A reverzibilis reakció egyensúlyi állapota korlátlan ideig tarthat (külső beavatkozás nélkül). De ha egy ilyen rendszerre külső hatást gyakorolnak (a végső vagy kezdeti anyagok hőmérsékletének, nyomásának vagy koncentrációjának megváltoztatása), akkor az egyensúlyi állapot felborul. Az egyik reakció sebessége nagyobb lesz, mint a másiké. Idővel a rendszer újra egyensúlyi állapotba kerül, de a kiindulási és a végső anyagok új egyensúlyi koncentrációi eltérnek a kezdetiektől. Ebben az esetben a kémiai egyensúly egyik vagy másik irányba történő eltolódásáról beszélünk.

Ha egy külső hatás hatására az előre irányuló reakció sebessége nagyobb lesz, mint a fordított reakció sebessége, akkor ez azt jelenti, hogy a kémiai egyensúly jobbra tolódott el. Ha éppen ellenkezőleg, a fordított reakció sebessége nagyobb lesz, ez azt jelenti, hogy a kémiai egyensúly balra tolódott el.

Az egyensúly jobbra tolásakor a kiindulási anyagok egyensúlyi koncentrációi csökkennek, a véganyagok egyensúlyi koncentrációi pedig nőnek a kezdeti egyensúlyi koncentrációkhoz képest. Ennek megfelelően a reakciótermékek hozama is nő.

A kémiai egyensúly balra tolódása a kiindulási anyagok egyensúlyi koncentrációinak növekedését és a végtermékek egyensúlyi koncentrációjának csökkenését okozza, aminek hozama ebben az esetben csökkenni fog.

A kémiai egyensúly eltolódásának irányát a Le Chatelier-elv alapján határozzuk meg: „Ha egy kémiai egyensúlyi állapotban lévő rendszerre külső hatást fejtenek ki (a reakcióban részt vevő egy vagy több anyag hőmérséklete, nyomása, koncentrációja megváltozik). ), akkor ez az adott reakció sebességének növekedéséhez vezet, aminek lefolyása kompenzálja (csökkenti) a hatást.

Például a kiindulási anyagok koncentrációjának növekedésével a közvetlen reakció sebessége nő, és az egyensúly jobbra tolódik el. A kiindulási anyagok koncentrációjának csökkenésével éppen ellenkezőleg, a fordított reakció sebessége nő, és a kémiai egyensúly balra tolódik el.

A hőmérséklet növekedésével (azaz a rendszer felmelegedésekor) az egyensúly az endoterm reakció bekövetkezte felé tolódik el, ha pedig csökken (vagyis amikor a rendszer lehűl), akkor az exoterm reakció bekövetkezése felé tolódik el. (Ha az előre irányuló reakció exoterm, akkor a fordított reakció szükségszerűen endoterm lesz, és fordítva).

Hangsúlyozni kell, hogy a hőmérséklet emelkedése általában növeli mind az előre, mind a fordított reakció sebességét, de az endoterm reakció sebessége nagyobb mértékben növekszik, mint az exoterm reakció sebessége. Ennek megfelelően a rendszer lehűtésekor az előre és a fordított reakciók sebessége csökken, de nem is olyan mértékben: exoterm reakciónál sokkal kisebb, mint endotermnél.

A nyomásváltozás csak akkor befolyásolja a kémiai egyensúly eltolódását, ha két feltétel teljesül:

szükséges, hogy a reakcióban részt vevő anyagok közül legalább egy gáz halmazállapotú legyen, pl.

CaCO 3 (t) CaO (t) + CO 2 (g) - a nyomásváltozás befolyásolja az egyensúlyi elmozdulást.

CH 3 COOH (l.) + C 2 H 5 OH (l.) CH 3 COOS 2 H 5 (l.) + H 2 O (l.) - a nyomásváltozás nem befolyásolja a kémiai egyensúly eltolódását, mert egyik kiindulási vagy véganyag sem gáz halmazállapotú;

ha több anyag gáz halmazállapotú, akkor szükséges, hogy az egyenlet bal oldalán lévő gázmolekulák száma egy ilyen reakcióhoz ne legyen egyenlő az egyenlet jobb oldalán lévő gázmolekulák számával, például:

2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) - a nyomásváltozás befolyásolja az egyensúlyi eltolódást

I 2 (g) + Н 2 (g) 2НI (g) - a nyomásváltozás nem befolyásolja az egyensúlyi eltolódást

Ha ez a két feltétel teljesül, a nyomásnövekedés az egyensúly eltolódásához vezet a reakció felé, aminek lefolyása csökkenti a rendszerben lévő gázmolekulák számát. Példánkban (SO 2 katalitikus elégetése) ez közvetlen reakció lesz.

A nyomáscsökkenés éppen ellenkezőleg, az egyensúlyt a képződéssel lezajló reakció irányába tolja el több gázmolekulák. Példánkban ez a fordított reakció lesz.

A nyomásnövekedés a rendszer térfogatának csökkenését, ezáltal a gáznemű anyagok moláris koncentrációjának növekedését okozza. Ennek eredményeként az előre és a fordított reakciók sebessége nő, de nem azonos mértékben. Ugyanennek a nyomásnak a hasonló módon történő csökkentése az előre és fordított reakciók sebességének csökkenéséhez vezet. Ugyanakkor a reakciósebesség, amely felé az egyensúly eltolódik, kisebb mértékben csökken.

A katalizátor nem befolyásolja az egyensúlyi eltolódást, mert egyformán gyorsítja (vagy lassítja) mind az előre, mind a hátrameneti reakciókat. Jelenlétében a kémiai egyensúly csak gyorsabban (vagy lassabban) jön létre.

Ha a rendszert egyszerre több tényező is befolyásolja, akkor mindegyik a többitől függetlenül működik. Például az ammónia szintézisében

N 2 (gáz) + 3H 2 (gáz) 2NH3 (gáz)

a reakciót melegítéssel és katalizátor jelenlétében hajtjuk végre a sebesség növelése érdekében, ugyanakkor a hőmérséklet hatására a reakcióegyensúly balra, a fordított endoterm reakció felé tolódik el. Ez az NH 3 kibocsátás csökkenését okozza. A hőmérséklet ezen nemkívánatos hatásának kompenzálására és az ammóniahozam növelésére egyidejűleg a rendszerben a nyomást is megnövelik, ami a reakcióegyensúlyt jobbra tolja el, pl. kisebb számú gázmolekula képződése felé.

Ugyanakkor tapasztalati úton kiválasztják a reakció legoptimálisabb körülményeit (hőmérséklet, nyomás), amelyek mellett az kellően nagy sebességgel megy végbe, és gazdaságilag életképes végterméket ad.

A Le Chatelier elvet hasonlóan alkalmazzák a vegyiparban is a gyártás során egy nagy szám különböző nemzetgazdasági jelentőségű anyagok.

Le Chatelier elve nemcsak reverzibilis kémiai reakciókra alkalmazható, hanem számos egyéb egyensúlyi folyamatra is: fizikai, fizikokémiai, biológiai.

A felnőtt testét számos paraméter relatív állandósága jellemzi, beleértve a különféle biokémiai mutatókat, beleértve a biológiailag aktív anyagok koncentrációját is. Egy ilyen állapot azonban nem nevezhető egyensúlynak, mert nyílt rendszerekre nem vonatkozik.

Az emberi szervezet, mint minden élő rendszer, folyamatosan cserél különféle anyagokat a környezettel: táplálékot fogyaszt, oxidációjuk és bomlásuk termékeit felszabadítja. Ezért a testet jellemzik steady state, amelyet paramétereinek állandóságaként határozunk meg állandó anyag- és energiacsere sebesség mellett a környezettel. Az első közelítésben a stacionárius állapotot relaxációs folyamatokkal összekapcsolt egyensúlyi állapotok sorozatának tekinthetjük. Egyensúlyi állapotban a reakcióban részt vevő anyagok koncentrációját úgy tartják fenn, hogy a kezdeti termékeket kívülről pótolják, a végtermékeket pedig kívülről eltávolítják. Tartalmuk megváltoztatása a szervezetben – a zárt rendszerekkel ellentétben – nem vezet új termodinamikai egyensúlyhoz. A rendszer visszatér eredeti állapotába. Így megmarad a szervezet belső környezetének összetételének és tulajdonságainak relatív dinamikus állandósága, ami meghatározza élettani funkcióinak stabilitását. Az élő rendszernek ezt a tulajdonságát másképp nevezik homeosztázis.

Az álló állapotban lévő szervezet élete során a zárt egyensúlyi rendszerrel ellentétben az entrópia növekedése következik be. Ezzel együtt azonban a fordított folyamat is egyidejűleg megy végbe - az entrópia csökkenése a környezetből alacsony entrópiaértékű tápanyagok (például nagy molekulatömegű vegyületek - fehérjék, poliszacharidok, szénhidrátok stb.) fogyasztása miatt, valamint a bomlástermékek kibocsátása a környezetbe. I. R. Prigozhin álláspontja szerint egy álló állapotban lévő szervezet teljes entrópiatermelése a minimumra irányul.

A nem egyensúlyi termodinamika fejlődéséhez nagyban hozzájárult I. R. Prigozsi, Díjazott Nóbel díj 1977-ben, aki kijelentette, hogy „bármely nem egyensúlyi rendszerben vannak olyan lokális területek, amelyek egyensúlyi állapotban vannak. A klasszikus termodinamikában az egyensúly az egész rendszerre vonatkozik, a nem egyensúlyban pedig csak az egyes részeire.

Megállapítást nyert, hogy az entrópia az ilyen rendszerekben növekszik az embriogenezis időszakában, a regenerációs folyamatok és a rosszindulatú daganatok növekedése során.

Ha egy külső körülmények kémiai folyamat ne változzon, akkor a kémiai egyensúlyi állapot tetszőlegesen hosszú ideig fennmaradhat. A reakciókörülmények (hőmérséklet, nyomás, koncentráció) változtatásával elérhető a kémiai egyensúly elmozdulása vagy eltolódása a kívánt irányba.

Az egyensúly jobbra tolódása azon anyagok koncentrációjának növekedéséhez vezet, amelyek képlete az egyenlet jobb oldalán található. Az egyensúly balra tolódása azon anyagok koncentrációjának növekedéséhez vezet, amelyek képlete a bal oldalon található. Ebben az esetben a rendszer egy új egyensúlyi állapotba kerül, amelyet az jellemez a reakcióban résztvevők egyensúlyi koncentrációinak egyéb értékei.

A változó körülmények okozta kémiai egyensúly-eltolódás A. Le Chatelier francia fizikus 1884-ben megfogalmazott szabályának (Le Chatelier-elv) engedelmeskedik.

Le Chatelier elve:ha egy kémiai egyensúlyi állapotban lévő rendszert bármilyen módon befolyásolnak, például a hőmérséklet, a nyomás vagy a reagensek koncentrációjának megváltoztatásával, akkor az egyensúly a hatást gyengítő reakció irányába tolódik el. .

A koncentráció változásának hatása a kémiai egyensúly eltolódására.

Le Chatelier elve szerint a reakció bármely résztvevőjének koncentrációjának növekedése az egyensúly eltolódását okozza a reakció felé, ami ennek az anyagnak a koncentrációjának csökkenéséhez vezet.

A koncentráció hatása az egyensúlyi állapotra a következő szabályoknak engedelmeskedik:

Az egyik kiindulási anyag koncentrációjának növekedésével a közvetlen reakció sebessége nő, és az egyensúly a reakciótermékek képződésének irányába tolódik el, és fordítva;

Az egyik reakciótermék koncentrációjának növekedésével a fordított reakció sebessége nő, ami az egyensúly eltolódásához vezet a kiindulási anyagok képződése irányába és fordítva.

Például, ha egy egyensúlyi rendszerben:

SO 2 (g) + NO 2 (g) SO 3 (g) + NO (g)

növeljük a SO 2 vagy NO 2 koncentrációját, akkor a tömeghatás törvényének megfelelően a közvetlen reakció sebessége megnő. Ez az egyensúlyt jobbra tolja el, ami a kiindulási anyagok elfogyását és a reakciótermékek koncentrációjának növekedését okozza. Új egyensúlyi állapot jön létre a kiindulási anyagok és reakciótermékek új egyensúlyi koncentrációival. Amikor például az egyik reakciótermék koncentrációja csökken, a rendszer úgy reagál, hogy a termék koncentrációja nő. A közvetlen reakció előnyt jelent, ami a reakciótermékek koncentrációjának növekedéséhez vezet.

A nyomásváltozás hatása a kémiai egyensúly eltolódására.

Le Chatelier elve szerint a nyomásnövekedés az egyensúly eltolódásához vezet a kisebb mennyiségű gáz halmazállapotú részecskék képződése felé, pl. kisebb térfogat felé.

Például be reverzibilis reakció:

2NO 2 (g) 2NO (g) + O 2 (g)

2 mol NO 2-ból 2 mol NO és 1 mol O 2 képződik. Sztöchiometrikus együtthatók képletek előtt gáznemű anyagok jelzik, hogy az előre irányuló reakció a gázok mólszámának növekedéséhez vezet, a fordított reakció pedig éppen ellenkezőleg, csökkenti a gáznemű anyag mólszámát. Ha egy ilyen rendszerre külső hatást gyakorolnak, például a nyomás növelésével, akkor a rendszer úgy reagál, hogy ez a hatás gyengül. A nyomás csökkenhet, ha ennek a reakciónak az egyensúlya egy kisebb mólszámú gáz halmazállapotú anyag felé tolódik el, és ezáltal kisebb térfogatra.

Éppen ellenkezőleg, a nyomás növekedése ebben a rendszerben az egyensúly jobbra tolódásával jár - az NO 2 bomlása felé, ami növeli a gáznemű anyag mennyiségét.

Ha a gáz halmazállapotú anyagok mólszáma a reakció előtt és után változatlan marad, pl. a rendszer térfogata a reakció során nem változik, majd a nyomásváltozás egyformán változtatja az előre és fordított reakciók sebességét, és nem befolyásolja a kémiai egyensúlyi állapotot.

Például reagálva:

H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl (g),

teljes a gáznemű anyagok mólja a reakció előtt és után állandó marad, és a rendszerben a nyomás nem változik. Ebben a rendszerben az egyensúly nem változik a nyomás hatására.

A hőmérséklet változásának hatása a kémiai egyensúly eltolódására.

Mindegyik reverzibilis reakcióban az egyik irány egy exoterm, a másik pedig egy endoterm folyamatnak felel meg. Tehát az ammónia szintézis reakciójában az előremeneti reakció exoterm, a fordított reakció pedig endoterm.

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) + Q (-ΔH).

A hőmérséklet változásával az előre és a fordított reakció sebessége is változik, azonban a sebességváltozás nem azonos mértékben történik. Az Arrhenius-egyenletnek megfelelően egy endoterm reakció, amelyet nagy aktiválási energia jellemez, nagyobb mértékben reagál a hőmérséklet változására.

Ezért ahhoz, hogy felmérjük a hőmérséklet hatását a kémiai egyensúly eltolódásának irányára, ismerni kell a folyamat termikus hatását. Meghatározható kísérletileg, például kaloriméterrel, vagy G. Hess törvénye alapján számítható ki. Megjegyzendő a hőmérséklet változása a kémiai egyensúlyi állandó értékének (K p) változásához vezet.

Le Chatelier elve szerint A hőmérséklet emelkedése az egyensúlyt endoterm reakció felé tolja el. A hőmérséklet csökkenésével az egyensúly az exoterm reakció irányába tolódik el.

Ily módon hőmérséklet emelkedés Az ammóniaszintézis reakciója egyensúlyi eltolódáshoz vezet az endoterm felé reakciók, pl. balra. Az előny a hőelnyeléssel járó fordított reakcióval érhető el.

Ha a rendszer egyensúlyi állapotban van, akkor mindaddig benne marad, amíg a külső feltételek állandóak. Ha a körülmények megváltoznak, akkor a rendszer kibillent az egyensúlyból - a közvetlen és fordított folyamatok sebessége eltérően változik - a reakció lezajlik. Legmagasabb érték az egyensúlyban, a nyomásban vagy a hőmérsékletben szerepet játszó bármely anyag koncentrációjának változása miatt egyensúlyhiány lép fel.

Tekintsük ezen esetek mindegyikét.

Kiegyensúlyozatlanság a reakcióban részt vevő bármely anyag koncentrációjának megváltozása miatt. Legyen a hidrogén, a hidrogén-jodid és a jódgőz egyensúlyban egymással egy bizonyos hőmérsékleten és nyomáson. Vigyünk be további mennyiségű hidrogént a rendszerbe. A tömeghatás törvénye szerint a hidrogénkoncentráció növekedése az előrehaladó reakció - a HI szintézis reakciójának - sebességének növekedésével jár, míg a fordított reakció sebessége nem változik. Előrefelé a reakció gyorsabban megy végbe, mint fordított irányban. Ennek eredményeként a hidrogén és a jódgőz koncentrációja csökken, ami az előrehaladó reakció lelassulását vonja maga után, és a HI koncentrációja nő, ami a fordított reakció felgyorsulását okozza. Egy idő után az előre és fordított reakciók sebessége ismét egyenlő lesz - új egyensúly jön létre. Ugyanakkor a HI koncentráció most magasabb lesz, mint az adagolás előtt volt, és a koncentráció alacsonyabb lesz.

Az egyensúlyhiány okozta koncentrációváltozás folyamatát eltolódásnak vagy egyensúlyi eltolódásnak nevezzük. Ha ebben az esetben az egyenlet jobb oldalán növekszik az anyagok koncentrációja (és persze ezzel egyidejűleg a bal oldali anyagok koncentrációja csökken), akkor azt mondják, hogy az egyensúly eltolódik a jobb, azaz a közvetlen reakció folyásának irányába; a koncentrációk fordított változásával az egyensúly balra - a fordított reakció irányába - eltolódásáról beszélnek. Ebben a példában az egyensúly jobbra tolódott el. Ugyanakkor az anyag, amelynek koncentrációjának növekedése egyensúlyhiányt okozott, reakcióba lépett - koncentrációja csökkent.

Így az egyensúlyban részt vevő bármely anyag koncentrációjának növekedésével az egyensúly ennek az anyagnak a fogyasztása felé tolódik el; ha valamelyik anyag koncentrációja csökken, az egyensúly ennek az anyagnak a képződése felé tolódik el.

Kiegyensúlyozatlanság a nyomás változása miatt (a rendszer térfogatának csökkentésével vagy növelésével). Ha a reakcióban gázok vesznek részt, az egyensúlyt a rendszer térfogatának változása zavarhatja meg.

Tekintsük a nyomás hatását a nitrogén-monoxid és az oxigén közötti reakcióra:

Hagyja, hogy a gázelegy kémiai egyensúlyban legyen egy bizonyos hőmérsékleten és nyomáson. A hőmérséklet megváltoztatása nélkül növeljük a nyomást úgy, hogy a rendszer térfogata 2-szeresére csökkenjen. Az első pillanatban részleges nyomásokés az összes gáz koncentrációja megduplázódik, de az előre és fordított reakciók sebességének aránya megváltozik - az egyensúly megbomlik.

Valójában a nyomás növelése előtt a gázkoncentrációk egyensúlyi értékekkel rendelkeztek, és az előre és fordított reakciók sebessége azonos volt, és az egyenletek határozták meg:

A kompresszió utáni első pillanatban a gázok koncentrációja megduplázódik a kezdeti értékükhöz képest, és egyenlő lesz , és . Ebben az esetben az előre és fordított reakciók sebességét a következő egyenletek határozzák meg:

Így a nyomásnövekedés eredményeként az előre irányuló reakció sebessége 8-szorosára, a fordított reakció sebessége pedig csak 4-szeresére nőtt. A rendszer egyensúlya megbomlik - a közvetlen reakció érvényesül a fordított ellen. A sebességek egyenlővé válása után újra beáll az egyensúly, de a rendszerben lévő mennyiség nő, az egyensúly jobbra tolódik el.

Könnyen belátható, hogy az előre és fordított reakciók sebességének egyenlőtlen változása abból adódik, hogy a baloldali ill. megfelelő részek A vizsgált reakció egyenlete, a gázmolekulák száma eltérő: egy molekula oxigén és két molekula nitrogén-monoxid (csak három molekula gáz) két molekula gázmá - nitrogén-dioxiddá alakul. A gáz nyomása a molekuláinak az edény falára való ütközésének eredménye; ceteris paribus, minél nagyobb egy gáz nyomása, annál több molekulát tartalmaz egy adott térfogatú gáz. Ezért a gázmolekulák számának növekedésével végbemenő reakció a nyomás növekedéséhez, a gázmolekulák számának csökkenésével végbemenő reakció pedig annak csökkenéséhez vezet.

Ezt szem előtt tartva a nyomásnak a kémiai egyensúlyra gyakorolt ​​hatására vonatkozó következtetés a következőképpen fogalmazható meg:

A rendszer összenyomásával történő nyomásnövekedésnél az egyensúly a gázmolekulák számának csökkenése, azaz a nyomás csökkenése felé tolódik el, a nyomás csökkenésével pedig a gázmolekulák számának növekedése felé tolódik el az egyensúly, azaz a nyomásnövekedés felé.

Abban az esetben, ha a reakció a gázmolekulák számának megváltoztatása nélkül megy végbe, az egyensúlyt nem zavarja meg a rendszer összenyomása vagy tágulása. Például a rendszerben

az egyensúlyt nem zavarja meg a térfogatváltozás; A HI kimenet független a nyomástól.

Kiegyensúlyozatlanság a hőmérséklet változása miatt. A kémiai reakciók túlnyomó többségének egyensúlya a hőmérséklettel eltolódik. Az egyensúlyi eltolódás irányát meghatározó tényező a reakció termikus hatásának előjele. Kimutatható, hogy a hőmérséklet emelkedésével az egyensúly az endoterm reakció irányába tolódik el, ha pedig csökken, akkor az exoterm reakció irányába.

Így az ammónia szintézise exoterm reakció

Ezért a hőmérséklet növekedésével a rendszer egyensúlya balra tolódik - az ammónia bomlása felé, mivel ez a folyamat a hő elnyelésével megy végbe.

Ezzel szemben a nitrogén-monoxid (II) szintézise endoterm reakció:

Ezért, amikor a hőmérséklet emelkedik, az egyensúly a rendszerben jobbra tolódik el - a képződés irányába.

A kémiai egyensúly megsértésének vizsgált példáiban megnyilvánuló törvényszerűségek a hatást meghatározó általános elv speciális esetei. különféle tényezők kiegyensúlyozott rendszerekre. Ez a Le Chatelier-elvként ismert elv a következőképpen fogalmazható meg, ha kémiai egyensúlyra alkalmazzuk:

Ha egy egyensúlyban lévő rendszerre bármilyen hatást gyakorolnak, akkor a benne lezajló folyamatok hatására az egyensúly olyan irányba tolódik el, hogy a hatás csökken.

Valójában, amikor a reakcióban részt vevő anyagok egyikét bevezetjük a rendszerbe, az egyensúly ennek az anyagnak a fogyasztása felé tolódik el. "Amikor a nyomás emelkedik, eltolódik, így a rendszerben a nyomás csökken; ha a hőmérséklet emelkedik, az egyensúly egy endoterm reakció felé tolódik el - a rendszer hőmérséklete csökken.

Le Chatelier elve nemcsak a kémiai, hanem a különféle fizikai-kémiai egyensúlyokra is vonatkozik. Az egyensúlyi eltolódás az olyan folyamatok körülményeinek megváltoztatásakor, mint a forrás, a kristályosodás, az oldódás, a Le Chatelier elvnek megfelelően történik.

A kémiai egyensúly a rendszer olyan állapota, amelyben mindkét reakció - közvetlen és fordított - azonos sebességű. Mi jellemzi ezt a jelenséget, és milyen tényezők befolyásolják a kémiai egyensúlyt?

kémiai egyensúly. Általános tulajdonságok

A kémiai egyensúly az állapotra vonatkozik kémiai rendszer, amelynél a reakcióban lévő anyagok kezdeti mennyisége nem változik az idő múlásával.

A kémiai egyensúly három típusra osztható:

• valódi egyensúly- ez egy olyan egyensúly, amelyre az időbeli állandóság jellemző, feltéve, hogy nincs külső hatás. Ha a külső feltételek megváltoznak, akkor a rendszer állapota is megváltozik, de a feltételek helyreállítása után az állapot is azonos lesz. A valódi egyensúlyi állapot két oldalról tekinthető: a reakciótermékek és a kiindulási anyagok oldaláról.
• metastabil (látszólagos) egyensúly- ez az állapot akkor következik be, ha a valódi egyensúly bármely feltétele nem teljesül.
• retardált (hamis) egyensúly a rendszer olyan állapota, amely visszafordíthatatlanul megváltozik a külső feltételek megváltozásakor.

Egyensúlyi eltolódás a kémiai reakciókban

A kémiai egyensúly három paramétertől függ: hőmérséklet, nyomás, anyag koncentrációja. Henri Louis Le Chatelier francia kémikus 1884-ben fogalmazta meg a dinamikus egyensúly elvét, amely szerint egy egyensúlyi rendszer külső hatás hatására hajlamos visszatérni egyensúlyi állapotába. Vagyis külső behatás hatására az egyensúly úgy eltolódik, hogy ez a hatás semlegesül.

Rizs. 1. Henri Louis Le Chatelier.

A Le Chatelier által megfogalmazott elveket a "kémiai reakciók egyensúlyának eltolása" elveinek is nevezik.

A következő tényezők befolyásolják a kémiai egyensúlyt:

• hőfok. A hőmérséklet emelkedésével a kémiai egyensúly a reakció abszorpciója felé tolódik el. Ha a hőmérsékletet csökkentjük, akkor az egyensúly a reakció fejlődésének irányába tolódik el.

Rizs. 2. A hőmérséklet-változás hatása a kémiai egyensúlyra.

Az abszorpciós reakciót endoterm reakciónak, a felszabadulási reakciót exotermnek nevezzük.

• nyomás. Ha egy kémiai reakcióban a nyomás nő, akkor a kémiai egyensúly az anyag legkisebb térfogata felé tolódik el. Ha a nyomás csökken, akkor az egyensúly az anyag legnagyobb térfogatának irányába tolódik el. Ez az elv csak gázokra vonatkozik, szilárd anyagokra nem.
• koncentráció. Ha egy kémiai reakció során az egyik anyag koncentrációját növeljük, akkor az egyensúly a reakció termékei felé tolódik el, ha pedig a koncentrációt csökkentjük, akkor az egyensúly a kiindulási anyagok felé tolódik el.

Rizs. 3. A koncentrációváltozás hatása a kémiai egyensúlyra.

A katalizátor nem tartozik a kémiai egyensúly eltolódását befolyásoló tényezők közé.

Mit tanultunk?

Kémiai egyensúly esetén az egyes reakciópárok sebessége megegyezik egymással. A 9. osztályban vizsgált kémiai egyensúly három típusra osztható: igaz, metastabil (látszólagos), gátolt (hamis). A kémiai egyensúly termodinamikai elméletét először Le Chatelier tudós fogalmazta meg. Csak három tényező befolyásolja a rendszer egyensúlyát: nyomás, hőmérséklet, kiindulási anyag koncentrációja.

Téma kvíz

Jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.6. Összes értékelés: 75.

Fő cikk: Le Chatelier-Brown elv

A kémiai egyensúly helyzete a következő reakcióparaméterektől függ: hőmérséklet, nyomás és koncentráció. Ezeknek a tényezőknek a befolyása kémiai reakció, engedelmeskedjen annak a mintának, amely kifejezésre jutott Általános nézet Le Chatelier francia tudós 1885-ben.

A kémiai egyensúlyt befolyásoló tényezők:

1) hőmérséklet

A hőmérséklet emelkedésével a kémiai egyensúly egy endoterm (abszorpciós) reakció, csökkenésével pedig egy exoterm (izolációs) reakció felé tolódik el.

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →

2) nyomás

A nyomás növekedésével a kémiai egyensúly kisebb mennyiségű anyag felé tolódik el, ha csökken, akkor nagyobb térfogat felé. Ez az elv csak a gázokra vonatkozik, pl. ha a reakcióban szilárd anyagok vesznek részt, azokat nem veszik figyelembe.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1 mol = 1 mol + 1 mol

3) a kiindulási anyagok és reakciótermékek koncentrációja

Az egyik kiindulási anyag koncentrációjának növekedésével a kémiai egyensúly a reakciótermékek, a reakciótermékek koncentrációjának növekedésével pedig a kiindulási anyagok felé tolódik el.

S 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←

A katalizátorok nem befolyásolják a kémiai egyensúly eltolódását!

A kémiai egyensúly alapvető mennyiségi jellemzői: kémiai egyensúlyi állandó, konverzió foka, disszociáció foka, egyensúlyi hozam. Magyarázza meg ezeknek a mennyiségeknek a jelentését konkrét kémiai reakciók példáján!

A kémiai termodinamikában a tömeghatás törvénye a kiindulási anyagok és reakciótermékek egyensúlyi aktivitását a következő összefüggés szerint hozza összefüggésbe:

Anyag tevékenység. Az aktivitás helyett használhatók a koncentráció (ideális oldat reakciójához), a parciális nyomások (reakció ideális gázok keverékében), a fugacity (reakció valódi gázok keverékében);

Sztöchiometrikus együttható (a kezdeti anyagoknál negatívnak, a termékeknél pozitívnak számít);

Kémiai egyensúlyi állandó. Az "a" index itt az aktivitási érték használatát jelenti a képletben.

A reakció hatékonyságát általában a reakciótermék hozamának kiszámításával értékelik (5.11. szakasz). A reakció hatékonyságát azonban úgy is felmérhetjük, hogy meghatározzuk, hogy a legfontosabb (általában a legdrágább) anyag melyik része vált a reakció céltermékévé, például az SO 2 melyik része alakult SO 3 -dá az előállítás során. kénsavból, azaz talál konverziós fok eredeti anyag.

Legyen egy rövid séma a folyamatban lévő reakcióról

Ekkor az A anyag B anyaggá (A) való átalakulásának mértékét a következő egyenlet határozza meg

ahol n proreag (A) az A reagens anyagának az a mennyisége, amely reakcióba lép a B termék előállítására, és n kezdeti (A) - az A reagens anyagának kezdeti mennyisége.

Az átalakulás mértéke természetesen nemcsak az anyag mennyiségével, hanem bármilyen vele arányos mennyiséggel is kifejezhető: a molekulák számával (képletegységeivel), tömegével, térfogatával.

Ha az A reagenst hiányosan vesszük, és a B termék vesztesége elhanyagolható, akkor az A reagens átalakulási foka általában megegyezik a B termék hozamával

Kivételt képeznek azok a reakciók, amelyekben a kiindulási anyag nyilvánvalóan több termék előállítására fogy. Így például a reakcióban

Cl 2 + 2KOH \u003d KCl + KClO + H 2 O

a klór (reagens) egyformán kálium-kloriddá és kálium-hipoklorittá alakul. Ebben a reakcióban még 100%-os KClO hozam mellett is 50%-os a klór átalakulási foka.

Az Ön által ismert mennyiség - a protolízis mértéke (12.4. bekezdés) - az átalakulás mértékének speciális esete:

A TED keretein belül hasonló mennyiségeket neveznek disszociáció foka savak vagy bázisok (más néven a protolízis mértéke). A disszociáció mértéke az Ostwald-hígítási törvény szerinti disszociációs állandóhoz kapcsolódik.

Ugyanezen elmélet keretein belül a hidrolízis egyensúlyát az jellemzi hidrolízis foka (h), miközben a következő kifejezéseket használja az anyag kezdeti koncentrációjára ( Val vel) valamint a hidrolízis során keletkező gyenge savak (K HA) és gyenge bázisok disszociációs állandói ( K MOH):

Az első kifejezés a sóhidrolízisre érvényes gyenge sav, a második egy gyenge bázis sója, a harmadik pedig egy gyenge sav és egy gyenge bázis sója. Mindezek a kifejezések csak olyan híg oldatokra használhatók, amelyek hidrolízisfoka legfeljebb 0,05 (5%).

Az egyensúlyi hozamot általában az ismert egyensúlyi állandó határozza meg, amelyhez minden esetben egy bizonyos arányban kapcsolódik.

A termék hozama megváltoztatható a reakció egyensúlyának eltolásával reverzibilis folyamatokban, olyan tényezők hatására, mint a hőmérséklet, nyomás, koncentráció.

A Le Chatelier-elvnek megfelelően egyszerű reakciók során a konverzió egyensúlyi foka a nyomás növekedésével növekszik, míg más esetekben a reakcióelegy térfogata nem változik és a termék hozama nem függ a nyomástól.

A hőmérséklet hatását az egyensúlyi hozamra, valamint az egyensúlyi állandóra a reakció termikus hatásának előjele határozza meg.

A reverzibilis folyamatok teljesebb értékeléséhez az elméleti hozamot (az egyensúlyi hozamot) használjuk, amely egyenlő a ténylegesen kapott w termék és az egyensúlyi állapotban kapott mennyiség arányával. .

TERMÁLIS DISSZOCIÁCIÓS vegyszer

egy anyag reverzibilis bomlásának reakciója, amelyet a hőmérséklet emelkedése okoz.

T. d.-vel egy anyagból több (2H2H + OSaO + CO) vagy egy egyszerűbb anyag képződik

Az egyensúly stb. a ható tömegtörvény szerint jön létre. Azt

vagy az egyensúlyi állandóval vagy a disszociáció mértékével jellemezhető

(a bomlott molekulák számának aránya az összes molekulaszámhoz képest). NÁL NÉL

a legtöbb esetben a T.d.-t hőfelvétel kíséri (növekmény

entalpia

DN>0); ezért a Le Chatelier-Brown elvnek megfelelően

a melegítés felerősíti, meghatározzuk a T. d.-nek a hőmérséklettel való elmozdulásának mértékét

a DN abszolút értéke. A nyomás megakadályozza a T. d. minél erősebb, annál nagyobb

gáznemű anyagok mólszámának (Di) változása (növekedése).

a disszociáció mértéke nem függ a nyomástól. Ha egy szilárd anyagok nem

szilárd oldatokat képeznek, és nincsenek erősen diszpergált állapotban,

akkor a T. d. nyomást egyértelműen a hőmérséklet határozza meg. A T megvalósításához.

szilárd anyagok (oxidok, kristályos hidrátok stb.)

fontos tudni

hőmérséklet, amelyen a disszociációs nyomás egyenlő lesz a külső nyomással (különösen

légköri nyomás. Mivel a kiáramló gáz legyőzheti

környezeti nyomás, majd ennek a hőmérsékletnek az elérésekor a bomlási folyamat

azonnal felerősödik.

A disszociáció mértékének függése a hőmérséklettől: a disszociáció mértéke a hőmérséklet emelkedésével nő (a hőmérséklet emelkedése az oldott részecskék kinetikus energiájának növekedéséhez vezet, ami hozzájárul a molekulák ionokká bomlásához)

A kiindulási anyagok átalakulási foka és a termék egyensúlyi hozama. Számításuk módszerei adott hőmérsékleten. Milyen adatok kellenek ehhez? Adjon meg egy sémát a kémiai egyensúly ezen mennyiségi jellemzőinek bármelyikének kiszámítására egy tetszőleges példa segítségével!

Az átalakulás mértéke a reagált reagens mennyisége a kezdeti mennyiséghez viszonyítva. Mert a legegyszerűbb reakció, ahol a koncentráció a reaktor bemeneténél vagy a szakaszos folyamat elején, a reaktor kimeneténél mért koncentráció vagy a szakaszos folyamat aktuális pillanata. Egy önkényes reakcióhoz pl. , a definíciónak megfelelően a számítási képlet ugyanaz: . Ha több reagens van a reakcióban, akkor mindegyikre kiszámítható az átalakulás mértéke, például a reakcióhoz Az átalakulás mértékének a reakcióidőtől való függését a reagens koncentrációjának időbeli változása határozza meg. Az idő kezdeti pillanatában, amikor semmi sem változott, az átalakulás mértéke nulla. Ezután, ahogy a reagens átalakul, az átalakulás mértéke növekszik. Irreverzibilis reakció esetén, amikor semmi sem akadályozza meg a reagens teljes elfogyását, értéke (1. ábra) egységnyire (100%) hajlik. 1. ábra Minél nagyobb a sebességi állandó értéke által meghatározott reagensfogyasztás, annál gyorsabban növekszik a konverzió mértéke, ami az ábrán látható. Ha a reakció reverzibilis, akkor a reakció egyensúlyi állapotba kerülésekor az átalakulás mértéke egyensúlyi értékre hajlik, amelynek értéke az előre és a fordított reakció sebességi állandóinak arányától (az egyensúlyi állandótól) függ. . 2). 2. ábra A céltermék hozama A termék hozama a ténylegesen előállított céltermék mennyisége a termék azon mennyiségéhez viszonyítva, amelyet akkor kaptunk volna, ha a teljes reagens bekerült volna ebbe a termékbe (a lehetséges maximális mennyiségig). a kapott termék). Vagy (a reagens révén): a céltermékké ténylegesen átalakult reagens mennyisége osztva a reagens kezdeti mennyiségével. A legegyszerűbb reakció esetén a hozam , és szem előtt tartva, hogy ennél a reakciónál , azaz a legegyszerűbb reakciónál a hozam és az átalakulás mértéke egy és ugyanaz. Ha az átalakulás például az anyagok mennyiségének változásával történik, akkor a definíció szerint a sztöchiometrikus együtthatót bele kell foglalni a számított kifejezésbe. Az első definíció szerint a reagens teljes kezdeti mennyiségéből nyert termék képzeletbeli mennyisége ennél a reakciónál feleannyi lesz, mint a reagens kezdeti mennyisége, azaz. és a számítási képlet . A második definíció szerint a céltermékké ténylegesen átalakult reagens mennyisége kétszer akkora lesz, mint ennek a terméknek a mennyisége, pl. , majd a számítási képlet . Természetesen mindkét kifejezés ugyanaz. Bonyolultabb reakció esetén a számítási képletek a definíciónak megfelelően pontosan ugyanúgy vannak felírva, de ebben az esetben a hozam már nem egyenlő az átváltás mértékével. Például a reakcióhoz . Ha több reagens van a reakcióban, akkor mindegyikre számítható a hozam, ha emellett több céltermék is van, akkor a hozam bármely céltermékre számítható bármely reagensre. Amint a számítási képlet felépítéséből kitűnik (a nevező állandó értéket tartalmaz), a hozam reakcióidőtől való függését a céltermék koncentrációjának időfüggése határozza meg. Tehát például a reakcióhoz ez a függőség úgy néz ki, mint a 3. ábrán. 3. ábra

Az átalakulás mértéke, mint a kémiai egyensúly mennyiségi jellemzője. Hogyan befolyásolja a teljes nyomás és a hőmérséklet növekedése a reagens átalakulási fokát ... egy gázfázisú reakcióban: ( adott az egyenlet)? Adja meg a válasz indoklását és a megfelelő matematikai kifejezéseket!