Ang mga reaksiyong kemikal ay madalas na nagpapatuloy hanggang sa wakas, i.e. ang mga paunang produkto ay ganap na natupok sa kurso ng isang kemikal na reaksyon at mga bagong sangkap ay nabuo - mga produkto ng reaksyon. Ang ganitong mga reaksyon ay napupunta lamang sa isang direksyon - sa direksyon ng isang direktang reaksyon.
hindi maibabalik na mga reaksyon- mga reaksyon kung saan ang mga paunang sangkap ay ganap na na-convert sa mga huling produkto ng reaksyon.
Ang mga hindi maibabalik na reaksyon ay nangyayari sa tatlong kaso kung:
1) isang hindi matutunaw na sangkap ay nabuo, i.e. namuo .
Halimbawa:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 + 2HCl - ito ang molecular equation
Ngayon ay isulat natin ang bawat molekula sa mga ions, maliban sa sangkap na namuo (para sa mga singil ng mga ion, tingnan ang talahanayan na "Solubility ng hydroxides at salts" sa huling flyleaf ng aklat-aralin).
Kinansela namin ang parehong mga ion sa kanan at kaliwang bahagi ng equation at isulat ang mga ions na natitira:
| Ba | 2+ | + | KAYA | 2− | → | BaSO4 ↓ | ay ang maikling ionic equation |
| 4 |
Kaya, ayon sa pinaikling ionic equation, makikita na ang precipitate ay nabuo mula sa barium ions (Ba 2+) at sulfate ions (SO 4 2 –).
2) nabuo ang isang gaseous substance, i.e. inilabas ang gas:
Halimbawa:
Na 2 S + 2HCl → 2NaCl + H 2 S - molecular equation
2Na + + S 2− + 2H + + 2Cl − → 2 Na + + 2 Cl − + H 2 S - kumpletong ionic equation
S 2− + 2H + → H 2 S - maikling ionic equation
3) nabuo tubig:
Halimbawa:
KOH + HNO 3 → KNO 3 + H 2 O - molecular equation
K + + OH - + H + + NO 3 - → K + + NO 3 - + H 2 O - kumpletong ionic equation
OH - + H + → H 2 O - maikling ionic equation
Gayunpaman, walang napakaraming hindi maibabalik na mga reaksyon; karamihan sa mga reaksyon ay nagpapatuloy sa dalawang direksyon (sa direksyon ng pagbuo ng mga bagong sangkap, at sa kabaligtaran, sa direksyon ng agnas ng mga bagong sangkap sa mga unang produkto ng reaksyon), i.e. ay nababaligtad.
Mga nababagong reaksyon- mga reaksiyong kemikal na nagpapatuloy sa dalawang magkasalungat na direksyon - pasulong at pabalik.
Halimbawa: ang reaksyon ng pagbuo ng ammonia mula sa hydrogen(H 2 ) at nitrogen(N 2) sumusunod sa reaksyon:
3H 2 + N 2 → 2NH 3
at ang nagreresultang mga molekula ng ammonia ay nabubulok H 2 at N 2 (ibig sabihin, para sa panimulang materyales):
2NH 3 → 3H 2 + N 2, kaya ang kabuuan ng dalawang reaksyong ito ay: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (ang arrow ↔ ay nagpapakita ng reaksyon na nagpapatuloy sa dalawang direksyon).
Sa mga nababaligtad na reaksyon, darating ang isang sandali kapag ang rate ng pasulong na reaksyon (ang rate ng pagbuo ng mga bagong sangkap) ay magiging katumbas ng rate ng reverse reaksyon (ang rate ng pagbuo ng mga paunang reaksyon ng mga produkto mula sa mga bagong sangkap) - nangyayari ang balanse. .
Ekwilibriyo ng kemikal- ang estado ng isang prosesong nababaligtad sa kemikal kung saan ang rate ng pasulong na reaksyon ay katumbas ng bilis ng reverse reaction.
Ang ekwilibriyong kemikal ay pabago-bago (i.e. mobile), dahil kapag nangyari ito, ang reaksyon ay hindi hihinto, ngunit ang mga konsentrasyon lamang ng mga sangkap ay hindi nagbabago. Nangangahulugan ito na ang dami ng mga bagong substance na nabuo ay katumbas ng dami ng orihinal na substance. Sa pare-parehong temperatura at presyon, ang ekwilibriyo sa isang mababalik na reaksyon ay maaaring mapanatili nang walang katiyakan.
Sa pagsasanay (sa laboratoryo, sa produksyon) madalas na interesado sa daloy ng mga direktang reaksyon.
Posibleng ilipat ang equilibrium ng isang reversible system sa pamamagitan ng pagpapalit ng isa sa mga kondisyon ng equilibrium (konsentrasyon, temperatura, o presyon).
Batas sa pagbabago ng balanse ng kemikal (prinsipyo ng Le Chatelier): kung ang isang sistema sa ekwilibriyo ay kikilos sa pamamagitan ng pagpapalit ng isa sa mga kondisyon ng ekwilibriyo, kung gayon ang estado ng ekwilibriyong kemikal ay lilipat sa direksyon ng pagbaba ng epektong ito.
1) Kailan pagtaas ng konsentrasyon ng mga reactant, ang equilibrium ay palaging lumilipat sa kanan - sa direksyon ng isang direktang reaksyon (ibig sabihin, sa direksyon ng pagbuo ng mga bagong sangkap).
2) Kailan pagtaas ng presyon Sa pamamagitan ng pag-compress sa system, at samakatuwid ay pinapataas ang konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap (para lamang sa mga sangkap na nasa gas na estado), ang equilibrium ng system ay inililipat patungo sa mas maliit na bilang ng mga molekula ng gas.
3) Kailan pagtaas ng temperatura mga pagbabago sa balanse:
a) na may isang endothermic reaksyon (isang reaksyon na nagpapatuloy sa pagsipsip ng init) - sa kanan (sa direksyon ng isang direktang reaksyon);
b) sa panahon ng isang exothermic reaksyon (isang reaksyon na nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init) - sa kaliwa (sa direksyon ng reverse reaction).
4) Kailan pagpapababa ng temperatura mga pagbabago sa balanse:
a) na may isang endothermic reaksyon (isang reaksyon na nagpapatuloy sa pagsipsip ng init) - sa kaliwa (sa direksyon ng reverse reaction);
b) sa isang exothermic reaksyon (isang reaksyon na nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init) - sa kanan (sa direksyon ng isang direktang reaksyon).
Ang mga endothermic na reaksyon sa pagsulat ay ipinahiwatig ng tanda sa dulo ng reaksyong "+ Q" o
"∆H > 0", exothermic - sign sa dulo ng reaksyon na "− Q" o "∆H< 0».
Halimbawa: suriin natin kung saan nagbabago ang equilibrium sa system:
2NO 2 (g) ↔ 2NO (g) + O 2 (g) + Q
a) isang pagtaas sa konsentrasyon ng mga reactant
b) pagbaba sa temperatura
c) pagtaas ng temperatura
d) pagtaas ng presyon
Desisyon:
a) isang pagtaas sa konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap - ang balanse ay lumilipat sa kanan (dahil, ayon sa batas ng mass action, mas malaki ang konsentrasyon ng mga sangkap, mas mataas ang rate ng reaksyon);
b) pagbaba sa temperatura (dahil ang reaksyon ay endothermic) - lumipat sa kaliwa;
c) pagtaas ng temperatura - lumipat sa kanan;
Kabilang sa maraming mga pag-uuri ng mga uri ng mga reaksyon, halimbawa, ang mga natutukoy ng thermal effect (exothermic at endothermic), sa pamamagitan ng mga pagbabago sa mga estado ng oksihenasyon ng mga sangkap (redox), sa pamamagitan ng bilang ng mga sangkap na kasangkot sa kanila (decompositions, compounds ), at iba pa, mga reaksyong nagaganap sa dalawang direksyon, kung hindi man ay tinatawag nababaligtad . Ang isang alternatibo sa mga nababalikang reaksyon ay ang mga reaksyon hindi maibabalik, kung saan nabuo ang pangwakas na produkto (precipitate, gaseous substance, tubig). Kasama sa mga reaksyong ito ang mga sumusunod:
Palitan ng mga reaksyon sa pagitan ng mga solusyon sa asin, kung saan ang alinman sa isang hindi matutunaw na precipitate ay nabuo - CaCO 3:
Ca (OH) 2 + K 2 CO 3 → CaCO 3↓ + 2KOH (1)
o isang gaseous substance - CO 2:
3 K 2 CO 3 + 2H 3 RO 4 → 2K 3 RO 4 + 3 CO 2+ 3H 2 O (2)
o isang hindi magandang dissociated substance ay nakuha - H 2 O:
2NaOH + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 H2O(3)
Kung isasaalang-alang natin ang isang nababaligtad na reaksyon, pagkatapos ay nagpapatuloy ito hindi lamang sa pasulong na direksyon (sa mga reaksyon 1,2,3 mula kaliwa hanggang kanan), kundi pati na rin sa kabaligtaran na direksyon. Ang isang halimbawa ng naturang reaksyon ay ang synthesis ng ammonia mula sa mga gas na sangkap - hydrogen at nitrogen:
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (4)
kaya, Ang isang kemikal na reaksyon ay tinatawag na mababalik kung ito ay nagpapatuloy hindi lamang sa pasulong (→) kundi pati na rin sa baligtad na direksyon (←) at ipinahihiwatig ng simbolo (↔).
Ang pangunahing tampok ng ganitong uri ng reaksyon ay ang mga produkto ng reaksyon ay nabuo mula sa mga panimulang materyales, ngunit sa parehong oras, ang mga panimulang reagents ay nabuo mula sa parehong mga produkto. Kung isasaalang-alang natin ang reaksyon (4), pagkatapos ay sa isang kamag-anak na yunit ng oras, kasabay ng pagbuo ng dalawang moles ng ammonia, sila ay mabubulok sa pagbuo ng tatlong moles ng hydrogen at isang mole ng nitrogen. Tukuyin natin ang rate ng direktang reaksyon (4) sa pamamagitan ng simbolo V 1, pagkatapos ay ang expression para sa rate na ito ay kukuha ng anyo:
V 1 = kˑ [Н 2 ] 3 ˑ , (5)
kung saan ang halaga ng "k" ay tinukoy bilang ang rate ng pare-pareho ng isang naibigay na reaksyon, ang mga halaga ng [H 2 ] 3 at tumutugma sa mga konsentrasyon ng mga panimulang sangkap na itinaas sa mga kapangyarihan na tumutugma sa mga coefficient sa equation ng reaksyon. Alinsunod sa prinsipyo ng reversibility, ang rate ng reverse reaction ay kukuha ng expression:
V 2 = kˑ 2 (6)
Sa unang sandali ng oras, ang rate ng direktang reaksyon ay tumatagal sa pinakamataas na halaga. Ngunit unti-unting bumababa ang mga konsentrasyon ng mga unang reagents at bumabagal ang rate ng reaksyon. Kasabay nito, ang rate ng reverse reaction ay nagsisimulang tumaas. Kapag ang mga rate ng pasulong at baligtad na mga reaksyon ay naging pareho (V 1 \u003d V 2), darating ito estado ng ekwilibriyo , kung saan walang pagbabago sa mga konsentrasyon ng parehong inisyal at nabuong mga reagents.
Dapat pansinin na ang ilang mga hindi maibabalik na reaksyon ay hindi dapat kunin nang literal. Magbigay tayo ng isang halimbawa ng pinakamadalas na binanggit na reaksyon ng pakikipag-ugnayan ng isang metal na may acid, lalo na, zinc na may hydrochloric acid:
Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (7)
Sa katunayan, ang zinc, kapag natunaw sa acid, ay bumubuo ng asin: zinc chloride at hydrogen gas, ngunit pagkaraan ng ilang oras ang rate ng direktang reaksyon ay bumabagal, habang ang konsentrasyon ng asin sa pagtaas ng solusyon. Kapag ang reaksyon ay halos huminto, ang isang tiyak na halaga ng hydrochloric acid ay naroroon sa solusyon kasama ng zinc chloride, kaya ang reaksyon (7) ay dapat ibigay sa sumusunod na anyo:
2Zn + 2HCl = 2ZnНCl + H 2 (8)
O sa kaso ng pagbuo ng isang hindi matutunaw na precipitate na nakuha sa pamamagitan ng pagbuhos ng mga solusyon ng Na 2 SO 4 at BaCl 2:
Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (9)
ang namuong asin na BaSO 4, kahit sa maliit na lawak, ay maghihiwalay sa mga ion:
BaSO 4 ↔ Ba 2+ + SO 4 2- (10)
Samakatuwid, ang mga konsepto ng hindi maibabalik at hindi maibabalik na mga reaksyon ay kamag-anak. Gayunpaman, kapwa sa kalikasan at sa mga praktikal na gawain ng mga tao, ang mga reaksyong ito ay napakahalaga. Halimbawa, ang mga proseso ng pagkasunog ng mga hydrocarbon o mas kumplikadong mga organikong sangkap, tulad ng alkohol:
CH 4 + O 2 \u003d CO 2 + H 2 O (11)
2C 2 H 5 OH + 5O 2 \u003d 4CO 2 + 6H 2 O (12)
ay ganap na hindi maibabalik na mga proseso. Ito ay maituturing na isang masayang panaginip ng sangkatauhan kung ang mga reaksyon (11) at (12) ay maibabalik! Pagkatapos ay posibleng mag-synthesize muli ng gas at gasolina at alkohol mula sa CO 2 at H 2 O! Sa kabilang banda, ang mga nababaligtad na reaksyon tulad ng (4) o ang oksihenasyon ng sulfur dioxide:
SO 2 + O 2 ↔ SO 3 (13)
ay ang mga pangunahing sa produksyon ng mga ammonium salts, nitric acid, sulfuric acid, atbp., parehong inorganic at organic compounds. Ngunit ang mga reaksyong ito ay mababaligtad! At upang makakuha ng mga pangwakas na produkto: NH 3 o SO 3, kinakailangan na gumamit ng mga teknolohikal na pamamaraan tulad ng: pagbabago ng mga konsentrasyon ng mga reagents, pagbabago ng presyon, pagtaas o pagbaba ng temperatura. Ngunit ito na ang magiging paksa ng susunod na paksa: "Displacement of chemical equilibrium."
blog.site, na may buo o bahagyang pagkopya ng materyal, kailangan ng link sa pinagmulan.
DEPINISYON
Reaksyon ng kemikal tinatawag na pagbabagong-anyo ng mga sangkap kung saan mayroong pagbabago sa kanilang komposisyon at (o) istraktura.
Ang reaksyon ay posible sa isang kanais-nais na ratio ng enerhiya at mga kadahilanan ng entropy. Kung ang mga salik na ito ay nagbabalanse sa isa't isa, ang estado ng sistema ay hindi nagbabago. Sa ganitong mga kaso, ang mga sistema ay sinasabing nasa ekwilibriyo.
Ang mga reaksiyong kemikal na nagpapatuloy sa isang direksyon ay tinatawag na hindi maibabalik. Karamihan sa mga reaksiyong kemikal ay nababaligtad. Nangangahulugan ito na sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang parehong pasulong at pabalik na mga reaksyon ay nangyayari (lalo na pagdating sa mga saradong sistema).
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. . Sa kasong ito, ang mga konsentrasyon ng mga reactant at mga produkto ng reaksyon ay nananatiling hindi nagbabago (mga konsentrasyon ng equilibrium).
Ekwilibriyong pare-pareho
Isaalang-alang ang reaksyon para sa pagkuha ng ammonia:
N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2 NH 3 (g)
Isulat natin ang mga expression para sa pagkalkula ng mga rate ng direktang (1) at reverse (2) na mga reaksyon:
1 = k 1 [ H 2 ] 3
2 = k 2 2
Ang mga rate ng pasulong at baligtad na mga reaksyon ay pantay, kaya maaari naming isulat:
k 1 3 = k 2 2
k 1 / k 2 = 2 / 3
Ang ratio ng dalawang constants ay pare-pareho. Ang equilibrium constant ay ang ratio ng rate constants ng forward at reverse reactions.
K = 2/3
Sa pangkalahatang termino, ang equilibrium constant ay:
mA + nB ↔ pC +qD
K = [C] p [D] q / [A] m [B] n
Ang equilibrium constant ay ang ratio ng mga produkto ng mga konsentrasyon ng mga produkto ng reaksyon na itinaas sa mga kapangyarihan na katumbas ng kanilang mga stoichiometric coefficient sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga panimulang sangkap na itinaas sa mga kapangyarihan na katumbas ng kanilang mga stoichiometric coefficient.
Kung ang K ay ipinahayag sa mga tuntunin ng mga konsentrasyon ng ekwilibriyo, kung gayon ang K s ay madalas na tinutukoy. Posible ring kalkulahin ang K para sa mga gas sa mga tuntunin ng kanilang bahagyang presyon. Sa kasong ito, ang K ay tinutukoy bilang K p. May kaugnayan sa pagitan ng K s at K p:
K p \u003d K c × (RT) Δn,
kung saan ang Δn ay ang pagbabago sa bilang ng lahat ng mga moles ng mga gas sa panahon ng paglipat mula sa mga reactant patungo sa mga produkto, ang R ay ang unibersal na pare-pareho ng gas.
Ang K ay independiyente sa konsentrasyon, presyon, dami, at pagkakaroon ng isang katalista, at depende sa temperatura at likas na katangian ng mga reactant. Kung ang K ay mas mababa sa 1, kung gayon mayroong higit pang mga panimulang sangkap sa pinaghalong, at sa kaso ng higit sa 1, mayroong higit pang mga produkto sa pinaghalong.
Heterogenous equilibrium
Isaalang-alang ang reaksyon
CaCO 3 (tv) ↔ CaO (tv) + CO 2 (g)
Ang expression para sa equilibrium constant ay hindi kasama ang mga konsentrasyon ng mga bahagi ng solid phase, samakatuwid
Ang ekwilibriyong kemikal ay nangyayari sa pagkakaroon ng lahat ng bahagi ng sistema, ngunit ang pare-parehong ekwilibriyo ay hindi nakasalalay sa mga konsentrasyon ng mga sangkap sa solidong bahagi. Ang ekwilibriyong kemikal ay isang dinamikong proseso. K ay nagbibigay ng impormasyon tungkol sa kurso ng reaksyon, at ΔG - tungkol sa direksyon nito. May kaugnayan sila sa isa't isa:
ΔG 0 = -R × T × lnK
ΔG 0 = -2.303 × R × T × lgK
Paglipat sa chemical equilibrium. Prinsipyo ni Le Chatelier
Mula sa punto ng view ng mga teknolohikal na proseso, ang nababaligtad na mga reaksiyong kemikal ay hindi kapaki-pakinabang, dahil kinakailangan na magkaroon ng kaalaman kung paano dagdagan ang ani ng produkto ng reaksyon, i.e. kinakailangang matutunan kung paano ilipat ang ekwilibriyong kemikal patungo sa mga produkto ng reaksyon.
Isaalang-alang ang isang reaksyon kung saan kinakailangan upang madagdagan ang ani ng ammonia:
N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2NH 3 (g), ΔН< 0
Upang mailipat ang ekwilibriyo sa direksyon ng direkta o baligtad na reaksyon, kinakailangan na gamitin Prinsipyo ni Le Chatelier: kung ang isang sistema sa ekwilibriyo ay apektado ng ilang salik mula sa labas (pagtaas o pagbaba ng temperatura, presyon, dami, konsentrasyon ng mga sangkap), kung gayon ang sistema ay kinokontra ang epektong ito.
Halimbawa, kung ang temperatura ay tumaas sa isang sistema ng balanse, pagkatapos ay sa 2 posibleng mga reaksyon, ang isa ay pupunta na magiging endothermic; kung tataas mo ang presyon, ang balanse ay lilipat patungo sa reaksyon na may malaking bilang ng mga moles ng mga sangkap; kung ang lakas ng tunog sa system ay nabawasan, pagkatapos ay ang equilibrium shift ay ididirekta sa isang pagtaas sa presyon; kung ang konsentrasyon ng isa sa mga panimulang sangkap ay nadagdagan, pagkatapos ay sa 2 posibleng mga reaksyon, ang isa ay pupunta na hahantong sa pagbaba sa konsentrasyon ng balanse ng produkto.
Kaya, na may kaugnayan sa isinasaalang-alang na reaksyon, upang madagdagan ang ani ng ammonia, kinakailangan upang madagdagan ang konsentrasyon ng mga panimulang sangkap; babaan ang temperatura, dahil ang direktang reaksyon ay exothermic, dagdagan ang presyon o bawasan ang volume.
Mga halimbawa ng paglutas ng problema
HALIMBAWA 1
Ang lahat ng mga reaksiyong kemikal ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: irreversible at reversible e mga reaksyon. hindi maibabalik na mga reaksyon dumaloy hanggang sa dulo (hanggang sa kumpletong pagkonsumo ng isa sa mga reagents), at sa nababaligtad wala sa mga reactant ang ganap na natupok, dahil ang isang nababaligtad na reaksyon ay maaaring magpatuloy pareho sa pasulong at sa reverse na direksyon.
Isang halimbawa ng hindi maibabalik na reaksyon:
Zn + 4HNO 3 → Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Isang halimbawa ng isang nababaligtad na reaksyon:
Sa una, ang rate ng pasulong na reaksyon v pr ay malaki, at ang rate ng reverse reaksyon v vol ay katumbas ng zero
 | Ang pag-asa ng mga rate ng pasulong at baligtad na mga reaksyon sa oras τ. Kapag ang mga tulin na ito ay pantay, nangyayari ang ekwilibriyong kemikal. |
Habang nagpapatuloy ang reaksyon, ang mga panimulang materyales ay natupok at bumabagsak ang kanilang mga konsentrasyon. Kasabay nito, lumilitaw ang mga produkto ng reaksyon, tumataas ang kanilang mga konsentrasyon. Bilang isang resulta, ang isang baligtad na reaksyon ay nagsisimulang maganap, at ang rate nito ay unti-unting tumataas. Kapag ang mga rate ng pasulong at baligtad na mga reaksyon ay naging pantay, nangyayari ang chemical equilibrium. Ito ay dinamiko, dahil, kahit na ang mga konsentrasyon ng mga sangkap sa sistema ay nananatiling pare-pareho, ang reaksyon ay patuloy na nagpapatuloy sa parehong pasulong at pabalik na direksyon.
Kung pantay v sa v tungkol sa posibleng ipantay ang kanilang mga ekspresyon ayon sa batas ng pagkilos ng masa *. Halimbawa, para sa nababaligtad na pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa yodo:
k pr ··= k vol 2 o
Saloobin rate constants ng forward at reverse reactions (K) ay tinatawag na equilibrium constant. Sa isang pare-parehong temperatura, ang equilibrium constant ay isang pare-parehong halaga na nagpapakita ng ratio sa pagitan ng mga konsentrasyon ng mga produkto at mga panimulang sangkap, na itinatag sa equilibrium. Halaga K depende sa likas na katangian ng mga reactant at sa temperatura.
Ang sistema ay nasa isang estado ng ekwilibriyo hangga't ang mga panlabas na kondisyon ay nananatiling pare-pareho. Sa pagtaas ng konsentrasyon ng alinman sa mga sangkap na nakikilahok sa reaksyon, ang ekwilibriyo ay lumilipat patungo sa pagkonsumo ng sangkap na ito; kapag ang konsentrasyon ng alinman sa mga sangkap ay bumababa, ang ekwilibriyo ay lumilipat patungo sa pagbuo ng sangkap na ito.
Ang mga reaksiyong kemikal na nagpapatuloy sa parehong direksyon ay tinatawag hindi maibabalik.
Karamihan sa mga prosesong kemikal ay nababaligtad. Nangangahulugan ito na sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang parehong pasulong at pabalik na mga reaksyon ay nangyayari (lalo na pagdating sa mga saradong sistema). 
Halimbawa:
a) reaksyon
sa isang bukas na sistema hindi maibabalik;
b) ang parehong reaksyon
sa isang saradong sistema nababaligtad.
Ekwilibriyo ng kemikal
Isaalang-alang natin nang mas detalyado ang mga prosesong nagaganap sa panahon ng mga reversible reaction, halimbawa, para sa isang conditional na reaksyon:
Batay sa batas ng aksyong masa rate ng pasulong na reaksyon:
Dahil ang mga konsentrasyon ng mga sangkap A at B ay bumababa sa oras, ang rate ng pasulong na reaksyon ay bumababa din.
Ang hitsura ng mga produkto ng reaksyon ay nangangahulugan ng posibilidad ng isang baligtad na reaksyon, at sa paglipas ng panahon, ang mga konsentrasyon ng mga sangkap C at D ay tumataas, na nangangahulugang rate ng reaksyon sa likod.
Maaga o huli, maaabot ang isang estado kung saan ang mga rate ng pasulong at pabalik na mga reaksyon ay magiging pantay = .
Tinatawag ang estado ng isang sistema kung saan ang rate ng pasulong na reaksyon ay katumbas ng rate ng reverse reaction ekwilibriyo ng kemikal.
Sa kasong ito, ang mga konsentrasyon ng mga reactant at mga produkto ng reaksyon ay nananatiling hindi nagbabago. Ang mga ito ay tinatawag na equilibrium concentrations. Sa antas ng macro, tila sa pangkalahatan ay walang nagbabago. Ngunit sa katunayan, ang parehong direkta at baligtad na mga proseso ay patuloy na nagpapatuloy, ngunit sa parehong bilis. Samakatuwid, ang gayong ekwilibriyo sa sistema ay tinatawag na mobile at dynamic.
Tukuyin natin ang mga konsentrasyon ng ekwilibriyo ng mga sangkap bilang [A], [B], [C], [D]. Then since = , k 1 [A] α [B] β = k 2 [C] γ [D] δ , saan
kung saan ang α, β, γ, δ ay mga exponent, katumbas ng mga coefficient sa reversible reaction; K katumbas - pare-pareho ang ekwilibriyong kemikal.
Ang resultang expression ay quantitatively naglalarawan estado ng ekwilibriyo at ito ay isang mathematical expression ng batas ng mass action para sa equilibrium system.
Sa pare-parehong temperatura, ang equilibrium constant ay ang halaga ay pare-pareho para sa isang naibigay na reversible reaction. Ipinapakita nito ang ratio sa pagitan ng mga konsentrasyon ng mga produkto ng reaksyon (numerator) at mga panimulang materyales (denominator), na itinatag sa ekwilibriyo.
Ang mga equilibrium constant ay kinakalkula mula sa pang-eksperimentong data sa pamamagitan ng pagtukoy sa mga konsentrasyon ng equilibrium ng mga panimulang materyales at mga produkto ng reaksyon sa isang tiyak na temperatura.
Ang halaga ng pare-parehong balanse ay nagpapakilala sa ani ng mga produkto ng reaksyon, ang pagkakumpleto ng kurso nito. Kung nakakuha ka ng K » 1, nangangahulugan ito na sa equilibrium [C] γ [D] δ » [A] α [B] β , ibig sabihin, ang mga konsentrasyon ng mga produkto ng reaksyon ay nananaig sa mga konsentrasyon ng mga panimulang sangkap, at ang ani ng mga produkto ng reaksyon ay malaki.
Kapag ang K ay katumbas ng ≈ 1, ang ani ng mga produkto ng reaksyon ay katumbas na maliit. Halimbawa, para sa reaksyon ng hydrolysis ng ethyl ester ng acetic acid
pare-pareho ang balanse:
sa 20 °C mayroon itong halaga na 0.28 (i.e. mas mababa sa 1).
Nangangahulugan ito na ang isang makabuluhang bahagi ng ester ay hindi na-hydrolyzed.
Sa kaso ng mga heterogenous na reaksyon, kasama sa expression ng equilibrium constant ang mga konsentrasyon lamang ng mga substance na nasa gas o liquid phase. Halimbawa, para sa reaksyon
Ang mga equilibrium constants ay ipinahayag tulad ng sumusunod:
Ang halaga ng equilibrium constant ay depende sa likas na katangian ng mga reactant at temperatura.
Ang pare-pareho ay hindi nakasalalay sa pagkakaroon ng isang katalista, dahil binabago nito ang activation energy ng parehong pasulong at pabalik na mga reaksyon sa parehong halaga. Ang katalista ay maaari lamang mapabilis ang simula ng equilibrium nang hindi naaapektuhan ang halaga ng equilibrium constant.
Ang estado ng balanse ay pinananatili para sa isang arbitraryong mahabang panahon sa ilalim ng pare-parehong panlabas na mga kondisyon: temperatura, konsentrasyon ng mga panimulang sangkap, presyon (kung ang mga gas ay kasangkot o nabuo sa reaksyon).
Sa pamamagitan ng pagbabago ng mga kundisyong ito, posibleng ilipat ang sistema mula sa isang estado ng balanse patungo sa isa pa, na naaayon sa mga bagong kundisyon. Ang ganitong paglipat ay tinatawag displacement o pagbabago ng balanse.
Isaalang-alang ang iba't ibang paraan upang ilipat ang ekwilibriyo gamit ang halimbawa ng reaksyon ng pakikipag-ugnayan ng nitrogen at hydrogen sa pagbuo ng ammonia:
Ang epekto ng pagbabago ng konsentrasyon ng mga sangkap
Kapag ang nitrogen N 2 at hydrogen H 2 ay idinagdag sa pinaghalong reaksyon, ang konsentrasyon ng mga gas na ito ay tumataas, na nangangahulugan na tumataas ang rate ng pasulong na reaksyon. Ang ekwilibriyo ay lumilipat sa kanan, patungo sa produkto ng reaksyon, iyon ay, patungo sa ammonia NH 3.
N 2 + 3H 2 → 2NH 3
Ang parehong konklusyon ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsusuri sa expression para sa equilibrium constant. Sa pagtaas ng konsentrasyon ng nitrogen at hydrogen, tumataas ang denominator, at dahil ang K ay pantay. - ang halaga ay pare-pareho, ang numerator ay dapat tumaas. Kaya, ang dami ng produkto ng reaksyon na NH 3 ay tataas sa pinaghalong reaksyon.
Ang pagtaas sa konsentrasyon ng produkto ng reaksyon ng ammonia NH 3 ay hahantong sa pagbabago ng balanse sa kaliwa, patungo sa pagbuo ng mga panimulang materyales. Ang konklusyong ito ay maaaring makuha batay sa katulad na pangangatwiran.
Epekto ng pagbabago ng presyon
Ang pagbabago sa presyon ay nakakaapekto lamang sa mga sistema kung saan kahit isa sa mga sangkap ay nasa gas na estado. Habang tumataas ang presyon, bumababa ang dami ng mga gas, na nangangahulugang tumataas ang kanilang konsentrasyon.
Ipagpalagay na ang presyon sa isang saradong sistema ay nadagdagan, halimbawa, ng 2 beses. Nangangahulugan ito na ang mga konsentrasyon ng lahat ng mga gas na sangkap (N 2, H 2, NH 3) sa reaksyon na isinasaalang-alang ay tataas ng 2 beses. Sa kasong ito, ang numerator sa expression para sa K katumbas ay tataas ng 4 na beses, at ang denominator - sa pamamagitan ng 16 na beses, ibig sabihin, ang ekwilibriyo ay maaabala. Upang maibalik ito, ang konsentrasyon ng ammonia ay dapat tumaas at ang mga konsentrasyon ng nitrogen at hydrogen ay dapat bumaba. Ang balanse ay lilipat sa kanan. Ang pagbabago sa presyon ay halos walang epekto sa dami ng likido at solidong katawan, iyon ay, hindi nito binabago ang kanilang konsentrasyon. Kaya naman, ang estado ng chemical equilibrium ng mga reaksyon kung saan ang mga gas ay hindi nakikilahok ay hindi nakasalalay sa presyon.
Epekto ng pagbabago ng temperatura
Sa pagtaas ng temperatura, tumataas ang mga rate ng lahat ng reaksyon (exo- at endothermic). Bukod dito, ang pagtaas ng temperatura ay may mas malaking epekto sa rate ng mga reaksyong iyon na may mas mataas na activation energy, na nangangahulugan na endothermic.
Kaya, ang rate ng reverse reaction (endothermic) ay tumataas nang higit sa rate ng pasulong. Ang ekwilibriyo ay lilipat patungo sa proseso, na sinamahan ng pagsipsip ng enerhiya.
Ang direksyon ng equilibrium shift ay maaaring mahulaan gamit ang Prinsipyo ni Le Chatelier:
Kung ang isang panlabas na impluwensya ay ibinibigay sa isang sistema sa balanse (konsentrasyon, presyon, mga pagbabago sa temperatura), pagkatapos ay ang balanse ay nagbabago sa direksyon na nagpapahina sa impluwensyang ito.
kaya:
Sa pagtaas ng konsentrasyon ng mga reactant, ang chemical equilibrium ng system ay lumilipat patungo sa pagbuo ng mga produkto ng reaksyon;
Sa pagtaas ng konsentrasyon ng mga produkto ng reaksyon, ang balanse ng kemikal ng sistema ay lumilipat patungo sa pagbuo ng mga panimulang sangkap;
Sa pagtaas ng presyon, ang kemikal na balanse ng sistema ay nagbabago sa direksyon ng reaksyon kung saan ang dami ng mga gas na sangkap na nabuo ay mas mababa;
Habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang ekwilibriyo ng kemikal ng sistema patungo sa isang endothermic na reaksyon;
Sa isang pagbaba sa temperatura - sa direksyon ng exothermic na proseso.
Ang prinsipyo ng Le Chatelier ay naaangkop hindi lamang sa mga reaksiyong kemikal, kundi pati na rin sa maraming iba pang mga proseso: pagsingaw, paghalay, pagtunaw, pagkikristal, atbp. Sa paggawa ng pinakamahalagang produktong kemikal, ang prinsipyo ng Le Chatelier at mga kalkulasyon na nagmula sa batas ng Ginagawang posible ng mass action na makahanap ng mga ganitong kondisyon para sa pagsasagawa ng mga proseso ng kemikal na nagbibigay ng pinakamataas na ani ng nais na sangkap.
Sangguniang materyal para sa pagpasa sa pagsusulit:
periodic table
Talahanayan ng solubility
