echilibru chimic

echilibrul chimic este inerent într-o reacție reversibilă și nu este tipic de reactii chimice ireversibile.

De multe ori, în desfășurarea procesului chimic, reactanții de pornire sunt complet transferate în produsele de reacție. De exemplu:

Este imposibil să se obțină cupru metalic prin efectuarea reacției în direcția opusă, ca Această reacție este ireversibilă. In astfel de procese, reactanții complet transformat în produse, adică reacția se produce până la sfârșit.

Dar cea mai mare parte a reacției chimice este reversibilă. și anume probabil un curs paralel al reacției în direcțiile înainte și înapoi. Cu alte cuvinte, doar reactanții sunt transformați parțial în produși de reacție, iar sistemul va consta din reactanților și a produselor. Sistemul în acest caz, este într-o stare de echilibru chimic.

În procesele reversibile prima reacție directă are o viteză maximă care se reduce treptat datorită cantității reduse de reactivi. Reacția inversă, în schimb, are o primă viteză minimă, care crește pe măsură ce se acumulează produse. La urma urmei, vine un moment în care atât ratele de reacție devin egale - sistemul vine la echilibru. La apariția unei stări de echilibru, concentrațiile componentelor rămân neschimbate, dar reacția chimică nu este terminată. astfel echilibru chimic - o dinamică (în mișcare) de stat. Pentru claritate, prezentăm următoarea imagine:

Să presupunem că are o anumită reacție chimică reversibilă:

și A + b B = C + D d

Apoi, pe baza legii acțiunii în masă, vom scrie expresiile pentru viteză și reacții inverse υ1 directe υ2:

In starea de echilibru chimic. viteză înainte și înapoi reacțiile sunt egale, adică.:

Pentru orice proces reversibil în condiții predeterminate k este o valoare constantă. Este independentă de concentrațiile, ca o cantitate de schimbare a uneia dintre substanțele, cantitățile celorlalte componente sunt, de asemenea schimbare.

La schimbarea condițiilor de curgere ale procesului chimic se poate schimba echilibrul.

Factorii care influențează trecerea de echilibru:

modificarea concentrațiilor reactanților și a produselor,
schimba în presiune,
schimbați temperatură,
introducerea catalizatorului în mediul de reacție.

Principiul Le Chatelier

Toți acești factori afectează deplasarea echilibrului chimic, care este supus principiului Le Chatelier. schimbarea uneia dintre condițiile pentru care sistemul este în echilibru - concentrație, presiune și temperatură, - echilibrul este deplasat în direcția reacției care antagonizează această schimbare. Ie echilibru tinde să se schimbe în direcția care duce la o scădere a efectului impactului, care a dus la perturbarea stării de echilibru.

Astfel, considerăm separat efectul fiecăruia dintre factorii în stare de echilibru.

Efectul modificărilor concentrațiilor reactanților sau a produselor prezintă exemplul procesului Haber:

Dacă sistemul de echilibru constă din N2 (g). H2 (g) și NH3 (g). add, de exemplu, azot, echilibrul trebuie să se deplaseze într-o direcție care ar contribui la reducerea cantității de hidrogen, în direcția de valoarea sa inițială, și anume în direcția formării de cantități suplimentare de amoniac (dreapta). Când se întâmplă acest lucru simultan și scăderea cantități de hidrogen. Când adăugat la sistemul de hidrogen, se va deplasa, de asemenea, echilibrul spre formarea unor noi cantități de amoniac (dreapta). Întrucât introducerea amoniacului în sistemul de echilibru, în conformitate cu principiul Le Chatelier lui. va determina trecerea de echilibru spre procesul care este favorabil pentru formarea de materii prime (partea stângă), adică concentrația de amoniac este redusă prin descompunerea unora dintre cantitatea sa de azot și hidrogen.

Reducerea concentrației unei componente se va schimba starea de echilibru a sistemului față de formarea acestei componente.

Efectul schimbării presiunii are sens dacă în procesul de testare a implicat componentele gazoase și, astfel, este o modificare a numărului total de molecule. În cazul în care numărul total de molecule din sistem rămâne constantă. schimbarea de presiune nu afectează echilibrul, de exemplu:

Dacă presiunea totală a echilibrului sistemului crește prin reducerea volumului acesteia, echilibrul se va deplasa în direcția scăderii volumului. Ie pentru a reduce numărul de moli de gaz în sistem. Reacția:

4 gaz moleul (1 N2 (g) și 3 H2 (g)) este produs 2 molecule de gaz (2 NH3 (g)), adică presiunea din sistem scade. Ca urmare, creșterea presiunii va promova formarea unei cantități suplimentare de amoniac, adică, echilibrul se va deplasa în direcția de formare a acesteia (dreapta).

Dacă temperatura sistemului este constantă, presiunea totală a sistemului de schimbare nu va duce la o schimbare în echilibru constant K.

Modificarea temperaturii sistemului afectează nu numai deplasarea echilibrului, ci și asupra echilibrului constant K. Dacă sistemul de echilibru la presiune constantă, de a comunica caldura suplimentara, echilibrul se va deplasa în direcția absorbția căldurii. Luați în considerare reacția exotermă:

Deci, după cum puteți vedea, reacția directă are loc cu eliberarea de căldură, și invers - cu absorbție. Cu creșterea temperaturii, echilibrul de reacție este deplasată spre reacție de descompunere a amoniacului (la stânga), ca este endotermă și slăbește efectul extern - creșterea temperaturii. Pe de altă parte, răcirea conduce la o schimbare în echilibrul spre sinteza amoniacului (dreapta), deoarece reacția este exotermă și contracarează răcirea.

Astfel, creșterea temperaturii este favorizat echilibrul chimic schimbare spre reacția endotermă și scăderea temperaturii - direcția protsessa.Konstanty echilibru exotermă a proceselor exotermice scade odată cu creșterea temperaturii și a proceselor endoterme - a crescut.

Adăugarea sistemului de catalizator conduce la faptul că viteza atât înainte și înapoi crește reacțiile. Schimbarea ratei de abordare a echilibrului, dar k nu este schimbat.

Principiul Le Chatelier este aplicabil astfel de reacții, în care componentele sunt în diferite stări de fază, adică, de asemenea, reacții eterogene. Atunci ar fi un echilibru eterogen, de exemplu:

În această reacție, două gaz și substanță solidă sunt în echilibru una cu cealaltă, și „concentrare“ a componentelor solide rămân neschimbate. De obicei, „concentrare“ a componentelor solide și lichide incluse în valoarea K, ceea ce permite să nu le ia în considerare atunci când scrieți expresia constanta de echilibru:

Această expresie ne arată că, indiferent cât de mult CaCO3 (TV) și CaO (TV) este conținut într-un sistem de echilibru, atâta timp cât acesta conține cel puțin o cantitate mică de oricare dintre aceste substanțe.