Kimyoviy muvozanat va siljitish shartlari Reja: Kimyoviy muvozanat

Kimyoviy muvozanat va siljitish shartlari
Reja:

1. 
   Kimyoviy muvozanat.
   
2. 
   Siljitish shartlari .
   
3. 
   

Kimyoviy muvozanat, to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaksiyalar tezligining tengligi (=) va Gibbs energiyasining minimal qiymati (∆ G p, m = 0), berilgan sharoitlarda tizimning eng barqaror holati bo'lib, uzoq vaqt davomida o'zgarishsiz qoladi. chunki muvozanat o'rnatiladigan parametrlar doimiy bo'lib qoladi ...
Shartlar o'zgarganda muvozanat buziladi va to'g'ridan-to'g'ri yoki teskari reaktsiya yo'nalishiga siljiydi. Muvozanatning siljishi tashqi ta'sir ikki o'zaro qarama-qarshi jarayon tezligini turli darajada o'zgartirishi bilan bog'liq. Biroz vaqt o'tgach, tizim yana muvozanatga keladi, ya'ni. u bir muvozanat holatidan ikkinchisiga o'tadi. Yangi muvozanat to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligining yangi tengligi va tizimdagi barcha moddalarning yangi muvozanat konsentratsiyasi bilan tavsiflanadi.
Muvozanatning siljish yo‘nalishi odatda Le Shatelye printsipi bilan belgilanadi: agar barqaror muvozanat holatidagi tizimga tashqi ta’sir ko‘rsatilsa, muvozanatning siljishi tashqi ta’sir ta’sirini zaiflashtiruvchi jarayon yo‘nalishida sodir bo‘ladi. .
Muvozanatning siljishi haroratning o'zgarishi, reagentlardan birining konsentratsiyasi (bosimi) tufayli yuzaga kelishi mumkin.
Harorat - kimyoviy reaksiyaning muvozanat konstantasining qiymati bog'liq bo'lgan parametr. Reaksiyadan foydalanish shartlariga qarab haroratning o'zgarishi bilan muvozanatning siljishi masalasi (1.90) - = izobar tenglamasi yordamida hal qilinadi.
endotermik jarayon uchun muvozanat konstantasining logarifmaning haroratga nisbatan hosilasi musbat (> 0); massa ta'siri qonuniga muvofiq, haroratning oshishi bilan muvozanat to'g'ri chiziqqa siljiydi (endotermik reaksiya). Ammo shuni esda tutish kerakki, ham izotermik, ham endotermik jarayonlarning tezligi harorat oshishi bilan ortadi va pasayganda pasayadi, lekin haroratning o'zgarishi bilan tezliklarning o'zgarishi bir xil emas, shuning uchun haroratni o'zgartirish orqali buni amalga oshirish mumkin. muvozanatni ma'lum bir yo'nalishda siljitish. Muvozanatning siljishi tarkibiy qismlardan birining kontsentratsiyasining o'zgarishi natijasida yuzaga kelishi mumkin: moddaning muvozanat tizimiga qo'shilishi yoki tizimdan olib tashlanishi.
Le Chatelier printsipiga ko'ra, reaktsiya ishtirokchilaridan birining kontsentratsiyasi o'zgarganda, muvozanat kompensatsion o'zgarish tomon siljiydi, ya'ni. boshlang'ich moddalardan birining konsentratsiyasining ortishi bilan - o'ngga va kontsentratsiyaning ortishi bilan reaksiya mahsulotlaridan biri - chapga. Agar gazsimon moddalar teskari reaktsiyada ishtirok etsa, bosim o'zgarganda ularning barcha kontsentratsiyasi bir xil va bir vaqtning o'zida o'zgaradi. Jarayonlarning tezligi ham o'zgaradi va shuning uchun kimyoviy muvozanatning siljishi sodir bo'lishi mumkin. Masalan, CaCO 3 (K) CO (k) + CO 2 (g) tizimidagi bosimning oshishi (muvozanatga nisbatan) bilan teskari reaktsiya tezligi ortadi = bu muvozanatning o'zgarishiga olib keladi. Chapga. Xuddi shu tizimdagi bosim pasayganda, teskari reaktsiya tezligi pasayadi va muvozanat o'ng tomonga siljiydi. Muvozanatda bo'lgan 2HCl H 2 + Cl 2 tizimidagi bosimning oshishi bilan muvozanat o'zgarmaydi, chunki ikkala tezlik ham bir xil tarzda ortadi.
4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O (g) tizimi uchun bosimning oshishi to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligining oshishiga va muvozanatning o'ngga siljishiga olib keladi.
Shunday qilib, Le Chatelier printsipiga muvofiq, bosimning oshishi bilan muvozanat gaz aralashmasida kamroq miqdordagi mol gazsimon moddalar hosil bo'lishiga va shunga mos ravishda tizimdagi bosimning pasayishiga qarab o'tadi.
Va aksincha, bosimning pasayishiga olib keladigan tashqi ta'sir bilan muvozanat shakllanish tomon siljiydi. Ko'proq gazsimon moddalarning mollari, bu tizimdagi bosimning oshishiga olib keladi va ishlab chiqarilgan ta'sirga qarshi turadi.
Le Shatelye printsipi katta amaliy ahamiyatga ega. Uning asosida kimyoviy o'zaro ta'sirni amalga oshirish uchun bunday sharoitlarni tanlash mumkin, bu esa reaksiya mahsulotlarining maksimal rentabelligini ta'minlaydi.
Agar tizim muvozanat holatida bo'lsa, u holda tashqi sharoitlar o'zgarmas bo'lib qolguncha, u unda qoladi. Agar shartlar o'zgarsa, u holda tizim muvozanatdan chiqadi - oldinga va teskari jarayonlarning tezligi notekis o'zgaradi - reaktsiya davom etadi. Muvozanat, bosim yoki haroratda ishtirok etadigan har qanday moddalarning kontsentratsiyasining o'zgarishi tufayli nomutanosiblik holatlari eng katta ahamiyatga ega.
Keling, ushbu holatlarning har birini ko'rib chiqaylik.
Reaksiyada ishtirok etuvchi har qanday moddalar kontsentratsiyasining o'zgarishi tufayli nomutanosiblik. Vodorod, vodorod yodid va yod bug'lari ma'lum bir harorat va bosimda bir-biri bilan muvozanatda bo'lsin. Keling, tizimga qo'shimcha miqdorda vodorod kiritaylik. Massa ta'siri qonuniga ko'ra, vodorod kontsentratsiyasining oshishi to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligining oshishiga olib keladi - HI sintezi reaktsiyasi, teskari reaktsiya tezligi esa o'zgarmaydi. Reaktsiya endi oldinga yo'nalishda teskari yo'nalishda tezroq davom etadi. Natijada, vodorod va yod bug'larining kontsentratsiyasi pasayadi, bu to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaning sekinlashishiga olib keladi va HI kontsentratsiyasi oshadi, bu esa teskari reaktsiyaning tezlashishiga olib keladi. Bir muncha vaqt o'tgach, oldinga va teskari reaktsiyalarning tezligi yana tenglashadi - yangi muvozanat o'rnatiladi. Biroq, HI kontsentratsiyasi endi qo'shilishdan oldingi darajadan yuqori bo'ladi va kontsentratsiya pastroq bo'ladi.
Nomutanosiblik natijasida yuzaga keladigan konsentratsiyalarni o'zgartirish jarayoni muvozanatning siljishi yoki siljishi deb ataladi. Agar bir vaqtning o'zida tenglamaning o'ng tomonida moddalar kontsentratsiyasining ortishi bo'lsa (va, albatta, bir vaqtning o'zida chap tomonda moddalar kontsentratsiyasining pasayishi), ular muvozanatning siljishini aytishadi. o'ngga, ya'ni to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya oqimi yo'nalishi bo'yicha; konsentratsiyaning teskari o'zgarishi bilan muvozanatning chapga - teskari reaktsiya yo'nalishi bo'yicha siljishi haqida gapiriladi. Ko'rib chiqilayotgan misolda muvozanat o'ngga siljigan. Shu bilan birga, konsentratsiyasining oshishi muvozanatni keltirib chiqaradigan modda reaktsiyaga kirdi - uning konsentratsiyasi pasaydi.
Shunday qilib, muvozanatda ishtirok etuvchi moddalarning har qanday kontsentratsiyasining oshishi bilan muvozanat ushbu moddaning iste'moli tomon siljiydi; moddalarning har qanday konsentratsiyasining pasayishi bilan muvozanat ushbu moddaning hosil bo'lishiga qarab siljiydi.
Bosimning o'zgarishi tufayli nomutanosiblik (tizimning hajmini kamaytirish yoki oshirish orqali). Reaksiyada gazlar ishtirok etganda, tizim hajmi o'zgarganda muvozanat buzilishi mumkin.
Bosimning azot oksidi va kislorod o'rtasidagi reaktsiyaga ta'sirini ko'rib chiqing:
Gazlar aralashmasi bo'lsin va ma'lum bir harorat va bosimda kimyoviy muvozanatda bo'lsin. Haroratni o'zgartirmasdan, biz bosimni oshiramiz, shunda tizim hajmi 2 barobar kamayadi. Birinchi daqiqada barcha gazlarning qisman bosimi va kontsentratsiyasi ikki barobar ortadi, lekin ayni paytda to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligi o'rtasidagi nisbat o'zgaradi - muvozanat buziladi.
Haqiqatan ham, bosim oshishidan oldin, gaz konsentratsiyasi muvozanat qiymatlariga ega edi va to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi bir xil edi va tenglamalar bilan aniqlandi:
Siqilishdan keyingi birinchi daqiqada gazlarning kontsentratsiyasi ularning dastlabki qiymatlari bilan solishtirganda ikki baravar ko'payadi va mos ravishda teng bo'ladi. Bunday holda, to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi tenglamalar bilan aniqlanadi:
Shunday qilib, bosimning oshishi natijasida oldinga reaktsiya tezligi 8 marta, teskari esa faqat 4 marta oshdi. Tizimdagi muvozanat buziladi - oldinga siljish teskari reaktsiyadan ustun turadi. Tezliklar tenglashganidan keyin muvozanat yana o'rnatiladi, lekin tizimdagi miqdor ortadi, muvozanat o'ngga siljiydi.
To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligining teng bo'lmagan o'zgarishi chap va teskari reaktsiyalar bilan bog'liqligini tushunish oson. o'ng tomonlar ko'rib chiqilayotgan reaksiya tenglamalari gaz molekulalari soni bo'yicha farqlanadi: bitta kislorod molekulasi va ikkita azot oksidi molekulasi (jami uchta gaz molekulasi) ikkita gaz molekulasiga - azot dioksidiga aylanadi. Gaz bosimi uning molekulalarining tomir devorlariga ta'siri natijasidir; qolgan barcha narsalar teng bo'lsa, ma'lum hajmdagi gazda qancha molekulalar mavjud bo'lsa, gaz bosimi shunchalik yuqori bo'ladi. Shuning uchun gaz molekulalari sonining ko'payishi bilan kechadigan reaktsiya bosimning oshishiga olib keladi va gaz molekulalari sonining kamayishi bilan davom etuvchi reaktsiya bosimning pasayishiga olib keladi.
Shuni hisobga olib, bosimning kimyoviy muvozanatga ta'siri to'g'risidagi xulosani quyidagicha shakllantirish mumkin:
Tizimni siqish orqali bosimning oshishi bilan muvozanat gaz molekulalari sonining kamayishiga, ya'ni bosimning pasayishiga; bosimning pasayishi bilan muvozanat gaz molekulalari sonining ko'payishiga siljiydi. ya'ni bosimning oshishi tomon.
Agar reaksiya gaz molekulalarining sonini o'zgartirmasdan davom etsa, tizimni siqish yoki kengaytirish paytida muvozanat buzilmaydi. Masalan, tizimda
ovoz balandligi o'zgarganda muvozanat buzilmaydi; HI chiqishi bosimga bog'liq emas.
Haroratning o'zgarishi tufayli nomutanosiblik. Kimyoviy reaktsiyalarning ko'pchiligining muvozanati haroratning o'zgarishi bilan o'zgaradi. Muvozanatning siljish yo`nalishini belgilovchi omil reaksiyaning issiqlik effektining belgisidir. Haroratning oshishi bilan muvozanat endotermik yo'nalishga, kamayishi bilan esa ekzotermik reaktsiya yo'nalishiga siljishini ko'rsatish mumkin.
Demak, ammiak sintezi ekzotermik reaksiyadir
Shuning uchun, harorat ko'tarilgach, tizimdagi muvozanat chapga - ammiakning parchalanishi tomon siljiydi, chunki bu jarayon issiqlikni yutish bilan davom etadi.
Aksincha, azot oksidi (II) sintezi endotermik reaksiya hisoblanadi:
Shuning uchun harorat ko'tarilishi bilan tizimdagi muvozanat o'ngga - hosil bo'lish tomon siljiydi.
Kimyoviy muvozanatning buzilishining ko'rib chiqilgan misollarida paydo bo'ladigan naqshlar alohida holatlardir umumiy tamoyil ta'sirini aniqlash turli omillar muvozanat tizimlariga. Kimyoviy muvozanatga tatbiq etilganda Le Chatelier printsipi sifatida tanilgan ushbu printsipni quyidagicha shakllantirish mumkin:
Muvozanat holatidagi sistemaga har qanday ta’sir ko‘rsatilsa, unda sodir bo‘ladigan jarayonlar natijasida muvozanat shunday yo‘nalishga siljiydiki, ta’sir kuchayishi kamayadi.
Haqiqatan ham, reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalardan biri tizimga kiritilganda, muvozanat ushbu moddaning iste'moli tomon siljiydi. "Bosim ko'tarilganda, u tizimdagi bosim pasayishi uchun o'zgaradi; harorat ko'tarilganda, muvozanat endotermik reaktsiya tomon siljiydi - tizimdagi harorat pasayadi.
Le Shatelier printsipi nafaqat kimyoviy, balki turli fizik-kimyoviy muvozanatlarga ham tegishli. Qaynatish, kristallanish, erish kabi jarayonlar sharoitlarining o'zgarishi bilan muvozanatning siljishi Le Shatelier printsipiga muvofiq sodir bo'ladi.
Qaytariladigan kimyoviy reaksiyalar Mahsulotlari ma'lum sharoitlarda bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin bo'lgan reaktsiyalar.