Kemijsko ravnotežje: konstanta kemijskega ravnovesja in način njegovega izražanja

Leta 1885 se je začel francoski fizik in kemik Le Chatelierjev, in leta 1887 je nemški fizik Brown upravičena zakon kemijskem ravnotežju in kemijskem ravnotežju konstantno, in preučevali njihovo odvisnost od vplivom različnih zunanjih dejavnikov.

Bistvo kemijskega ravnovesja

Ravnotežje je dinamično stanje, kar pomeni, da se stvari vedno premikajo. Produkti se razgradijo v reagente, reagenti pa so združeni v izdelke. Stvari se gibljejo, vendar koncentracije ostajajo nespremenjene. Reakcija se zabeleži z dvojno puščico namesto enakovrednega znaka, ki kaže, da je reverzibilen.

Klasični vzorci

Tudi v zadnjem stoletju so kemiki odkrili nekatere vzorce, ki zagotavljajo verjetnost spreminjanja smeri reakcije v isti posodi. Znanje, kako se pojavljajo kemijske reakcije, je neverjetno pomembno tako za laboratorijske raziskave kot za industrijsko proizvodnjo. Hkrati je zelo pomembno, da nadzoruje vse te pojave. Pogosto je, da se človek vmeša v številne naravne procese, zlasti reverzibilne, da jih lahko uporabimo v svojo korist. Iz poznavanja kemičnih reakcij bo bolj koristno, če boste popolnoma obvladali vzvode upravljanja.

Za kemikalije so uporabili zakon o delujočih masah v kemiji, da bi pravilno izračunali hitrost reakcije. On daje jasno idejo, da nobeden kemični proces Če ne preide skozi zaprti sistem, se ne bo dokončal. Molekule nastalih snovi so v stalnem in nepremostljivem gibanju, kmalu pa lahko pride do povratne reakcije, pri kateri se bodo obnovile molekule izhodnega materiala.

V industriji se najpogosteje uporabljajo odprti sistemi. Plovila, aparati in druge posode, kjer potekajo kemične reakcije, ostanejo odklenjene. To je potrebno tako, da je v teh procesih možno izvleči želeni izdelek in se znebiti neuporabnih reakcijskih produktov. Na primer, premog sežge v odprtih peči za cementne peči, ki v plavžu odprtega tipa upravlja s konstantno dovajanje zraka in amonijak se sintetizira s stalnim odstranitev amoniaka.

Reverzibilne in trajne kemične reakcije

Kot že ime pove, lahko dajo ustrezne opredelitve: šteje ireverzibilno reakcijo vložila do konca ne da bi spremenili svojo smer in teče po vnaprej določeni poti, ne glede na tlačnih razlik in temperaturnih nihanj. Njihova posebnost je, da lahko nekateri izdelki zapustijo sfero reakcije. Tako je na primer mogoče pridobiti plin (CaCO₃ = CaO + CO_2), oborina (Cu (NO₃)₂ + H₂S = CuS + 2HNO₃) ali drugo povezavo. Reakcija se bo štelo za nepovratno, če med procesom sprosti veliko toplotne energije, na primer: 4P + 5O₂ = 2P₂O₅ + Q.

Skoraj vse reakcije, ki se pojavljajo v naravi, so reverzibilne. Ne glede na zunanje pogoje, kot sta tlak in temperatura, lahko praktično vsi procesi potekajo hkrati v različnih smereh. Kot prava množične delovanja v kemiji, količina toplote absorbira, je enako številu dodeljen, kar pomeni, da če je eden reakcija eksotermna, drugi (nazaj) bude endotermni.

Kemijsko ravnotežje: konstanta kemijskega ravnovesja

Reakcije so "glagoli" kemije - dejavnost, ki jo kemiki učijo. Veliko reakcij preide na njihovo dokončanje in se nato ustavi, kar pomeni, da se reagenti popolnoma pretvorijo v izdelke in se ne morejo vrniti v prvotno stanje. V nekaterih primerih je reakcija resnično nepopravljiva, na primer ko se zgorevanje spreminja tako fizično kot kemično lastnosti snovi. Vendar pa obstaja veliko drugih okoliščin, v katerih reverzna reakcija ni mogoča le, ampak tudi neprekinjena, saj produkti prve reakcije postanejo reagenti v drugem.

Dinamično stanje, v katerem koncentracije reagentov in produktov ostanejo konstantne, se imenuje ravnovesje. Možno je napovedati vedenje snovi z nekaterimi zakoni, ki se uporabljajo v industriji, ki skušajo zmanjšati stroške proizvodnje določenih kemikalij. Za razumevanje procesov, ki ohranjajo ali potencialno ogrožajo zdravje ljudi, je koristen tudi pojem kemijskega ravnovesja. Kemijsko ravnotežje konstanta je vrednost faktorja reakcije, ki je odvisna od ionske moči in temperature, in ni odvisna od koncentracije reaktantov in produktov v raztopini.

Izračun ravnovesne konstante

Ta vrednost je brez dimenzij, to pomeni, da nima določenega števila enot. Čeprav izračun običajno zapišemo za dva reagenta in dva proizvoda, deluje za katero koli število udeležencev v reakciji. Izračun in interpretacija ravnotežne konstante sta odvisna od tega, ali je kemijska reakcija povezana s homogeno ali heterogeno ravnovesje. To pomeni, da so vse reaktivne komponente lahko čiste tekočine ali plini. Za reakcije, ki dosežejo heterogeno ravnovesje, običajno ni ene faze, temveč vsaj dva. Na primer, tekočine in plini ali trdne snovi in tekočine.

Vrednost ravnovesne konstante

Za vsako določeno temperaturo obstaja samo ena vrednost za ravnovesno konstanto, ki se spreminja le, če je temperatura, pri kateri pride do reakcije, v eni ali drugi smeri različna. Lahko naredite nekaj napovedi o kemični reakciji, ki temelji na tem, ali je ravnovesna konstanta velika ali majhna. Če je vrednost zelo velika, potem ravnotežje daje prednost reakciji na desno in dobimo več produktov, kot so bili reagenti. Reakcijo v tem primeru lahko imenujemo "popolna" ali "kvantitativna".

Če je vrednost ravnovesne konstante majhna, potem daje prednost reakciji na levo, kjer je bila količina reagentov večja od oblikovanih produktov. Če se ta vrednost nagiba na nič, lahko predpostavimo, da se reakcija ne pojavi. Če so vrednosti ravnovesne konstante za naprej in obratno reakcije skoraj enake, bo število reagentov in produktov skoraj enako. Ta vrsta reakcije velja za reverzibilno.

Razmislite o specifični reverzibilni reakciji

Vzemite dva kemijska elementa, jod in vodik, ki v mešanici dajo novo snov - jodov vodik.

H₂+Jaz₂ = 2HI

Za v₁ vzamemo hitrost neposredne reakcije, za v₂ - hitrost povratne reakcije in k je ravnovesna konstanta. Z uporabo zakona množičnega delovanja dobimo naslednji izraz:

v₁ = k₁ * c (H₂) * c (I₂),

v₂ = k₂ * c²(HI).

Pri mešanju jodovih molekul (I₂) in vodik (H₂) začne njihovo interakcijo. V začetni fazi je koncentracija teh elementov največja, toda do konca reakcije bo največja koncentracija nove spojine - vodikovega jodida (HI). Zato bodo reakcijske stopnje drugačne. Na samem začetku bodo največje. Sčasoma pride čas, ko so te vrednosti enake, je stanje, imenovano kemijsko ravnotežje.

Izraz za konstanto kemijskega ravnovesja ponavadi označi s kvadratnimi oklepaji: [H₂], [I₂], [HI]. Ker so v ravnovesnem stanju enake hitrosti, potem:

k₁[H₂] [I₂] = k₂[HI]²,

zato dobimo enačbo kemijskega ravnovesja konstantno:

k₁/ k₂ = [HI]²/ [H₂] [I₂] = K.

Načelo Le Chatelier-Brown

Tam je naslednje pravilo: če je sistem, ki je v ravnovesju, da se ustvari določen vpliv (sprememba kemijskih pogojih uravnoteženosti s spremembo temperature ali pritiska, na primer), se bo stanje prehod na delno izničijo učinek sprememb. To načelo poleg kemije velja tudi v več različnih oblikah na področju farmakologije in ekonomije.

Konstanta kemijskega ravnovesja in načini njenega izražanja

Ravnovesni izraz lahko izrazimo v smislu koncentracije produktov in reagentov. Le kemikalije v vodnih in plinastih faz so vključene v formulo ravnotežja, saj se koncentracija tekočine in trdne snovi niso spremenile. Kateri dejavniki vplivajo na kemijsko ravnotežje? Če gre za čisto tekočino ali trdno snov, se šteje, da ima K = 1 in se zato upošteva, razen zelo koncentriranih raztopin. Na primer, čista voda ima dejavnost 1.

Drugi primer je trden ogljik, ki ga lahko tvori reakcija dveh molekul ogljikovega monoksida, da se tvori ogljikov dioksid in ogljik. Dejavniki, ki lahko vplivajo na ravnovesje, vključujejo dodajanje reagenta ali proizvoda (sprememba koncentracije vpliva na ravnotežje). Dodajanje reagenta lahko povzroči ravnovesje na desni strani kemijske enačbe, kjer se pojavijo več oblik izdelka. Dodajanje proizvoda lahko privede do ravnovesja na levi strani, saj se več oblik reagentov postane več.

Ravnotežje se pojavi, če ima reakcija v obeh smereh konstantno razmerje med produkti in reagenti. Na splošno je kemijsko ravnotežje statično, saj je kvantitativno razmerje med produkti in reagenti konstantno. Vendar pa podrobnejši prikaz kaže, da je ravnovesje v resnici zelo dinamičen proces, saj se reakcija v obeh smereh premika enakomerno.

Dinamično ravnovesje je primer stabilne funkcije stanja. Za sistem v stabilnem stanju se obnašanje v tem trenutku nadaljuje v prihodnosti. Zato takoj, ko reakcija doseže ravnovesje, razmerje koncentracij produktov in reagentov ostane enako, čeprav se reakcija nadaljuje.

Kako enostavno je povedati o kompleksu?

Takšni pojmi kot kemično ravnotežje in konstanta kemijskega ravnovesja sta precej zapletena za razumevanje. Vzemimo primer iz življenja. Ali ste že kdaj zatakne na mostu med obema mestoma, in bodite pozorni na dejstvo, da je gibanje v drugo smer gladko in meri, medtem ko so brezupno zaljubljen v prometu? Ni dobro.

Kaj, če se stroji gibljejo z enako hitrostjo in hitrosti z obeh strani? Ali bi število avtomobilov v obeh mestih ostalo nespremenjeno? Ko je vstopna in izstopna hitrost v obeh mestih enak, vendar se je število avtomobilov v vsakem mestu je stabilna v daljšem časovnem obdobju, kar pomeni, da je celoten proces v dinamičnem ravnovesju.