiausvyros principas arba Le Chatelier-Brown principas teigia:

Jei sistemą, esančią pusiausvyros būsenoje, veikia išorinis veiksnys, pakeičiantis bet kurią pusiausvyros sąlygą, tai sistemoje suaktyvėja procesai, kuriais siekiama kompensuoti išorinį poveikį.

Kitaip tariant: Kai sistema veikia išorinę jėgą, pusiausvyra pasislinks taip, kad kompensuotų šią išorinę jėgą.

Šis principas, kuris yra labai svarbus, tinka bet kokiems pusiausvyros reiškiniams (ne tik cheminėms reakcijoms). Tačiau dabar mes tai apsvarstysime, kiek tai susiję su chemine sąveika. Cheminių reakcijų atveju išorinis veiksmas lemia medžiagų pusiausvyros koncentracijų pasikeitimą.

Trys pagrindiniai veiksniai gali turėti įtakos cheminėms reakcijoms pusiausvyros būsenoje – temperatūra, slėgis ir reagentų arba produktų koncentracija.

1. Kaip žinote, chemines reakcijas lydi terminis efektas. Jei tiesioginė reakcija vyksta išskiriant šilumą (egzoterminė arba + Q), tada atvirkštinė reakcija vyksta su šilumos absorbcija (endoterminė arba -Q) ir atvirkščiai. Jei pakelsi temperatūros sistemoje pusiausvyra pasislinks taip, kad kompensuotų šį padidėjimą. Logiška, kad esant egzoterminei reakcijai, temperatūros padidėjimas negali būti kompensuojamas. Taigi, kylant temperatūrai, pusiausvyra sistemoje pasislenka link šilumos sugerties, t.y. link endoterminių reakcijų (-Q); mažėjant temperatūrai – egzoterminės reakcijos kryptimi (+ Q).

2. Pusiausvyros reakcijų atveju, kai bent viena iš medžiagų yra dujinėje fazėje, pusiausvyrą taip pat reikšmingai veikia pokytis. spaudimas sistemoje. Padidinus slėgį, cheminė sistema bando kompensuoti šį poveikį ir padidina reakcijos greitį, kurio metu mažėja dujinių medžiagų kiekis. Sumažinus slėgį, sistema padidina reakcijos greitį, kurio metu susidaro daugiau dujinių medžiagų molekulių. Taigi: padidėjus slėgiui, pusiausvyra pasislenka dujų molekulių skaičiaus mažėjimo link, mažėjant slėgiui – dujų molekulių skaičiaus didėjimo link.

Pastaba! Sistemoms, kuriose reaguojančių dujų ir produktų molekulių skaičius yra vienodas, slėgis neveikia! Taip pat slėgio pokytis praktiškai neturi įtakos pusiausvyrai tirpaluose, t.y. reakcijose, kuriose nėra dujų.

3. Taip pat pokytis turi įtakos cheminių sistemų pusiausvyrai koncentracija reagentai ir produktai. Didėjant reagentų koncentracijai, sistema bando jas išnaudoti ir padidina tiesioginės reakcijos greitį. Sumažėjus reagentų koncentracijai, sistema bando juos kaupti, o atvirkštinės reakcijos greitis didėja. Didėjant produktų koncentracijai, sistema taip pat bando juos sunaudoti ir padidina atvirkštinės reakcijos greitį. Sumažėjus produktų koncentracijai, cheminė sistema padidina jų susidarymo greitį, t.y. pirmyn reakcijos greitis.

Jei cheminėje sistemoje priekinės reakcijos greitis didėja teisingai , link produktų formavimo Ir reagento suvartojimas . Jeigu didėja atvirkštinės reakcijos greitis, sakome, kad pusiausvyra pasikeitė į kairę , link maisto vartojimo Ir didinant reagentų koncentraciją .

Pavyzdžiui, amoniako sintezės reakcijoje:

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH3 + Q

padidėjus slėgiui, didėja reakcijos greitis, kurio metu susidaro mažesnis dujų molekulių skaičius, t.y. tiesioginė reakcija (reaguojančių dujų molekulių skaičius yra 4, dujų molekulių skaičius produktuose yra 2). Didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka į dešinę, link produktų. At temperatūros kilimas pusiausvyra pasikeis link endoterminės reakcijos, t.y. į kairę, link reagentų. Azoto ar vandenilio koncentracijos padidėjimas pusiausvyrą perkels link jų suvartojimo, t.y. į dešinę, link produktų.

Katalizatorius neturi įtakos pusiausvyrai, nes pagreitina reakcijas į priekį ir atgal.

Cheminė pusiausvyra yra būdinga grįžtamasis reakcijas ir nėra būdinga negrįžtamas cheminės reakcijos.

Dažnai cheminio proceso metu pradiniai reagentai visiškai pereina į reakcijos produktus. Pavyzdžiui:

Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Neįmanoma gauti metalinio vario, vykdant reakciją priešinga kryptimi, nes. duota reakcija negrįžtama. Tokiuose procesuose reagentai visiškai paverčiami produktais, t.y. reakcija tęsiasi iki galo.

Tačiau dauguma cheminių reakcijų grįžtamasis, t.y. tikėtinas lygiagretus reakcijos srautas pirmyn ir atgal. Kitaip tariant, reagentai tik iš dalies paverčiami produktais, o reakcijos sistemą sudarys ir reagentai, ir produktai. Sistema šiuo atveju yra valstybėje cheminė pusiausvyra.

Grįžtamuosiuose procesuose iš pradžių tiesioginė reakcija turi didžiausią greitį, kuris palaipsniui mažėja, nes sumažėja reagentų kiekis. Atvirkštinė reakcija, priešingai, iš pradžių turi minimalų greitį, kuris didėja, kai kaupiasi produktai. Galų gale ateina momentas, kai abiejų reakcijų greičiai tampa vienodi – sistema patenka į pusiausvyros būseną. Pasiekus pusiausvyros būseną, komponentų koncentracijos išlieka nepakitusios, tačiau cheminė reakcija nesiliauja. Tai. Tai dinamiška (judanti) būsena. Aiškumo dėlei pateikiame tokį paveikslą:

Tarkime, yra keletas grįžtama cheminė reakcija:

a A + b B = c C + d D

tada, remdamiesi masinio veikimo dėsniu, rašome išraiškas už tiesiaiυ 1 ir atvirkščiaiυ 2 reakcijos:

υ1 = k 1 [A] a [B] b

υ2 = k 2 [C] c [D] d

Galintis cheminė pusiausvyra, tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai yra vienodi, ty:

k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] c [D] d

mes gauname

KAM= k1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b

Kur K =k 1 / k 2 – pusiausvyros konstanta.

Bet kokiam grįžtamam procesui tam tikromis sąlygomis k yra pastovi vertė. Tai nepriklauso nuo medžiagų koncentracijos, nes pasikeitus vienos iš medžiagų kiekiui, keičiasi ir kitų komponentų kiekiai.

Pasikeitus cheminio proceso eigos sąlygoms, galimas pusiausvyros poslinkis.

Veiksniai, turintys įtakos pusiausvyros pokyčiui:

• reagentų ar produktų koncentracijos pokytis,
• slėgio pokytis,
• temperatūros pokytis,
• katalizatoriaus įvedimas į reakcijos terpę.

Le Chatelier principas

Visi minėti veiksniai turi įtakos cheminės pusiausvyros pokyčiui, kuriam priklauso Le Chatelier principas: jei pakeisite vieną iš sąlygų, kurioms esant sistema yra pusiausvyroje – koncentraciją, slėgį ar temperatūrą – tada pusiausvyra pasislinks reakcijos, kuri neutralizuoja šį pokytį, kryptimi. Tie. pusiausvyra linkusi pasislinkti kryptimi, dėl to sumažėja smūgio, dėl kurio buvo pažeista pusiausvyros būsena, įtaka.

Taigi, mes atskirai nagrinėsime kiekvieno jų veiksnio įtaką pusiausvyros būklei.

Įtaka reagento ar produkto koncentracijos pokyčiai parodykime pavyzdžiu Haber procesas:

N2 (g) + 3H2 (g) \u003d 2NH3 (g)

Jei, pavyzdžiui, azoto pridedama į pusiausvyros sistemą, kurią sudaro N 2 (g), H 2 (g) ir NH 3 (g), tada pusiausvyra turėtų pasislinkti ta kryptimi, kuri prisidėtų prie to, kad sumažėtų jo kiekis. vandenilio link pradinės vertės, tie. papildomo amoniako kiekio susidarymo kryptimi (dešinėje). Tuo pačiu metu sumažės ir vandenilio kiekis. Kai į sistemą įpilama vandenilio, pusiausvyra taip pat pasislinks link naujo amoniako kiekio susidarymo (į dešinę). Tuo tarpu amoniako įvedimas į pusiausvyros sistemą, pagal Le Chatelier principas , sukels pusiausvyros poslinkį pradinių medžiagų susidarymui palankaus proceso link (į kairę), t.y. amoniako koncentracija turėtų būti sumažinta, dalį jo skaidant į azotą ir vandenilį.

Vieno iš komponentų koncentracijos sumažėjimas pakeis sistemos pusiausvyros būseną šio komponento susidarymo link.

Įtaka slėgio pokyčiai prasminga, jei tiriamame procese dalyvauja dujiniai komponentai ir pasikeičia bendras molekulių skaičius. Jei bendras molekulių skaičius sistemoje išlieka nuolatinis, tada slėgio pokytis neturi įtakos balanse, pavyzdžiui:

I 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)

Jei pusiausvyros sistemos bendras slėgis didinamas mažinant jos tūrį, tai pusiausvyra pasislinks tūrio mažėjimo kryptimi. Tie. link mažėjančio skaičiaus dujų sistemoje. Reakcijoje:

N2 (g) + 3H2 (g) \u003d 2NH3 (g)

iš 4 dujų molekulių (1 N 2 (g) ir 3 H 2 (g)) susidaro 2 dujų molekulės (2 NH 3 (g)), t.y. slėgis sistemoje mažėja. Dėl to slėgio padidėjimas prisidės prie papildomo amoniako kiekio susidarymo, t.y. pusiausvyra pasislinks jos susidarymo kryptimi (į dešinę).

Jei sistemos temperatūra yra pastovi, tai pasikeitus bendram sistemos slėgiui, pusiausvyros konstanta nepasikeis. KAM.

Temperatūros pokytis sistema turi įtakos ne tik jos pusiausvyros poslinkiui, bet ir pusiausvyros konstantai KAM. Jei pusiausvyros sistemai, esant pastoviam slėgiui, suteikiama papildoma šiluma, tada pusiausvyra pasislinks šilumos absorbcijos kryptimi. Apsvarstykite:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH3 (g) + 22 kcal

Taigi, kaip matote, tiesioginė reakcija vyksta išskiriant šilumą, o atvirkštinė reakcija su absorbcija. Kylant temperatūrai, šios reakcijos pusiausvyra pasislenka link amoniako skilimo reakcijos (į kairę), nes tai ir susilpnina išorinį poveikį – temperatūros kilimą. Priešingai, aušinimas sukelia pusiausvyros poslinkį amoniako sintezės kryptimi (į dešinę), nes reakcija yra egzoterminė ir atspari atšalimui.

Taigi, temperatūros padidėjimas skatina poslinkį cheminė pusiausvyra endoterminės reakcijos kryptimi, o temperatūros kritimas – egzoterminio proceso kryptimi . Pusiausvyros konstantos visų egzoterminių procesų, kylant temperatūrai, mažėja, o endoterminių – didėja.

Būsena, kai atvirkštinės reakcijos greitis tampa lygus tiesioginės reakcijos greičiui, vadinama cheminė pusiausvyra.

Kiekybiškai ši būsena apibūdinama pusiausvyros konstanta. Grįžtamąją reakciją galima parašyti taip:

Kur pagal masės veikimo dėsnį tiesioginės reakcijos greitis v 1 ir atvirkščiai v 2 atrodys taip:

v 1 = k 1 [A] m [B] n,

v 2 = k 2 [C] p [D] q .

Pasiekimo metu cheminė pusiausvyra tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai tampa vienodi:

k 1 [A] m [B] n = k 2 [C] p [D] q ,

K = k 1 / k 2 =([C] p [D] q)/([A] m [B] n),

kur KAM- pusiausvyros konstanta, rodanti tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų santykį.

Tos koncentracijos, kurios sustoja ties pusiausvyra, vadinamos pusiausvyros koncentracijomis. Reikėtų atsiminti, kad laipsnių reikšmės m, n, p, q yra lygūs stechiometriniams pusiausvyros reakcijos koeficientams. Pusiausvyros konstantos skaitinė reikšmė lemia reakcijos išeigą. At K>>1 produktų išeiga yra puiki, o pas KAM<<1 - labai mažas.

Reakcijos derlius- faktiškai gauto produkto kiekio ir kiekio, kuris būtų gautas, jei ši reakcija būtų pasibaigusi, santykis (išreikštas procentais).

Cheminė pusiausvyra negali būti palaikoma neribotą laiką. Tiesą sakant, temperatūros, slėgio ar reagentų koncentracijos pokyčiai gali pakeisti pusiausvyrą viena ar kita kryptimi.

Pokyčius, vykstančius sistemoje dėl išorinių poveikių, lemia mobiliosios pusiausvyros principas - Le Chatelier principas:

Išorinis poveikis sistemai, kuri yra pusiausvyros būsenoje, lemia šios pusiausvyros poslinkį ta kryptimi, kuria susilpnėja sukuriamo poveikio poveikis.

Tie. keičiasi tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičių santykis.

Principas taikomas ne tik cheminiams, bet ir fiziniams procesams, tokiems kaip lydymas, virinimas ir kt.

Koncentracijos pasikeitimas.

Padidėjus vienos iš reagentų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos suvartojimo link.

Didėjant geležies ar sieros koncentracijai, pusiausvyra pasislinks šios medžiagos suvartojimo link, t.y. į dešinę.

Slėgio įtaka cheminei pusiausvyrai.

Atsižvelgta tik dujų fazėse!

Didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka dujinių medžiagų kiekio mažėjimo kryptimi.. Jei reakcija vyksta nekeičiant dujinių medžiagų kiekių, tai slėgis neturi įtakos pusiausvyrai.

N 2 d) + 3H 2 (G)2 NH 3 (G),

Kairėje yra 4 moliai dujinių reagentų, dešinėje - 2, todėl, didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislinks į dešinę.

N 2 (d)+O 2 (d) = 2NE(G),

Kairėje yra 2 moliai dujinių medžiagų ir dešinėje, todėl slėgis neturi įtakos pusiausvyrai.

Temperatūros įtaka cheminei pusiausvyrai.

Keičiantis temperatūrai, keičiasi ir pirminė, ir atvirkštinė reakcija, bet skirtingu laipsniu.

Kylant temperatūrai, pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos.

N 2 d) + 3H 2 (G) 2 NH 3 (d) +K,

Ši reakcija vyksta išsiskiriant šilumai (egzoterminė), todėl pakilus temperatūrai pusiausvyra pasislinks link pradinių produktų (atvirkštinė reakcija).