>> شیمی: تعادل شیمیایی و راههای جابجایی آن در فرآیندهای برگشت پذیر، سرعت واکنش مستقیم در ابتدا حداکثر است و سپس به دلیل کاهش غلظت مواد اولیه مصرفی و تشکیل محصولات واکنش، کاهش می یابد. در مقابل، سرعت واکنش معکوس که در ابتدا حداقل است، با افزایش غلظت محصولات واکنش افزایش می یابد. سرانجام، لحظه ای فرا می رسد که نرخ واکنش های رو به جلو و معکوس برابر می شود.
در صورتی که سرعت واکنش رو به جلو با سرعت واکنش معکوس برابر باشد، حالت یک فرآیند برگشت پذیر شیمیایی را تعادل شیمیایی می نامند.
تعادل شیمیایی پویا (متحرک) است، زیرا هنگام وقوع، واکنش متوقف نمی شود، فقط غلظت اجزاء بدون تغییر باقی می ماند، یعنی برای یک واحد زمان، همان مقدار از محصولات واکنش تشکیل می شود که به مواد اولیه در دما و فشار ثابت، تعادل یک واکنش برگشت پذیر را می توان به طور نامحدود حفظ کرد.
در تولید، آنها اغلب به جریان غالب واکنش مستقیم علاقه مند هستند. به عنوان مثال، در تولید آمونیاک، اکسید گوگرد (VI). اکسید نیتریک (II). چگونه می توان سیستم را از حالت تعادل استخراج کرد؟ تغییر در شرایط خارجی که تحت آن یک فرآیند شیمیایی برگشت‌پذیر انجام می‌شود چگونه بر آن تأثیر می‌گذارد؟
محتوای درس خلاصه درسفن آوری های تعاملی از روش های شتاب دهنده ارائه درس پشتیبانی می کند تمرین تکالیف و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس ها، تصاویر گرافیکی، جداول، طرح های طنز، حکایت ها، جوک ها، تمثیل های کمیک، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول ها افزونه ها چکیده هاتراشه های مقاله برای برگه های تقلب کنجکاو کتاب های درسی پایه و واژه نامه اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی بخشی در کتاب درسی عناصر نوآوری در درس جایگزین دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال توصیه های روش شناختی برنامه بحث دروس تلفیقیتعادل شیمیایی ذاتی است برگشت پذیرواکنش ها و معمولی برای غیر قابل برگشتواکنش های شیمیایی
اغلب در حین اجرای یک فرآیند شیمیایی، واکنش دهنده های اولیه به طور کامل وارد محصولات واکنش می شوند. مثلا:
Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
بدست آوردن مس فلزی با انجام واکنش در جهت مخالف غیرممکن است، زیرا. داده شده واکنش برگشت ناپذیر است. در چنین فرآیندهایی، واکنش دهنده ها به طور کامل به محصولات تبدیل می شوند، یعنی. واکنش تا پایان ادامه می یابد.
اما بیشتر واکنش های شیمیایی برگشت پذیر، یعنی جریان موازی واکنش در جهت جلو و معکوس محتمل است. به عبارت دیگر، واکنش دهنده ها فقط تا حدی به محصولات تبدیل می شوند و سیستم واکنش هم از واکنش دهنده ها و هم از محصولات تشکیل می شود. سیستم در این مورد در حالت است تعادل شیمیایی.
در فرآیندهای برگشت پذیر، ابتدا واکنش مستقیم دارای حداکثر سرعت است که به دلیل کاهش مقدار معرف، به تدریج کاهش می یابد. برعکس، واکنش معکوس در ابتدا دارای حداقل سرعت است که با تجمع محصولات افزایش می یابد. در پایان، لحظه ای فرا می رسد که سرعت هر دو واکنش برابر می شود - سیستم به حالت تعادل می رسد. هنگامی که به حالت تعادل می رسد، غلظت اجزاء بدون تغییر باقی می ماند، اما واکنش شیمیایی متوقف نمی شود. که این یک حالت پویا (متحرک) است. برای وضوح، شکل زیر را ارائه می دهیم:
بیایید بگوییم تعدادی وجود دارد واکنش شیمیایی برگشت پذیر:
a A + b B = c C + d D
سپس بر اساس قانون عمل جمعی، عبارات برای را می نویسیم سر راستυ 1 و معکوسυ 2 واکنش:
υ1 = k 1 [A] a [B] b
υ2 = k 2 [C] c [D] d
قادر تعادل شیمیایی، سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس برابر است، یعنی:
k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] c [D] d
ما گرفتیم
به= k1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b
جایی که K =ک 1 / ک 2 – ثابت تعادل
برای هر فرآیند برگشت پذیر، تحت شرایط معین کیک مقدار ثابت است این به غلظت مواد بستگی ندارد، زیرا وقتی مقدار یکی از مواد تغییر می کند، مقدار سایر اجزا نیز تغییر می کند.
هنگامی که شرایط برای روند یک فرآیند شیمیایی تغییر می کند، تغییر در تعادل امکان پذیر است.
عوامل موثر بر تغییر تعادل:
- تغییر در غلظت واکنش دهنده ها یا محصولات،
- تغییر فشار،
- تغییر دما،
- وارد کردن کاتالیزور به محیط واکنش.
اصل لو شاتلیه
همه عوامل فوق بر تغییر در تعادل شیمیایی تأثیر می‌گذارند که در معرض آن است اصل لو شاتلیه: اگر یکی از شرایطی را که در آن سیستم در تعادل است - غلظت، فشار یا دما - تغییر دهید، تعادل در جهت واکنشی که این تغییر را خنثی می کند تغییر می کند.آن ها تعادل تمایل به تغییر در جهت دارد که منجر به کاهش تأثیر ضربه می شود که منجر به نقض حالت تعادل می شود.
بنابراین، ما به طور جداگانه تأثیر هر یک از عوامل آنها را بر وضعیت تعادل در نظر خواهیم گرفت.
نفوذ تغییرات در غلظت واکنش دهنده یا محصول بیایید با مثال نشان دهیم فرآیند هابر:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)
برای مثال، اگر نیتروژن به یک سیستم تعادلی متشکل از N 2 (g)، H 2 (g) و NH 3 (g) اضافه شود، تعادل باید در جهتی تغییر کند که به کاهش مقدار کمک کند. هیدروژن نسبت به مقدار اولیه خود، آن ها. در جهت تشکیل مقدار اضافی آمونیاک (به سمت راست). در عین حال، کاهش مقدار هیدروژن نیز رخ خواهد داد. هنگامی که هیدروژن به سیستم اضافه می شود، تعادل نیز به سمت تشکیل مقدار جدیدی از آمونیاک (به سمت راست) تغییر می کند. در حالی که ورود آمونیاک به سیستم تعادل، با توجه به اصل لو شاتلیه ، باعث تغییر تعادل به سمت فرآیندی می شود که برای تشکیل مواد اولیه (به سمت چپ) مطلوب است، یعنی. غلظت آمونیاک باید با تجزیه مقداری از آن به نیتروژن و هیدروژن کاهش یابد.
کاهش غلظت یکی از اجزاء، حالت تعادل سیستم را به سمت تشکیل این جزء تغییر خواهد داد.
نفوذ تغییرات فشار منطقی است که اجزای گازی در فرآیند مورد مطالعه شرکت کنند و در این مورد، تغییری در تعداد کل مولکول ها وجود داشته باشد. اگر تعداد کل مولکول های سیستم باقی بماند دائمی، سپس تغییر فشار تاثیر نمی گذارددر تعادل آن، به عنوان مثال:
I 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)
اگر فشار کل یک سیستم تعادلی با کاهش حجم آن افزایش یابد، آنگاه تعادل در جهت کاهش حجم تغییر خواهد کرد. آن ها به سمت کاهش تعداد گازدر سیستم در واکنش:
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)
از 4 مولکول گاز (1 N 2 (g) و 3 H 2 (g)) 2 مولکول گاز تشکیل می شود (2 NH 3 (g))، یعنی. فشار در سیستم کاهش می یابد. در نتیجه، افزایش فشار به تشکیل مقدار اضافی آمونیاک کمک می کند، یعنی. تعادل در جهت تشکیل آن (به سمت راست) تغییر خواهد کرد.
اگر دمای سیستم ثابت باشد، تغییر در فشار کل سیستم منجر به تغییر در ثابت تعادل نخواهد شد. به.
تغییر دما سیستم نه تنها بر جابجایی تعادل خود، بلکه بر ثابت تعادل نیز تأثیر می گذارد به.اگر به یک سیستم تعادلی، در فشار ثابت، گرمای اضافی داده شود، آنگاه تعادل در جهت جذب گرما تغییر خواهد کرد. در نظر گرفتن:
N 2 (گرم) + 3H 2 (گرم) \u003d 2NH 3 (گرم) + 22 کیلو کالری
بنابراین، همانطور که می بینید، واکنش رو به جلو با آزاد شدن گرما و واکنش معکوس با جذب ادامه می یابد. با افزایش دما، تعادل این واکنش به سمت واکنش تجزیه آمونیاک (به سمت چپ) تغییر می کند، زیرا این است و تأثیر خارجی - افزایش دما - را تضعیف می کند. برعکس، خنک‌سازی منجر به تغییر تعادل در جهت سنتز آمونیاک (به سمت راست) می‌شود، زیرا واکنش گرمازا است و در برابر سرد شدن مقاومت می کند.
بنابراین، افزایش دما به نفع تغییر است تعادل شیمیاییدر جهت یک واکنش گرماگیر، و افت دما در جهت یک فرآیند گرمازا است . ثابت های تعادلتمام فرآیندهای گرمازا با افزایش دما کاهش می یابد و فرآیندهای گرمازا افزایش می یابد.
تعادل شیمیایی مربوط به برابری سرعت واکنش‌های مستقیم و معکوس (=) و حداقل مقدار انرژی گیبس (∆ G р,т = 0) پایدارترین حالت سیستم در شرایط داده شده است و بدون تغییر باقی می‌ماند. تا زمانی که پارامترها ثابت نگه داشته شوند، که در آن تعادل برقرار شده باشد.
هنگامی که شرایط تغییر می کند، تعادل به هم می خورد و در جهت واکنش مستقیم یا معکوس تغییر می کند. تغییر در تعادل به این دلیل است که تأثیر خارجی به میزان متفاوتی سرعت دو فرآیند متقابل را تغییر می دهد. پس از مدتی، سیستم دوباره به حالت تعادل می رسد، یعنی. از یک حالت تعادل به حالت دیگر حرکت می کند. تعادل جدید با برابری جدید نرخ واکنش های رو به جلو و معکوس و غلظت های جدید تعادلی همه مواد در سیستم مشخص می شود.
جهت تغییر تعادل در حالت کلی با اصل لو شاتلیه تعیین می شود: اگر تأثیر خارجی بر سیستمی در حالت تعادل پایدار اعمال شود، تغییر تعادل در جهت فرآیندی رخ می دهد که تأثیر خارجی را تضعیف می کند. نفوذ.
تغییر در تعادل می تواند ناشی از تغییر دما، غلظت (فشار) یکی از معرف ها باشد.
دما پارامتری است که مقدار ثابت تعادل یک واکنش شیمیایی به آن بستگی دارد. مسئله جابجایی تعادل با تغییر دما، بسته به شرایط استفاده از واکنش، با استفاده از معادله ایزوبار (90/1) حل می شود - =
1. برای یک فرآیند همدما ∆ r H 0 (t)< 0, в правой части выражения (1.90) R >0، T > 0، بنابراین اولین مشتق لگاریتم ثابت تعادل نسبت به دما منفی است.< 0, т.е. ln Kp (и сама константа Кр) являются убывающими функциями температуры. При увеличении температуры константа химического равновесия (Кр) уменьшается и что согласно закону действующих масс (2.27), (2.28)соответствует смещению химического равновесия в сторону обратной (эндотермической) реакции. Именно в этом проявляется противодействие системы оказанному воздействию.
2. برای یک فرآیند گرماگیر ∆rH 0 (t) > 0، مشتق لگاریتم ثابت تعادل نسبت به دما مثبت است (> 0)، موضوع ln Kp است و Kp توابع افزایش دما هستند، به عنوان مثال. مطابق قانون عمل جرم، با افزایش دما، تعادل به سمت خط مستقیم تغییر می کند (واکنش گرماگیر). با این حال، باید به خاطر داشت که سرعت هر دو فرآیند همدما و گرماگیر با افزایش دما افزایش می‌یابد و با کاهش آن کاهش می‌یابد، اما تغییر نرخ‌ها با تغییر دما یکسان نیست، بنابراین با تغییر دما می‌توان آن را تغییر داد. برای تغییر تعادل در جهت معین تغییر در تعادل می تواند ناشی از تغییر در غلظت یکی از اجزا باشد: افزودن یک ماده به سیستم تعادل یا حذف از سیستم.
طبق اصل لو شاتلیه، وقتی غلظت یکی از شرکت کنندگان در واکنش تغییر می کند، تعادل به سمت تغییر جبران کننده تغییر می کند، یعنی. با افزایش غلظت یکی از مواد اولیه - به سمت راست و با افزایش غلظت یکی از محصولات واکنش - به سمت چپ. اگر مواد گازی در یک واکنش برگشت پذیر شرکت کنند، آنگاه وقتی فشار تغییر می کند، تمام غلظت آنها به طور مساوی و همزمان تغییر می کند. سرعت فرآیندها نیز تغییر می کند و در نتیجه، تغییر در تعادل شیمیایی نیز می تواند رخ دهد. بنابراین، برای مثال، با افزایش فشار (در مقایسه با تعادل) در سیستم CaCO 3 (K) CO (c) + CO 2 (g)، سرعت واکنش معکوس افزایش می یابد = که منجر به تغییر در تعادل سمت چپ هنگامی که فشار روی همان سیستم کاهش می یابد، سرعت واکنش معکوس کاهش می یابد و تعادل به سمت راست تغییر می کند. با افزایش فشار بر روی سیستم 2HCl H 2 + Cl 2 که در حالت تعادل است، تعادل تغییر نخواهد کرد، زیرا هم سرعت دارد و هم به یک اندازه افزایش می یابد.
برای سیستم 4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O (g)، افزایش فشار سرعت واکنش مستقیم را افزایش می دهد و تعادل را به سمت راست تغییر می دهد.
و بنابراین، مطابق با اصل Le Chatelier، با افزایش فشار، تعادل به سمت تشکیل تعداد کمتری مول از مواد گازی در مخلوط گاز و بر این اساس به سمت کاهش فشار در سیستم تغییر می‌کند.
و بالعکس، با یک عمل خارجی که باعث کاهش فشار می شود، تعادل به سمت تشکیل تعداد بیشتری مول از مواد گازی تغییر می کند که باعث افزایش فشار در سیستم می شود و اثر تولید شده را خنثی می کند.
اصل Le Chatelier از اهمیت عملی زیادی برخوردار است. بر اساس آن، می توان چنین شرایطی را برای اجرای برهمکنش شیمیایی انتخاب کرد که حداکثر بازده محصولات واکنش را تضمین کند.
تعادل شیمیایی- حالت سیستم زمانی که واکنش مستقیم و معکوس دارای سرعت یکسانی باشند.. در طی فرآیند با کاهش مواد اولیه، سرعت ماده شیمیایی مستقیم. واکنش کاهش می یابد و با افزایش CHI سرعت معکوس افزایش می یابد. در نقطه ای از زمان t، سرعت شیمی رو به جلو و معکوس. واکنش ها برابر می شوند وضعیت سیستم تا زمانی که عوامل خارجی عمل نکنند تغییر نمی کند (P, T, s). ثابت تعادل - ثابت , منعکس کننده نسبت غلظت اجزای یک واکنش برگشت پذیر در حالت تعادل شیمیایی. (فقط به C بستگی دارد) برای هر شیمی برگشت پذیر. واکنش‌ها در شرایط اجمالی، همان طور که می‌گفتند، مشخص‌کننده حدی است که شیمی. واکنش. .K = اگر (تغلیظ ref) - واکنش نئوبر؛ اگر تعادل به سمت راست تغییر کند، جریان ندارد. ثابت تعادل با تغییر در غلظت مواد واکنش دهنده مقدار خود را تغییر نمی دهد. واقعیت این است که تغییر در غلظت تنها منجر به تغییر در ماده شیمیایی می شود. تعادل در یک جهت یا جهت دیگر در این حالت، یک حالت تعادل جدید در همان ثابت برقرار می شود . تعادل واقعیمی تواند با عمل هر عاملی به یک طرف یا طرف دیگر منتقل شود. اما زمانی که عملکرد این عوامل لغو شود، سیستم به حالت اولیه خود باز می گردد. نادرست- وضعیت سیستم در زمان تغییر نمی کند، اما زمانی که شرایط بیرون تغییر می کند، یک فرآیند برگشت ناپذیر در سیستم رخ می دهد (در تاریکی، H 2 + Cl 2 وجود دارد، زمانی که روشن می شود، از HCl نمونه برداری کنید. هنگامی که روشنایی متوقف می شود، ما بر نمی گردیم. H 2 و Cl 2) تغییر در حداقل یکی از این عوامل منجر به تغییر در تعادل می شود. تأثیر عوامل مختلف بر وضعیت مواد شیمیایی به طور کیفی با اصل تغییر تعادل Le Chatelier توصیف می شود (1884: با هر گونه تاثیر خارجی بر سیستمی که در حالت تعادل شیمیایی است، فرآیندهایی در آن رخ می دهد که منجر به کاهش این تاثیر می شود.
ثابت تعادل
ثابت تعادل را نشان می دهدچند برابر سرعت واکنش رو به جلو بیشتر یا کمتر از سرعت واکنش معکوس است.
ثابت تعادلنسبت حاصلضرب غلظت تعادل محصولات واکنش، گرفته شده به توان ضرایب استوکیومتری آنها، به حاصل ضرب غلظت تعادلی مواد اولیه، گرفته شده به توان ضرایب استوکیومتری آنها است.
مقدار ثابت تعادل به ماهیت مواد واکنش دهنده و دما بستگی دارد و به غلظت در لحظه تعادل بستگی ندارد، زیرا نسبت آنها همیشه یک مقدار ثابت و از نظر عددی برابر با ثابت تعادل است. اگر یک واکنش همگن بین مواد موجود در محلول رخ دهد، ثابت تعادل با KC و اگر بین گازها، K P نشان داده می شود.
که در آن Р С، Р D، Р А و Р В فشارهای تعادلی شرکت کنندگان در واکنش هستند.
با استفاده از معادله کلاپیرون - مندلیف می توان رابطه بین K P و K C را تعیین کرد
صدا را به سمت راست حرکت دهید
p = RT، یعنی p = CRT (6.9)
معادله (6.9) را به (6.7) جایگزین می کنیم، برای هر معرف و ساده می کنیم
,
(6.10)
که در آن Dn تغییر در تعداد مول های شرکت کننده گاز در واکنش است
Dn = (s + د) - (a + c) (6.11)
از این رو،
K P \u003d K C (RT) Dn (6.12)
از رابطه (6.12) می توان دریافت که KP = K C، اگر تعداد مول های شرکت کننده گاز در واکنش تغییر نکند (Dn = 0) یا گازی در سیستم وجود نداشته باشد.
لازم به ذکر است که در مورد فرآیند ناهمگن، غلظت فاز جامد یا مایع در سیستم در نظر گرفته نمی شود.
به عنوان مثال، ثابت تعادل برای واکنشی به شکل 2A + 3B \u003d C + 4D، به شرطی که همه مواد گاز باشند و شکل داشته باشند.
و اگر D جامد است، پس
ثابت تعادل از نظر نظری و عملی اهمیت زیادی دارد. مقدار عددی ثابت تعادل قضاوت در مورد امکان عملی و عمق یک واکنش شیمیایی را ممکن می سازد.
10 4، سپس واکنش برگشت ناپذیر است
تغییر تعادل اصل لو شاتلیه
اصل لو شاتلیه (1884): اگر سیستمی که در تعادل شیمیایی پایدار قرار دارد از خارج با تغییر دما، فشار یا غلظت وارد شود، تعادل شیمیایی در جهتی تغییر می‌کند که در آن اثر اثر تولید شده کاهش می‌یابد.
لازم به ذکر است که کاتالیزور تعادل شیمیایی را تغییر نمی دهد، بلکه فقط شروع آن را تسریع می کند.
تأثیر هر عامل را در تغییر تعادل شیمیایی برای یک واکنش کلی در نظر بگیرید:
aA + bB = cC + د D±Q.
اثر تغییر غلظتطبق اصل Le Chatelier، افزایش غلظت یکی از اجزای یک واکنش شیمیایی تعادلی منجر به تغییر تعادل به سمت افزایش واکنشی می شود که در آن پردازش شیمیایی این جزء اتفاق می افتد. برعکس، کاهش غلظت یکی از اجزاء منجر به تغییر در تعادل به سمت تشکیل این جزء می شود.
بنابراین، افزایش غلظت ماده A یا B باعث تغییر تعادل در جهت جلو می شود. افزایش غلظت ماده C یا D تعادل را در جهت مخالف تغییر می دهد. کاهش غلظت A یا B باعث تغییر تعادل در جهت مخالف می شود. کاهش غلظت ماده C یا D باعث تغییر تعادل در جهت جلو می شود. (به صورت شماتیک می توانید بنویسید: C A یا C B ®؛ C C یا C D ¬؛ ¯ C A یا C B ¬؛ ¯ C C یا CD ®).
اثر دما.قاعده کلی که تأثیر دما بر تعادل را تعیین می کند دارای فرمول زیر است: افزایش دما به تغییر تعادل به سمت یک واکنش گرماگیر (-Q) کمک می کند. کاهش دما به تغییر تعادل به سمت یک واکنش گرمازا (+ Q) کمک می کند.
واکنش هایی که بدون اثرات حرارتی انجام می شوند، تعادل شیمیایی را با تغییر دما تغییر نمی دهند. افزایش دما در این مورد تنها منجر به برقراری سریع تر تعادل می شود که در سیستم داده شده حتی بدون گرم کردن، اما در مدت زمان طولانی تر به دست می آید.
بنابراین، در یک واکنش گرمازا (+ Q)، افزایش دما منجر به تغییر تعادل در جهت مخالف می شود و برعکس، در یک واکنش گرماگیر (- Q)، افزایش دما منجر به تغییر در جهت جلو می شود. جهت، و کاهش دما در جهت مخالف. (به صورت شماتیک، می توانید بنویسید: در +Q T ¬؛ ¯T ®؛ در -Q T ®؛ ¯T ¬).
تاثیر فشار.همانطور که تجربه نشان می دهد، فشار تنها بر جابجایی آن دسته از واکنش های تعادلی که در آنها مواد گازی شرکت می کنند تأثیر محسوسی دارد و در این حالت، تغییر تعداد مول های شرکت کننده گاز در واکنش (Dn) برابر با صفر نیست. با افزایش فشار، تعادل در جهت واکنش که با تشکیل تعداد کمتری مول از مواد گازی همراه است و با کاهش فشار، در جهت تشکیل تعداد بیشتری مول تغییر می‌کند. از مواد گازی
بنابراین، اگر Dn = 0، فشار بر تغییر در تعادل شیمیایی تأثیر نمی گذارد. اگر Dn< 0, то увеличение давления смещает равновесие в прямом направлении, уменьшение давления в сторону обратной реакции; если Dn >0، سپس افزایش فشار باعث تغییر تعادل در جهت مخالف و کاهش فشار در جهت واکنش مستقیم می شود. (از نظر شماتیک، می توان نوشت: در Dn = 0 P تأثیر نمی گذارد؛ در Dn<0 Р®, ¯Р¬; при Dn >0 Р¬، ¯Р ®). اصل Le Chatelier برای هر دو سیستم همگن و ناهمگن قابل اجرا است و یک ویژگی کیفی یک تغییر تعادل را می دهد.
تا زمانی که شرایطی که سیستم در آن قرار دارد بدون تغییر باقی بماند، تعادل شیمیایی حفظ می شود. تغییر شرایط (غلظت مواد، دما، فشار) باعث عدم تعادل می شود. پس از مدتی، تعادل شیمیایی برقرار می شود، اما در شرایط جدید، متفاوت از شرایط قبلی. چنین انتقالی از یک سیستم از یک حالت تعادل به حالت دیگر نامیده می شود جابه جایی(تغییر) تعادل. جهت جابجایی تابع اصل Le Chatelier است.
با افزایش غلظت یکی از مواد اولیه، تعادل به سمت مصرف بیشتر این ماده تغییر می‌کند و واکنش مستقیم افزایش می‌یابد. کاهش در غلظت مواد اولیه، تعادل را در جهت تشکیل این مواد تغییر می دهد، زیرا واکنش معکوس افزایش می یابد. افزایش دما تعادل را به سمت یک واکنش گرماگیر تغییر می دهد، در حالی که کاهش دما آن را به سمت یک واکنش گرمازا تغییر می دهد. افزایش فشار، تعادل را به سمت کاهش مقدار مواد گازی، یعنی به سمت حجم های کمتری که توسط این گازها اشغال می شود، تغییر می دهد. برعکس، با کاهش فشار، تعادل در جهت افزایش مقادیر مواد گازی، یعنی در جهت حجم زیادی که توسط گازها تشکیل می شود، تغییر می کند.
مثال 1.
چگونه افزایش فشار بر وضعیت تعادل واکنش های گاز برگشت پذیر زیر تأثیر می گذارد:
الف) SO 2 + C1 2 \u003d SO 2 CI 2؛
ب) H 2 + Br 2 \u003d 2HBr.
راه حل:
ما از اصل Le Chatelier استفاده می کنیم که بر اساس آن افزایش فشار در حالت اول (الف) تعادل را به سمت راست تغییر می دهد، به سمت مقدار کمتری از مواد گازی که حجم کمتری را اشغال می کنند، که اثر خارجی فشار افزایش یافته را تضعیف می کند. در واکنش دوم (ب) مقدار مواد گازی اعم از محصولات اولیه و فرآورده های واکنش، و حجم های اشغال شده توسط آنها برابر است، بنابراین فشار تأثیری ندارد و تعادل به هم نمی خورد.
مثال 2.
در واکنش سنتز آمونیاک (–Q) 3Н 2 + N 2 = 2NH 3 + Q ، واکنش مستقیم گرمازا است ، برعکس گرماگیر است. چگونه باید غلظت واکنش دهنده ها، دما و فشار را تغییر داد تا بازده آمونیاک افزایش یابد؟
راه حل:
برای انتقال تعادل به راست، لازم است:
الف) غلظت H 2 و N 2 را افزایش دهید.
ب) غلظت (حذف از کره واکنش) NH 3 را کاهش دهید.
ج) کاهش دما؛
د) فشار را افزایش دهید.
مثال 3.
واکنش همگن برهمکنش هیدروژن کلرید و اکسیژن برگشت پذیر است:
4HC1 + O 2 \u003d 2C1 2 + 2H 2 O + 116 کیلوژول.
1. تعادل سیستم چه تأثیری خواهد داشت:
الف) افزایش فشار؛
ب) افزایش دما؛
ج) معرفی یک کاتالیزور؟
راه حل:
الف) مطابق با اصل لو شاتلیه، افزایش فشار منجر به تغییر تعادل به سمت واکنش مستقیم می شود.
ب) افزایش t° منجر به تغییر تعادل در جهت واکنش معکوس می شود.
ج) معرفی یک کاتالیزور تعادل را تغییر نمی دهد.
2. اگر غلظت واکنش دهنده ها دو برابر شود، تعادل شیمیایی به چه سمتی تغییر می کند؟
راه حل:
υ → = k → 0 2 0 2 ; υ 0 ← = k ← 0 2 0 2
پس از افزایش غلظت، سرعت واکنش رو به جلو به صورت زیر درآمد:
υ → = k → 4 = 32 k → 0 4 0
یعنی نسبت به سرعت اولیه 32 برابر افزایش یافت. به طور مشابه، سرعت واکنش معکوس 16 برابر افزایش می یابد:
υ ← = k ← 2 2 = 16k ← [Н 2 O] 0 2 [С1 2 ] 0 2 .
افزایش سرعت واکنش رو به جلو 2 برابر بیشتر از افزایش سرعت واکنش معکوس است: تعادل به سمت راست تغییر می کند.
مثال 4
که در تعادل یک واکنش همگن به کدام جهت تغییر می کند:
PCl 5 \u003d PC1 3 + Cl 2 + 92 KJ،
اگر دما 30 درجه سانتیگراد افزایش یابد، با دانستن اینکه ضریب دمایی واکنش رو به جلو 2.5 و واکنش معکوس 3.2 است؟
راه حل:
از آنجایی که ضرایب دمایی واکنش های رو به جلو و معکوس برابر نیستند، افزایش دما تأثیر متفاوتی بر تغییر سرعت این واکنش ها خواهد داشت. با استفاده از قانون van't Hoff (1.3)، سرعت واکنش‌های رو به جلو و معکوس را زمانی که دما 30 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، می‌یابیم:
υ → (t 2) = υ → (t 1) = υ → (t 1) 2.5 0.1 30 = 15.6υ → (t 1);
υ ← (t 2) = υ ← (t 1) = υ → (t 1) 3.2 0.1 30 = 32.8υ ← (t 1)
افزایش دما سرعت واکنش رو به جلو را 15.6 برابر و واکنش معکوس را 32.8 برابر افزایش داد. در نتیجه، تعادل به سمت چپ، به سمت تشکیل PCl 5 تغییر خواهد کرد.
مثال 5.
سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس در یک سیستم ایزوله C 2 H 4 + H 2 ⇄ C 2 H 6 چگونه تغییر می کند و وقتی حجم سیستم 3 برابر افزایش می یابد، تعادل به کجا تغییر می کند؟
راه حل:
سرعت اولیه واکنش های رو به جلو و معکوس به شرح زیر است:
υ 0 = k 0 0; υ 0 = k 0 .
افزایش حجم سیستم باعث کاهش غلظت واکنش دهنده ها به میزان 3 می شود بارها، بنابراین تغییر در سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس به صورت زیر خواهد بود:
υ 0 = k = 1/9υ 0
υ = k = 1/3υ 0
کاهش سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس یکسان نیست: سرعت واکنش معکوس 3 برابر (1/3: 1/9 = 3) بیشتر از سرعت واکنش معکوس است، بنابراین تعادل به تغییر خواهد کرد. سمت چپ، به سمتی که سیستم حجم بیشتری را اشغال می کند، یعنی به سمت تشکیل C 2 H 4 و H 2 .