Pusiausvyros būsena grįžtamai reakcijai gali trukti neribotą laiką (be išorės įsikišimo). Bet jei tokiai sistemai bus taikomas išorinis poveikis (pakeisti galutinių ar pradinių medžiagų temperatūrą, slėgį ar koncentraciją), tada pusiausvyros būsena bus sutrikdyta. Vienos reakcijos greitis taps didesnis nei kitos. Laikui bėgant sistema vėl įgaus pusiausvyros būseną, tačiau naujos pradinės ir galutinės medžiagų pusiausvyros koncentracijos skirsis nuo pradinių. Šiuo atveju kalbama apie cheminės pusiausvyros poslinkį viena ar kita kryptimi.

Jei dėl išorinės įtakos tiesioginės reakcijos greitis tampa didesnis nei atvirkštinės reakcijos greitis, tai reiškia, kad cheminė pusiausvyra pasislinko į dešinę. Jei, atvirkščiai, atvirkštinės reakcijos greitis tampa didesnis, tai reiškia, kad cheminė pusiausvyra pasislinko į kairę.

Pusiausvyrą paslinkus į dešinę, pradinių medžiagų pusiausvyros koncentracijos mažėja, o galutinių medžiagų pusiausvyros koncentracijos didėja, lyginant su pradinėmis pusiausvyros koncentracijomis. Atitinkamai didėja ir reakcijos produktų išeiga.

Cheminės pusiausvyros poslinkis į kairę sukelia pradinių medžiagų pusiausvyros koncentracijų padidėjimą ir galutinių produktų, kurių išeiga tokiu atveju sumažės, pusiausvyros koncentracijų mažėjimą.

Cheminės pusiausvyros poslinkio kryptis nustatoma naudojant Le Chatelier principą: „Jei sistemai, kuri yra cheminės pusiausvyros būsenoje, daromas išorinis poveikis (pakeisti vienos ar kelių reakcijoje dalyvaujančių medžiagų temperatūrą, slėgį, koncentraciją). ), tada dėl to padidės tos reakcijos greitis, kurio eiga kompensuos (sumažins) poveikį.

Pavyzdžiui, padidėjus pradinių medžiagų koncentracijai, didėja tiesioginės reakcijos greitis, o pusiausvyra pasislenka į dešinę. Sumažėjus pradinių medžiagų koncentracijai, atvirkščiai, didėja atvirkštinės reakcijos greitis, o cheminė pusiausvyra pasislenka į kairę.

Kylant temperatūrai (t.y. kai sistema šildoma), pusiausvyra pasislenka endoterminės reakcijos atsiradimo link, o mažėjant (t.y. sistemai aušinant) – link egzoterminės reakcijos. (Jei tiesioginė reakcija yra egzoterminė, tada atvirkštinė reakcija būtinai bus endoterminė, ir atvirkščiai).

Reikėtų pabrėžti, kad temperatūros padidėjimas, kaip taisyklė, padidina tiek tiesioginės, tiek atvirkštinės reakcijos greitį, tačiau endoterminės reakcijos greitis padidėja daugiau nei egzoterminės reakcijos greitis. Atitinkamai, kai sistema atšaldoma, tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greitis mažėja, bet ir ne tokiu pat mastu: egzoterminės reakcijos atveju jis yra daug mažesnis nei endoterminės reakcijos.

Slėgio pokytis turi įtakos cheminės pusiausvyros pokyčiui tik tuo atveju, jei tenkinamos dvi sąlygos:

būtina, kad bent viena iš reakcijoje dalyvaujančių medžiagų būtų dujinės būsenos, pavyzdžiui:

CaCO 3 (t) CaO (t) + CO 2 (g) - slėgio pokytis turi įtakos pusiausvyros poslinkiui.

CH 3 COOH (l.) + C 2 H 5 OH (l.) CH 3 COOS 2 H 5 (l.) + H 2 O (l.) - slėgio pokytis neturi įtakos cheminės pusiausvyros poslinkiui, nes nė viena iš pradinių ar galutinių medžiagų nėra dujinės būsenos;

jei kelios medžiagos yra dujinės būsenos, būtina, kad tokios reakcijos dujų molekulių skaičius kairėje lygties pusėje nebūtų lygus dujų molekulių skaičiui dešinėje lygties pusėje, pavyzdžiui:

2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) - slėgio pokytis turi įtakos pusiausvyros poslinkiui

I 2 (g) + Н 2 (g) 2НI (g) - slėgio pokytis neturi įtakos pusiausvyros poslinkiui

Kai įvykdomos šios dvi sąlygos, slėgio padidėjimas lemia pusiausvyros poslinkį reakcijos link, kurios eiga sumažina dujų molekulių skaičių sistemoje. Mūsų pavyzdyje (katalizinis SO 2 deginimas) tai bus tiesioginė reakcija.

Slėgio sumažėjimas, priešingai, perkelia pusiausvyrą reakcijos, vykstančios formuojant, kryptimi daugiau dujų molekulių. Mūsų pavyzdyje tai bus atvirkštinė reakcija.

Padidėjus slėgiui, sumažėja sistemos tūris, taigi ir padidėja dujinių medžiagų molinė koncentracija. Dėl to didėja tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greitis, bet ne tokiu pačiu mastu. Panašiu būdu sumažinus tą patį slėgį, sumažėja tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greitis. Tačiau tuo pačiu metu reakcijos greitis, link kurio pusiausvyra pasislenka, mažėja mažesniu mastu.

Katalizatorius neturi įtakos pusiausvyros poslinkiui, nes jis vienodai pagreitina (arba sulėtina) tiek pirmyn, tiek atgalinės reakcijos. Esant jai cheminė pusiausvyra nusistovi tik greičiau (arba lėčiau).

Jei sistemą vienu metu veikia keli veiksniai, tai kiekvienas iš jų veikia nepriklausomai nuo kitų. Pavyzdžiui, amoniako sintezėje

N 2 (dujos) + 3H 2 (dujos) 2NH3 (dujos)

reakcija vykdoma kaitinant ir esant katalizatoriui, kad padidėtų jos greitis.Tačiau tuo pačiu temperatūros poveikis lemia tai, kad reakcijos pusiausvyra pasislenka į kairę, link atvirkštinės endoterminės reakcijos. Dėl to sumažėja NH 3 išeiga. Siekiant kompensuoti šį nepageidaujamą temperatūros poveikį ir padidinti amoniako išeigą, kartu padidinamas slėgis sistemoje, dėl to reakcijos pusiausvyra pasislenka į dešinę, t.y. mažesnio skaičiaus dujų molekulių susidarymo link.

Tuo pačiu metu empiriškai parenkamos optimaliausios reakcijos sąlygos (temperatūra, slėgis), kurioms esant ji vyktų pakankamai dideliu greičiu ir duotų ekonomiškai pagrįstą galutinio produkto išeigą.

Le Chatelier principas panašiai naudojamas chemijos pramonėje gaminant didelis skaičiusįvairios labai svarbios šalies ekonomikai medžiagos.

Le Chatelier principas taikytinas ne tik grįžtamoms cheminėms reakcijoms, bet ir įvairiems kitiems pusiausvyros procesams: fizikiniams, fizikiniams ir cheminiams, biologiniams.

Suaugusio žmogaus organizmui būdingas santykinis daugelio parametrų pastovumas, įskaitant įvairius biocheminius rodiklius, įskaitant biologiškai aktyvių medžiagų koncentraciją. Tačiau tokios būsenos negalima vadinti pusiausvyra, nes jis netaikomas atviroms sistemoms.

Žmogaus organizmas, kaip ir bet kuri gyva sistema, nuolat keičiasi įvairiomis medžiagomis su aplinka: suvartoja maistą ir išskiria jų oksidacijos ir skilimo produktus. Todėl organizmas yra charakterizuojamas pastovi būsena, apibrėžiamas kaip jo parametrų pastovumas esant pastoviam medžiagų ir energijos mainų su aplinka greičiu. Pirmuoju aproksimavimu stacionarioji būsena gali būti laikoma pusiausvyros būsenų, sujungtų atsipalaidavimo procesais, serija. Pusiausvyros būsenoje reakcijoje dalyvaujančių medžiagų koncentracijos palaikomos papildant pradinius produktus iš išorės ir pašalinant galutinius produktus į išorę. Pakeitus jų kiekį organizme, priešingai nei uždarose sistemose, neatsiranda nauja termodinaminė pusiausvyra. Sistema grįžta į pradinę būseną. Taigi išlaikomas santykinis dinaminis organizmo vidinės aplinkos sudėties ir savybių pastovumas, lemiantis jo fiziologinių funkcijų stabilumą. Ši gyvosios sistemos savybė vadinama kitaip homeostazė.

Stacionarios būsenos organizmo gyvavimo eigoje, priešingai nei uždaroje pusiausvyros sistemoje, didėja entropija. Tačiau kartu su tuo vyksta ir atvirkštinis procesas – sumažėja entropija dėl mažos entropijos vertės maistinių medžiagų suvartojimo iš aplinkos (pavyzdžiui, didelės molekulinės masės junginių – baltymų, polisacharidų, angliavandenių ir kt.) skilimo produktų išmetimas į aplinką. Remiantis I. R. Prigožino pozicija, bendra entropijos gamyba nejudančio organizmo organizmui yra minimali.

Didelį indėlį į nepusiausvyros termodinamikos plėtrą įnešė I. R. Prigožis, Laureatas Nobelio premija 1977 m., kuris teigė, kad „bet kurioje nepusiausvyros sistemoje yra vietinių sričių, kurios yra pusiausvyros būsenoje. Klasikinėje termodinamikoje pusiausvyra reiškia visą sistemą, o nepusiausvyra – tik atskiras jos dalis.

Nustatyta, kad entropija tokiose sistemose didėja embriogenezės laikotarpiu, atsinaujinimo ir piktybinių navikų augimo procesų metu.

Jeigu išorinės sąlygos cheminis procesas nesikeičia, tada cheminės pusiausvyros būsena gali būti palaikoma savavališkai ilgą laiką. Keičiant reakcijos sąlygas (temperatūrą, slėgį, koncentraciją), galima pasiekti cheminės pusiausvyros poslinkis arba poslinkis reikiama kryptimi.

Pusiausvyros poslinkis į dešinę padidina medžiagų, kurių formulės yra dešinėje lygties pusėje, koncentraciją. Pusiausvyros poslinkis į kairę padidins medžiagų, kurių formulės yra kairėje, koncentracija. Tokiu atveju sistema pereis į naują pusiausvyros būseną, kuriai būdinga kitos reakcijos dalyvių pusiausvyros koncentracijos vertės.

Cheminės pusiausvyros poslinkis, kurį sukelia kintančios sąlygos, paklūsta taisyklei, kurią 1884 m. suformulavo prancūzų fizikas A. Le Chatelier (Le Chatelier principas).

Le Chatelier principas:jei sistema, esanti cheminės pusiausvyros būsenoje, yra kaip nors paveikta, pavyzdžiui, keičiant temperatūrą, slėgį ar reagentų koncentracijas, tada pusiausvyra pasislinks reakcijos kryptimi, kuri silpnina poveikį. .

Koncentracijos kitimo įtaka cheminės pusiausvyros poslinkiui.

Pagal Le Chatelier principą bet kurio iš reakcijos dalyvių koncentracijos padidėjimas sukelia pusiausvyros poslinkį reakcijos link, dėl ko sumažėja šios medžiagos koncentracija.

Koncentracijos įtaka pusiausvyros būklei paklūsta šioms taisyklėms:

Padidėjus vienos iš pradinių medžiagų koncentracijai, didėja tiesioginės reakcijos greitis, o pusiausvyra pasislenka reakcijos produktų susidarymo kryptimi ir atvirkščiai;

Padidėjus vieno iš reakcijos produktų koncentracijai, didėja atvirkštinės reakcijos greitis, o tai lemia pusiausvyros poslinkį pradinių medžiagų susidarymo kryptimi ir atvirkščiai.

Pavyzdžiui, jei pusiausvyros sistemoje:

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

padidinti SO 2 arba NO 2 koncentraciją, tada pagal masės veikimo dėsnį tiesioginės reakcijos greitis padidės. Tai perkels pusiausvyrą į dešinę, o tai sukels pradinių medžiagų suvartojimą ir padidės reakcijos produktų koncentracija. Bus nustatyta nauja pusiausvyros būsena su naujomis pradinių medžiagų ir reakcijos produktų pusiausvyros koncentracijomis. Sumažėjus, pavyzdžiui, vieno iš reakcijos produktų koncentracijai, sistema reaguos taip, kad padidės produkto koncentracija. Privalumas bus suteiktas tiesioginei reakcijai, dėl kurios padidės reakcijos produktų koncentracija.

Slėgio kitimo įtaka cheminės pusiausvyros poslinkiui.

Pagal Le Chatelier principą slėgio padidėjimas lemia pusiausvyros poslinkį mažesnio kiekio dujinių dalelių susidarymo link, t.y. mažesnio tūrio link.

Pavyzdžiui, į grįžtama reakcija:

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

iš 2 mol NO 2 susidaro 2 mol NO ir 1 mol O 2. Stechiometriniai koeficientai prieš formules dujinių medžiagų rodo, kad tiesioginė reakcija padidina dujų molių skaičių, o atvirkštinė reakcija, priešingai, sumažina dujinės medžiagos molių skaičių. Jei tokiai sistemai daromas išorinis poveikis, pavyzdžiui, didinant slėgį, sistema reaguos taip, kad susilpnins šį poveikį. Slėgis gali sumažėti, jei šios reakcijos pusiausvyra pasislenka į mažesnį dujinės medžiagos molių skaičių, taigi ir į mažesnį tūrį.

Priešingai, slėgio padidėjimas šioje sistemoje yra susijęs su pusiausvyros poslinkiu į dešinę – link NO 2 skilimo, o tai padidina dujinių medžiagų kiekį.

Jei prieš ir po reakcijos dujinių medžiagų molių skaičius išlieka pastovus, t.y. sistemos tūris reakcijos metu nekinta, tada slėgio pokytis vienodai keičia tiesioginės ir atvirkštinės reakcijų greitį ir neturi įtakos cheminės pusiausvyros būklei.

Pavyzdžiui, reaguojant:

H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g),

viso dujinių medžiagų molis prieš ir po reakcijos išlieka pastovus ir slėgis sistemoje nekinta. Pusiausvyra šioje sistemoje nesikeičia esant slėgiui.

Temperatūros kaitos įtaka cheminės pusiausvyros poslinkiui.

Kiekvienoje grįžtamojoje reakcijoje viena iš krypčių atitinka egzoterminį procesą, o kita – endoterminį. Taigi amoniako sintezės reakcijoje tiesioginė reakcija yra egzoterminė, o atvirkštinė - endoterminė.

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) + Q (-ΔH).

Keičiantis temperatūrai, keičiasi ir tiesioginės, ir atvirkštinės reakcijos greitis, tačiau greičių pokytis nevyksta vienodai. Pagal Arrhenius lygtį endoterminė reakcija, kuriai būdinga didelė aktyvacijos energijos vertė, labiau reaguoja į temperatūros pokyčius.

Todėl norint įvertinti temperatūros įtaką cheminės pusiausvyros poslinkio krypčiai, būtina žinoti proceso terminį poveikį. Jį galima nustatyti eksperimentiniu būdu, pavyzdžiui, naudojant kalorimetrą, arba apskaičiuoti pagal G. Hesso dėsnį. Reikėtų pažymėti, kad temperatūros pokytis lemia cheminės pusiausvyros konstantos (K p) vertės pasikeitimą.

Pagal Le Chatelier principą Temperatūros padidėjimas perkelia pusiausvyrą link endoterminės reakcijos. Temperatūrai mažėjant, pusiausvyra pasislenka egzoterminės reakcijos kryptimi.

Šiuo būdu, temperatūros kilimas amoniako sintezės reakcija sukels pusiausvyros poslinkį link endoterminio reakcijos, t.y. į kairę. Privalumas pasiekiamas atvirkštine reakcija, vykstančia sugeriant šilumą.

Jei sistema yra pusiausvyros būsenoje, ji joje išliks tol, kol išorinės sąlygos išliks pastovios. Jei sąlygos pasikeis, tada sistema išeis iš pusiausvyros – tiesioginių ir atvirkštinių procesų greičiai pasikeis skirtingai – reakcija vyks. Aukščiausia vertė yra disbalanso atvejų dėl bet kurios iš pusiausvyroje, slėgyje ar temperatūroje dalyvaujančių medžiagų koncentracijos pasikeitimo.

Panagrinėkime kiekvieną iš šių atvejų.

Disbalansas dėl bet kurios reakcijoje dalyvaujančių medžiagų koncentracijos pasikeitimo. Tegul vandenilis, vandenilio jodidas ir jodo garai yra pusiausvyroje tam tikroje temperatūroje ir slėgyje. Į sistemą įveskime papildomą vandenilio kiekį. Pagal masės veikimo dėsnį, padidėjus vandenilio koncentracijai, padidės tiesioginės reakcijos greitis - HI sintezė, o atvirkštinės reakcijos greitis nepasikeis. Į priekį reakcija dabar vyks greičiau nei priešinga. Dėl to vandenilio ir jodo garų koncentracijos sumažės, o tai sulėtins tiesioginę reakciją, o HI – padidės, o tai paspartins atvirkštinę reakciją. Po kurio laiko tiesioginės ir atvirkštinės reakcijų greičiai vėl taps vienodi - bus nustatyta nauja pusiausvyra. Tačiau tuo pačiu metu HI koncentracija dabar bus didesnė nei buvo prieš pridėjimą, o koncentracija bus mažesnė.

Koncentracijų kitimo procesas, kurį sukelia disbalansas, vadinamas poslinkiu arba pusiausvyros poslinkiu. Jei šiuo atveju padidėja medžiagų koncentracijos dešinėje lygties pusėje (ir, žinoma, tuo pačiu sumažėja medžiagų koncentracijos kairėje), tada jie sako, kad pusiausvyra pereina į dešinė, t.y., tiesioginės reakcijos tėkmės kryptimi; su atvirkštiniu koncentracijų pokyčiu jie kalba apie pusiausvyros poslinkį į kairę - atvirkštinės reakcijos kryptimi. Šiame pavyzdyje pusiausvyra pasislinko į dešinę. Tuo pačiu metu medžiaga, kurios koncentracijos padidėjimas sukėlė disbalansą, įsitraukė į reakciją - jos koncentracija sumažėjo.

Taigi, padidėjus bet kurios iš pusiausvyroje dalyvaujančių medžiagų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos vartojimo link; mažėjant kurios nors iš medžiagų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos susidarymo link.

Disbalansas dėl slėgio pasikeitimo (sumažinus arba padidinus sistemos tūrį). Kai reakcijoje dalyvauja dujos, pusiausvyra gali sutrikti pasikeitus sistemos tūriui.

Apsvarstykite slėgio poveikį reakcijai tarp azoto monoksido ir deguonies:

Tegul dujų mišinys yra cheminėje pusiausvyroje esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui. Nekeisdami temperatūros padidiname slėgį taip, kad sistemos tūris sumažėtų 2 kartus. Pirmą akimirką dalinis slėgis ir visų dujų koncentracijos padvigubės, tačiau pasikeis santykis tarp tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičių – bus sutrikdyta pusiausvyra.

Iš tiesų, prieš padidinant slėgį, dujų koncentracijos turėjo pusiausvyros vertes ir , o tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai buvo vienodi ir buvo nustatyti pagal lygtis:

Pirmą akimirką po suspaudimo dujų koncentracijos padvigubės, palyginti su pradinėmis vertėmis, ir bus atitinkamai lygios , ir . Šiuo atveju tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greitis bus nustatomas pagal lygtis:

Taigi, padidėjus slėgiui, tiesioginės reakcijos greitis padidėjo 8 kartus, o atvirkštinės - tik 4 kartus. Pusiausvyra sistemoje bus sutrikdyta – tiesioginė reakcija vyraus prieš atvirkštinę. Greičiams susilyginus, pusiausvyra vėl nusistovi, bet kiekis sistemoje padidės, pusiausvyra pasislinks į dešinę.

Nesunku pastebėti, kad nevienodas tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičių pokytis atsiranda dėl to, kad kairėje ir teisingos dalys nagrinėjamos reakcijos lygtis skiriasi dujų molekulių skaičiumi: viena deguonies molekulė ir dvi azoto monoksido molekulės (tik trys dujų molekulės) virsta dviem dujų – azoto dioksido – molekulėmis. Dujų slėgis yra jų molekulių poveikio indo sienelėms rezultatas; ceteris paribus, kuo didesnis dujų slėgis, tuo daugiau molekulių yra tam tikrame dujų tūryje. Todėl reakcija, vykstanti padidėjus dujų molekulių skaičiui, padidina slėgį, o reakcija, vykstanti mažėjant dujų molekulių skaičiui, lemia jo sumažėjimą.

Atsižvelgiant į tai, išvada apie slėgio poveikį cheminei pusiausvyrai gali būti formuluojama taip:

Didėjant slėgiui suspaudžiant sistemą, pusiausvyra pasislenka dujų molekulių skaičiaus mažėjimo link, t.y. slėgio mažėjimo link; mažėjant slėgiui pusiausvyra pasislenka dujų molekulių skaičiaus didėjimo link, y., slėgio padidėjimo link.

Tuo atveju, kai reakcija vyksta nekeičiant dujų molekulių skaičiaus, pusiausvyra nėra sutrikdyta dėl sistemos suspaudimo ar išsiplėtimo. Pavyzdžiui, sistemoje

pusiausvyros netrikdo tūrio pasikeitimas; HI išėjimas nepriklauso nuo slėgio.

Pusiausvyros sutrikimas dėl temperatūros pokyčių. Daugumos cheminių reakcijų pusiausvyra kinta priklausomai nuo temperatūros. Pusiausvyros poslinkio kryptį lemiantis veiksnys yra reakcijos terminio poveikio ženklas. Galima parodyti, kad kylant temperatūrai pusiausvyra pasislenka endoterminės reakcijos kryptimi, o mažėjant – egzoterminės reakcijos kryptimi.

Taigi amoniako sintezė yra egzoterminė reakcija

Todėl, kylant temperatūrai, pusiausvyra sistemoje pasislenka į kairę - link amoniako skilimo, nes šis procesas vyksta sugeriant šilumą.

Ir atvirkščiai, azoto oksido (II) sintezė yra endoterminė reakcija:

Todėl kylant temperatūrai pusiausvyra sistemoje pasislenka į dešinę – formavimosi kryptimi.

Dėsningumai, kurie pasireiškia nagrinėjamuose cheminės pusiausvyros pažeidimo pavyzdžiuose, yra ypatingi bendrojo principo, lemiančio įtaką, atvejai. įvairių veiksnių subalansuotoms sistemoms. Šis principas, žinomas kaip Le Chatelier principas, gali būti suformuluotas taip, kai taikomas cheminei pusiausvyrai:

Jei pusiausvyros sistemai daromas koks nors poveikis, tai dėl joje vykstančių procesų pusiausvyra pasislinks tokia kryptimi, kad poveikis sumažės.

Iš tiesų, kai į sistemą patenka viena iš reakcijoje dalyvaujančių medžiagų, pusiausvyra pasislenka šios medžiagos suvartojimo link. „Slėgiui kylant jis pasislenka taip, kad slėgis sistemoje mažėja, temperatūrai kylant pusiausvyra pasislenka link endoterminės reakcijos – temperatūra sistemoje krenta.

Le Chatelier principas galioja ne tik cheminėms, bet ir įvairioms fizikinėms-cheminėms pusiausvyroms. Pusiausvyros poslinkis keičiant tokių procesų sąlygas kaip virimas, kristalizacija, tirpimas vyksta pagal Le Chatelier principą.

Cheminė pusiausvyra – tai sistemos būsena, kai abi reakcijos – tiesioginės ir atvirkštinės – vyksta vienodu greičiu. Kas apibūdina šį reiškinį ir kokie veiksniai turi įtakos cheminei pusiausvyrai?

cheminis balansas. bendrosios charakteristikos

Cheminė pusiausvyra reiškia būseną cheminė sistema, kuriai esant pradinis medžiagų kiekis reakcijoje laikui bėgant nekinta.

Cheminę pusiausvyrą galima suskirstyti į tris tipus:

• tikroji pusiausvyra- tai pusiausvyra, kuriai būdingas pastovumas laike, jei nėra išorinės įtakos. Pasikeitus išorinėms sąlygoms, keičiasi ir sistemos būsena, tačiau atstačius sąlygas būsena taip pat tampa tokia pati. Tikrosios pusiausvyros būseną galima vertinti iš dviejų pusių: iš reakcijos produktų pusės ir iš pradinių medžiagų pusės.
• metastabili (tariama) pusiausvyra- ši būsena atsiranda, kai neįvykdoma kuri nors tikrosios pusiausvyros sąlyga.
• sulėtėjusi (klaidinga) pusiausvyra yra sistemos būsena, kuri negrįžtamai keičiasi pasikeitus išorinėms sąlygoms.

Cheminių reakcijų pusiausvyros poslinkis

Cheminė pusiausvyra priklauso nuo trijų parametrų: temperatūros, slėgio, medžiagos koncentracijos. Prancūzų chemikas Henri Louis Le Chatelier 1884 metais suformulavo dinaminės pusiausvyros principą, pagal kurį pusiausvyros sistema yra linkusi grįžti į pusiausvyros būseną veikiama išorės įtakos. Tai yra, esant išoriniam poveikiui, pusiausvyra pasislinks taip, kad ši įtaka bus neutralizuota.

Ryžiai. 1. Henri Louis Le Chatelier.

Le Chatelier suformuluoti principai dar vadinami „cheminių reakcijų pusiausvyros keitimo“ principais.

Cheminę pusiausvyrą veikia šie veiksniai:

• temperatūros. Kylant temperatūrai, cheminė pusiausvyra pasislenka reakcijos absorbcijos link. Jei temperatūra nukrenta, tada pusiausvyra pasislenka reakcijos raidos kryptimi.

Ryžiai. 2. Temperatūros kitimo įtaka cheminei pusiausvyrai.

Absorbcijos reakcija vadinama endotermine reakcija, o išsiskyrimo reakcija vadinama egzotermine.

• spaudimas. Jei slėgis cheminėje reakcijoje didėja, tada cheminė pusiausvyra pasislenka link mažiausio medžiagos tūrio. Jei slėgis mažėja, tada pusiausvyra pasislenka didžiausio medžiagos tūrio kryptimi. Šis principas taikomas tik dujoms, o kietoms medžiagoms – ne.
• koncentracija. Jei vykstant cheminei reakcijai vienos iš medžiagų koncentracija padidinama, tai pusiausvyra pasislinks reakcijos produktų link, o sumažinus koncentraciją, pusiausvyra pasislinks link pradinių medžiagų.

Ryžiai. 3. Koncentracijos kitimo įtaka cheminei pusiausvyrai.

Katalizatorius nepriklauso veiksniams, turintiems įtakos cheminės pusiausvyros poslinkiui.

Ko mes išmokome?

Esant cheminei pusiausvyrai, kiekvienos poros reakcijų greičiai yra vienodi. Cheminė pusiausvyra, tirta 9 klasėje, gali būti suskirstyta į tris tipus: teisinga, metastabili (akivaizdi), slopinama (klaidinga). Pirmą kartą termodinaminę cheminės pusiausvyros teoriją suformulavo mokslininkas Le Chatelier. Sistemos pusiausvyrai įtakos turi tik trys veiksniai: slėgis, temperatūra, pradinės medžiagos koncentracija.

Temos viktorina

Ataskaitos įvertinimas

Vidutinis reitingas: 4.6. Iš viso gautų įvertinimų: 75.

Pagrindinis straipsnis: Le Chatelier-Brown principas

Cheminės pusiausvyros padėtis priklauso nuo šių reakcijos parametrų: temperatūros, slėgio ir koncentracijos. Šių veiksnių įtaka cheminė reakcija, pakluskite modeliui, kuris buvo išreikštas bendras vaizdas prancūzų mokslininko Le Chatelier 1885 m.

Veiksniai, turintys įtakos cheminei pusiausvyrai:

1) temperatūra

Kylant temperatūrai, cheminė pusiausvyra pasislenka link endoterminės (absorbcijos) reakcijos, o jai mažėjant – į egzoterminę (izoliacijos) reakciją.

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →

2) slėgis

Didėjant slėgiui, cheminė pusiausvyra pasislenka mažesnio medžiagų tūrio, o mažėjant – didesnio tūrio link. Šis principas galioja tik dujoms, t.y. jei reakcijoje dalyvauja kietosios medžiagos, į jas neatsižvelgiama.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1 mol = 1 mol + 1 mol

3) pradinių medžiagų ir reakcijos produktų koncentracija

Didėjant vienos iš pradinių medžiagų koncentracijai, cheminė pusiausvyra pasislenka link reakcijos produktų, o didėjant reakcijos produktų koncentracijai – link pradinių medžiagų.

S 2 +2O 2 =2SO 2 [S], [O] →, ←

Katalizatoriai neturi įtakos cheminės pusiausvyros poslinkiui!

Pagrindinės kiekybinės cheminės pusiausvyros charakteristikos: cheminės pusiausvyros konstanta, konversijos laipsnis, disociacijos laipsnis, pusiausvyros išeiga. Paaiškinkite šių dydžių reikšmę konkrečių cheminių reakcijų pavyzdžiu.

Cheminėje termodinamikoje masės veikimo dėsnis sieja pradinių medžiagų ir reakcijos produktų pusiausvyrinę veiklą pagal ryšį:

Medžiagų veikla. Vietoj aktyvumo gali būti naudojama koncentracija (reakcijai idealiame tirpale), daliniai slėgiai (reakcija idealių dujų mišinyje), fugacity (reakcija realių dujų mišinyje);

Stechiometrinis koeficientas (pradinėms medžiagoms jis laikomas neigiamu, produktams - teigiamas);

Cheminės pusiausvyros konstanta. Indeksas „a“ reiškia aktyvumo reikšmės naudojimą formulėje.

Reakcijos efektyvumas paprastai vertinamas skaičiuojant reakcijos produkto išeigą (5.11 skyrius). Tačiau reakcijos efektyvumą galite įvertinti ir nustatydami, kokia dalis svarbiausios (dažniausiai brangiausios) medžiagos virto tiksliniu reakcijos produktu, pavyzdžiui, kokia SO 2 dalis virto SO 3 gaminant sierą. rūgštis, tai yra rasti konversijos laipsnis originali medžiaga.

Pateikite trumpą vykstančios reakcijos schemą

Tada medžiagos A virsmo medžiaga B (A) laipsnis nustatomas pagal šią lygtį

kur n proreag (A) yra reagento A medžiagos kiekis, kuris sureagavo į produktą B, ir n pradinis (A) - pradinis reagento A medžiagos kiekis.

Natūralu, kad virsmo laipsnis gali būti išreikštas ne tik medžiagos kiekiu, bet ir bet kokiais jam proporcingais dydžiais: molekulių skaičiumi (formulės vienetais), mase, tūriu.

Jei reagento A trūksta ir produkto B nuostolių galima nepaisyti, tada reagento A konversijos laipsnis paprastai yra lygus produkto B išeigai.

Išimtis yra reakcijos, kurių metu pradinė medžiaga akivaizdžiai sunaudojama, kad susidarytų keli produktai. Taigi, pavyzdžiui, reakcijoje

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

chloras (reagentas) vienodai paverčiamas kalio chloridu ir kalio hipochloritu. Šioje reakcijoje net esant 100% KClO išeigai, chloro virsmo į jį laipsnis yra 50%.

Jums žinomas kiekis - protolizės laipsnis (12.4 punktas) - yra ypatingas konversijos laipsnio atvejis:

TED rėmuose vadinami panašūs dydžiai disociacijos laipsnis rūgštys arba bazės (taip pat vadinamos protolizės laipsniu). Disociacijos laipsnis yra susijęs su disociacijos konstanta pagal Ostvaldo praskiedimo dėsnį.

Pagal tą pačią teoriją hidrolizės pusiausvyra pasižymi hidrolizės laipsnis (h), naudojant šias išraiškas, susijusias su pradine medžiagos koncentracija ( Su) ir hidrolizės metu susidarančių silpnų rūgščių (K HA) ir silpnų bazių disociacijos konstantos ( K MOH):

Pirmoji išraiška galioja druskos hidrolizei silpna rūgštis, antrasis yra silpnos bazės druska, o trečiasis yra silpnos rūgšties ir silpnos bazės druska. Visos šios išraiškos gali būti naudojamos tik atskiestiems tirpalams, kurių hidrolizės laipsnis ne didesnis kaip 0,05 (5%).

Paprastai pusiausvyros derlių lemia žinoma pusiausvyros konstanta, su kuria ji kiekvienu konkrečiu atveju susiejama tam tikru santykiu.

Produkto išeiga gali būti keičiama keičiant reakcijos pusiausvyrą grįžtamuose procesuose, veikiant tokiems veiksniams kaip temperatūra, slėgis, koncentracija.

Pagal Le Chatelier principą, vykstant paprastoms reakcijoms, didėjant slėgiui, pusiausvyros konversijos laipsnis didėja, o kitais atvejais reakcijos mišinio tūris nekinta, o produkto išeiga nuo slėgio nepriklauso.

Temperatūros įtaką pusiausvyros išeigai, taip pat pusiausvyros konstantai lemia reakcijos terminio efekto ženklas.

Išsamesniam grįžtamųjų procesų įvertinimui naudojama vadinamoji išeiga iš teorinės (išeiga iš pusiausvyros), kuri yra lygi faktiškai gauto produkto w santykiui su kiekiu, kuris būtų gautas esant pusiausvyros būsenai. .

TERMINĖ DISOCIACIJA cheminė medžiaga

grįžtamojo medžiagos skilimo reakcija, kurią sukelia temperatūros padidėjimas.

Su T. d. iš vienos medžiagos susidaro kelios (2H2H + OSaO + CO) arba viena paprastesnė medžiaga

Pusiausvyra ir pan. nustatoma pagal veikiančios masės dėsnį. Tai

Galima apibūdinti arba pusiausvyros konstanta, arba disociacijos laipsniu

(suirusių molekulių skaičiaus ir bendro molekulių skaičiaus santykis). AT

daugeliu atvejų T.d. lydi šilumos sugertis (padidėjimas

entalpija

DN>0); todėl pagal Le Chatelier-Brown principą

kaitinimas jį sustiprina, nustatomas T. d poslinkio su temperatūra laipsnis

absoliuti DN vertė. Slėgis neleidžia T. d. kuo stipresnis, tuo didesnis

dujinių medžiagų molių skaičiaus (Di) pokytis (padidėjimas).

disociacijos laipsnis nepriklauso nuo slėgio. Jeigu kietosios medžiagos ne

sudaro kietus tirpalus ir nėra labai išsklaidytos,

tada slėgį T. d vienareikšmiškai lemia temperatūra. Norėdami įgyvendinti T.

e. kietos medžiagos (oksidai, kristaliniai hidratai ir kt.)

svarbu žinoti

temperatūra, kuriai esant disociacijos slėgis tampa lygus išoriniam (ypač

Atmosferos slėgis. Kadangi išbėgančios dujos gali įveikti

aplinkos slėgis, tada pasiekus šią temperatūrą, skilimo procesas

iš karto sustiprėja.

Disociacijos laipsnio priklausomybė nuo temperatūros: disociacijos laipsnis didėja didėjant temperatūrai (padidėjus temperatūrai, padidėja ištirpusių dalelių kinetinė energija, o tai prisideda prie molekulių skilimo į jonus)

Pradinių medžiagų konversijos laipsnis ir produkto pusiausvyros išeiga. Jų apskaičiavimo tam tikroje temperatūroje metodai. Kokių duomenų tam reikia? Pateikite schemą, kaip apskaičiuoti bet kurią iš šių kiekybinių cheminės pusiausvyros charakteristikų, naudojant savavališką pavyzdį.

Konversijos laipsnis yra sureagavusio reagento kiekis, susijęs su jo pradiniu kiekiu. Dėl pati paprasčiausia reakcija, kur yra koncentracija reaktoriaus įleidimo angoje arba periodinio proceso pradžioje, yra koncentracija reaktoriaus išėjimo angoje arba dabartinis periodinio proceso momentas. Dėl savavališkos reakcijos, pvz. , pagal apibrėžimą skaičiavimo formulė yra ta pati: . Jei reakcijoje yra keli reagentai, tada kiekvienam iš jų galima apskaičiuoti konversijos laipsnį, pavyzdžiui, reakcijai. Konversijos laipsnio priklausomybę nuo reakcijos laiko lemia reagento koncentracijos kitimas laikui bėgant. Pradiniu laiko momentu, kai niekas nepasikeitė, transformacijos laipsnis lygus nuliui. Tada, kai reagentas konvertuojamas, konversijos laipsnis didėja. Esant negrįžtamai reakcijai, kai niekas netrukdo reagentui visiškai sunaudoti, jo vertė (1 pav.) siekia vienetą (100%). 1 pav. Kuo didesnis reagento suvartojimo greitis, nustatomas pagal greičio konstantos reikšmę, tuo greičiau didėja konversijos laipsnis, kuris parodytas paveikslėlyje. Jei reakcija yra grįžtama, tada, kai reakcija linkusi į pusiausvyrą, konversijos laipsnis linkęs į pusiausvyros vertę, kurios reikšmė priklauso nuo tiesioginės ir atvirkštinės reakcijos greičio konstantų santykio (nuo pusiausvyros konstantos) . 2). 2 pav. Tikslinio produkto išeiga Produkto išeiga yra faktiškai gautas tikslinio produkto kiekis, susietas su šio produkto kiekiu, kuris būtų gautas, jei visas reagentas būtų patekęs į šį produktą (iki didžiausio galimo produkto kiekio). gautas produktas). Arba (per reagentą): reagento kiekis, faktiškai paverstas tiksliniu produktu, padalytas iš pradinio reagento kiekio. Paprasčiausios reakcijos atveju išeiga yra , ir turint omenyje, kad šiai reakcijai , t.y. Paprasčiausiai reakcijai išeiga ir konversijos laipsnis yra vienas ir tas pats dydis. Jei transformacija vyksta, pavyzdžiui, keičiantis medžiagų kiekiui, tada pagal apibrėžimą į apskaičiuotą išraišką turi būti įtrauktas stechiometrinis koeficientas. Pagal pirmąjį apibrėžimą, įsivaizduojamas produkto kiekis, gautas iš viso pradinio reagento kiekio, šiai reakcijai bus perpus mažesnis už pradinį reagento kiekį, t.y. ir skaičiavimo formulė . Pagal antrąjį apibrėžimą reagento kiekis, faktiškai paverstas tiksliniu produktu, bus dvigubai didesnis už susidariusio šio produkto kiekį, t.y. , tada skaičiavimo formulė . Natūralu, kad abi išraiškos yra vienodos. Sudėtingesnei reakcijai skaičiavimo formulės parašytos lygiai taip pat pagal apibrėžimą, tačiau šiuo atveju išeiga nebėra lygi konversijos laipsniui. Pavyzdžiui, dėl reakcijos . Jei reakcijoje yra keli reagentai, išeiga gali būti apskaičiuojama kiekvienam iš jų; jei papildomai yra keli tiksliniai produktai, tada bet kurio reagento bet kurio tikslinio produkto išeiga gali būti skaičiuojama. Kaip matyti iš skaičiavimo formulės struktūros (vardiklyje yra pastovi reikšmė), išeigos priklausomybę nuo reakcijos laiko lemia tikslinio produkto koncentracijos priklausomybė nuo laiko. Taigi, pavyzdžiui, dėl reakcijos ši priklausomybė atrodo kaip 3 pav. 3 pav

Konversijos laipsnis kaip kiekybinė cheminės pusiausvyros charakteristika. Kaip bendro slėgio ir temperatūros padidėjimas paveiks reagento konversijos laipsnį ... dujų fazės reakcijoje: ( atsižvelgiant į lygtį)? Pateikite atsakymo pagrindimą ir atitinkamas matematines išraiškas.