Kirish. Fizik kimyoning tekshirish ob’ekti

38. Kimyoviy muvozanat. Massalar ta’siri qonuni. Muvozanat konstantalari.

Har qanday jarayon sistemani shunday holatga olib keladiki, bunda sharoitlar o’zgartirilmasa sistemada hech qanday ko’zga ko’rinarli o’zgarishlar sodir bo’lmaydi. Qaytar reaksiyalarda qrama–qarshi ikki jarayonning tezligi baravarlashganda reaktsion aralashmaning tarkibi uzoq vaqt o’zgarmay qoladigan barqaror holat kimyoviy muvozanat holati deyiladi. Qaytmas reaksiyaning sharoitini o’zgartirib uni qaytar reaksiyaga aylantirish mumkin. Demak, qaytar va qaytmas reaksiyalar orasida printsipial farq yo’q. Barcha reaksiyalarni kimyoviy muvozanat holatiga keladigan qaytar jarayonlar deb qabul qilsak, bunday sistemalarga qaytar jarayonlar termodinamikasini qo’llay olamiz. Kimyoviy reaksiyalarga termodinamikani tadbiq qilish reaksiyaning mexanizmi haqida hech qanday ma’lumot bermaydi, balki sistemaning dastlabki va oxirgi holatlari haqida va reaksiyaga kirishuvchi moddalarning kimyoviy muvozanat holatidagi miqdorlari haqida ma’lumotga ega bo’lamiz. Reaksiya boradigan muhitning bir jinsli yoki ko’p jinsli bo’lishiga qarab kimyoviy muvozanatlar gomogen yoki geterogen muvozanatlar deb ataladi. Gazlarda va chin eritmalarda bo’ladigan muvozanatlar gomogen muvozanatlardir. Geterogen muvozanat bir necha fazadan iborat sistemadagi reaksiya natijasida qaror topadi.

Shunday qilib, muvozanat statik holat emas, balki ko’zga ko’rinarli o’zgarishlar kuzatilmaydigan dinamik holatdir. Matemik nuqtai nazardan muvozanat shartini V₁=V₂ ko’rinishda yozish mumkin, bu yerda V₁ va V₂ –qarama- qarshi yo’nalgan jarayonlarning tezliklari. Bu esa bizga o’rganilayotgan sistemalarda borayotgan jarayonlarning tezliklari haqidagi ma’lumotlarga, ya’ni kinetika qonunlariga asoslanib muvozanat qonunlarini o’rnatish imkoniyatini beradi. Ammiakning sintezi misolida buni ko’rib chiqamiz.

Agar azot bilan vodorodni aralashtirib ma’lum tashqi sharoitlarni yaratsak quyidagi jarayon ketadi:

Reaksiya mahsuloti hosil bo’lishi bilan aralashmada teskari jarayon ham paydo bo’ladi:

Ammiakning miqdori ortishi bilan ikkinchi reaksiyaning tezligi ortib boradi. Nihoyat, ammiakning ma’lum (muvozanat) kontsentratsiyasida uning hosil bo’lish va parchalanish reaksiyalari tenglashadi va kimyoviy muvozanat holatiga erishiladi.

Agar tashqi sharoitlar o’zgartirilmasa sistemada ko’zga ko’rinarli o’zgarishlar kuzatilmaydi. Bunda reaksiya oxirigacha bormaydi va muvozanat holatidagi aralashma NH₃, N₂ va H₂ larni tutadi. Bunday oxirigacha bormaydigan va sistemani kimyoviy muvozanat holatiga keltiradigan reaksiyalar qaytar deyiladi:

Shuni yana bir bor ta’kidlaymizki, nazariy nuqtai nazardan barcha reaksiyalar qaytardir, “qaytmas” kimyoviy reaksiyalarni esa, muvozanat chapdan o’ngga kuchli siljigan jarayon deb qarash lozim. Kimyoviy reaksiyaning qaytarligi bilan jarayonning termodinamik qaytarligini chalkashtirish kerak emas:

-kimyoviy reaksiyaning qaytarligi haqida so’z yuritilganda reaksiya faqat to’g’ri va teskari yo’nalishlarda borishi mumkinligi tushiniladi;

-termodinamik muvozanat esa, jarayon borayotgan sistemaning cheksiz muvozanat holatlaridan o’tishi kerakligini bildiradi.

Shunday qilib, qaytar kimyoviy reaksiya termodinamik jixatdan qaytmas bo’lishi mumkin (amalda ko’pincha shunday bo’ladi ham).

Muvozanat holatning belgilari quyidagilar:

-vaqt o’tishi bilan sistemaning o’zgarmasligi;

-muvozanat holatga qanday yo’l bilan erishganlikka bog’liq bo’lmaslik (termodinamikadan bevosita kelib chiqadigan asosiy belgi);

-muvozanatning tashqi sharoitga bog’liqligi (har qanday cheksiz kichik o’zgarishga muvozanatning ham cheksiz kichik o’zgarishi mos keladi).

Kimyoviy muvozanatning asosiy miqdoriy qonuni 1865 yil N.N.Beketov tomonidan o’rnatilgan va uni 1867 yil gomogen sistemalar uchun Gulьdberg va Vaagelar rivojlantirgan: hosil bo’lgan moddalar kontsentratsiyalari ko’paytmasining boshlang’ich moddalar kontsentratsiyalarining ko’paytmasiga bo’linmasi o’zgarmas temperaturada muvozanatdagi sistemada o’zgarmas kattalik bo’lib, muvozanat konstantasi deyiladi (ushbu qonun “massalar ta’siri qonuni” nomi bilan mashhurdir).