Ang pag-aaral ng mga parameter ng system, kabilang ang mga paunang sangkap at mga produkto ng reaksyon, ay ginagawang posible upang malaman kung anong mga kadahilanan ang nagbabago sa balanse ng kemikal at humantong sa mga nais na pagbabago. Batay sa mga konklusyon ng Le Chatelier, Brown at iba pang mga siyentipiko tungkol sa mga pamamaraan ng pagsasagawa ng mga nababagong reaksyon, ang mga teknolohiyang pang-industriya ay nakabatay na ginagawang posible upang maisagawa ang mga proseso na dati ay tila imposible at makakuha ng mga benepisyong pang-ekonomiya.

Iba't ibang proseso ng kemikal

Ayon sa mga katangian ng thermal effect, maraming mga reaksyon ang inuri bilang exothermic o endothermic. Ang dating pumunta sa pagbuo ng init, halimbawa, ang oksihenasyon ng carbon, ang hydration ng puro sulfuric acid. Ang pangalawang uri ng mga pagbabago ay nauugnay sa pagsipsip ng thermal energy. Mga halimbawa ng mga endothermic na reaksyon: ang agnas ng calcium carbonate na may pagbuo ng slaked lime at carbon dioxide, ang pagbuo ng hydrogen at carbon sa panahon ng thermal decomposition ng methane. Sa mga equation ng exo- at endothermic na proseso, kinakailangan upang ipahiwatig ang thermal effect. Ang muling pamamahagi ng mga electron sa pagitan ng mga atomo ng mga tumutugon na sangkap ay nangyayari sa mga reaksiyong redox. Apat na uri ng mga proseso ng kemikal ay nakikilala ayon sa mga katangian ng mga reactant at produkto:

Upang makilala ang mga proseso, ang pagkakumpleto ng pakikipag-ugnayan ng mga tumutugon na compound ay mahalaga. Ang tampok na ito ay sumasailalim sa paghahati ng mga reaksyon sa mababalik at hindi maibabalik.

Pagbabalik-tanaw ng mga reaksyon

Ang mga nababaligtad na proseso ay bumubuo sa karamihan ng mga phenomena ng kemikal. Ang pagbuo ng mga produkto ng pagtatapos mula sa mga reactant ay isang direktang reaksyon. Sa kabaligtaran, ang mga paunang sangkap ay nakuha mula sa mga produkto ng kanilang agnas o synthesis. Sa reaksyong pinaghalong, isang kemikal na ekwilibriyo ang lumitaw, kung saan kasing dami ng mga compound ang nakukuha habang ang mga unang molekula ay nabubulok. Sa mga reversible na proseso, sa halip na "=" sign sa pagitan ng mga reactant at produkto, ang mga simbolo na "↔" o "⇌" ang ginagamit. Maaaring hindi pantay ang haba ng mga arrow, na nauugnay sa pangingibabaw ng isa sa mga reaksyon. Sa mga equation ng kemikal, ang mga pinagsama-samang katangian ng mga sangkap ay maaaring ipahiwatig (g - mga gas, w - mga likido, m - mga solido). Ang mga pamamaraang pinatutunayan ng siyentipiko sa pag-impluwensya sa mga nababalikang proseso ay may malaking praktikal na kahalagahan. Kaya, ang produksyon ng ammonia ay naging kumikita pagkatapos ng paglikha ng mga kondisyon na nagbabago ng ekwilibriyo patungo sa pagbuo ng target na produkto: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) . Ang hindi maibabalik na mga phenomena ay humahantong sa hitsura ng isang hindi matutunaw o bahagyang natutunaw na tambalan, ang pagbuo ng isang gas na umaalis sa reaction sphere. Kasama sa mga prosesong ito ang pagpapalitan ng ion, pagkabulok ng mga sangkap.

Equilibrium ng kemikal at mga kondisyon para sa pag-aalis nito

Maraming mga kadahilanan ang nakakaimpluwensya sa mga katangian ng pasulong at pabalik na mga proseso. Isa na rito ang oras. Ang konsentrasyon ng sangkap na kinuha para sa reaksyon ay unti-unting bumababa, at ang panghuling tambalan ay tumataas. Ang reaksyon ng pasulong na direksyon ay mas mabagal at mas mabagal, ang reverse na proseso ay nakakakuha ng bilis. Sa isang tiyak na agwat, dalawang magkasalungat na proseso ang magkakasabay. Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sangkap ay nangyayari, ngunit ang mga konsentrasyon ay hindi nagbabago. Ang dahilan ay ang pabago-bagong ekwilibriyong kemikal na itinatag sa sistema. Ang pagpapanatili o pagbabago nito ay nakasalalay sa:

• mga kondisyon ng temperatura;
• compound concentrations;
• presyon (para sa mga gas).

Paglipat sa chemical equilibrium

Noong 1884, si A. L. Le Chatelier, isang natatanging siyentipiko mula sa France, ay nagmungkahi ng isang paglalarawan ng mga paraan upang mailabas ang isang sistema mula sa isang estado ng dinamikong ekwilibriyo. Ang pamamaraan ay batay sa prinsipyo ng pag-leveling ng pagkilos ng mga panlabas na kadahilanan. Le Chatelier Drew pansin sa ang katunayan na ang mga proseso lumitaw sa reaksyon halo na compensate para sa impluwensiya ng extraneous pwersa. Ang prinsipyo na binuo ng Pranses na mananaliksik ay nagsasabi na ang pagbabago sa mga kondisyon sa isang estado ng ekwilibriyo ay pinapaboran ang kurso ng isang reaksyon na nagpapahina sa isang extraneous na impluwensya. Ang paglipat ng balanse ay sumusunod sa panuntunang ito, sinusunod ito kapag nagbabago ang komposisyon, mga kondisyon ng temperatura at presyon. Ang mga teknolohiyang batay sa mga natuklasan ng mga siyentipiko ay ginagamit sa industriya. Maraming mga kemikal na proseso na itinuturing na hindi praktikal ay isinasagawa gamit ang mga paraan ng paglilipat ng ekwilibriyo.

Impluwensya ng konsentrasyon

Ang isang pagbabago sa equilibrium ay nangyayari kung ang ilang mga bahagi ay aalisin mula sa zone ng pakikipag-ugnayan o mga karagdagang bahagi ng isang sangkap ay ipinakilala. Ang pag-alis ng mga produkto mula sa pinaghalong reaksyon ay kadalasang nagdudulot ng pagtaas sa rate ng kanilang pagbuo, habang ang pagdaragdag ng mga sangkap, sa kabaligtaran, ay humahantong sa kanilang nangingibabaw na agnas. Sa proseso ng esterification, ang sulfuric acid ay ginagamit para sa pag-aalis ng tubig. Kapag ito ay ipinasok sa reaction sphere, ang yield ng methyl acetate ay tumataas: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Kung nagdagdag ka ng oxygen na nakikipag-ugnayan sa sulfur dioxide, pagkatapos ay ang chemical equilibrium ay lumilipat patungo sa direktang reaksyon ng pagbuo ng sulfur trioxide. Ang oxygen ay nagbubuklod sa mga molekula ng SO 3, bumababa ang konsentrasyon nito, na naaayon sa panuntunan ng Le Chatelier para sa mga nababalikang proseso.

Pagbabago ng temperatura

Ang mga prosesong kasama sa pagsipsip o pagpapalabas ng init ay endo- at exothermic. Upang ilipat ang equilibrium, ginagamit ang pag-init o pag-alis ng init mula sa tumutugon na timpla. Ang isang pagtaas sa temperatura ay sinamahan ng isang pagtaas sa rate ng endothermic phenomena kung saan ang karagdagang enerhiya ay nasisipsip. Ang paglamig ay humahantong sa kalamangan ng mga exothermic na proseso na naglalabas ng init. Sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng carbon dioxide sa karbon, ang pag-init ay sinamahan ng pagtaas ng konsentrasyon ng monoxide, at ang paglamig ay humahantong sa nangingibabaw na pagbuo ng soot: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

Impluwensya ng presyon

Ang pagbabago sa presyon ay isang mahalagang kadahilanan para sa pagtugon sa mga mixture na kinabibilangan ng mga gaseous compound. Dapat mo ring bigyang pansin ang pagkakaiba sa mga volume ng paunang at nagreresultang mga sangkap. Ang pagbaba ng presyon ay humahantong sa isang nangingibabaw na paglitaw ng mga phenomena kung saan ang kabuuang dami ng lahat ng mga bahagi ay tumataas. Ang pagtaas ng presyon ay nagdidirekta sa proseso sa direksyon ng pagbawas ng dami ng buong sistema. Ang pattern na ito ay sinusunod sa reaksyon ng pagbuo ng ammonia: 0.5N 2 (g) + 1.5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Ang pagbabago sa presyur ay hindi makakaapekto sa chemical equilibrium sa mga reaksyong nagaganap sa pare-parehong dami.

Pinakamainam na mga kondisyon para sa pagpapatupad ng proseso ng kemikal

Ang paglikha ng mga kondisyon para sa paglilipat ng ekwilibriyo ay higit na tumutukoy sa pag-unlad ng mga modernong teknolohiyang kemikal. Ang praktikal na paggamit ng siyentipikong teorya ay nakakatulong sa pagkuha ng pinakamainam na resulta ng produksyon. Ang pinakakapansin-pansing halimbawa ay ang paggawa ng ammonia: 0.5N 2 (g) + 1.5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Ang pagtaas sa nilalaman ng mga molekula ng N 2 at H 2 sa system ay kanais-nais para sa synthesis ng isang kumplikadong sangkap mula sa mga simple. Ang reaksyon ay sinamahan ng pagpapalabas ng init, kaya ang pagbaba ng temperatura ay magdudulot ng pagtaas sa konsentrasyon ng NH 3. Ang dami ng mga paunang bahagi ay mas malaki kaysa sa dami ng target na produkto. Ang pagtaas ng presyon ay magbibigay ng pagtaas sa ani ng NH 3 .

Sa ilalim ng mga kondisyon ng produksyon, ang pinakamainam na ratio ng lahat ng mga parameter (temperatura, konsentrasyon, presyon) ay pinili. Bilang karagdagan, ang lugar ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga reactant ay napakahalaga. Sa solid heterogenous system, ang pagtaas ng surface area ay humahantong sa pagtaas ng reaction rate. Pinapataas ng mga catalyst ang rate ng pasulong at pabalik na mga reaksyon. Ang paggamit ng mga sangkap na may ganitong mga katangian ay hindi humahantong sa isang pagbabago sa balanse ng kemikal, ngunit pinabilis ang simula nito.

Ang ekwilibriyong kemikal ay likas nababaligtad reaksyon at hindi tipikal para sa hindi maibabalik mga reaksiyong kemikal.

Kadalasan, sa panahon ng pagpapatupad ng isang proseso ng kemikal, ang mga unang reactant ay ganap na pumasa sa mga produkto ng reaksyon. Halimbawa:

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

Imposibleng makakuha ng metal na tanso sa pamamagitan ng pagsasagawa ng reaksyon sa tapat na direksyon, dahil. binigay ang reaksyon ay hindi maibabalik. Sa ganitong mga proseso, ang mga reactant ay ganap na na-convert sa mga produkto, i.e. ang reaksyon ay nagpapatuloy hanggang sa pagkumpleto.

Ngunit karamihan sa mga reaksiyong kemikal nababaligtad, ibig sabihin. ang parallel na daloy ng reaksyon sa pasulong at pabalik na direksyon ay malamang. Sa madaling salita, ang mga reactant ay bahagyang na-convert sa mga produkto, at ang sistema ng reaksyon ay binubuo ng parehong mga reactant at mga produkto. Ang sistema sa kasong ito ay nasa estado ekwilibriyo ng kemikal.

Sa mga nababaligtad na proseso, sa una ang direktang reaksyon ay may pinakamataas na rate, na unti-unting bumababa dahil sa pagbawas sa dami ng mga reagents. Ang kabaligtaran na reaksyon, sa kabaligtaran, sa una ay may isang minimum na rate, na tumataas habang ang mga produkto ay naipon. Sa huli, darating ang isang sandali kapag ang mga rate ng parehong mga reaksyon ay magiging pantay - ang sistema ay dumating sa isang estado ng ekwilibriyo. Kapag naabot ang isang estado ng balanse, ang mga konsentrasyon ng mga sangkap ay nananatiling hindi nagbabago, ngunit ang kemikal na reaksyon ay hindi tumitigil. yun. Ito ay isang dynamic (gumagalaw) na estado. Para sa kalinawan, ipinakita namin ang sumusunod na figure:

Sabihin na nating meron nababaligtad na kemikal na reaksyon:

a A + b B = c C + d D

pagkatapos, batay sa batas ng aksyong masa, isinulat namin ang mga expression para sa tuwidυ 1 at reverseυ 2 reaksyon:

υ1 = k 1 [A] a [B] b

υ2 = k 2 [C] c [D] d

Sa kondisyon ekwilibriyo ng kemikal, ang mga rate ng pasulong at pabalik na mga reaksyon ay pantay, ibig sabihin.:

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

nakukuha natin

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

saan K =k 1 / k 2 – pare-pareho ang balanse.

Para sa anumang nababaligtad na proseso, sa ilalim ng mga ibinigay na kundisyon k ay isang pare-parehong halaga. Hindi ito nakasalalay sa mga konsentrasyon ng mga sangkap, dahil kapag ang halaga ng isa sa mga sangkap ay nagbabago, ang mga halaga ng iba pang mga sangkap ay nagbabago din.

Kapag ang mga kondisyon para sa kurso ng isang proseso ng kemikal ay nagbago, ang pagbabago sa balanse ay posible.

Mga salik na nakakaapekto sa pagbabago ng ekwilibriyo:

• pagbabago sa mga konsentrasyon ng mga reactant o produkto,
• pagbabago ng presyon,
• pagbabago ng temperatura,
• pagpapasok ng isang katalista sa medium ng reaksyon.

Prinsipyo ni Le Chatelier

Ang lahat ng mga salik sa itaas ay nakakaapekto sa pagbabago sa ekwilibriyong kemikal, na napapailalim sa Prinsipyo ng Le Chatelier: kung babaguhin mo ang isa sa mga kondisyon kung saan ang sistema ay nasa ekwilibriyo - konsentrasyon, presyon o temperatura - kung gayon ang ekwilibriyo ay lilipat sa direksyon ng reaksyon na sumasalungat sa pagbabagong ito. Yung. ang ekwilibriyo ay may posibilidad na lumipat sa direksyon, na humahantong sa pagbawas sa impluwensya ng epekto na humantong sa paglabag sa estado ng ekwilibriyo.

Kaya, isasaalang-alang namin nang hiwalay ang impluwensya ng bawat isa sa kanilang mga kadahilanan sa estado ng ekwilibriyo.

Impluwensya pagbabago sa reactant o mga konsentrasyon ng produkto ipakita natin sa pamamagitan ng halimbawa Proseso ng Haber:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)

Kung, halimbawa, ang nitrogen ay idinagdag sa isang sistema ng ekwilibriyo na binubuo ng N 2 (g), H 2 (g) at NH 3 (g), kung gayon ang ekwilibriyo ay dapat lumipat sa direksyon na mag-aambag sa pagbaba sa dami ng hydrogen patungo sa orihinal na halaga nito, mga. sa direksyon ng pagbuo ng isang karagdagang halaga ng ammonia (sa kanan). Kasabay nito, ang pagbaba sa dami ng hydrogen ay magaganap din. Kapag ang hydrogen ay idinagdag sa sistema, ang ekwilibriyo ay lilipat din patungo sa pagbuo ng bagong dami ng ammonia (sa kanan). Samantalang ang pagpasok ng ammonia sa equilibrium system, ayon sa Prinsipyo ng Le Chatelier , ay magdudulot ng pagbabago sa ekwilibriyo patungo sa proseso na paborable para sa pagbuo ng mga panimulang sangkap (sa kaliwa), i.e. ang konsentrasyon ng ammonia ay dapat bawasan sa pamamagitan ng pagbubulok ng ilan sa mga ito sa nitrogen at hydrogen.

Ang pagbaba sa konsentrasyon ng isa sa mga sangkap ay maglilipat sa estado ng balanse ng sistema patungo sa pagbuo ng sangkap na ito.

Impluwensya pagbabago ng presyon makatuwiran kung ang mga gaseous na sangkap ay nakikibahagi sa prosesong pinag-aaralan at, sa kasong ito, may pagbabago sa kabuuang bilang ng mga molekula. Kung ang kabuuang bilang ng mga molekula sa sistema ay nananatili permanente, pagkatapos ay ang pagbabago sa presyon hindi nakakaapekto sa balanse nito, halimbawa:

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

Kung ang kabuuang presyon ng isang sistema ng balanse ay nadagdagan sa pamamagitan ng pagpapababa ng dami nito, kung gayon ang ekwilibriyo ay lilipat sa direksyon ng pagbaba ng lakas ng tunog. Yung. patungo sa pagbaba ng bilang gas sa sistema. Bilang reaksyon:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)

mula sa 4 na mga molekula ng gas (1 N 2 (g) at 3 H 2 (g)) 2 mga molekula ng gas ay nabuo (2 NH 3 (g)), i.e. bumababa ang pressure sa system. Bilang isang resulta, ang pagtaas ng presyon ay mag-aambag sa pagbuo ng isang karagdagang halaga ng ammonia, i.e. lilipat ang ekwilibriyo sa direksyon ng pagbuo nito (sa kanan).

Kung ang temperatura ng system ay pare-pareho, kung gayon ang pagbabago sa kabuuang presyon ng system ay hindi hahantong sa pagbabago sa equilibrium constant. SA.

Pagbabago ng temperatura Ang sistema ay nakakaapekto hindi lamang sa pag-aalis ng ekwilibriyo nito, kundi pati na rin sa pare-parehong ekwilibriyo SA. Kung ang isang sistema ng balanse, sa pare-pareho ang presyon, ay binibigyan ng karagdagang init, kung gayon ang ekwilibriyo ay lilipat sa direksyon ng pagsipsip ng init. Isaalang-alang:

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

Kaya, tulad ng nakikita mo, ang pasulong na reaksyon ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init, at ang reverse reaksyon sa pagsipsip. Sa pagtaas ng temperatura, ang equilibrium ng reaksyong ito ay lumilipat patungo sa reaksyon ng ammonia decomposition (sa kaliwa), dahil ito ay at nagpapahina sa panlabas na impluwensya - ang pagtaas ng temperatura. Sa kabaligtaran, ang paglamig ay humahantong sa isang pagbabago sa ekwilibriyo sa direksyon ng synthesis ng ammonia (sa kanan), dahil ang reaksyon ay exothermic at lumalaban sa paglamig.

Kaya, ang pagtaas ng temperatura ay pinapaboran ang pagbabago ekwilibriyo ng kemikal sa direksyon ng isang endothermic na reaksyon, at ang pagbaba ng temperatura ay nasa direksyon ng isang exothermic na proseso . Equilibrium constants ng lahat ng mga exothermic na proseso na may pagtaas ng pagbaba ng temperatura, at mga endothermic na proseso - pagtaas.

Karamihan sa mga reaksiyong kemikal ay nababaligtad, iyon ay, nagpapatuloy sila nang sabay-sabay sa magkasalungat na direksyon. Sa mga kaso kung saan ang pasulong at baligtad na mga reaksyon ay nagpapatuloy sa parehong bilis, nangyayari ang chemical equilibrium.

Kapag naabot ang ekwilibriyong kemikal, ang bilang ng mga molekula ng mga sangkap na bumubuo sa sistema ay titigil sa pagbabago at nananatiling pare-pareho sa oras sa ilalim ng hindi nagbabagong panlabas na mga kondisyon.

Ang estado ng isang sistema kung saan ang rate ng pasulong na reaksyon ay katumbas ng rate ng reverse reaction ay tinatawag na chemical equilibrium.

Halimbawa, ang equilibrium ng reaksyon H 2 (g) + I 2 (g) ⇆ 2HI (g) ay nangyayari kapag eksaktong kasing dami ng hydrogen iodide molecule ang nabubuo sa isang yunit ng oras sa isang direktang reaksyon habang sila ay nabubulok sa isang reverse reaction. sa yodo at hydrogen.

Ang kakayahan ng isang reaksyon na magpatuloy sa magkasalungat na direksyon ay tinatawag na kinetic reversibility..

Sa isang equation ng reaksyon, ang reversibility ay ipinapahiwatig ng dalawang magkasalungat na arrow (⇆) sa halip na isang katumbas na tanda sa pagitan ng kaliwa at kanang bahagi ng chemical equation.

Ang ekwilibriyong kemikal ay pabago-bago (mobile). Kapag nagbago ang mga panlabas na kundisyon, ang ekwilibriyo ay nagbabago at bumabalik sa orihinal nitong estado kung ang mga panlabas na kondisyon ay nakakakuha ng mga pare-parehong halaga. Ang impluwensya ng panlabas na mga kadahilanan sa balanse ng kemikal ay nagiging sanhi ng pagbabago nito.

Ang posisyon ng chemical equilibrium ay nakasalalay sa mga sumusunod na parameter ng reaksyon:

Temperatura;

presyon;

Mga konsentrasyon.

Ang impluwensya ng mga salik na ito sa isang kemikal na reaksyon ay sumusunod sa isang pattern na ipinahayag sa pangkalahatang mga termino noong 1884 ng Pranses na siyentipiko na si Le Chatelier (Larawan 1).

kanin. 1. Henri Louis Le Chatelier

Modernong pagbabalangkas ng prinsipyo ng Le Chatelier

Kung ang isang panlabas na impluwensya ay ibinibigay sa isang sistema sa ekwilibriyo, ang ekwilibriyo ay nagbabago sa direksyon na nagpapahina sa impluwensyang ito.

1. Epekto ng temperatura

Sa bawat nababaligtad na reaksyon, ang isa sa mga direksyon ay tumutugma sa isang exothermic na proseso, at ang isa sa isang endothermic.

Halimbawa: pang-industriyang produksyon ng ammonia. kanin. 2.

kanin. 2. Plant para sa produksyon ng ammonia

Reaksyon ng synthesis ng ammonia:

N 2 + 3H 2 ⇆ 2NH 3 + Q

Ang pasulong na reaksyon ay exothermic at ang kabaligtaran na reaksyon ay endothermic.

Ang epekto ng pagbabago ng temperatura sa posisyon ng chemical equilibrium ay sumusunod sa mga sumusunod na alituntunin.

Habang tumataas ang temperatura, nagbabago ang balanse ng kemikal sa direksyon ng endothermic reaction, at habang bumababa ang temperatura, lumilipat ito sa direksyon ng exothermic reaction.

Upang ilipat ang balanse sa direksyon ng pagkuha ng ammonia, dapat ibaba ang temperatura.

2. Impluwensiya ng pressure

Sa lahat ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas na sangkap, na sinamahan ng isang pagbabago sa dami dahil sa isang pagbabago sa dami ng sangkap sa paglipat mula sa mga panimulang sangkap sa mga produkto, ang posisyon ng balanse ay apektado ng presyon sa system.

Ang impluwensya ng presyon sa posisyon ng balanse ay sumusunod sa mga sumusunod na patakaran.

Sa pagtaas ng presyon, ang balanse ay nagbabago sa direksyon ng pagbuo ng mga sangkap (paunang o produkto) na may mas maliit na dami; habang bumababa ang presyon, nagbabago ang balanse sa direksyon ng pagbuo ng mga sangkap na may malaking volume.

Sa isang reaksyon ng synthesis ng ammonia, na may pagtaas ng presyon, ang balanse ay lumilipat patungo sa pagbuo ng ammonia, dahil ang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagbawas sa dami.

3. Epekto ng konsentrasyon

Ang impluwensya ng konsentrasyon sa estado ng ekwilibriyo ay sumusunod sa mga sumusunod na alituntunin.

Sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng isa sa mga panimulang sangkap, ang balanse ay nagbabago sa direksyon ng pagbuo ng mga produkto ng reaksyon; na may pagtaas sa konsentrasyon ng isa sa mga produkto ng reaksyon, ang balanse ay nagbabago sa direksyon ng pagbuo ng mga panimulang sangkap.

Sa reaksyon ng produksyon ng ammonia, upang mailipat ang ekwilibriyo patungo sa produksyon ng ammonia, kinakailangan upang madagdagan ang konsentrasyon ng hydrogen at nitrogen.

Pagbubuod ng aralin

Sa aralin, natutunan mo ang tungkol sa konsepto ng "chemical equilibrium" at kung paano ito ililipat, anong mga kondisyon ang nakakaapekto sa pagbabago sa chemical equilibrium, at kung paano gumagana ang "Le Chatelier principle".

Bibliograpiya

1. Novoshinsky I.I., Novoshinskaya N.S. Chemistry. Textbook para sa grade 10 general. inst. antas ng profile. - M .: LLC "TID "Russian Word - RS", 2008. (§§ 24, 25)
2. Kuznetsova N.E., Litvinova T.N., Lyovkin A.N. Chemistry: Baitang 11: Isang aklat-aralin para sa mga mag-aaral sa pangkalahatan. inst. (level ng profile): sa loob ng 2 oras. Bahagi 2. M.: Ventana-Graf, 2008. (§ 24)
3. Rudzitis G.E. Chemistry. Mga Batayan ng Pangkalahatang Chemistry. Baitang 11: aklat-aralin. para sa pangkalahatan institusyon: pangunahing antas / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Edukasyon, JSC "Mga aklat-aralin sa Moscow", 2010. (§ 13)
4. Radetsky A.M. Chemistry. materyal na didactic. 10-11 baitang. - M.: Enlightenment, 2011. (p. 96-98)
5. Khomchenko I.D. Koleksyon ng mga problema at pagsasanay sa kimika para sa mataas na paaralan. - M.: RIA "New Wave": Publisher Umerenkov, 2008. (p. 65-68)

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

Takdang aralin

1. kasama. 65-66 No. 12.10-12.17 mula sa Koleksyon ng mga gawain at pagsasanay sa kimika para sa sekondaryang paaralan (Khomchenko I.D.), 2008.
2. Sa anong kaso ang pagbabago sa presyon ay hindi magiging sanhi ng pagbabago sa ekwilibriyo ng kemikal sa mga reaksyong kinasasangkutan ng mga gas na sangkap?
3. Bakit hindi nag-aambag ang katalista sa paglilipat ng ekwilibriyong kemikal?

Ang estado kung saan ang mga rate ng pasulong at baligtad na mga reaksyon ay pantay ay tinatawag na chemical equilibrium. Reversible reaction equation sa pangkalahatang anyo:

Pasulong na rate ng reaksyon v 1 =k 1 [A] m [B] n , rate ng reverse reaction v 2 =k 2 [С] p [D] q , kung saan sa mga square bracket ay ang mga konsentrasyon ng equilibrium. Sa pamamagitan ng kahulugan, sa chemical equilibrium v 1 =v 2, mula saan

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

kung saan ang K c ay ang chemical equilibrium constant na ipinahayag sa mga tuntunin ng molar concentrations. Ang expression sa matematika sa itaas ay madalas na tinatawag na batas ng mass action para sa isang reversible chemical reaction: ang ratio ng produkto ng mga konsentrasyon ng equilibrium ng mga produkto ng reaksyon sa produkto ng mga konsentrasyon ng equilibrium ng mga panimulang materyales.

Ang posisyon ng chemical equilibrium ay nakasalalay sa mga sumusunod na parameter ng reaksyon: temperatura, presyon at konsentrasyon. Ang impluwensya ng mga salik na ito sa isang kemikal na reaksyon ay napapailalim sa isang pattern na ipinahayag sa pangkalahatang mga termino noong 1884 ng French scientist na si Le Chatelier. Ang modernong pagbabalangkas ng prinsipyo ng Le Chatelier ay ang mga sumusunod:

Kung ang isang panlabas na impluwensya ay ibinibigay sa isang sistema na nasa isang estado ng ekwilibriyo, kung gayon ang sistema ay lilipat sa ibang estado sa paraang mabawasan ang epekto ng panlabas na impluwensya.

Mga salik na nakakaapekto sa ekwilibriyong kemikal.

1. Epekto ng temperatura. Sa bawat nababaligtad na reaksyon, ang isa sa mga direksyon ay tumutugma sa isang exothermic na proseso, at ang isa sa isang endothermic.

Habang tumataas ang temperatura, nagbabago ang balanse ng kemikal sa direksyon ng endothermic reaction, at habang bumababa ang temperatura, lumilipat ito sa direksyon ng exothermic reaction.

2. Impluwensiya ng pressure. Sa lahat ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas na sangkap, na sinamahan ng isang pagbabago sa dami dahil sa isang pagbabago sa dami ng sangkap sa paglipat mula sa mga panimulang sangkap sa mga produkto, ang posisyon ng balanse ay apektado ng presyon sa system.
Ang impluwensya ng presyon sa posisyon ng balanse ay sumusunod sa mga sumusunod na patakaran:

Sa pagtaas ng presyon, ang balanse ay nagbabago sa direksyon ng pagbuo ng mga sangkap (paunang o produkto) na may mas maliit na dami.

3. Impluwensiya ng konsentrasyon. Ang impluwensya ng konsentrasyon sa estado ng balanse ay sumusunod sa mga sumusunod na patakaran:

Sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng isa sa mga panimulang sangkap, ang balanse ay nagbabago sa direksyon ng pagbuo ng mga produkto ng reaksyon;
na may pagtaas sa konsentrasyon ng isa sa mga produkto ng reaksyon, ang balanse ay nagbabago sa direksyon ng pagbuo ng mga panimulang sangkap.

Mga tanong para sa pagpipigil sa sarili:

1. Ano ang rate ng isang kemikal na reaksyon at sa anong mga salik ito nakasalalay? Sa anong mga kadahilanan nakasalalay ang pare-pareho ng rate?

2. Sumulat ng isang equation para sa rate ng reaksyon para sa pagbuo ng tubig mula sa hydrogen at oxygen at ipakita kung paano nagbabago ang rate kung ang konsentrasyon ng hydrogen ay triple.

3. Paano nagbabago ang bilis ng reaksyon sa paglipas ng panahon? Anong mga reaksyon ang tinatawag na reversible? Ano ang estado ng chemical equilibrium? Ano ang tinatawag na equilibrium constant, sa anong mga salik ito nakasalalay?

4. Anong mga panlabas na impluwensya ang maaaring makagambala sa balanse ng kemikal? Sa anong direksyon lilipat ang ekwilibriyo habang nagbabago ang temperatura? pressure?

5. Paano maililipat ang isang reversible reaction sa isang tiyak na direksyon at matatapos?

Lecture No. 12 (problema)

Mga solusyon

Target: Magbigay ng mga husay na konklusyon tungkol sa solubility ng mga substance at isang quantitative assessment ng solubility.

Mga keyword: Mga solusyon - homogenous at heterogenous, totoo at koloidal; solubility ng mga sangkap; konsentrasyon ng mga solusyon; mga solusyon ng nonelectroyls; mga batas ng Raoult at van't Hoff.

Plano.

1. Pag-uuri ng mga solusyon.

2. Konsentrasyon ng mga solusyon.

3. Mga solusyon ng mga di-electrolytes. Mga batas ni Raoult.

Pag-uuri ng mga solusyon

Ang mga solusyon ay homogenous (single-phase) na mga sistema ng variable na komposisyon, na binubuo ng dalawa o higit pang mga sangkap (mga bahagi).

Ayon sa likas na katangian ng estado ng pagsasama-sama, ang mga solusyon ay maaaring gas, likido at solid. Karaniwan, ang isang bahagi na sa ilalim ng mga ibinigay na kundisyon ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama bilang ang nagresultang solusyon ay itinuturing na isang solvent, ang natitirang mga bahagi ng solusyon ay mga solute. Sa kaso ng parehong pinagsama-samang estado ng mga bahagi, ang solvent ay ang sangkap na nananaig sa solusyon.

Depende sa laki ng mga particle, ang mga solusyon ay nahahati sa true at colloidal. Sa mga tunay na solusyon (madalas na tinutukoy lamang bilang mga solusyon), ang solute ay nakakalat sa atomic o molekular na antas, ang mga particle ng solute ay hindi nakikita nang biswal o sa ilalim ng mikroskopyo, malaya silang gumagalaw sa solvent medium. Ang mga tunay na solusyon ay thermodynamically stable system, walang katapusan na stable sa paglipas ng panahon.

Ang mga puwersang nagtutulak para sa pagbuo ng mga solusyon ay ang entropy at enthalpy na mga kadahilanan. Kapag natutunaw ang mga gas sa isang likido, palaging bumababa ang entropy ΔS< 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS >0). Ang mas malakas na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng solute at ng solvent, mas malaki ang papel ng enthalpy factor sa pagbuo ng mga solusyon. Ang tanda ng pagbabago sa enthalpy of dissolution ay tinutukoy ng tanda ng kabuuan ng lahat ng mga thermal effect ng mga proseso na kasama ng paglusaw, kung saan ang pangunahing kontribusyon ay ginawa sa pamamagitan ng pagkasira ng kristal na sala-sala sa mga libreng ions (ΔH > 0) at ang pakikipag-ugnayan ng mga nabuong ion na may mga solvent na molekula (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.

Ang konsentrasyon ng isang puspos na solusyon ay tinutukoy ng solubility ng sangkap sa isang naibigay na temperatura. Ang mga solusyon na may mas mababang konsentrasyon ay tinatawag na unsaturated.

Ang solubility para sa iba't ibang mga sangkap ay nag-iiba nang malaki at nakasalalay sa kanilang likas na katangian, ang pakikipag-ugnayan ng mga particle ng solute sa bawat isa at sa mga solvent na molekula, pati na rin sa mga panlabas na kondisyon (presyon, temperatura, atbp.)

Sa pagsasagawa ng kemikal, ang mga solusyon na inihanda batay sa isang likidong solvent ay pinakamahalaga. Ito ay mga likidong halo sa kimika na tinatawag na solusyon. Ang pinakakaraniwang ginagamit na inorganikong solvent ay tubig. Ang mga solusyon sa iba pang mga solvent ay tinatawag na di-may tubig.

Ang mga solusyon ay napakalaking praktikal na kahalagahan; maraming mga kemikal na reaksyon ang nagaganap sa kanila, kabilang ang mga pinagbabatayan ng metabolismo sa mga buhay na organismo.

Konsentrasyon ng solusyon

Ang isang mahalagang katangian ng mga solusyon ay ang kanilang konsentrasyon, na nagpapahayag ng kamag-anak na dami ng mga bahagi sa solusyon. Mayroong mga konsentrasyon ng masa at dami, dimensional at walang sukat.

Upang walang sukat ang mga konsentrasyon (share) ay kinabibilangan ng mga sumusunod na konsentrasyon:

Mass fraction ng solute W(B) ipinahayag bilang isang fraction ng isang yunit o bilang isang porsyento:

kung saan ang m(B) at m(A) ay ang masa ng solute B at ang masa ng solvent A.

Ang volume fraction ng isang dissolved substance σ(B) ay ipinahayag sa mga fraction ng isang unit o volume percent:

kung saan ang V i ay ang volume ng bahagi ng solusyon, ang V(B) ay ang volume ng natunaw na substance B. Ang mga porsyento ng volume ay tinatawag na degrees *) .

*) Minsan ang konsentrasyon ng volume ay ipinahayag sa thousandths (ppm, ‰) o sa parts per million (ppm), ppm.

Ang mole fraction ng isang solute χ(B) ay ipinahayag ng kaugnayan

Ang kabuuan ng mga praksyon ng nunal ng mga bahagi ng k ng solusyon χ i ay katumbas ng isa

Upang dimensional Kasama sa mga konsentrasyon ang mga sumusunod na konsentrasyon:

Ang molality ng dissolved substance C m (B) ay tinutukoy ng dami ng substance n (B) sa 1 kg (1000 g) ng solvent, ang unit ay mol/kg.

Molar na konsentrasyon ng substance B sa solusyon C(B) - ang nilalaman ng dami ng dissolved substance B kada yunit ng volume ng solusyon, mol/m 3, o mas madalas mol/liter:

kung saan ang μ(B) ay ang molar mass ng B, ang V ay ang volume ng solusyon.

Katumbas ng konsentrasyon ng molar ng substance B C Ang E (B) (normalidad - hindi na ginagamit.) ay tinutukoy ng bilang ng mga katumbas ng isang solute bawat yunit ng dami ng solusyon, mol / litro:

kung saan ang n E (B) ay ang dami ng katumbas ng substance, μ E ang molar mass ng katumbas.

Ang titer ng isang solusyon ng substance B( T B) ay tinutukoy ng masa ng solute sa g na nilalaman sa 1 ml ng solusyon:

g/ml o g/ml.

Ang mga konsentrasyon ng masa (mass fraction, porsyento, molal) ay hindi nakadepende sa temperatura; Ang mga volumetric na konsentrasyon ay tumutukoy sa isang tiyak na temperatura.

Ang lahat ng mga sangkap ay may kakayahang solubility sa ilang lawak at nailalarawan sa pamamagitan ng solubility. Ang ilang mga sangkap ay walang katapusan na natutunaw sa bawat isa (tubig-acetone, benzene-toluene, likidong sodium-potassium). Karamihan sa mga compound ay bahagyang natutunaw (water-benzene, water-butyl alcohol, water-table salt), at marami ang bahagyang natutunaw o halos hindi matutunaw (tubig-BaSO 4 , tubig-gasolina).

Ang solubility ng isang substance sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon ay ang konsentrasyon nito sa isang saturated solution. Sa ganitong solusyon, ang ekwilibriyo ay naabot sa pagitan ng solute at ng solusyon. Sa kawalan ng equilibrium, ang solusyon ay nananatiling matatag kung ang konsentrasyon ng solute ay mas mababa kaysa sa solubility nito (unsaturated solution), o hindi matatag kung ang solusyon ay naglalaman ng mga substance na mas malaki kaysa sa solubility nito (supersaturated solution).

Ang lahat ng mga reaksiyong kemikal ay, sa prinsipyo, nababaligtad.
Nangangahulugan ito na ang parehong pakikipag-ugnayan ng mga reactant at ang pakikipag-ugnayan ng mga produkto ay nagpapatuloy sa pinaghalong reaksyon. Sa ganitong kahulugan, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga reactant at mga produkto ay arbitrary. Ang direksyon ng isang kemikal na reaksyon ay tinutukoy ng mga kondisyon ng pagpapatupad nito (temperatura, presyon, konsentrasyon ng mga sangkap).
Maraming mga reaksyon ang may isang nangingibabaw na direksyon at ang mga matinding kondisyon ay kinakailangan upang maisagawa ang mga naturang reaksyon sa kabaligtaran na direksyon. Sa ganitong mga reaksyon, nangyayari ang halos kumpletong conversion ng mga reactant sa mga produkto.

Halimbawa. Ang bakal at asupre ay tumutugon sa isa't isa sa ilalim ng katamtamang pag-init upang bumuo ng iron (II) sulfide, ang FeS ay matatag sa ilalim ng gayong mga kondisyon at halos hindi nabubulok sa bakal at asupre:

Sa 200 atm at 400 0C, ang maximum at katumbas ng 36% (sa dami) na nilalaman ng NH3 sa pinaghalong reaksyon ay nakakamit. Sa karagdagang pagtaas ng temperatura dahil sa pinahusay na daloy ng reverse reaction, bumababa ang volume fraction ng ammonia sa pinaghalong.
Ang pasulong at pabalik na mga reaksyon ay nagpapatuloy nang sabay-sabay sa magkasalungat na direksyon.

Sa lahat ng nababaligtad na reaksyon, ang rate ng pasulong na reaksyon ay bumababa at ang rate ng baligtad na reaksyon ay tumataas hanggang ang parehong mga rate ay maging pantay at ang isang estado ng balanse ay naitatag.

Sa isang estado ng equilibrium, ang mga rate ng pasulong at pabalik na mga reaksyon ay nagiging pantay.

ANG PRINSIPYO NG LE CHATELIER. SHIFT NG CHEMICAL EQUILIBRIUM.

Ang posisyon ng chemical equilibrium ay nakasalalay sa mga sumusunod na parameter ng reaksyon: temperatura, presyon at konsentrasyon. Ang impluwensya ng mga salik na ito sa isang kemikal na reaksyon ay napapailalim sa isang pattern na ipinahayag sa pangkalahatang mga termino noong 1884 ng French scientist na si Le Chatelier. Ang modernong pagbabalangkas ng prinsipyo ng Le Chatelier ay ang mga sumusunod:

1. Epekto ng temperatura. Sa bawat nababaligtad na reaksyon, ang isa sa mga direksyon ay tumutugma sa isang exothermic na proseso, at ang isa sa isang endothermic.

2. Impluwensiya ng pressure. Sa lahat ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas na sangkap, na sinamahan ng isang pagbabago sa dami dahil sa isang pagbabago sa dami ng isang sangkap kapag lumilipat mula sa mga panimulang sangkap patungo sa mga produkto, ang presyon sa sistema ay nakakaapekto sa posisyon ng balanse.
Ang impluwensya ng presyon sa posisyon ng balanse ay sumusunod sa mga sumusunod na patakaran:

Kaya, sa panahon ng paglipat mula sa mga panimulang sangkap sa mga produkto, ang dami ng mga gas ay nabawasan ng kalahati. Nangangahulugan ito na sa pagtaas ng presyon, ang balanse ay lumilipat patungo sa pagbuo ng NH3, bilang ebidensya ng sumusunod na data para sa reaksyon ng synthesis ng ammonia sa 400 0C:

3. Impluwensiya ng konsentrasyon. Ang impluwensya ng konsentrasyon sa estado ng balanse ay sumusunod sa mga sumusunod na patakaran: