სისტემის პარამეტრების, მათ შორის საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების შესწავლა შესაძლებელს ხდის გაირკვეს, თუ რა ფაქტორები ცვლის ქიმიურ წონასწორობას და იწვევს სასურველ ცვლილებებამდე. ლე შატელიეს, ბრაუნისა და სხვა მეცნიერების დასკვნების საფუძველზე შექცევადი რეაქციების განხორციელების მეთოდების შესახებ, დაფუძნებულია სამრეწველო ტექნოლოგიები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის ისეთი პროცესების განხორციელებას, რომლებიც ადრე შეუძლებელი ჩანდა და მოიპოვოს ეკონომიკური სარგებელი.

ქიმიური პროცესების მრავალფეროვნება

თერმული ეფექტის მახასიათებლების მიხედვით, მრავალი რეაქცია კლასიფიცირდება როგორც ეგზოთერმული ან ენდოთერმული. პირველი მიდის სითბოს წარმოქმნასთან, მაგალითად, ნახშირბადის დაჟანგვასთან, კონცენტრირებული გოგირდმჟავას დატენიანებასთან. მეორე ტიპის ცვლილებები დაკავშირებულია თერმული ენერგიის შთანთქმასთან. ენდოთერმული რეაქციების მაგალითები: კალციუმის კარბონატის დაშლა ჩამქრალი კირის და ნახშირორჟანგის წარმოქმნით, წყალბადის და ნახშირბადის წარმოქმნა მეთანის თერმული დაშლის დროს. ეგზო- და ენდოთერმული პროცესების განტოლებებში აუცილებელია თერმული ეფექტის მითითება. რეაქტიული ნივთიერებების ატომებს შორის ელექტრონების გადანაწილება ხდება რედოქს რეაქციებში. რეაქტიული ნივთიერებებისა და პროდუქტების მახასიათებლების მიხედვით გამოირჩევა ქიმიური პროცესის ოთხი ტიპი:

პროცესების დასახასიათებლად მნიშვნელოვანია რეაქტიული ნაერთების ურთიერთქმედების სისრულე. ეს თვისება ემყარება რეაქციების დაყოფას შექცევად და შეუქცევადად.

რეაქციების შექცევადობა

შექცევადი პროცესები შეადგენენ ქიმიურ ფენომენთა უმრავლესობას. რეაგენტებისგან საბოლოო პროდუქტების წარმოქმნა პირდაპირი რეაქციაა. პირიქით, საწყისი ნივთიერებები მიიღება მათი დაშლის ან სინთეზის პროდუქტებიდან. რეაქტიულ ნარევში წარმოიქმნება ქიმიური წონასწორობა, რომელშიც იმდენი ნაერთი მიიღება, რამდენსაც იშლება საწყისი მოლეკულა. შექცევად პროცესებში, რეაგენტებსა და პროდუქტებს შორის "=" ნიშნის ნაცვლად, გამოიყენება სიმბოლოები "↔" ან "⇌". ისრები შეიძლება იყოს არათანაბარი სიგრძით, რაც დაკავშირებულია ერთ-ერთი რეაქციის დომინირებასთან. ქიმიურ განტოლებებში შეიძლება მიეთითოს ნივთიერებების აგრეგატული მახასიათებლები (g - აირები, w - სითხეები, m - მყარი). შექცევად პროცესებზე ზემოქმედების მეცნიერულად დასაბუთებულ მეთოდებს დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. ამრიგად, ამიაკის წარმოება მომგებიანი გახდა ისეთი პირობების შექმნის შემდეგ, რომლებიც წონასწორობას ცვლის სამიზნე პროდუქტის ფორმირებისკენ: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) . შეუქცევადი მოვლენები იწვევს უხსნადი ან ოდნავ ხსნადი ნაერთის წარმოქმნას, გაზის წარმოქმნას, რომელიც ტოვებს რეაქციის სფეროს. ეს პროცესები მოიცავს იონის გაცვლას, ნივთიერებების დაშლას.

ქიმიური წონასწორობა და მისი გადაადგილების პირობები

რამდენიმე ფაქტორი გავლენას ახდენს წინა და საპირისპირო პროცესების მახასიათებლებზე. ერთ-ერთი მათგანია დრო. რეაქციისთვის მიღებული ნივთიერების კონცენტრაცია თანდათან მცირდება და საბოლოო ნაერთი იზრდება. წინა მიმართულების რეაქცია ნელა და ნელა მიმდინარეობს, საპირისპირო პროცესი სიჩქარეს იძენს. გარკვეულ ინტერვალში ორი საპირისპირო პროცესი სინქრონულად მიდის. ნივთიერებებს შორის ურთიერთქმედება ხდება, მაგრამ კონცენტრაცია არ იცვლება. მიზეზი არის სისტემაში დამყარებული დინამიური ქიმიური წონასწორობა. მისი შენახვა ან შეცვლა დამოკიდებულია:

• ტემპერატურის პირობები;
• ნაერთების კონცენტრაციები;
• წნევა (გაზებისთვის).

ქიმიური წონასწორობის ცვლილება

1884 წელს A.L. Le Chatelier-მა, გამოჩენილმა მეცნიერმა საფრანგეთიდან, შესთავაზა სისტემის დინამიური წონასწორობის მდგომარეობიდან გამოყვანის გზების აღწერა. მეთოდი ეფუძნება გარე ფაქტორების მოქმედების ნიველირების პრინციპს. ლე შატელიემ ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ პროცესები წარმოიქმნება რეაქტიულ ნარევში, რომელიც ანაზღაურებს გარე ძალების გავლენას. ფრანგი მკვლევარის მიერ ჩამოყალიბებული პრინციპი ამბობს, რომ პირობების ცვლილება წონასწორობის მდგომარეობაში ხელს უწყობს რეაქციის მიმდინარეობას, რომელიც ასუსტებს გარე გავლენას. წონასწორობის ცვლა ემორჩილება ამ წესს, შეინიშნება შემადგენლობის, ტემპერატურის პირობების და წნევის ცვლილებისას. მეცნიერთა დასკვნებზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები გამოიყენება ინდუსტრიაში. ბევრი ქიმიური პროცესი, რომელიც მიიჩნეოდა არაპრაქტიკულად, ხორციელდება წონასწორობის შეცვლის მეთოდების გამოყენებით.

კონცენტრაციის გავლენა

წონასწორობის ცვლილება ხდება, თუ გარკვეული კომპონენტები ამოღებულია ურთიერთქმედების ზონიდან ან ნივთიერების დამატებითი ნაწილების შეყვანა. პროდუქტების მოცილება რეაქციის ნარევიდან, როგორც წესი, იწვევს მათი წარმოქმნის სიჩქარის ზრდას, ხოლო ნივთიერებების დამატება, პირიქით, იწვევს მათ უპირატეს დაშლას. ესტერიფიკაციის პროცესში გოგირდის მჟავა გამოიყენება დეჰიდრატაციისთვის. როდესაც ის შედის რეაქციის სფეროში, მეთილის აცეტატის გამოსავლიანობა იზრდება: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. თუ დაამატეთ ჟანგბადი, რომელიც ურთიერთქმედებს გოგირდის დიოქსიდთან, მაშინ ქიმიური წონასწორობა გადადის გოგირდის ტრიოქსიდის წარმოქმნის პირდაპირი რეაქცია. ჟანგბადი აკავშირებს SO 3 მოლეკულებს, მისი კონცენტრაცია მცირდება, რაც შეესაბამება Le Chatelier-ის წესს შექცევადი პროცესების შესახებ.

ტემპერატურის ცვლილება

პროცესები, რომლებიც თან ახლავს სითბოს შეწოვას ან განთავისუფლებას, არის ენდო- და ეგზოთერმული. წონასწორობის გადასატანად გამოიყენება გათბობა ან სითბოს მოცილება რეაქტიული ნარევიდან. ტემპერატურის მატებას თან ახლავს ენდოთერმული ფენომენების სიჩქარის ზრდა, რომლებშიც შეიწოვება დამატებითი ენერგია. გაგრილება იწვევს ეგზოთერმული პროცესების უპირატესობას, რომლებიც ათავისუფლებენ სითბოს. ნახშირორჟანგის ნახშირთან ურთიერთქმედებისას გათბობას თან ახლავს მონოქსიდის კონცენტრაციის მატება, ხოლო გაცივება იწვევს ჭვარტლის უპირატესად წარმოქმნას: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

წნევის გავლენა

წნევის ცვლილება მნიშვნელოვანი ფაქტორია რეაქტიული ნარევებისთვის, რომლებიც შეიცავს აირისებრ ნაერთებს. ასევე ყურადღება უნდა მიაქციოთ საწყისი და მიღებული ნივთიერებების მოცულობის განსხვავებას. წნევის დაქვეითება იწვევს ფენომენების გაბატონებულ შემთხვევას, რომელშიც იზრდება ყველა კომპონენტის მთლიანი მოცულობა. წნევის მატება პროცესს მიმართავს მთელი სისტემის მოცულობის შემცირების მიმართულებით. ეს ნიმუში შეინიშნება ამიაკის წარმოქმნის რეაქციაში: 0.5N 2 (გ) + 1.5H 2 (გ) ⇌ NH 3 (გ). წნევის ცვლილება არ იმოქმედებს ქიმიურ წონასწორობაზე იმ რეაქციებში, რომლებიც მიმდინარეობს მუდმივ მოცულობაში.

ოპტიმალური პირობები ქიმიური პროცესის განხორციელებისთვის

წონასწორობის გადასატანად პირობების შექმნა დიდწილად განაპირობებს თანამედროვე ქიმიური ტექნოლოგიების განვითარებას. სამეცნიერო თეორიის პრაქტიკული გამოყენება ხელს უწყობს ოპტიმალური წარმოების შედეგების მიღებას. ყველაზე ნათელი მაგალითია ამიაკის წარმოება: 0,5N 2 (გ) + 1,5H 2 (გ) ⇌ NH 3 (გ). სისტემაში N 2 და H 2 მოლეკულების შემცველობის ზრდა ხელსაყრელია რთული ნივთიერების სინთეზისთვის მარტივი ნივთიერებისგან. რეაქციას თან ახლავს სითბოს გამოყოფა, ამიტომ ტემპერატურის დაქვეითება გამოიწვევს NH 3-ის კონცენტრაციის მატებას. საწყისი კომპონენტების მოცულობა აღემატება სამიზნე პროდუქტის მოცულობას. წნევის მატება უზრუნველყოფს NH 3-ის მოსავლიანობის ზრდას.

წარმოების პირობებში შეირჩევა ყველა პარამეტრის (ტემპერატურა, კონცენტრაცია, წნევა) ოპტიმალური თანაფარდობა. გარდა ამისა, დიდი მნიშვნელობა აქვს რეაგენტებს შორის კონტაქტურ ზონას. მყარ ჰეტეროგენულ სისტემებში ზედაპირის ფართობის ზრდა იწვევს რეაქციის სიჩქარის ზრდას. კატალიზატორები ზრდის წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარეს. ასეთი თვისებების მქონე ნივთიერებების გამოყენება არ იწვევს ქიმიური წონასწორობის ცვლილებას, მაგრამ აჩქარებს მის დაწყებას.

ქიმიური წონასწორობა თანდაყოლილია შექცევადირეაქციები და არ არის დამახასიათებელი შეუქცევადიქიმიური რეაქციები.

ხშირად, ქიმიური პროცესის განხორციელებისას, საწყისი რეაგენტები მთლიანად გადადიან რეაქციის პროდუქტებში. Მაგალითად:

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

შეუძლებელია მეტალის სპილენძის მიღება რეაქციის საპირისპირო მიმართულებით განხორციელებით, რადგან. მოცემული რეაქცია შეუქცევადია. ასეთ პროცესებში რეაქტიული ნივთიერებები მთლიანად გარდაიქმნება პროდუქტებად, ე.ი. რეაქცია სრულდება.

მაგრამ ყველაზე მეტად ქიმიური რეაქციები შექცევადი, ე.ი. სავარაუდოა რეაქციის პარალელური ნაკადი წინა და საპირისპირო მიმართულებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რეაქტიული ნივთიერებები მხოლოდ ნაწილობრივ გარდაიქმნება პროდუქტებად და რეაქციის სისტემა შედგება როგორც რეაგენტებისგან, ასევე პროდუქტებისგან. სისტემა ამ შემთხვევაში არის სახელმწიფოში ქიმიური წონასწორობა.

შექცევად პროცესებში თავდაპირველად პირდაპირ რეაქციას აქვს მაქსიმალური სიჩქარე, რომელიც თანდათან მცირდება რეაგენტების რაოდენობის შემცირების გამო. საპირისპირო რეაქციას, პირიქით, თავდაპირველად აქვს მინიმალური სიჩქარე, რომელიც იზრდება პროდუქტების დაგროვებასთან ერთად. საბოლოო ჯამში, დგება მომენტი, როდესაც ორივე რეაქციის სიჩქარე თანაბარი ხდება - სისტემა წონასწორობის მდგომარეობაში მოდის. როდესაც წონასწორობა მიიღწევა, კომპონენტების კონცენტრაცია უცვლელი რჩება, მაგრამ ქიმიური რეაქცია არ ჩერდება. რომ. ეს არის დინამიური (მოძრავი) მდგომარეობა. სიცხადისთვის წარმოგიდგენთ შემდეგ ფიგურას:

ვთქვათ, არის რამდენიმე შექცევადი ქიმიური რეაქცია:

a A + b B = c C + d D

შემდეგ მასობრივი მოქმედების კანონის საფუძველზე ვწერთ გამონათქვამებს სწორიυ 1 და საპირისპიროυ 2 რეაქცია:

υ1 = k 1 [A] a [B] ბ

υ2 = k 2 [C] c [D] d

მდგომარეობაში ქიმიური წონასწორობაწინა და საპირისპირო რეაქციების სიხშირე ტოლია, ე.ი.

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

ვიღებთ

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

სად K =კ 1 / კ 2 – წონასწორობის მუდმივი.

ნებისმიერი შექცევადი პროცესისთვის, მოცემულ პირობებში კარის მუდმივი მნიშვნელობა. ეს არ არის დამოკიდებული ნივთიერებების კონცენტრაციაზე, ვინაიდან როდესაც ერთ-ერთი ნივთიერების რაოდენობა იცვლება, იცვლება სხვა კომპონენტების რაოდენობაც.

როდესაც იცვლება ქიმიური პროცესის მიმდინარეობის პირობები, შესაძლებელია წონასწორობის ცვლილება.

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ წონასწორობის ცვლილებაზე:

• რეაგენტების ან პროდუქტების კონცენტრაციის ცვლილება,
• წნევის ცვლილება,
• ტემპერატურის ცვლილება,
• რეაქციის გარემოში კატალიზატორის შეყვანა.

ლე შატელიეს პრინციპი

ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი ფაქტორი გავლენას ახდენს ქიმიური წონასწორობის ცვლილებაზე, რომელიც ექვემდებარება Le Chatelier პრინციპი: თუ თქვენ შეცვლით ერთ-ერთ პირობას, რომლის დროსაც სისტემა წონასწორობაშია - კონცენტრაცია, წნევა ან ტემპერატურა - მაშინ წონასწორობა გადაინაცვლებს იმ რეაქციის მიმართულებით, რომელიც ეწინააღმდეგება ამ ცვლილებას.იმათ. წონასწორობა მიდრეკილია გადაინაცვლოს მიმართულებით, რაც იწვევს ზემოქმედების გავლენის შემცირებას, რამაც გამოიწვია წონასწორობის მდგომარეობის დარღვევა.

ამრიგად, ჩვენ ცალკე განვიხილავთ თითოეული მათგანის ფაქტორების გავლენას წონასწორობის მდგომარეობაზე.

გავლენა რეაგენტის ან პროდუქტის კონცენტრაციის ცვლილებები მაგალითით ვაჩვენოთ ჰაბერის პროცესი:

N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ)

თუ, მაგალითად, აზოტს ემატება წონასწორობის სისტემა, რომელიც შედგება N 2 (g), H 2 (g) და NH 3 (g), მაშინ წონასწორობა უნდა გადაინაცვლოს იმ მიმართულებით, რაც ხელს შეუწყობს ოდენობის შემცირებას. წყალბადი მისი თავდაპირველი მნიშვნელობის მიმართ, იმ. ამიაკის დამატებითი რაოდენობის წარმოქმნის მიმართულებით (მარჯვნივ). ამავდროულად, წყალბადის რაოდენობის შემცირებაც მოხდება. როდესაც წყალბადს ემატება სისტემაში, წონასწორობა ასევე გადაინაცვლებს ამიაკის ახალი რაოდენობის წარმოქმნისკენ (მარჯვნივ). ვინაიდან წონასწორობის სისტემაში ამიაკის შეყვანა, შესაბამისად Le Chatelier პრინციპი , გამოიწვევს წონასწორობის ცვლილებას იმ პროცესისკენ, რომელიც ხელსაყრელია საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნისთვის (მარცხნივ), ე.ი. ამიაკის კონცენტრაცია უნდა შემცირდეს მისი ნაწილის აზოტად და წყალბადად დაშლით.

ერთ-ერთი კომპონენტის კონცენტრაციის დაქვეითება გადაიტანს სისტემის წონასწორობას ამ კომპონენტის ფორმირებისკენ.

გავლენა წნევის ცვლილებები აზრი აქვს, თუ აირისებრი კომპონენტები მონაწილეობენ შესწავლილ პროცესში და, ამ შემთხვევაში, შეიცვლება მოლეკულების საერთო რაოდენობა. თუ სისტემაში მოლეკულების მთლიანი რაოდენობა რჩება მუდმივი, შემდეგ წნევის ცვლილება არ მოქმედებსმის ბალანსზე, მაგალითად:

I 2 (გ) + H 2 (გ) \u003d 2HI (გ)

თუ წონასწორული სისტემის მთლიანი წნევა გაიზარდა მისი მოცულობის შემცირებით, მაშინ წონასწორობა გადაინაცვლებს მოცულობის შემცირების მიმართულებით. იმათ. რიცხვის შემცირებისკენ გაზისისტემაში. რეაქციაში:

N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ)

4 აირის მოლეკულიდან (1 N 2 (გ) და 3 H 2 (გ)) წარმოიქმნება 2 აირის მოლეკულა (2 NH 3 (გ)), ე.ი. სისტემაში წნევა მცირდება. შედეგად, წნევის მატება ხელს შეუწყობს ამიაკის დამატებითი რაოდენობის წარმოქმნას, ე.ი. წონასწორობა გადაინაცვლებს მისი ფორმირების მიმართულებით (მარჯვნივ).

თუ სისტემის ტემპერატურა მუდმივია, მაშინ სისტემის მთლიანი წნევის ცვლილება არ გამოიწვევს წონასწორობის მუდმივის ცვლილებას. TO.

ტემპერატურის ცვლილება სისტემა გავლენას ახდენს არა მხოლოდ მისი წონასწორობის გადაადგილებაზე, არამედ წონასწორობის მუდმივობაზეც TO.თუ წონასწორობის სისტემას, მუდმივი წნევის დროს, მიეცემა დამატებითი სითბო, მაშინ წონასწორობა გადაინაცვლებს სითბოს შთანთქმის მიმართულებით. განიხილეთ:

N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ) + 22 კკალ

ასე რომ, როგორც ხედავთ, წინა რეაქცია მიმდინარეობს სითბოს გათავისუფლებით, ხოლო საპირისპირო რეაქცია შთანთქმით. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ამ რეაქციის წონასწორობა გადადის ამიაკის დაშლის რეაქციისკენ (მარცხნივ), რადგან ეს არის და ასუსტებს გარე გავლენას - ტემპერატურის მატებას. პირიქით, გაგრილება იწვევს წონასწორობის ცვლილებას ამიაკის სინთეზის მიმართულებით (მარჯვნივ), ვინაიდან რეაქცია ეგზოთერმულია და უძლებს გაციებას.

ამრიგად, ტემპერატურის ზრდა ხელს უწყობს ცვლილებას ქიმიური წონასწორობაენდოთერმული რეაქციის მიმართულებით და ტემპერატურის ვარდნა ეგზოთერმული პროცესის მიმართულებით . წონასწორობის მუდმივებიყველა ეგზოთერმული პროცესი ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება, ხოლო ენდოთერმული პროცესები – მატება.

ქიმიური რეაქციების უმეტესობა შექცევადია, ანუ ისინი ერთდროულად საპირისპირო მიმართულებით მიმდინარეობს. იმ შემთხვევებში, როდესაც წინა და საპირისპირო რეაქციები ერთნაირი სიჩქარით მიმდინარეობს, ქიმიური წონასწორობა ხდება.

როდესაც ქიმიური წონასწორობა მიიღწევა, ნივთიერებების მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც ქმნიან სისტემას, წყვეტს ცვლილებას და დროში მუდმივი რჩება უცვლელი გარე პირობებში.

სისტემის მდგომარეობას, რომელშიც წინა რეაქციის სიჩქარე უდრის საპირისპირო რეაქციის სიჩქარეს, ეწოდება ქიმიური წონასწორობა.

მაგალითად, H 2 (g) + I 2 (g) ⇆ 2HI (g) რეაქციის წონასწორობა ხდება მაშინ, როდესაც უშუალო რეაქციაში დროის ერთეულში წარმოიქმნება ზუსტად იმდენი წყალბადის იოდიდის მოლეკულა, რამდენიც ისინი იშლება საპირისპირო რეაქციაში. იოდში და წყალბადში.

რეაქციის უნარს საპირისპირო მიმართულებით წარმართოს კინეტიკური შექცევადობა..

რეაქციის განტოლებაში შექცევადობა მითითებულია ორი საპირისპირო ისრით (⇆) ტოლობის ნიშნის ნაცვლად ქიმიური განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარეს შორის.

ქიმიური წონასწორობა დინამიურია (მობილური). როდესაც გარე პირობები იცვლება, წონასწორობა იცვლება და უბრუნდება საწყის მდგომარეობას, თუ გარე პირობები იძენს მუდმივ მნიშვნელობებს. გარე ფაქტორების გავლენა ქიმიურ ბალანსზე იწვევს მის ცვლას.

ქიმიური წონასწორობის პოზიცია დამოკიდებულია რეაქციის შემდეგ პარამეტრებზე:

ტემპერატურები;

წნევა;

კონცენტრაციები.

გავლენა, რომელსაც ეს ფაქტორები ახდენენ ქიმიურ რეაქციაზე, მიჰყვება იმ მაგალითს, რომელიც 1884 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ლე შატელიემ გამოხატა ზოგადი თვალსაზრისით (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. ანრი ლუი ლე შატელიე

Le Chatelier-ის პრინციპის თანამედროვე ფორმულირება

თუ გარეგანი ზეგავლენა განხორციელდება წონასწორობის სისტემაზე, მაშინ წონასწორობა იცვლება იმ მიმართულებით, რომელიც ასუსტებს ამ გავლენას.

1. ტემპერატურის ეფექტი

თითოეულ შექცევად რეაქციაში, ერთი მიმართულება შეესაბამება ეგზოთერმულ პროცესს, ხოლო მეორე - ენდოთერმულ პროცესს.

მაგალითი: ამიაკის სამრეწველო წარმოება. ბრინჯი. 2.

ბრინჯი. 2. ამიაკის წარმოების ქარხანა

ამიაკის სინთეზის რეაქცია:

N 2 + 3H 2 ⇆ 2NH 3 + Q

წინა რეაქცია ეგზოთერმულია და საპირისპირო რეაქცია ენდოთერმული.

ტემპერატურის ცვლილების ეფექტი ქიმიური წონასწორობის პოზიციაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად ქიმიური წონასწორობა იცვლება ენდოთერმული რეაქციის მიმართულებით, ხოლო ტემპერატურის კლებასთან ერთად ეგზოთერმული რეაქციის მიმართულებით.

წონასწორობის გადასატანად ამიაკის მიღების მიმართულებით, ტემპერატურა უნდა დაიწიოს.

2. წნევის გავლენა

ყველა რეაქციაში, რომელიც მოიცავს აირისებრ ნივთიერებებს, რასაც თან ახლავს მოცულობის ცვლილება საწყისი ნივთიერებებიდან პროდუქტებზე გადასვლისას ნივთიერების რაოდენობის ცვლილების გამო, წონასწორობის პოზიციაზე გავლენას ახდენს სისტემაში წნევა.

ზეწოლის გავლენა წონასწორობის პოზიციაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს.

წნევის მატებასთან ერთად წონასწორობა იცვლება უფრო მცირე მოცულობის ნივთიერებების (საწყისი ან პროდუქტები) წარმოქმნის მიმართულებით; წნევის კლებასთან ერთად წონასწორობა იცვლება დიდი მოცულობის ნივთიერებების წარმოქმნის მიმართულებით.

ამიაკის სინთეზის რეაქციაში, წნევის მატებასთან ერთად, წონასწორობა გადადის ამიაკის წარმოქმნისკენ, რადგან რეაქცია მიმდინარეობს მოცულობის შემცირებით.

3. კონცენტრაციის ეფექტი

კონცენტრაციის გავლენა წონასწორობის მდგომარეობაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს.

ერთ-ერთი საწყისი ნივთიერების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად წონასწორობა იცვლება რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის მიმართულებით; ერთ-ერთი რეაქციის პროდუქტის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, წონასწორობა იცვლება საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნის მიმართულებით.

ამიაკის წარმოების რეაქციაში წონასწორობის ამიაკის წარმოებისკენ გადასატანად საჭიროა წყალბადისა და აზოტის კონცენტრაციის გაზრდა.

გაკვეთილის შეჯამება

გაკვეთილზე გაეცანით „ქიმიური წონასწორობის“ ცნებას და როგორ უნდა გადაიტანოთ იგი, რა პირობები ახდენს გავლენას ქიმიურ წონასწორობაზე და როგორ მუშაობს „ლე შატელიეს პრინციპი“.

ბიბლიოგრაფია

1. ნოვოშინსკი I.I., Novoshinskaya N.S. Ქიმია. ზოგადი სახელმძღვანელო მე-10 კლასისთვის. ინსტ. პროფილის დონე. - M .: LLC "TID "Russian Word - RS", 2008. (§§ 24, 25)
2. კუზნეცოვა N.E., Litvinova T.N., Lyovkin A.N. ქიმია: მე-11 კლასი: სახელმძღვანელო ზოგადად სტუდენტებისთვის. ინსტ. (პროფილის დონე): 2 საათში ნაწილი 2. M.: Ventana-Graf, 2008. (§ 24)
3. რუძიტის გ.ე. Ქიმია. ზოგადი ქიმიის საფუძვლები. მე-11 კლასი: სახელმძღვანელო. გენერალისთვის დაწესებულება: საბაზო საფეხური / გ.ე. რუძიტისი, ფ.გ. ფელდმანი. - მ .: განათლება, სს "მოსკოვის სახელმძღვანელოები", 2010. (§ 13)
4. რადეცკი ა.მ. Ქიმია. დიდაქტიკური მასალა. 10-11 კლასები. - მ.: განმანათლებლობა, 2011. (გვ. 96-98)
5. ხომჩენკო ი.დ. ამოცანებისა და სავარჯიშოების კრებული ქიმიაში საშუალო სკოლისთვის. - მ.: RIA "ახალი ტალღა": გამომცემელი უმერენკოვი, 2008. (გვ. 65-68)

1. Hemi.nsu.ru ().
2. Alhimikov.net ().
3. Prosto-o-slognom.ru ().

Საშინაო დავალება

1. თან. 65-66 No 12.10-12.17 დავალებების და სავარჯიშოების კრებულიდან ქიმიაში საშუალო სკოლისთვის (ხომჩენკო ი.დ.), 2008 წ.
2. რა შემთხვევაში წნევის ცვლილება არ გამოიწვევს ქიმიური წონასწორობის ცვლილებას აირისებრი ნივთიერებების შემცველ რეაქციებში?
3. რატომ არ უწყობს ხელს კატალიზატორი ქიმიური წონასწორობის შეცვლას?

მდგომარეობას, რომელშიც წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარე თანაბარია, ეწოდება ქიმიური წონასწორობა. შექცევადი რეაქციის განტოლება ზოგადი ფორმით:

წინა რეაქციის სიჩქარე ვ 1 =კ 1 [A] m [B] n, საპირისპირო რეაქციის სიჩქარე ვ 2 =კ 2 [С] p [D] q , სადაც კვადრატულ ფრჩხილებში არის წონასწორული კონცენტრაციები. განმარტებით, ქიმიურ წონასწორობაში ვ 1 =v 2, საიდანაც

K c \u003d k 1 / k 2 \u003d [C] p [D] q / [A] m [B] n,

სადაც Kc არის ქიმიური წონასწორობის მუდმივი გამოხატული მოლარული კონცენტრაციების მიხედვით. ზემოხსენებულ მათემატიკურ გამოთქმას ხშირად უწოდებენ მასის მოქმედების კანონს შექცევადი ქიმიური რეაქციისთვის: რეაქციის პროდუქტების წონასწორული კონცენტრაციების პროდუქტის თანაფარდობა საწყისი მასალების წონასწორული კონცენტრაციების პროდუქტთან.

ქიმიური წონასწორობის პოზიცია დამოკიდებულია რეაქციის შემდეგ პარამეტრებზე: ტემპერატურა, წნევა და კონცენტრაცია. გავლენა, რომელსაც ეს ფაქტორები ახდენენ ქიმიურ რეაქციაზე, ექვემდებარება იმ ნიმუშს, რომელიც 1884 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ლე შატელემ გამოითქვა ზოგადი თვალსაზრისით. Le Chatelier-ის პრინციპის თანამედროვე ფორმულირება ასეთია:

თუ გარეგანი ზემოქმედება განხორციელდება სისტემაზე, რომელიც წონასწორობის მდგომარეობაშია, მაშინ სისტემა გადავა სხვა მდგომარეობაში ისე, რომ შეამციროს გარეგანი გავლენის ეფექტი.

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ქიმიურ წონასწორობაზე.

1. ტემპერატურის ეფექტი. თითოეულ შექცევად რეაქციაში, ერთი მიმართულება შეესაბამება ეგზოთერმულ პროცესს, ხოლო მეორე - ენდოთერმულ პროცესს.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად ქიმიური წონასწორობა იცვლება ენდოთერმული რეაქციის მიმართულებით, ხოლო ტემპერატურის კლებასთან ერთად ეგზოთერმული რეაქციის მიმართულებით.

2. წნევის გავლენა. ყველა რეაქციაში, რომელიც მოიცავს აირისებრ ნივთიერებებს, რასაც თან ახლავს მოცულობის ცვლილება საწყისი ნივთიერებებიდან პროდუქტებზე გადასვლისას ნივთიერების რაოდენობის ცვლილების გამო, წონასწორობის პოზიციაზე გავლენას ახდენს სისტემაში წნევა.
ზეწოლის გავლენა წონასწორობის პოზიციაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს:

წნევის მატებასთან ერთად, წონასწორობა იცვლება უფრო მცირე მოცულობის მქონე ნივთიერებების (საწყისი ან პროდუქტები) წარმოქმნის მიმართულებით.

3. კონცენტრაციის გავლენა. კონცენტრაციის გავლენა წონასწორობის მდგომარეობაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს:

ერთ-ერთი საწყისი ნივთიერების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად წონასწორობა იცვლება რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის მიმართულებით;
ერთ-ერთი რეაქციის პროდუქტის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, წონასწორობა იცვლება საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნის მიმართულებით.

კითხვები თვითკონტროლისთვის:

1. როგორია ქიმიური რეაქციის სიჩქარე და რა ფაქტორებზეა დამოკიდებული იგი? რა ფაქტორებზეა დამოკიდებული სიჩქარის მუდმივი?

2. დაწერეთ განტოლება წყალბადისა და ჟანგბადისგან წყლის წარმოქმნის რეაქციის სიჩქარის შესახებ და აჩვენეთ როგორ იცვლება სიჩქარე წყალბადის კონცენტრაციის გასამმაგების შემთხვევაში.

3. როგორ იცვლება რეაქციის სიჩქარე დროთა განმავლობაში? რა რეაქციებს უწოდებენ შექცევადს? როგორია ქიმიური წონასწორობის მდგომარეობა? რას ჰქვია წონასწორობის მუდმივი, რა ფაქტორებზეა დამოკიდებული?

4. რა გარე ზემოქმედებამ შეიძლება დაარღვიოს ქიმიური წონასწორობა? რა მიმართულებით გადაინაცვლებს წონასწორობა ტემპერატურის ცვლილებისას? წნევა?

5. როგორ შეიძლება შექცევადი რეაქცია გადაიტანოს გარკვეული მიმართულებით და დასრულდეს?

ლექცია No12 (პრობლემა)

გადაწყვეტილებები

სამიზნე:მიეცით თვისებრივი დასკვნები ნივთიერებების ხსნადობის შესახებ და ხსნადობის რაოდენობრივი შეფასება.

საკვანძო სიტყვები:ხსნარები - ერთგვაროვანი და ჰეტეროგენული, ჭეშმარიტი და კოლოიდური; ნივთიერებების ხსნადობა; ხსნარების კონცენტრაცია; არაელექტროილების ხსნარები; რაულტისა და ვან ჰოფის კანონები.

Გეგმა.

1. ხსნარების კლასიფიკაცია.

2. ხსნარების კონცენტრაცია.

3. არაელექტროლიტების ხსნარები. რაულის კანონები.

ხსნარების კლასიფიკაცია

ხსნარები არის ცვლადი შემადგენლობის ერთგვაროვანი (ერთფაზიანი) სისტემები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი ნივთიერებისგან (კომპონენტისგან).

აგრეგაციის მდგომარეობის ბუნების მიხედვით, ხსნარები შეიძლება იყოს აირისებრი, თხევადი და მყარი. ჩვეულებრივ, კომპონენტი, რომელიც მოცემულ პირობებში არის აგრეგაციის იმავე მდგომარეობაში, როგორც მიღებული ხსნარი, განიხილება გამხსნელად, ხსნარის დარჩენილი კომპონენტები არის ხსნადი. კომპონენტების ერთი და იგივე საერთო მდგომარეობის შემთხვევაში, გამხსნელი არის კომპონენტი, რომელიც ჭარბობს ხსნარში.

ნაწილაკების ზომიდან გამომდინარე, ხსნარები იყოფა ნამდვილ და კოლოიდად. ნამდვილ ხსნარებში (ხშირად მოიხსენიება უბრალოდ ხსნარები), ხსნადი ნაწილდება ატომურ ან მოლეკულურ დონეზე, ხსნარის ნაწილაკები არ ჩანს არც ვიზუალურად და არც მიკროსკოპის ქვეშ, ისინი თავისუფლად მოძრაობენ გამხსნელ გარემოში. ჭეშმარიტი გადაწყვეტილებები არის თერმოდინამიკურად სტაბილური სისტემები, დროთა განმავლობაში უსასრულოდ სტაბილური.

ხსნარების ფორმირების მამოძრავებელი ძალებია ენტროპია და ენთალპიის ფაქტორები. სითხეში გაზების დაშლისას ენტროპია ყოველთვის მცირდება ΔS< 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS >0). რაც უფრო ძლიერია ურთიერთქმედება ხსნარსა და გამხსნელს შორის, მით უფრო დიდია ენთალპიის ფაქტორის როლი ხსნარების წარმოქმნაში. დაშლის ენთალპიის ცვლილების ნიშანი განისაზღვრება დაშლის თანმხლები პროცესების ყველა თერმული ეფექტის ჯამის ნიშნით, რომელთაგან მთავარი წვლილი მიუძღვის ბროლის გისოსების თავისუფალ იონებად განადგურებას (ΔH > 0). და წარმოქმნილი იონების ურთიერთქმედება გამხსნელის მოლეკულებთან (solvation, 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.

გაჯერებული ხსნარის კონცენტრაცია განისაზღვრება ნივთიერების ხსნადობით მოცემულ ტემპერატურაზე. უფრო დაბალი კონცენტრაციის მქონე ხსნარებს უჯერი ეწოდება.

სხვადასხვა ნივთიერების ხსნადობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება და დამოკიდებულია მათ ბუნებაზე, გამხსნელი ნივთიერების ნაწილაკების ურთიერთქმედებას ერთმანეთთან და გამხსნელის მოლეკულებთან, აგრეთვე გარე პირობებზე (წნევა, ტემპერატურა და ა.შ.).

ქიმიურ პრაქტიკაში ყველაზე მნიშვნელოვანია თხევადი გამხსნელის საფუძველზე მომზადებული ხსნარები. ეს არის თხევადი ნარევები ქიმიაში, რომლებსაც უბრალოდ ხსნარებს უწოდებენ. ყველაზე ფართოდ გამოყენებული არაორგანული გამხსნელია წყალი. სხვა გამხსნელებთან ერთად ხსნარებს უწოდებენ არაწყალს.

ხსნარებს უაღრესად დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვთ, მათში მრავალი ქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს, მათ შორის ცოცხალ ორგანიზმებში მეტაბოლიზმის საფუძველში.

ხსნარის კონცენტრაცია

ხსნარების მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მათი კონცენტრაცია, რომელიც გამოხატავს ხსნარში კომპონენტების შედარებით რაოდენობას. არსებობს მასის და მოცულობის კონცენტრაციები, განზომილებიანი და განზომილებიანი.

რომ განზომილებიანიკონცენტრაციები (წილები) მოიცავს შემდეგ კონცენტრაციებს:

გახსნილი ნივთიერების მასური ფრაქცია ვ(B) გამოხატული ერთეულის წილადად ან პროცენტულად:

სადაც m(B) და m(A) არის B გამხსნელის მასა და A გამხსნელის მასა.

გახსნილი ნივთიერების σ(B) მოცულობითი წილი გამოიხატება ერთეულის ან მოცულობის პროცენტის წილადებში:

სადაც V i არის ხსნარის კომპონენტის მოცულობა, V(B) არის გახსნილი ნივთიერების მოცულობა B. მოცულობის პროცენტებს უწოდებენ გრადუსებს *) .

*) ზოგჯერ მოცულობითი კონცენტრაცია გამოიხატება მეათასედებში (ppm, ‰) ან ნაწილებში მილიონზე (ppm), ppm.

ხსნარის χ(B) მოლური წილი გამოიხატება მიმართებით

χ i ამონახსნის k კომპონენტების მოლური წილადების ჯამი უდრის ერთს

რომ განზომილებიანიკონცენტრაციები მოიცავს შემდეგ კონცენტრაციებს:

ხსნარის მოლილობა C m (B) განისაზღვრება n(B) ნივთიერების რაოდენობით 1 კგ (1000 გ) გამხსნელში, ერთეული არის მოლ/კგ.

B ნივთიერების მოლური კონცენტრაცია ხსნარში C(B) - გახსნილი ნივთიერების B რაოდენობის შემცველობა ხსნარის მოცულობის ერთეულზე, მოლ/მ 3, ან უფრო ხშირად მოლი/ლიტრი:

სადაც μ(B) არის B-ის მოლური მასა, V არის ხსნარის მოცულობა.

B ნივთიერების მოლური კონცენტრაციის ეკვივალენტები C E (B) (ნორმალობა - მოძველებულია.) განისაზღვრება ხსნარის ეკვივალენტების რაოდენობით ხსნარის მოცულობის ერთეულზე, მოლ/ლიტრზე:

სადაც n E (B) არის ნივთიერების ეკვივალენტების რაოდენობა, μ E არის ეკვივალენტის მოლური მასა.

B ნივთიერების ხსნარის ტიტრი თბ) განისაზღვრება ხსნარის 1 მლ ხსნარში შემავალი გ-ში გახსნილი ნივთიერების მასით:

გ/მლ ან გ/მლ.

მასის კონცენტრაცია (მასური წილი, პროცენტი, მოლი) არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე; მოცულობითი კონცენტრაციები ეხება კონკრეტულ ტემპერატურას.

ყველა ნივთიერებას შეუძლია გარკვეულწილად ხსნადობა და ხასიათდება ხსნადობით. ზოგიერთი ნივთიერება ერთმანეთში უსასრულოდ ხსნადია (წყალი-აცეტონი, ბენზოლი-ტოლუოლი, თხევადი ნატრიუმი-კალიუმი). ნაერთების უმეტესობა ნაკლებად ხსნადია (წყალ-ბენზოლი, წყალ-ბუტილის სპირტი, წყლის სუფრის მარილი) და ბევრი მათგანი ოდნავ ხსნადი ან პრაქტიკულად უხსნადია (წყალი-BaSO 4, წყალი-ბენზინი).

ნივთიერების ხსნადობა მოცემულ პირობებში არის მისი კონცენტრაცია გაჯერებულ ხსნარში. ასეთ ხსნარში წონასწორობა მიიღწევა ხსნარსა და ხსნარს შორის. წონასწორობის არარსებობის შემთხვევაში, ხსნარი რჩება სტაბილური, თუ გამხსნელის კონცენტრაცია ნაკლებია მის ხსნადობაზე (უჯერი ხსნარი), ან არასტაბილური, თუ ხსნარი შეიცავს მის ხსნადობაზე მეტ ნივთიერებებს (ზეგაჯერებული ხსნარი).

ყველა ქიმიური რეაქცია, პრინციპში, შექცევადია.
ეს ნიშნავს, რომ რეაქტორების ურთიერთქმედებაც და პროდუქტების ურთიერთქმედებაც მიმდინარეობს რეაქციულ ნარევში. ამ თვალსაზრისით, განსხვავება რეაგენტებსა და პროდუქტებს შორის თვითნებურია. ქიმიური რეაქციის მიმართულება განისაზღვრება მისი განხორციელების პირობებით (ტემპერატურა, წნევა, ნივთიერებების კონცენტრაცია).
ბევრ რეაქციას აქვს ერთი უპირატესი მიმართულება და ასეთი რეაქციების საპირისპირო მიმართულებით განსახორციელებლად საჭიროა ექსტრემალური პირობები. ასეთ რეაქციებში ხდება რეაგენტების თითქმის სრული გარდაქმნა პროდუქტებად.

მაგალითი. რკინა და გოგირდი ზომიერი გაცხელებით ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და წარმოქმნიან რკინის (II) სულფიდს, FeS სტაბილურია ასეთ პირობებში და პრაქტიკულად არ იშლება რკინასა და გოგირდად:

200 ატმ და 400 0C ტემპერატურაზე მიიღწევა სარეაქციო ნარევში NH3-ის მაქსიმალური და ტოლი 36% (მოცულობითი) შემცველობა. საპირისპირო რეაქციის გაძლიერებული დინების გამო ტემპერატურის შემდგომი მატებით, ნარევში ამიაკის მოცულობითი ფრაქცია მცირდება.
წინა და საპირისპირო რეაქციები ერთდროულად მიმდინარეობს საპირისპირო მიმართულებით.

ყველა შექცევად რეაქციაში, წინა რეაქციის სიჩქარე მცირდება და საპირისპირო რეაქციის სიჩქარე იზრდება, სანამ ორივე სიჩქარე თანაბარი გახდება და წონასწორული მდგომარეობა დამყარდება.

წონასწორობის მდგომარეობაში, წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარე თანაბარი ხდება.

LE CHATELIER-ის პრინციპი.ქიმიური წონასწორობის ცვლა.

ქიმიური წონასწორობის პოზიცია დამოკიდებულია რეაქციის შემდეგ პარამეტრებზე: ტემპერატურა, წნევა და კონცენტრაცია. გავლენა, რომელსაც ეს ფაქტორები ახდენენ ქიმიურ რეაქციაზე, ექვემდებარება იმ ნიმუშს, რომელიც 1884 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ლე შატელემ გამოითქვა ზოგადი თვალსაზრისით. Le Chatelier-ის პრინციპის თანამედროვე ფორმულირება ასეთია:

1. ტემპერატურის ეფექტი. თითოეულ შექცევად რეაქციაში, ერთი მიმართულება შეესაბამება ეგზოთერმულ პროცესს, ხოლო მეორე - ენდოთერმულ პროცესს.

2. წნევის გავლენა. ყველა რეაქციაში, რომელიც მოიცავს აირისებრ ნივთიერებებს, რასაც თან ახლავს მოცულობის ცვლილება ნივთიერების რაოდენობის ცვლილების გამო, საწყისი ნივთიერებებიდან პროდუქტებზე გადასვლისას, სისტემაში წნევა გავლენას ახდენს წონასწორობის პოზიციაზე.
ზეწოლის გავლენა წონასწორობის პოზიციაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს:

ამრიგად, საწყისი ნივთიერებებიდან პროდუქტებზე გადასვლისას გაზების მოცულობა ნახევარით შემცირდა. ეს ნიშნავს, რომ წნევის მატებასთან ერთად, წონასწორობა გადადის NH3-ის წარმოქმნისკენ, რაც დასტურდება შემდეგი მონაცემებით ამიაკის სინთეზის რეაქციისთვის 400 0C ტემპერატურაზე:

3. კონცენტრაციის გავლენა. კონცენტრაციის გავლენა წონასწორობის მდგომარეობაზე ემორჩილება შემდეგ წესებს: