Pojasnilo kemičnega ravnovesja, dejavniki, vrste, primeri

On Kemično ravnovesje To je stanje, ki doseže reverzibilne kemijske reakcije, pri katerih se ne izdelujejo spreminjanja koncentracij ali reagentov, niti vpletenih izdelkov se ne proizvajajo. Zanj je značilno, da je dinamičen in ni statičen; to pomeni, da molekule ali atomi še naprej reagirajo, vendar ohranjajo iste koncentracije v času.

Podobno ravnovesje je predstavljeno tudi v faznih spremembah, čeprav ni prekinitev povezav. Na primer, tekočina je lahko v ravnovesju s svojimi hlapi, pa tudi s trdno snovjo. Prav tako trdna snov vzpostavi ravnovesje z vodami, ki ga obdajajo, ko se obori ali kristalizira.

V kemični industriji je znanje kemijskega ravnovesja bistvenega pomena za pridobitev sinteze z boljšimi donosi. Vir: pxhere.

Ko je kemično ravnovesje vzpostavljen, ni mogoče pridobiti več sprememb ali odzivov, razen če nanjo prekinejo ali vplivajo zunanja dejanja. Tako je v sintezi izdelka več parametrov, kot so tlak, prostornina ali temperatura.

V nasprotnem primeru bodo znesek izdelkov nezadovoljive; to pomeni, da bo prišlo do slabe reakcijske zmogljivosti. Zato je kemično ravnovesje ključnega pomena za kemično industrijo in na splošno za vsako sintezo, ne glede na njegovo lestvico.

V kemičnem ravnovesju je lahko več izdelkov ali več reagentov. Vse je odvisno od tega, kje se ravnotežje razselje. Ob upoštevanju več dejavnikov lahko premaknete ravnovesje proti kateri koli od dveh smeri dvojne puščice v reverzibilni reakciji.

[TOC]

Pojasnilo kemičnega ravnovesja

Pred ravnotežjem

Primer, kako se reakcija približuje njenemu ravnotežju. Vir: OpenStax/cc by (https: // createCommons.Org/licence/by/4.0

Da bi razumeli, kaj kemično ravnovesje upošteva naslednjo reverzibilno reakcijo:

N₂Tudi₄(g) ⇌ št₂(g)

Plin n₂Tudi₄ Je brezbarven, medtem ko plin ne₂ predstavlja rjavo ali rjavo obarvanost. Če se določena količina N vbrizga v majhno vialo ali posodo₂Tudi₄, To bo brezbarvno, dokler ne bo ravnotežje.

Na levi strani zgornje slike je razvidno, da so skoraj vse molekule N₂Tudi₄ in da koncentracija št₂ Je nič.

Prikažite tudi dva grafa, ki predstavljata, kakšen je trend v tehtnici, s pikčasto črto, ki kažejo položaj v času, ko se vbrizga samo N₂Tudi₄. Graf ustreza koncentraciji vs. Čas (navzdol), drugi pa ustreza grafu pri Speed ​​Vs. Čas (navzdol desno).

Koncentracija n₂Tudi₄, [N₂Tudi₄] (Modra črta) se bo postopoma zmanjševal, saj bo del tega disociit za proizvodnjo molekul NO₂. Tako je koncentracija št₂, [Ne₂] (rdeča črta), enaka nič na začetku, se bo kmalu povečala, ko se n₂Tudi₄ Disociirano.

Vendar je to reverzibilna reakcija: del molekul NO₂ Pridružili se bodo, da se oblikujejo n₂Tudi₄. Bosta torej dve reakciji, neposredni in obratni, vsak s svojimi hitrostmi.

Vir: Slideshare.mreža

Reakcijske hitrosti

Sprva je hitrost porabe n₂Tudi₄ je večja od hitrosti porabe₂. Očitno je, da ima samo n₂Tudi₄, Nekaj ​​molekul, ki so nastale iz₂ Komaj se znajdejo, da se odzovejo. Na tej točki se bo viala začela mravljin po oranžni, ker obstaja mešanica N₂Tudi₄ in ne₂.

Malo po malo, saj je več molekul št₂ Na cesti in da N molekule₂Tudi₄ Disocirajo se, hitrosti obeh reakcij se bodo ujemale, tudi če se koncentracije med seboj razlikujejo. Se pravi, ne₂] je ponavadi večji od [n₂Tudi₄], zato je rdeča črta nad modrikasto črto.

Vam lahko služi: fizikalno -kemijske lastnosti

Upoštevajte, da hitrost postane DC/DT, to je sprememba koncentracije glede na čas. Zato dva C proti. t in V VS. T niso enaki.

Na ravnovesju

Enkrat par n₂Tudi₄-Ne₂ Nastavite ravnotežje, hitrosti obeh reakcij se ujemajo in dobimo naslednje matematične izraze:

V_neposredno = k₁[N₂Tudi₄]

V_vzvratno = k_-1[Ne₂]²

V_neposredno = V_vzvratno

k₁[N₂Tudi₄] = k_-1[Ne₂]²

k₁/k_-1 = [Ne₂]²/ [N₂Tudi₄]

K_Eq = [Ne₂]²/ [N₂Tudi₄]

V tem trenutku bo cesta barvana celo bolj kot rjava, saj je ravnovesje bolj usmerjeno v oblikovanje [ne₂]. To je, k_Eq, Ravnotežna konstanta mora biti večja od 1 ob upoštevanju večjega razmerja [ne₂]²/ [N₂Tudi₄].

V koncentracijah ravnotežja [n₂Tudi₄] in ne₂] Ostajata konstantna, obe reakciji se zgodita z isto hitrostjo: določena količina N je samo disociirana₂Tudi₄, Isti znesek bo nastal takoj zaradi reakcije določene količine št₂.

Zaradi tega se pravi, da je kemično ravnovesje dinamično: molekule n₂Tudi₄ in ne₂ Še vedno sodelujejo v reakcijah, tudi če se v njihovi koncentraciji ne spreminjajo.

In so enake reakcijske hitrosti za oba čutila, rdeča in modrikasta črta v grafiki V VS. T igra na vodoravni črti.

Ravnotežna konstanta

Ravnotežna konstanta za prejšnjo reakcijo bo vedno enaka pri določeni temperaturi, ne glede na to, koliko n₂Tudi₄ se injicira na začetku v cesto. To bo tako, tudi če se neposredno vbrizga mešanica N₂Tudi₄ in ne₂, nato pustite v mirovanju, dokler ravnotežje ne doseže.

Ko dosežete ravnovesje in se meri koncentracije [n₂Tudi₄] in ne₂], odnos [ne₂]²/ [N₂Tudi₄] bo dal enako k K_Eq Za to reakcijo. Večji kot je (keq >> 1), več izdelkov bo v ravnovesju. In manjši (keq << 1), más reactivos habrá en el equilibrio.

Koncentracije [n₂Tudi₄] in ne₂] Ne bodo vedno. Na primer, če se v vialo vbrizgajo majhni količini ali če jim nasprotno vbrizgajo hudourniki teh plinov v reaktor, se bodo količine precej spreminjale. Vendar k_Eq Ostala bo enaka, dokler je temperatura v obeh procesih enaka.

K_Eq Je dovzetna za temperaturne spremembe: pri višji temperaturi bo večja vrednost. To je pri višji temperaturi v ravnovesju. To je tako, razen če je reakcija eksotermična, kot bo razloženo v naslednjem razdelku.

Dejavniki, ki vplivajo na kemično ravnovesje

Dejavniki, ki vplivajo na kemično ravnovesje v reverzibilni reakciji, so: koncentracija, tlak in temperatura.

- Koncentracija

V reverzibilni reakciji bo po načelu Le Chatlierja s povečanjem koncentracije reagenta prišlo do premika kemičnega ravnovesja na desno, da se poveča koncentracija reakcijskih produktov.

Nasprotno, če se reakciji doda produkt, se bo kemično ravnovesje premaknilo v levo, da se poveča koncentracija reagentov. Če je kot primer vzeta naslednja reakcija:

C (s) +o₂(g) ⇌ 2 Co (g)

S povečanjem koncentracije reagentov (C in O₂), Ravnotežje se bo premaknilo v desno, to je v smeri nastajanja izdelka ogljikovega monoksida (CO). Toda povečanje koncentracije CA bo povzročilo premik ravnotežja na levo, da bi povečali koncentracijo C in O₂.

Lahko vam služi: karbonilna skupina: značilnosti, lastnosti, nomenklatura, reaktivnost

- Pritisk

V reakciji, ki je bila razvita v plinski fazi, bo sprememba volumna ali tlaka, ki se izvaja na plini, ki sodelujejo v njem.

Če imajo komponente reakcije (reagenti in produkti) razlike v številu molov, vključenih v reakcijo, na primer dimerizacija dušikovega dioksida (št₂)::

2 Ne₂(g) ⇌₂Tudi₄(g)

Povečanje tlaka, ki se izvaja na reakciji v plinski fazi, posledica zmanjšanja ali ne v volumnu reakcije. V tem primeru: izdelek n₂Tudi₄.

Nasprotno, znižanje tlaka bo povzročilo premik ravnotežja na stran reakcije, ki ima največ molov plina. V danem primeru se bo premaknil proti reagentom (ne₂), Da bi preprečili znižanje tlaka.

Če so v fazni reakciji sode, moli reagentov so enaki molom produktov, spremembe tlaka ne bodo vplivale na kemično ravnovesje.

- Temperatura

Endotermična reakcija

V endotermični reakciji lahko toploto obravnavamo kot reagent, saj je njegova oskrba potrebna, da se reakcija pojavi:

A +Q ⇌ B

Q = dobavljena toplota

Zato se bo v endotermični reakciji, ko se temperatura zviša, ravnovesje premakni v desno. Medtem, ko se temperatura zniža, se ravnotežje premakne v levo.

Vročina je del reagentov, da bi jo porabila za preoblikovanje v B.

Eksotermična reakcija

V eksotermični reakciji nastane toplota, kar je produkt reakcije:

A ⇌ b +q

V eksotermični reakciji, ko se temperatura zvišuje, se bo ravnotežje premaknilo na levo (reagenti), saj se proizvodnja toplote povečuje. Medtem, ko se temperatura zniža, se bo ravnotežje premaknilo v desno (izdelki).

Vročina je del izdelkov, ko se temperatura poveča, ne bo treba prispevati več toplote v okolje. In zato bo ravnovesje prizadevalo izkoristiti dodatno toploto za proizvodnjo več reagentov; V tem primeru več kot.

Vrste kemične bilance

Odvisno od fizičnega stanja reakcijskih komponent je kemično ravnovesje lahko homogeno ali raznolike.

Homogeno ravnovesje

V tej vrsti ravnotežja, vse Reagenti in izdelki imajo isto fazno ali tekoče stanje. Na primer:

N₂(g) +3 h₂(g) ⇌ 2 NH₃(g)

Tu je tako₂, kot h₂ in NH₃ So plinaste snovi.

Heterogeno ravnovesje

Obstaja, kdaj ne vsi Reagenti in izdelki imajo isto fazno ali fizično stanje. Na primer:

2 Nahco₃(s) ⇌ na₂Co₃(s) +co₂(g) +h₂O (g)

Tu imamo nahco₃ in na₂Co₃ kot trdne snovi in ​​co₂ in h₂Ali kot plini ali hlapi.

Primeri kemičnega ravnovesja

Disociacija ocetne kisline v vodi

Ocetna kislina, cho₃COOH, disociativa v vodi, ki vzpostavlja ravnotežje:

Pogl₃COOH (AC) + H₂Ali (l) ⇌ cho₃COO^-(Ac) + h₃Tudi⁺(AC)

Reakcija, katere ravnotežna konstanta se imenuje kislost konstanta.

Izomerizacijatudin od butana

Plin n-Butano lahko izomeriziramo po naslednji reverzibilni reakciji za proizvodnjo izomera izomera:

Pogl₃Pogl₂Pogl₂Pogl₃(g) ⇌ cho₃Ch (pogl₃)₂(g)

Tvorba dušikovega oksida v atmosferi

V atmosferi se lahko oblikuje dušikov oksid, čeprav zelo komaj, iz dušikovega in zračnega kisika:

N₂(g) + oz₂(g) ⇌ 2No (g)

Lahko vam služi: kaj je miliequiventente? (Primeri izračuna)

K_Eq Iz te reakcije je 2,10^-31 pri 25 ° C, tako da se bo oblikovala zaničevalna količina.

ReakcijatudiN srebrne komprecirane z amonomYoAC

Srebrni ioni, AG⁺, Z amoniakom jih je mogoče dokončati v skladu z naslednjo reverzibilno reakcijo:

Ag⁺(Sonce) + 2nh₃(L) ⇌ [Ag (NH₃)₂]⁺(Sonce)

Rešene vaje

Vaja 1

Kakšna vrsta kemičnega ravnovesja ustreza naslednji reakciji?

2nocl (g) ⇌ 2No (g) + cl₂(g)

Ta reakcija ustreza homogenemu ravnovesju, saj vse vpletene snovi, NOCL, NO in CL₂, So plini.

Vaja 2

Za isto reakcijo od zgoraj bi lahko pričakovali spremembo ravnotežja, če bi se tlak nenadoma povečal?

Preštejmo mole reagentov:

2Nocl

Imamo 2 mola NOCL. Zdaj pa povejmo moli izdelkov:

2No + Cl₂

Imamo tri mole: dva od in enega od CL₂. Na strani izdelkov je več plinastih molov. Zato se bo povečanje tlaka povzročilo, da se ravnovesje premakne na levo stran, proti tvorbi NOCL. Na ta način si sistem prizadeva zmehčati učinke pritiska, ki daje prednost tvorbi NOCL in ne NO in CL₂.

Vaja 3

Za isto reakcijo od zgoraj predpostavimo, da se nenadoma vbrizga precejšen volumen CL₂. Kaj se bo zgodilo z ravnotežjem?

Ko dodajate CL₂ do reaktorja ali posode se njegova koncentracija povečuje kot produkt reakcije. In zato se bo ravnotežje premaknilo nazaj v levo, da bi oblikovalo več NOCL.

Vaja 4

Če ima disociacija NOCL pri 227 ° C 4 ravnotežno konstanto 4.5 · 10^-4, V katero smer je bila ravnotežja?

Spet biti k_Eq manj kot 1 (4.5 · 10^-4 < 1), en el equilibrio se espera que haya más NOCl que NO o Cl₂, Ker je razseljen na levo.

Vaja 5

Glede na naslednjo reakcijo v ravnovesju:

[Co (oh₂)₆]²⁺(AC) +4Cl^-(AC) +Q ⇌ [COCL₄]^2-(AC) +6H₂Ali (l)

In vedeti, da je kompleks [co (oh₂)₆]²⁺ Je roza in da je kompleks [cocl₄]^2- Je modrikasto, kakšne spremembe bi pričakovali, če segrejete posodo s [co (oh₂)₆]²⁺? Kaj bi pričakovali, ali bi jo po ogrevanju posode postavil v kopalnico z ledom?

Reakcija je endotermična, saj absorbira toploto kot reagent. Zato pri segrevanju posode s [CO (OH₂)₆]²⁺, Ravnotežje se bo premaknilo v desno, proti tvorbi [COCL₄]^2-. Bluist roza barvna sprememba bo.

Potem, če je modrikasto barvno posodo s [cocl₄]^2- Postavljen je v kopalnico z ledom, reakcija se bo zdaj premaknila v levo, proti tvorbi Co (OH₂)₆]²⁺:

[COCL₄]^2-(AC) +6H₂Ali (l) ⇌ [co (oh₂)₆]²⁺(AC) +4Cl^-(Ac) +q

To je zato, ker je obratna reakcija eksotermična, saj ima toplota, ki je kot izdelek. Zato pri hlajenju posode s [cocl₄]^2- Modra, kompleks [co (oh (oh₂)₆]²⁺, In roza barva se bo znova pojavila.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). Cengage učenje.
2. Emedicinska pripravlja. (s.F.). Vrste ravnotežja. Okreval od: emedicprep.com
3. Lumen brezmejna kemija. (s.F.). Dejavniki, ki so aficirali kemično ravnovesje. Obnovi se od: tečajev.Lumenarning.com
4. Wikipedija. (2020). Kemično ravnovesje. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
5. Kemija librettexts. (24. maja 2020). Equiqubrium izračuni - pod ilustrativnim izgledom. Okrevano od: kem.Librettexts.org
6. Meyers Amy. (2020). Ravnotežje: kemično in dinamično. Študij. Okrevano od: študij.com
7. Čelada, Anne Marie, ph.D. (11. februar 2020). Kemično ravnovesje v kemičnih reakcijah. Okreval od: Thoughtco.com