Reversibilitatea reacțiilor chimice
Reacțiile chimice se numesc transformări ale substanțelor în care compoziția și (sau) modificările structurii lor.
Reacția poate fi realizată cu un raport favorabil al factorilor de energie și entropie. Dacă acești factori se contrabalansează, starea sistemului nu se schimbă. În astfel de cazuri, se spune că sistemul este în echilibru.
Reacțiile chimice într-o direcție sunt numite ireversibile. Cele mai multe reacții chimice sunt reversibile. Aceasta înseamnă că, în aceleași condiții, apar atât reacții directe, cât și inverse (mai ales atunci când vine vorba de sisteme închise).
Starea sistemului, în care rata reacției directe este egală cu rata reacției inverse, se numește echilibrul chimic. În același timp, concentrațiile de reactanți și de produse de reacție rămân neschimbate (concentrații de echilibru).
Constanta de echilibru
Luați în considerare reacția de obținere a amoniacului:
Să scriem expresiile pentru calculul ratelor reacțiilor directe (1) și inverse (2):
1 = k1 [N2] [H2] 3
Ratele reacțiilor directe și inverse sunt egale, prin urmare putem scrie:
Raportul dintre două cantități constante este constant. Constanta de echilibru este raportul dintre constantele de viteză ale reacțiilor înainte și înapoi.
Dacă exprimăm în formă generală, atunci constanta de echilibru:
mA + nB ↔ pC + qD
K = [C] p [D] q / [A] m [B] n
Constanta de echilibru este raportul dintre produsele concentratiilor de produse ale reactiei, ridicate la o putere egala cu coeficientii lor stoechiometrici, la un produs al concentratiilor substantelor initiale ridicate la un grad egal cu coeficientii lor stoichiometrici.
Dacă K este exprimată în termeni de concentrații de echilibru, atunci cel mai des este desemnat Kc. De asemenea, este posibil să se calculeze K pentru gaze prin presiunile lor parțiale. În acest caz, K este notat ca Kp. Există o relație între Kc și Kp:
unde δn este schimbarea numărului tuturor molilor de gaz în timpul trecerii de la reactivi la produse, R este constanta gazului universal.
K este independent de concentrația, presiunea, volumul și disponibilitatea catalizatorului și depinde de temperatura și natura reactanților. Dacă K este mult mai mic decât 1, atunci există mai multe substanțe de pornire în amestec, iar în cazul unei cantități mult mai mari, mai multe produse sunt în amestec.
Echilibru heterogen
În expresia pentru constanta de echilibru, concentrațiile componentelor fazei solide nu intră, deci
Echilibrul chimic are loc în prezența tuturor componentelor sistemului, dar constanta de echilibru nu depinde de concentrațiile substanțelor din faza solidă. Echilibrul chimic este un proces dinamic. K oferă informații despre cursul reacției și δG - în direcția sa. Ele sunt legate de o atitudine:
δG 0 = -R × T × lnK
δG0 = -2,303 × R × T × lgK
Deplasarea echilibrului chimic. Principiul Le Chatelier
Din punct de vedere al proceselor tehnologice, reacțiile chimice reversibile nu sunt benefice, deoarece trebuie știut cum să se mărească randamentul produsului de reacție, adică este necesar să se învețe cum să se deplaseze echilibrul chimic spre produsele de reacție.
Luați în considerare reacția în care este necesară creșterea randamentului de amoniac:
Pentru a schimba echilibrul spre o reacție directă sau inversă, este necesar să se folosească principiul Le Chatelier. dacă sistemul este în echilibru pentru a acționa asupra oricărui factor din afară (creșterea sau scăderea temperaturii, presiunii, volumului, concentrației de substanțe), atunci sistemul contracarează acest efect.
De exemplu, dacă temperatura din sistemul de echilibru este ridicată, atunci din cele 2 reacții posibile, se va merge cel care va fi endotermic; dacă presiunea este crescută, echilibrul se îndreaptă spre o reacție cu un număr mare de moli de substanțe; dacă volumul este crescut în sistem, atunci deplasarea echilibrului va fi îndreptată spre creșterea presiunii; dacă concentrația uneia dintre substanțele inițiale este crescută, atunci de la 2 reacții posibile se va merge, ceea ce va duce la o scădere a concentrației de echilibru a produsului.
Deci, cu referire la reacția considerată, pentru a crește randamentul amoniacului, este necesară creșterea concentrațiilor substanțelor inițiale; reduceți temperatura, deoarece reacția directă este exotermă, crește presiunea sau reduce volumul.
Exemple de rezolvare a problemelor
Cum afectează echilibrul din sistemul PCl5 ↔ PCl3 + Cl2; δH> 0
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: