प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों सहित प्रणाली के मापदंडों का अध्ययन, हमें यह पता लगाने की अनुमति देता है कि कौन से कारक रासायनिक संतुलन को बदलते हैं और वांछित परिवर्तन की ओर ले जाते हैं। प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के तरीकों के बारे में ले चेटेलियर, ब्राउन और अन्य वैज्ञानिकों के निष्कर्षों के आधार पर, औद्योगिक प्रौद्योगिकियां आधारित हैं जो उन प्रक्रियाओं को पूरा करना संभव बनाती हैं जो पहले असंभव लगती थीं और आर्थिक लाभ प्राप्त करती थीं।

रासायनिक प्रक्रियाओं की विविधता

थर्मल प्रभाव की विशेषताओं के अनुसार, कई प्रतिक्रियाओं को एक्ज़ोथिर्मिक या एंडोथर्मिक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। पूर्व गर्मी के गठन के साथ जाते हैं, उदाहरण के लिए, कार्बन का ऑक्सीकरण, केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड का जलयोजन। दूसरे प्रकार के परिवर्तन तापीय ऊर्जा के अवशोषण से जुड़े हैं। एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के उदाहरण: चूना और कार्बन डाइऑक्साइड के गठन के साथ कैल्शियम कार्बोनेट का अपघटन, मीथेन के थर्मल अपघटन के दौरान हाइड्रोजन और कार्बन का निर्माण। एक्सो- और एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं के समीकरणों में, थर्मल प्रभाव को इंगित करना आवश्यक है। प्रतिक्रियाशील पदार्थों के परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में होता है। अभिकारकों और उत्पादों की विशेषताओं के अनुसार चार प्रकार की रासायनिक प्रक्रियाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है:

प्रक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए, प्रतिक्रियाशील यौगिकों की बातचीत की पूर्णता महत्वपूर्ण है। यह विशेषता प्रतिक्रियाओं के विभाजन को प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय में विभाजित करती है।

प्रतिक्रियाओं की प्रतिवर्तीता

प्रतिवर्ती प्रक्रियाएं अधिकांश रासायनिक घटनाएं बनाती हैं। अभिकारकों से अंतिम उत्पादों का बनना एक सीधी प्रतिक्रिया है। इसके विपरीत, प्रारंभिक पदार्थ उनके अपघटन या संश्लेषण के उत्पादों से प्राप्त होते हैं। अभिक्रियात्मक मिश्रण में एक रासायनिक संतुलन उत्पन्न होता है, जिसमें प्रारंभिक अणुओं के विघटित होने पर उतने ही यौगिक प्राप्त होते हैं। प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में, अभिकारकों और उत्पादों के बीच "=" चिह्न के बजाय, "↔" या "⇌" प्रतीकों का उपयोग किया जाता है। तीर लंबाई में असमान हो सकते हैं, जो किसी एक प्रतिक्रिया के प्रभुत्व से जुड़ा होता है। रासायनिक समीकरणों में, पदार्थों की कुल विशेषताओं का संकेत दिया जा सकता है (जी - गैसें, डब्ल्यू - तरल पदार्थ, एम - ठोस)। प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं को प्रभावित करने के वैज्ञानिक रूप से प्रमाणित तरीके बहुत व्यावहारिक महत्व के हैं। इस प्रकार, अमोनिया का उत्पादन उन स्थितियों के निर्माण के बाद लाभदायक हो गया जो संतुलन को लक्ष्य उत्पाद के निर्माण की ओर ले जाती हैं: 3H 2 (g) + N 2 (g) 2NH 3 (g) । अपरिवर्तनीय घटना एक अघुलनशील या थोड़ा घुलनशील यौगिक की उपस्थिति की ओर ले जाती है, एक गैस का निर्माण जो प्रतिक्रिया क्षेत्र को छोड़ देता है। इन प्रक्रियाओं में आयन एक्सचेंज, पदार्थों का अपघटन शामिल है।

रासायनिक संतुलन और इसके विस्थापन के लिए शर्तें

कई कारक आगे और पीछे की प्रक्रियाओं की विशेषताओं को प्रभावित करते हैं। उनमें से एक समय है। प्रतिक्रिया के लिए लिए गए पदार्थ की सांद्रता धीरे-धीरे कम हो जाती है, और अंतिम यौगिक बढ़ जाता है। आगे की दिशा की प्रतिक्रिया धीमी और धीमी है, रिवर्स प्रक्रिया गति प्राप्त कर रही है। एक निश्चित अंतराल में, दो विपरीत प्रक्रियाएं समकालिक रूप से चलती हैं। पदार्थों के बीच परस्पर क्रिया होती है, लेकिन सांद्रता नहीं बदलती है। इसका कारण प्रणाली में स्थापित गतिशील रासायनिक संतुलन है। इसका प्रतिधारण या संशोधन इस पर निर्भर करता है:

• तापमान की स्थिति;
• यौगिक सांद्रता;
• दबाव (गैसों के लिए)।

रासायनिक संतुलन में बदलाव

1884 में, फ्रांस के एक उत्कृष्ट वैज्ञानिक ए एल ले चेटेलियर ने एक प्रणाली को गतिशील संतुलन की स्थिति से बाहर लाने के तरीकों का विवरण प्रस्तावित किया। विधि बाहरी कारकों की कार्रवाई को समतल करने के सिद्धांत पर आधारित है। ले चेटेलियर ने इस तथ्य पर ध्यान आकर्षित किया कि प्रतिक्रियात्मक मिश्रण में प्रक्रियाएं उत्पन्न होती हैं जो बाहरी ताकतों के प्रभाव की भरपाई करती हैं। फ्रांसीसी शोधकर्ता द्वारा तैयार किया गया सिद्धांत कहता है कि संतुलन की स्थिति में स्थितियों में परिवर्तन एक प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम का समर्थन करता है जो एक बाहरी प्रभाव को कमजोर करता है। संतुलन परिवर्तन इस नियम का पालन करता है, यह तब देखा जाता है जब संरचना, तापमान की स्थिति और दबाव में परिवर्तन होता है। उद्योग में वैज्ञानिकों के निष्कर्षों के आधार पर प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जाता है। कई रासायनिक प्रक्रियाएं जिन्हें अव्यावहारिक माना जाता था, संतुलन को स्थानांतरित करने के तरीकों का उपयोग करके की जाती हैं।

एकाग्रता का प्रभाव

संतुलन में बदलाव तब होता है जब कुछ घटकों को अंतःक्रिया क्षेत्र से हटा दिया जाता है या किसी पदार्थ के अतिरिक्त हिस्से पेश किए जाते हैं। प्रतिक्रिया मिश्रण से उत्पादों को हटाने से आमतौर पर उनके गठन की दर में वृद्धि होती है, जबकि इसके विपरीत पदार्थों को जोड़ने से उनका प्रमुख अपघटन होता है। एस्टरीफिकेशन प्रक्रिया में, सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग निर्जलीकरण के लिए किया जाता है। जब इसे प्रतिक्रिया क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो मिथाइल एसीटेट की उपज बढ़ जाती है: सीएच 3 सीओओएच + सीएच 3 ओएच ↔ सीएच 3 सीओओएसएच 3 + एच 2 ओ। यदि आप ऑक्सीजन जोड़ते हैं जो सल्फर डाइऑक्साइड के साथ बातचीत करता है, तो रासायनिक संतुलन बदल जाता है सल्फर ट्राइऑक्साइड के निर्माण की सीधी प्रतिक्रिया। ऑक्सीजन SO 3 अणुओं से बंधता है, इसकी सांद्रता कम हो जाती है, जो प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के लिए Le Chatelier के नियम के अनुरूप है।

तापमान परिवर्तन

गर्मी के अवशोषण या रिलीज के साथ जाने वाली प्रक्रियाएं एंडो- और एक्ज़ोथिर्मिक हैं। संतुलन को स्थानांतरित करने के लिए, प्रतिक्रियाशील मिश्रण से हीटिंग या गर्मी हटाने का उपयोग किया जाता है। तापमान में वृद्धि एंडोथर्मिक घटना की दर में वृद्धि के साथ होती है जिसमें अतिरिक्त ऊर्जा अवशोषित होती है। शीतलन से ऊष्मा मुक्त करने वाली ऊष्माक्षेपी प्रक्रियाओं का लाभ मिलता है। कोयले के साथ कार्बन डाइऑक्साइड की बातचीत के दौरान, मोनोऑक्साइड की एकाग्रता में वृद्धि के साथ हीटिंग होता है, और शीतलन कालिख के प्रमुख गठन की ओर जाता है: सीओ 2 (जी) + सी (टी) 2CO (जी)।

दबाव प्रभाव

गैसीय यौगिकों सहित मिश्रणों पर प्रतिक्रिया करने के लिए दबाव में परिवर्तन एक महत्वपूर्ण कारक है। आपको प्रारंभिक और परिणामी पदार्थों की मात्रा में अंतर पर भी ध्यान देना चाहिए। दबाव में कमी से घटना की एक प्रमुख घटना होती है जिसमें सभी घटकों की कुल मात्रा बढ़ जाती है। दबाव में वृद्धि पूरे सिस्टम की मात्रा को कम करने की दिशा में प्रक्रिया को निर्देशित करती है। यह पैटर्न अमोनिया गठन की प्रतिक्रिया में देखा गया है: 0.5N 2 (g) + 1.5H 2 (g) NH 3 (g)। दबाव में परिवर्तन उन प्रतिक्रियाओं में रासायनिक संतुलन को प्रभावित नहीं करेगा जो स्थिर मात्रा में होती हैं।

रासायनिक प्रक्रिया के कार्यान्वयन के लिए अनुकूलतम शर्तें

संतुलन को स्थानांतरित करने के लिए परिस्थितियों का निर्माण काफी हद तक आधुनिक रासायनिक प्रौद्योगिकियों के विकास को निर्धारित करता है। वैज्ञानिक सिद्धांत का व्यावहारिक उपयोग इष्टतम उत्पादन परिणाम प्राप्त करने में योगदान देता है। सबसे उल्लेखनीय उदाहरण अमोनिया का उत्पादन है: 0.5N 2 (g) + 1.5H 2 (g) NH 3 (g)। प्रणाली में एन 2 और एच 2 अणुओं की सामग्री में वृद्धि सरल पदार्थों से जटिल पदार्थ के संश्लेषण के लिए अनुकूल है। प्रतिक्रिया गर्मी की रिहाई के साथ होती है, इसलिए तापमान में कमी से एनएच 3 की एकाग्रता में वृद्धि होगी। प्रारंभिक घटकों की मात्रा लक्ष्य उत्पाद की मात्रा से अधिक है। दबाव में वृद्धि से NH 3 की उपज में वृद्धि होगी।

उत्पादन स्थितियों के तहत, सभी मापदंडों (तापमान, एकाग्रता, दबाव) का इष्टतम अनुपात चुना जाता है। इसके अलावा, अभिकारकों के बीच संपर्क क्षेत्र का बहुत महत्व है। ठोस विषमांगी प्रणालियों में, सतह क्षेत्र में वृद्धि से प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है। उत्प्रेरक आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर में वृद्धि करते हैं। ऐसे गुणों वाले पदार्थों के उपयोग से रासायनिक संतुलन में बदलाव नहीं होता है, बल्कि इसकी शुरुआत तेज हो जाती है।

रासायनिक संतुलन निहित है प्रतिवर्तीप्रतिक्रियाओं और के लिए विशिष्ट नहीं है अचलरसायनिक प्रतिक्रिया।

अक्सर, एक रासायनिक प्रक्रिया के कार्यान्वयन के दौरान, प्रारंभिक अभिकारक पूरी तरह से प्रतिक्रिया उत्पादों में चले जाते हैं। उदाहरण के लिए:

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

विपरीत दिशा में प्रतिक्रिया करके धात्विक तांबा प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि। दिया गया प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है. ऐसी प्रक्रियाओं में, अभिकारक पूरी तरह से उत्पादों में परिवर्तित हो जाते हैं, अर्थात। प्रतिक्रिया पूर्ण होने के लिए आगे बढ़ती है।

लेकिन अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती, अर्थात। आगे और विपरीत दिशाओं में प्रतिक्रिया के समानांतर प्रवाह की संभावना है। दूसरे शब्दों में, अभिकारक केवल आंशिक रूप से उत्पादों में परिवर्तित होते हैं, और प्रतिक्रिया प्रणाली में अभिकारक और उत्पाद दोनों शामिल होंगे। इस मामले में सिस्टम राज्य में है रासायनिक संतुलन।

प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में, पहली बार में प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की अधिकतम दर होती है, जो धीरे-धीरे अभिकर्मकों की मात्रा में कमी के कारण घट जाती है। विपरीत प्रतिक्रिया, इसके विपरीत, शुरू में न्यूनतम दर होती है, जो उत्पादों के जमा होने पर बढ़ जाती है। अंत में, एक क्षण आता है जब दोनों प्रतिक्रियाओं की दर समान हो जाती है - प्रणाली संतुलन की स्थिति में आती है। जब एक संतुलन अवस्था में पहुँच जाता है, तो घटकों की सांद्रता अपरिवर्तित रहती है, लेकिन रासायनिक प्रतिक्रिया रुकती नहीं है। उस। यह एक गतिशील (चलती) अवस्था है। स्पष्टता के लिए, हम निम्नलिखित आकृति प्रस्तुत करते हैं:

मान लीजिए कि कुछ है प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया:

ए ए + बी बी = सी सी + डी डी

फिर, सामूहिक कार्रवाई के नियम के आधार पर, हम इसके लिए व्यंजक लिखते हैं सीधा 1 और उल्टाυ 2 प्रतिक्रियाएं:

1 = के 1 [ए] ए [बी] बी

2 = के 2 [सी] सी [डी] डी

इस शर्त रासायनिक संतुलन, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें समान हैं, अर्थात:

के 1 [ए] ए [बी] बी = के 2 [सी] सी [डी] डी

हम पाते हैं

सेवा= k1 / के 2 = [सी] सी [डी] डी ̸ [ए] ए [बी] बी

कहाँ के =क 1 / क 2 – निरंतर संतुलन।

किसी भी प्रतिवर्ती प्रक्रिया के लिए, दी गई शर्तों के तहत कएक स्थिर मूल्य है। यह पदार्थों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है, क्योंकि जब किसी एक पदार्थ की मात्रा बदलती है, तो अन्य घटकों की मात्रा भी बदल जाती है।

जब एक रासायनिक प्रक्रिया के दौरान स्थितियां बदलती हैं, तो संतुलन में बदलाव संभव है।

संतुलन में बदलाव को प्रभावित करने वाले कारक:

• अभिकारकों या उत्पादों की सांद्रता में परिवर्तन,
• दबाव परिवर्तन,
• तापमान परिवर्तन,
• प्रतिक्रिया माध्यम में उत्प्रेरक का परिचय।

ले चेटेलियर का सिद्धांत

उपरोक्त सभी कारक रासायनिक संतुलन में बदलाव को प्रभावित करते हैं, जो के अधीन है ले चेटेलियर सिद्धांत: यदि आप उन स्थितियों में से एक को बदलते हैं जिसके तहत प्रणाली संतुलन में है - एकाग्रता, दबाव या तापमान - तो संतुलन उस प्रतिक्रिया की दिशा में बदल जाएगा जो इस परिवर्तन का प्रतिकार करती है।वे। संतुलन दिशा में स्थानांतरित हो जाता है, जिससे प्रभाव के प्रभाव में कमी आती है जिससे संतुलन राज्य का उल्लंघन होता है।

इसलिए, हम संतुलन की स्थिति पर उनके प्रत्येक कारक के प्रभाव पर अलग से विचार करेंगे।

प्रभाव अभिकारक या उत्पाद सांद्रता में परिवर्तन आइए उदाहरण के द्वारा दिखाते हैं हैबर प्रक्रिया:

एन 2 (जी) + 3एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी)

यदि, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन को एन 2 (जी), एच 2 (जी) और एनएच 3 (जी) से मिलकर एक संतुलन प्रणाली में जोड़ा जाता है, तो संतुलन को उस दिशा में स्थानांतरित करना चाहिए जो मात्रा में कमी में योगदान देगा हाइड्रोजन अपने मूल मूल्य की ओर, अर्थात्। अमोनिया (दाईं ओर) की एक अतिरिक्त मात्रा के गठन की दिशा में। साथ ही हाइड्रोजन की मात्रा में भी कमी आएगी। जब सिस्टम में हाइड्रोजन जोड़ा जाता है, तो संतुलन भी अमोनिया की एक नई मात्रा (दाईं ओर) के गठन की ओर स्थानांतरित हो जाएगा। जबकि संतुलन प्रणाली में अमोनिया की शुरूआत, के अनुसार ले चेटेलियर सिद्धांत , उस प्रक्रिया की ओर संतुलन में बदलाव का कारण बनेगा जो प्रारंभिक पदार्थों (बाईं ओर) के निर्माण के लिए अनुकूल है, अर्थात। इसमें से कुछ को नाइट्रोजन और हाइड्रोजन में विघटित करके अमोनिया की सांद्रता को कम किया जाना चाहिए।

घटकों में से एक की एकाग्रता में कमी इस घटक के गठन की ओर प्रणाली की संतुलन स्थिति को स्थानांतरित कर देगी।

प्रभाव दबाव में परिवर्तन यह समझ में आता है अगर गैसीय घटक अध्ययन के तहत प्रक्रिया में भाग लेते हैं और इस मामले में, अणुओं की कुल संख्या में परिवर्तन होता है। यदि निकाय में अणुओं की कुल संख्या बनी रहे स्थायी, तो दबाव में परिवर्तन प्रभावित नहीं करताइसके संतुलन पर, उदाहरण के लिए:

मैं 2 (जी) + एच 2 (जी) \u003d 2एचआई (जी)

यदि किसी संतुलन प्रणाली का कुल दबाव उसके आयतन को कम करके बढ़ा दिया जाता है, तो संतुलन घटते आयतन की दिशा में शिफ्ट हो जाएगा। वे। घटती संख्या की ओर गैसप्रणाली में। प्रतिक्रिया में:

एन 2 (जी) + 3एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी)

4 गैस अणुओं (1 एन 2 (जी) और 3 एच 2 (जी)) से 2 गैस अणु बनते हैं (2 एनएच 3 (जी)), यानी। सिस्टम में दबाव कम हो जाता है। नतीजतन, दबाव में वृद्धि अमोनिया की एक अतिरिक्त मात्रा के गठन में योगदान करेगी, अर्थात। संतुलन इसके गठन की दिशा में (दाईं ओर) शिफ्ट हो जाएगा।

यदि सिस्टम का तापमान स्थिर है, तो सिस्टम के कुल दबाव में बदलाव से संतुलन स्थिरांक में बदलाव नहीं होगा को।

तापमान परिवर्तन प्रणाली न केवल अपने संतुलन के विस्थापन को प्रभावित करती है, बल्कि संतुलन स्थिरांक को भी प्रभावित करती है को।यदि निरंतर दबाव पर एक संतुलन प्रणाली को अतिरिक्त गर्मी दी जाती है, तो संतुलन गर्मी अवशोषण की दिशा में स्थानांतरित हो जाएगा। विचार करना:

एन 2 (जी) + 3एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी) + 22 किलो कैलोरी

तो, जैसा कि आप देख सकते हैं, आगे की प्रतिक्रिया गर्मी की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है, और रिवर्स प्रतिक्रिया अवशोषण के साथ होती है। तापमान में वृद्धि के साथ, इस प्रतिक्रिया का संतुलन अमोनिया अपघटन (बाईं ओर) की प्रतिक्रिया की ओर बदल जाता है, क्योंकि यह है और बाहरी प्रभाव को कमजोर करता है - तापमान में वृद्धि। इसके विपरीत, शीतलन से अमोनिया संश्लेषण (दाईं ओर) की दिशा में संतुलन में बदलाव होता है, क्योंकि प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है और शीतलन का विरोध करती है।

इस प्रकार, तापमान में वृद्धि एक बदलाव का पक्ष लेती है रासायनिक संतुलनएंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की दिशा में, और तापमान में गिरावट एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया की दिशा में होती है . संतुलन स्थिरांकबढ़ते तापमान में कमी, और एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं के साथ सभी एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रियाओं में - वृद्धि।

अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती होती हैं, अर्थात वे एक साथ विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती हैं। ऐसे मामलों में जहां आगे और पीछे की प्रतिक्रियाएं समान दर से आगे बढ़ती हैं, रासायनिक संतुलन होता है।

जब रासायनिक संतुलन हो जाता है, तो सिस्टम बनाने वाले पदार्थों के अणुओं की संख्या में परिवर्तन बंद हो जाता है और अपरिवर्तित बाहरी परिस्थितियों में समय पर स्थिर रहता है।

एक प्रणाली की स्थिति जिसमें आगे की प्रतिक्रिया की दर विपरीत प्रतिक्रिया की दर के बराबर होती है, रासायनिक संतुलन कहलाती है।

उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया का संतुलन एच 2 (जी) + आई 2 (जी) ⇆ 2 एचआई (जी) तब होता है जब एक सीधी प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन आयोडाइड अणु एक समय की एक इकाई में बनते हैं क्योंकि वे एक रिवर्स प्रतिक्रिया में क्षय होते हैं। आयोडीन और हाइड्रोजन में।

प्रतिक्रिया की विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ने की क्षमता को गतिज उत्क्रमणीयता कहा जाता है।.

एक प्रतिक्रिया समीकरण में, रासायनिक समीकरण के बाएँ और दाएँ पक्षों के बीच एक समान चिह्न के बजाय दो विपरीत तीरों (⇆) द्वारा उत्क्रमणीयता का संकेत दिया जाता है।

रासायनिक संतुलन गतिशील (मोबाइल) है। जब बाहरी स्थितियां बदलती हैं, तो संतुलन बदल जाता है और अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है यदि बाहरी स्थितियां स्थिर मान प्राप्त कर लेती हैं। रासायनिक संतुलन पर बाह्य कारकों के प्रभाव के कारण इसमें परिवर्तन होता है।

रासायनिक संतुलन की स्थिति निम्नलिखित प्रतिक्रिया मापदंडों पर निर्भर करती है:

तापमान;

दबाव;

सांद्रता।

रासायनिक प्रतिक्रिया पर इन कारकों का प्रभाव एक पैटर्न का अनुसरण करता है जिसे 1884 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक ले चेटेलियर (चित्र 1) द्वारा सामान्य शब्दों में व्यक्त किया गया था।

चावल। 1. हेनरी लुई ले चेटेलियर

ले चेटेलियर के सिद्धांत का आधुनिक सूत्रीकरण

यदि संतुलन में एक प्रणाली पर बाहरी प्रभाव डाला जाता है, तो संतुलन उस दिशा में बदल जाता है जो इस प्रभाव को कमजोर करता है।

1. तापमान का प्रभाव

प्रत्येक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया में, दिशाओं में से एक एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया से मेल खाती है, और दूसरी एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया से मेल खाती है।

उदाहरण: अमोनिया का औद्योगिक उत्पादन। चावल। 2.

चावल। 2. अमोनिया के उत्पादन के लिए संयंत्र

अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया:

एन 2 + 3एच 2 2एनएच 3 + क्यू

अग्र अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है और विपरीत अभिक्रिया ऊष्माशोषी होती है।

रासायनिक संतुलन की स्थिति पर तापमान परिवर्तन का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, रासायनिक संतुलन एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की दिशा में बदल जाता है, और जैसे-जैसे तापमान घटता है, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया की दिशा में।

अमोनिया प्राप्त करने की दिशा में संतुलन को स्थानांतरित करने के लिए, तापमान कम होना चाहिए।

2. दबाव का प्रभाव

गैसीय पदार्थों से संबंधित सभी प्रतिक्रियाओं में, प्रारंभिक पदार्थों से उत्पादों में संक्रमण में पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के कारण मात्रा में परिवर्तन के साथ, संतुलन की स्थिति प्रणाली में दबाव से प्रभावित होती है।

संतुलन की स्थिति पर दबाव का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है।

दबाव में वृद्धि के साथ, संतुलन कम मात्रा में पदार्थों (प्रारंभिक या उत्पादों) के गठन की दिशा में बदल जाता है; जैसे-जैसे दबाव घटता है, संतुलन बड़ी मात्रा में पदार्थों के बनने की दिशा में बदल जाता है।

अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया में, बढ़ते दबाव के साथ, संतुलन अमोनिया के गठन की ओर बढ़ जाता है, क्योंकि प्रतिक्रिया मात्रा में कमी के साथ आगे बढ़ती है।

3. एकाग्रता का प्रभाव

संतुलन की स्थिति पर एकाग्रता का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है।

प्रारंभिक पदार्थों में से एक की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, संतुलन प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की दिशा में बदल जाता है; प्रतिक्रिया उत्पादों में से एक की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, संतुलन प्रारंभिक पदार्थों के गठन की दिशा में बदल जाता है।

अमोनिया उत्पादन प्रतिक्रिया में, संतुलन को अमोनिया उत्पादन की ओर स्थानांतरित करने के लिए, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन की सांद्रता को बढ़ाना आवश्यक है।

पाठ को सारांशित करना

पाठ में, आपने "रासायनिक संतुलन" की अवधारणा के बारे में सीखा और इसे कैसे स्थानांतरित किया जाए, कौन सी स्थितियां रासायनिक संतुलन में बदलाव को प्रभावित करती हैं, और "ले चेटेलियर सिद्धांत" कैसे काम करता है।

ग्रन्थसूची

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2. किस स्थिति में दाब में परिवर्तन से गैसीय पदार्थों की अभिक्रियाओं में रासायनिक संतुलन में परिवर्तन नहीं होगा?
3. उत्प्रेरक रासायनिक संतुलन को स्थानांतरित करने में योगदान क्यों नहीं देता है?

वह अवस्था जिसमें अग्रगामी तथा विपरीत अभिक्रियाओं की दर समान होती है, रासायनिक संतुलन कहलाती है। सामान्य रूप में प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया समीकरण:

आगे की प्रतिक्रिया दर वी 1 =क 1 [ए] एम [बी] एन, रिवर्स प्रतिक्रिया की दर वी 2 =क 2 [С] पी [डी] क्यू, जहां वर्ग कोष्ठक में संतुलन सांद्रता हैं। परिभाषा के अनुसार, रासायनिक संतुलन पर वी 1 =v 2, कहाँ से

के सी \u003d के 1 / के 2 \u003d [सी] पी [डी] क्यू / [ए] एम [बी] एन,

जहाँ K c रासायनिक संतुलन स्थिरांक है जिसे दाढ़ सांद्रता के रूप में व्यक्त किया जाता है। उपरोक्त गणितीय अभिव्यक्ति को अक्सर प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए बड़े पैमाने पर कार्रवाई का कानून कहा जाता है: प्रतिक्रिया उत्पादों के संतुलन सांद्रता के उत्पाद का अनुपात प्रारंभिक सामग्री के संतुलन सांद्रता के उत्पाद के अनुपात में होता है।

रासायनिक संतुलन की स्थिति निम्नलिखित प्रतिक्रिया मापदंडों पर निर्भर करती है: तापमान, दबाव और एकाग्रता। रासायनिक प्रतिक्रिया पर इन कारकों का प्रभाव एक पैटर्न के अधीन है जिसे 1884 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक ले चेटेलियर द्वारा सामान्य शब्दों में व्यक्त किया गया था। ले चेटेलियर के सिद्धांत का आधुनिक सूत्रीकरण इस प्रकार है:

यदि एक प्रणाली पर एक बाहरी प्रभाव डाला जाता है जो संतुलन की स्थिति में है, तो सिस्टम दूसरे राज्य में इस तरह से स्थानांतरित हो जाएगा कि बाहरी प्रभाव के प्रभाव को कम किया जा सके।

रासायनिक संतुलन को प्रभावित करने वाले कारक।

1. तापमान का प्रभाव। प्रत्येक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया में, दिशाओं में से एक एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया से मेल खाती है, और दूसरी एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया से मेल खाती है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, रासायनिक संतुलन एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की दिशा में बदल जाता है, और जैसे-जैसे तापमान घटता है, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया की दिशा में।

2. दबाव का प्रभाव। गैसीय पदार्थों से संबंधित सभी प्रतिक्रियाओं में, प्रारंभिक पदार्थों से उत्पादों में संक्रमण में पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के कारण मात्रा में परिवर्तन के साथ, संतुलन की स्थिति प्रणाली में दबाव से प्रभावित होती है।
संतुलन की स्थिति पर दबाव का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है:

बढ़ते दबाव के साथ, संतुलन कम मात्रा में पदार्थों (प्रारंभिक या उत्पादों) के गठन की दिशा में बदल जाता है।

3. एकाग्रता का प्रभाव। संतुलन की स्थिति पर एकाग्रता का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है:

प्रारंभिक पदार्थों में से एक की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, संतुलन प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की दिशा में बदल जाता है;
प्रतिक्रिया उत्पादों में से एक की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, संतुलन प्रारंभिक पदार्थों के गठन की दिशा में बदल जाता है।

आत्म-नियंत्रण के लिए प्रश्न:

1. रासायनिक प्रतिक्रिया की दर क्या है और यह किन कारकों पर निर्भर करती है? दर स्थिरांक किन कारकों पर निर्भर करता है?

2. हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी के बनने की अभिक्रिया की दर के लिए एक समीकरण लिखिए और दिखाइए कि हाइड्रोजन की सान्द्रता को तीन गुना करने पर दर कैसे बदलती है।

3. समय के साथ प्रतिक्रिया दर कैसे बदलती है? किन प्रतिक्रियाओं को उत्क्रमणीय कहा जाता है? रासायनिक संतुलन की स्थिति क्या है? संतुलन स्थिरांक किसे कहते हैं, यह किन कारकों पर निर्भर करता है?

4. कौन से बाहरी प्रभाव रासायनिक संतुलन को बिगाड़ सकते हैं? तापमान में परिवर्तन के साथ संतुलन किस दिशा में जाएगा? दबाव?

5. एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया को एक निश्चित दिशा में कैसे स्थानांतरित किया जा सकता है और पूरा किया जा सकता है?

व्याख्यान संख्या 12 (समस्या)

समाधान

लक्ष्य:पदार्थों की विलेयता और विलेयता के मात्रात्मक मूल्यांकन के बारे में गुणात्मक निष्कर्ष दें।

कीवर्ड:समाधान - सजातीय और विषमांगी, सत्य और कोलॉइडी; पदार्थों की घुलनशीलता; समाधान की एकाग्रता; गैर-इलेक्ट्रोइल के समाधान; राउल्ट और वान्ट हॉफ के नियम।

योजना।

1. समाधानों का वर्गीकरण।

2. समाधान की एकाग्रता।

3. गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान। राउल्ट के नियम।

समाधानों का वर्गीकरण

समाधान दो या दो से अधिक पदार्थों (घटकों) से मिलकर चर संरचना की सजातीय (एकल-चरण) प्रणाली हैं।

एकत्रीकरण की स्थिति की प्रकृति के अनुसार, समाधान गैसीय, तरल और ठोस हो सकते हैं। आमतौर पर, एक घटक जो दी गई शर्तों के तहत एकत्रीकरण की उसी स्थिति में होता है, जिसके परिणामस्वरूप समाधान को विलायक माना जाता है, समाधान के शेष घटक विलेय होते हैं। घटकों की एक ही समग्र स्थिति के मामले में, विलायक वह घटक है जो समाधान में प्रबल होता है।

कणों के आकार के आधार पर विलयनों को ट्रू और कोलाइडल में विभाजित किया जाता है। सच्चे समाधानों में (अक्सर केवल समाधान के रूप में संदर्भित), विलेय को परमाणु या आणविक स्तर तक फैलाया जाता है, विलेय के कण या तो नेत्रहीन या माइक्रोस्कोप के नीचे दिखाई नहीं देते हैं, वे विलायक माध्यम में स्वतंत्र रूप से चलते हैं। सही समाधान थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर सिस्टम हैं, जो समय के साथ असीम रूप से स्थिर हैं।

समाधान के निर्माण के लिए प्रेरक बल एन्ट्रापी और थैलेपी कारक हैं। किसी द्रव में गैसों को घोलने पर एन्ट्रापी हमेशा घटती है S< 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS >0) । विलेय और विलायक के बीच परस्पर क्रिया जितनी मजबूत होती है, विलयन के निर्माण में थैलेपी कारक की भूमिका उतनी ही अधिक होती है। विघटन के थैलेपी में परिवर्तन का संकेत विघटन के साथ होने वाली प्रक्रियाओं के सभी थर्मल प्रभावों के योग के संकेत से निर्धारित होता है, जिनमें से मुख्य योगदान क्रिस्टल जाली के मुक्त आयनों (ΔH> 0) में विनाश द्वारा किया जाता है। और विलायक अणुओं के साथ गठित आयनों की बातचीत (सॉल्वेशन, ΔH .)< 0). При этом независимо от знака энтальпии при растворении (абсолютно нерастворимых веществ нет) всегда ΔG = ΔH – T·ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию. Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

संतृप्त विलयन की सांद्रता किसी दिए गए तापमान पर पदार्थ की विलेयता से निर्धारित होती है। कम सांद्रता वाले विलयन असंतृप्त कहलाते हैं।

विभिन्न पदार्थों के लिए घुलनशीलता काफी भिन्न होती है और उनकी प्रकृति, विलेय के कणों की एक दूसरे के साथ और विलायक के अणुओं के साथ-साथ बाहरी स्थितियों (दबाव, तापमान, आदि) पर निर्भर करती है।

रासायनिक अभ्यास में, एक तरल विलायक के आधार पर तैयार किए गए समाधान सबसे महत्वपूर्ण हैं। यह रसायन शास्त्र में तरल मिश्रण है जिसे केवल समाधान कहा जाता है। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला अकार्बनिक विलायक पानी है। अन्य सॉल्वैंट्स के साथ समाधान को गैर-जलीय कहा जाता है।

समाधान अत्यंत व्यावहारिक महत्व के हैं; उनमें कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिनमें जीवित जीवों में चयापचय को अंतर्निहित करना शामिल है।

समाधान एकाग्रता

समाधान की एक महत्वपूर्ण विशेषता उनकी एकाग्रता है, जो समाधान में घटकों की सापेक्ष मात्रा को व्यक्त करती है। द्रव्यमान और आयतन सांद्रता, आयामी और आयाम रहित हैं।

सेवा आयामरहितसांद्रता (शेयरों) में निम्नलिखित सांद्रता शामिल हैं:

विलेय का द्रव्यमान अंश वू(बी) एक इकाई के अंश के रूप में या प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया गया:

जहाँ m(B) और m(A) विलेय B का द्रव्यमान और विलायक A का द्रव्यमान है।

एक भंग पदार्थ का आयतन अंश σ(B) एक इकाई या आयतन प्रतिशत के अंशों में व्यक्त किया जाता है:

जहाँ V i घोल के घटक का आयतन है, V(B) घुले हुए पदार्थ B का आयतन है। आयतन प्रतिशत को डिग्री *) कहा जाता है।

*) कभी-कभी आयतन की सघनता हज़ारवें (पीपीएम, ) या भागों प्रति मिलियन (पीपीएम), पीपीएम में व्यक्त की जाती है।

एक विलेय (B) का मोल अंश संबंध द्वारा व्यक्त किया जाता है

समाधान i के k घटकों के मोल भिन्नों का योग एक के बराबर होता है

सेवा आकारसांद्रता में निम्नलिखित सांद्रता शामिल हैं:

भंग पदार्थ सी एम (बी) की मोललिटी विलायक के 1 किलो (1000 ग्राम) में पदार्थ एन (बी) की मात्रा से निर्धारित होती है, इकाई मोल / किग्रा है।

घोल में पदार्थ B की मोलर सांद्रता सी(बी) - समाधान की प्रति इकाई मात्रा में भंग पदार्थ बी की मात्रा की सामग्री, मोल/एम 3, या अधिक बार मोल/लीटर:

जहां μ(B) B का मोलर द्रव्यमान है, V विलयन का आयतन है।

पदार्थ बी के दाढ़ एकाग्रता समकक्ष सीई (बी) (सामान्यता - अप्रचलित।) समाधान के प्रति इकाई मात्रा में एक विलेय के समकक्षों की संख्या से निर्धारित होता है, मोल / लीटर:

जहां एन ई (बी) पदार्थ समकक्षों की मात्रा है, μ ई समकक्ष का दाढ़ द्रव्यमान है।

पदार्थ B के विलयन का अनुमापांक ( टीबी) समाधान के 1 मिलीलीटर में निहित जी में विलेय के द्रव्यमान से निर्धारित होता है:

जी/एमएल या जी / एमएल।

द्रव्यमान सांद्रता (द्रव्यमान अंश, प्रतिशत, मोलल) तापमान पर निर्भर नहीं करती है; वॉल्यूमेट्रिक सांद्रता एक विशिष्ट तापमान को संदर्भित करता है।

सभी पदार्थ कुछ हद तक घुलनशीलता में सक्षम हैं और घुलनशीलता की विशेषता है। कुछ पदार्थ एक दूसरे में असीम रूप से घुलनशील होते हैं (पानी-एसीटोन, बेंजीन-टोल्यूनि, तरल सोडियम-पोटेशियम)। अधिकांश यौगिक विरल रूप से घुलनशील होते हैं (वाटर-बेंजीन, वाटर-ब्यूटाइल अल्कोहल, वाटर-टेबल सॉल्ट), और कई थोड़े घुलनशील या व्यावहारिक रूप से अघुलनशील (वाटर-बासो 4, वाटर-गैसोलीन) होते हैं।

दी गई परिस्थितियों में किसी पदार्थ की विलेयता संतृप्त विलयन में उसकी सांद्रता है। इस तरह के एक समाधान में, विलेय और समाधान के बीच संतुलन होता है। संतुलन के अभाव में, घोल स्थिर रहता है यदि विलेय की सांद्रता उसकी विलेयता (असंतृप्त विलयन) से कम है, या अस्थिर है यदि घोल में उसकी घुलनशीलता (सुपरसैचुरेटेड घोल) से अधिक पदार्थ होते हैं।

सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं, सिद्धांत रूप में, प्रतिवर्ती हैं।
इसका मतलब यह है कि अभिकारकों की परस्पर क्रिया और उत्पादों की परस्पर क्रिया दोनों प्रतिक्रिया मिश्रण में आगे बढ़ती हैं। इस अर्थ में, अभिकारकों और उत्पादों के बीच का अंतर मनमाना है। रासायनिक प्रतिक्रिया की दिशा इसके कार्यान्वयन की शर्तों (तापमान, दबाव, पदार्थों की एकाग्रता) से निर्धारित होती है।
कई प्रतिक्रियाओं में एक प्रमुख दिशा होती है और ऐसी प्रतिक्रियाओं को विपरीत दिशा में करने के लिए चरम स्थितियों की आवश्यकता होती है। ऐसी प्रतिक्रियाओं में, अभिकारकों का उत्पादों में लगभग पूर्ण रूपांतरण होता है।

उदाहरण। आयरन और सल्फर एक दूसरे के साथ आयरन (II) सल्फाइड बनाने के लिए एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, FeS ऐसी परिस्थितियों में स्थिर होता है और व्यावहारिक रूप से आयरन और सल्फर में विघटित नहीं होता है:

200 एटीएम और 400 0C पर, प्रतिक्रिया मिश्रण में NH3 की अधिकतम और बराबर 36% (मात्रा के अनुसार) सामग्री प्राप्त की जाती है। तापमान में और वृद्धि के साथ, विपरीत प्रतिक्रिया के प्रवाह में वृद्धि के कारण, मिश्रण में अमोनिया का आयतन अंश कम हो जाता है।
आगे और पीछे की प्रतिक्रियाएं एक साथ विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती हैं।

सभी उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं में अग्र अभिक्रिया की दर कम हो जाती है और विपरीत अभिक्रिया की दर तब तक बढ़ जाती है जब तक कि दोनों दरें समान न हो जाएँ और एक संतुलन अवस्था स्थापित न हो जाए।

संतुलन की स्थिति में, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर समान हो जाती है।

ले चेटेलियर का सिद्धांत रासायनिक संतुलन का बदलाव।

रासायनिक संतुलन की स्थिति निम्नलिखित प्रतिक्रिया मापदंडों पर निर्भर करती है: तापमान, दबाव और एकाग्रता। रासायनिक प्रतिक्रिया पर इन कारकों का प्रभाव एक पैटर्न के अधीन है जिसे 1884 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक ले चेटेलियर द्वारा सामान्य शब्दों में व्यक्त किया गया था। ले चेटेलियर के सिद्धांत का आधुनिक सूत्रीकरण इस प्रकार है:

1. तापमान का प्रभाव। प्रत्येक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया में, दिशाओं में से एक एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया से मेल खाती है, और दूसरी एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया से मेल खाती है।

2. दबाव का प्रभाव। गैसीय पदार्थों से संबंधित सभी प्रतिक्रियाओं में, पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के कारण मात्रा में परिवर्तन के साथ, जब पदार्थ शुरू करने से उत्पादों की ओर जाता है, तो सिस्टम में दबाव संतुलन की स्थिति को प्रभावित करता है।
संतुलन की स्थिति पर दबाव का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है:

इस प्रकार, प्रारंभिक पदार्थों से उत्पादों में संक्रमण के दौरान, गैसों की मात्रा आधे से कम हो गई। इसका मतलब यह है कि दबाव में वृद्धि के साथ, संतुलन NH3 के गठन की ओर शिफ्ट हो जाता है, जैसा कि 400 0C पर अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के लिए निम्नलिखित आंकड़ों से पता चलता है:

3. एकाग्रता का प्रभाव। संतुलन की स्थिति पर एकाग्रता का प्रभाव निम्नलिखित नियमों का पालन करता है: