>> เคมี: สมดุลทางเคมีและวิธีการเคลื่อนย้าย ในกระบวนการที่ผันกลับได้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงจะเป็นค่าสูงสุดในขั้นต้น จากนั้นจะลดลงเนื่องจากความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ใช้ในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาลดลง ในทางตรงกันข้าม อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับซึ่งน้อยที่สุดในช่วงเริ่มต้น จะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ในที่สุด ช่วงเวลาหนึ่งก็มาถึงเมื่ออัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน
สถานะของกระบวนการทางเคมีที่ผันกลับได้เรียกว่าสมดุลเคมีถ้าอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ
สมดุลเคมีเป็นแบบไดนามิก (เคลื่อนที่) เนื่องจากเมื่อมันเกิดขึ้น ปฏิกิริยาจะไม่หยุด เพียงความเข้มข้นของส่วนประกอบเท่านั้นที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง กล่าวคือ ต่อหน่วยเวลา ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในปริมาณเท่ากันจะเกิดขึ้นพร้อมกับถูกแปลงเป็นสารตั้งต้น ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ สามารถรักษาสมดุลของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้โดยไม่มีกำหนด
ในการผลิต พวกเขามักสนใจในการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ในการผลิตแอมโมเนีย ซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) ไนตริกออกไซด์ (II) จะสร้างระบบจากสภาวะสมดุลได้อย่างไร? การเปลี่ยนแปลงในสภาวะภายนอกซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการทางเคมีที่ผันกลับได้นี้ส่งผลกระทบอย่างไร
เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมเทคโนโลยีเชิงโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป การฝึกอบรม กรณีศึกษา ภารกิจ การบ้าน การอภิปราย คำถาม คำถามวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียภาพถ่าย รูปภาพ กราฟิก ตาราง แผนภาพ อารมณ์ขัน เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อบทความ เคล็ดลับสำหรับเปล ตำราเรียนขั้นพื้นฐาน และพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติมอื่นๆ การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนอัปเดตชิ้นส่วนในตำราเรียน องค์ประกอบของนวัตกรรมในบทเรียน แทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบแผนปฏิทินสำหรับปี คำแนะนำด้านระเบียบวิธี โปรแกรมการอภิปราย บทเรียนบูรณาการสมดุลเคมีมีอยู่ในตัว ย้อนกลับได้ปฏิกิริยาและไม่ปกติสำหรับ กลับไม่ได้ปฏิกริยาเคมี.
บ่อยครั้ง เมื่อดำเนินกระบวนการทางเคมี สารตั้งต้นเริ่มต้นจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาโดยสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น:
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับทองแดงที่เป็นโลหะโดยทำปฏิกิริยาในทิศทางตรงกันข้ามเพราะว่า ที่ให้ไว้ ปฏิกิริยานี้ไม่สามารถย้อนกลับได้. ในกระบวนการดังกล่าว สารตั้งต้นจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์โดยสมบูรณ์ เช่น ปฏิกิริยาดำเนินไปจนเสร็จสิ้น
แต่จะมีปฏิกิริยาเคมีเป็นจำนวนมาก ย้อนกลับได้, เช่น. ปฏิกิริยามีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นคู่ขนานในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารตั้งต้นจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์เพียงบางส่วนเท่านั้น และระบบปฏิกิริยาจะประกอบด้วยทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ระบบในกรณีนี้อยู่ในสถานะ สมดุลเคมี
ในกระบวนการย้อนกลับได้ ปฏิกิริยาโดยตรงในขั้นแรกจะมีความเร็วสูงสุด ซึ่งจะค่อยๆ ลดลงเนื่องจากปริมาณรีเอเจนต์ลดลง ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาย้อนกลับจะมีความเร็วต่ำสุดซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อผลิตภัณฑ์สะสมตัว ในที่สุด ช่วงเวลาหนึ่งก็มาถึงเมื่ออัตราของปฏิกิริยาทั้งสองเท่ากัน ระบบจะเข้าสู่สภาวะสมดุล เมื่อสภาวะสมดุลเกิดขึ้น ความเข้มข้นของส่วนประกอบต่างๆ จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ปฏิกิริยาเคมีจะไม่หยุดลง ที่. – นี่คือสถานะไดนามิก (เคลื่อนไหว) เพื่อความชัดเจน นี่คือรูปต่อไปนี้:
สมมติว่ามีบางอย่าง ปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้:
ก + ข B = ค ค + ง D
จากนั้น ตามกฎแห่งการกระทำของมวลชน เราจะเขียนสำนวนสำหรับ ตรงคุณ 1 และ ย้อนกลับυ 2 ปฏิกิริยา:
เวอร์ชัน 1 = k 1 ·[A] ก ·[B] ข
เวอร์ชัน 2 = k 2 ·[C] ค ·[D] ง
สามารถ สมดุลเคมีอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเท่ากัน กล่าวคือ:
k 1 ·[A] ก ·[B] b = k 2 ·[C] c ·[D] d
เราได้รับ
ถึง= เค 1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] ข
ที่ไหน เค =เค 1 / เค 2 – ค่าคงที่สมดุล
สำหรับกระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด เคเป็นค่าคงที่ มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารเพราะว่า เมื่อปริมาณของสารตัวใดตัวหนึ่งเปลี่ยนแปลง ปริมาณของส่วนประกอบอื่นๆ ก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย
เมื่อเงื่อนไขของกระบวนการทางเคมีเปลี่ยนแปลง สมดุลอาจเปลี่ยนไป
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงในสมดุล:
- การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของรีเอเจนต์หรือผลิตภัณฑ์
- การเปลี่ยนแปลงความดัน
- การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
- เพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาให้กับตัวกลางปฏิกิริยา
หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์
ปัจจัยทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมีซึ่งเป็นไปตามนั้น หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์: หากคุณเปลี่ยนเงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่งที่ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล - ความเข้มข้น ความดัน หรืออุณหภูมิ - สมดุลจะเปลี่ยนไปตามทิศทางของปฏิกิริยาที่ขัดขวางการเปลี่ยนแปลงนี้เหล่านั้น. ความสมดุลมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนไปในทิศทางที่นำไปสู่การลดลงของอิทธิพลของอิทธิพลที่นำไปสู่การละเมิดสภาวะสมดุล
ดังนั้นให้เราพิจารณาแยกกันถึงอิทธิพลของแต่ละปัจจัยที่มีต่อสถานะของสมดุล
อิทธิพล การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ มาแสดงด้วยตัวอย่างกัน กระบวนการฮาเบอร์:
ไม่มี 2(ก) + 3H 2(ก) = 2NH 3(ก)
ตัวอย่างเช่น หากเติมไนโตรเจนลงในระบบสมดุลซึ่งประกอบด้วย N 2 (g), H 2 (g) และ NH 3 (g) ความสมดุลควรเปลี่ยนไปในทิศทางที่จะส่งผลให้ปริมาณของ ไฮโดรเจนไปสู่ค่าเดิม กล่าวคือ ในทิศทางของการก่อตัวของแอมโมเนียเพิ่มเติม (ไปทางขวา) ขณะเดียวกันปริมาณไฮโดรเจนก็จะลดลง เมื่อเติมไฮโดรเจนลงในระบบ สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของแอมโมเนียในปริมาณใหม่ (ทางด้านขวา) ในขณะที่การนำแอมโมเนียเข้าสู่ระบบสมดุลตาม หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่กระบวนการที่เป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของสารตั้งต้น (ทางซ้าย) กล่าวคือ ความเข้มข้นของแอมโมเนียควรลดลงเนื่องจากการสลายตัวของแอมโมเนียบางส่วนให้เป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน
การลดความเข้มข้นขององค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งจะเปลี่ยนสถานะสมดุลของระบบไปสู่การก่อตัวของส่วนประกอบนี้
อิทธิพล การเปลี่ยนแปลงความดัน เหมาะสมหากส่วนประกอบของก๊าซมีส่วนร่วมในกระบวนการที่กำลังศึกษาและมีการเปลี่ยนแปลงในจำนวนโมเลกุลทั้งหมด หากจำนวนโมเลกุลทั้งหมดในระบบยังคงอยู่ ถาวรแล้วเกิดการเปลี่ยนแปลงของความดัน ไม่ส่งผลกระทบบนยอดคงเหลือ เช่น
ฉัน 2(g) + H 2(g) = 2HI (g)
ถ้าความดันรวมของระบบสมดุลเพิ่มขึ้นโดยปริมาตรลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปริมาตรที่ลดลง เหล่านั้น. ไปสู่การลดจำนวนลง แก๊สในระบบ ในปฏิกิริยา:
ไม่มี 2(ก) + 3H 2(ก) = 2NH 3(ก)
จาก 4 โมเลกุลของก๊าซ (1 N 2 (g) และ 3 H 2 (g)) เกิดโมเลกุลของก๊าซ 2 โมเลกุล (2 NH 3 (g)) เช่น ความดันในระบบลดลง เป็นผลให้ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดแอมโมเนียในปริมาณเพิ่มเติมเช่น ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของมัน (ไปทางขวา)
หากอุณหภูมิของระบบคงที่การเปลี่ยนแปลงของความดันรวมของระบบจะไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงค่าคงที่สมดุล ถึง.
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ระบบไม่เพียงส่งผลต่อการกระจัดของสมดุลเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อค่าคงที่สมดุลด้วย ถึง.หากมีการให้ความร้อนเพิ่มเติมแก่ระบบสมดุลที่ความดันคงที่ สมดุลจะเปลี่ยนไปทางการดูดซับความร้อน พิจารณา:
N 2(ก.) + 3H 2(ก.) = 2NH 3(ก.) + 22 กิโลแคลอรี
อย่างที่คุณเห็น ปฏิกิริยาโดยตรงเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน และปฏิกิริยาย้อนกลับด้วยการดูดซับ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลของปฏิกิริยานี้จะเลื่อนไปทางปฏิกิริยาการสลายตัวของแอมโมเนีย (ไปทางซ้าย) เนื่องจาก มันปรากฏขึ้นและทำให้อิทธิพลภายนอกอ่อนลง - อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม การระบายความร้อนนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของสมดุลในทิศทางของการสังเคราะห์แอมโมเนีย (ทางด้านขวา) เพราะ ปฏิกิริยาคายความร้อนและต้านทานการระบายความร้อน
ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจึงเอื้อต่อการเปลี่ยนแปลง สมดุลเคมีไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน และอุณหภูมิลดลงสู่กระบวนการคายความร้อน . ค่าคงที่สมดุลกระบวนการคายความร้อนทั้งหมดจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และกระบวนการดูดความร้อนจะเพิ่มขึ้น
สมดุลเคมีซึ่งสอดคล้องกับความเท่าเทียมกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ ( = ) และค่าต่ำสุดของพลังงานกิ๊บส์ (∆ G р,т = 0) เป็นสถานะที่เสถียรที่สุดของระบบภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดและยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ตราบเท่าที่พารามิเตอร์ที่สร้างความสมดุลไว้
เมื่อเงื่อนไขเปลี่ยนแปลง สมดุลจะหยุดชะงักและเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรงหรือปฏิกิริยาย้อนกลับ การเปลี่ยนแปลงในสมดุลเกิดจากการที่อิทธิพลภายนอกเปลี่ยนความเร็วของกระบวนการสองกระบวนการที่ตรงกันข้ามกันเป็นองศาที่แตกต่างกัน หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ระบบจะเข้าสู่สภาวะสมดุลอีกครั้ง เช่น มันผ่านจากสภาวะสมดุลหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ความสมดุลใหม่มีลักษณะเฉพาะคือความเท่าเทียมกันใหม่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ และความเข้มข้นของความสมดุลใหม่ของสารทั้งหมดในระบบ
ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุลในกรณีทั่วไปถูกกำหนดโดยหลักการของ Le Chatelier: หากอิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นกับระบบในสภาวะสมดุลที่เสถียร ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการที่ทำให้ผลกระทบของอิทธิพลภายนอกอ่อนลง
การเปลี่ยนแปลงในสมดุลอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือความเข้มข้น (ความดัน) ของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่ง
อุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์ที่ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับ ประเด็นการเปลี่ยนแปลงสมดุลเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับสภาวะการใช้ปฏิกิริยา แก้ได้โดยใช้สมการไอโซบาร์ (1.90) - =
1. สำหรับกระบวนการไอโซเทอร์มอล ∆ r H 0 (t)< 0, в правой части выражения (1.90) R >0, T > 0 ดังนั้นอนุพันธ์อันดับหนึ่งของลอการิทึมของค่าคงที่สมดุลเทียบกับอุณหภูมิจึงเป็นลบ< 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. สำหรับกระบวนการดูดความร้อน ∆ r H 0 (t) > 0 อนุพันธ์ของลอการิทึมของค่าคงที่สมดุลเทียบกับอุณหภูมิจะเป็นค่าบวก (> 0) ดังนั้น ln Kp และ Kp จะเพิ่มฟังก์ชันของอุณหภูมิ เช่น ตามกฎของการกระทำของมวล เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปทางตรง (ปฏิกิริยาดูดความร้อน) อย่างไรก็ตาม เราต้องจำไว้ว่าความเร็วของทั้งกระบวนการไอโซเทอร์มอลและกระบวนการดูดความร้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง แต่การเปลี่ยนแปลงความเร็วจะไม่เท่ากันเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ดังนั้น โดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจึงเป็น เป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางที่กำหนด การเปลี่ยนแปลงในสมดุลอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นขององค์ประกอบอย่างใดอย่างหนึ่ง: การเติมสารเข้าสู่ระบบสมดุลหรือการกำจัดออกจากระบบ
ตามหลักการของ Le Chatelier เมื่อความเข้มข้นของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาคนใดคนหนึ่งเปลี่ยนไป สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่ชดเชยการเปลี่ยนแปลง กล่าวคือ ด้วยความเข้มข้นของสารเริ่มต้นตัวใดตัวหนึ่งที่เพิ่มขึ้น - ไปทางขวาและเมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น - ไปทางซ้าย หากสารที่เป็นก๊าซมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นทั้งหมดจะเปลี่ยนเท่าๆ กันและพร้อมกัน อัตราของกระบวนการก็เปลี่ยนแปลงเช่นกัน และด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงในสมดุลทางเคมีจึงอาจเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น (เทียบกับสมดุล) ในระบบ CaCO 3 (K) CO (k) + CO 2 (g) อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มขึ้น = ซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของ สมดุลไปทางซ้าย เมื่อความดันในระบบเดียวกันลดลง อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะลดลง และสมดุลจะเปลี่ยนไปทางขวา เมื่อความดันต่อระบบ 2HCl H 2 +Cl 2 ซึ่งอยู่ในสภาวะสมดุลเพิ่มขึ้น สมดุลจะไม่เปลี่ยนเนื่องจาก ความเร็วทั้งสองจะเพิ่มขึ้นเท่าๆ กัน
สำหรับระบบ 4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O (g) ความดันที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนแปลงของสมดุลไปทางขวา
ดังนั้น ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารก๊าซจำนวนโมลน้อยลงในส่วนผสมของก๊าซ และส่งผลให้ความดันในระบบลดลง
ในทางกลับกัน ด้วยอิทธิพลภายนอกที่ทำให้ความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารก๊าซจำนวนโมลมากขึ้น ซึ่งจะทำให้เกิดแรงกดดันในระบบเพิ่มขึ้น และจะต่อต้านผลกระทบที่เกิดขึ้น
หลักการของ Le Chatelier มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ จากข้อมูลนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะเลือกเงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีที่จะรับประกันผลผลิตสูงสุดของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา
สมดุลเคมี- สถานะของระบบเมื่อปฏิกิริยาทางตรงและทางกลับมีความเร็วเท่ากัน.. ในระหว่างกระบวนการที่มีสารตั้งต้นลดลงความเร็วของสารเคมีทางตรง ปฏิกิริยาจะลดลง และอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่ม CHI ณ จุดใดจุดหนึ่ง ความเร็วของเคมีไปข้างหน้าและย้อนกลับ ปฏิกิริยาเท่ากัน สถานะของระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าปัจจัยภายนอก (P, T, c) ทำหน้าที่ เชิงปริมาณสถานะของสมดุลถูกกำหนดลักษณะโดยใช้ค่าคงที่สมดุล ค่าคงที่สมดุล – ค่าคงที่ , สะท้อนอัตราส่วนของความเข้มข้นของส่วนประกอบของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ในสภาวะสมดุลเคมี (ขึ้นอยู่กับ C เท่านั้น) เราจะย้อนกลับเคมีสำหรับแต่ละรายการ ปฏิกิริยาในสภาวะเฉพาะดูเหมือนจะเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดของสารเคมีที่จะไป ปฏิกิริยา. .K=.If (อ้างอิงความเข้มข้น) - ไม่มีปฏิกิริยา หากสมดุลเลื่อนไปทางขวา - จะไม่ดำเนินการต่อ ค่าคงที่สมดุลไม่เปลี่ยนค่าตามการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้น ความจริงก็คือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีเท่านั้น สมดุลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ในกรณีนี้ สภาวะสมดุลใหม่จะถูกสร้างขึ้นที่ค่าคงที่เดียวกัน . ความสมดุลที่แท้จริงสามารถเลื่อนไปด้านใดด้านหนึ่งได้โดยการกระทำของปัจจัยใดก็ได้ แต่เมื่อปัจจัยเหล่านี้ถูกยกเลิก ระบบจะกลับสู่สถานะเดิม เท็จ- สถานะของระบบไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่เมื่อเงื่อนไขภายนอกเปลี่ยนแปลง กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะเกิดขึ้นในระบบ (ในความมืดจะมี H 2 + Cl 2 อยู่ เมื่อส่องสว่างจะเกิด HCl เมื่อแสงหยุด H 2 และ Cl 2 จะไม่กลับมา) การเปลี่ยนแปลงอย่างน้อยหนึ่งในปัจจัยเหล่านี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุล อิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อสถานะของสมการทางเคมีนั้นอธิบายในเชิงคุณภาพโดยหลักการของการเปลี่ยนสมดุลโดย Le Chatelier (1884: ด้วยอิทธิพลภายนอกใด ๆ ต่อระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุลทางเคมี กระบวนการจะเกิดขึ้นในระบบซึ่งส่งผลให้อิทธิพลนี้ลดลง
ค่าคงที่สมดุล
ค่าคงที่สมดุลแสดงออกมาอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากกว่าหรือน้อยกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับกี่ครั้ง?
ค่าคงที่สมดุลคืออัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ของความเข้มข้นสมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ซึ่งยกกำลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์กับผลคูณของความเข้มข้นสมดุลของสารตั้งต้น ซึ่งนำไปยกกำลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์
ค่าของค่าคงที่สมดุลขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้นและอุณหภูมิ และไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น ณ เวลาสมดุล เนื่องจากอัตราส่วนของพวกมันจะเป็นค่าคงที่เสมอ โดยจะมีค่าเท่ากับตัวเลขกับค่าคงที่สมดุลเสมอ หากปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นระหว่างสารในสารละลาย ค่าคงที่สมดุลจะแสดงเป็น K C และหากเป็นระหว่างก๊าซ K R
โดยที่ Р С, Р D, Р А และ Р В คือแรงกดดันสมดุลของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยา
การใช้สมการคลาเปรอง-เมนเดเลเยฟ สามารถระบุความสัมพันธ์ระหว่าง K P และ K C ได้
ลองย้ายระดับเสียงไปทางด้านขวา
p = RT เช่น p = CRT (6.9)
ให้เราแทนที่สมการ (6.9) เป็น (6.7) สำหรับแต่ละรีเอเจนต์และทำให้ง่ายขึ้น
,
(6.10)
โดยที่ Dn คือการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาก๊าซ
ดน = (ค + ง) – (ก + ค) (6.11)
เพราะฉะนั้น,
K P = K C (RT) Dn (6.12)
จากสมการ (6.12) ชัดเจนว่า K P = K C หากจำนวนโมลของผู้เข้าร่วมที่เป็นก๊าซในปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนแปลง (Dn = 0) หรือไม่มีก๊าซอยู่ในระบบ
ควรสังเกตว่าในกรณีของกระบวนการที่ต่างกัน ความเข้มข้นของเฟสของแข็งหรือของเหลวในระบบจะไม่ถูกนำมาพิจารณา
เช่น ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาในรูปแบบ 2A + 3B = C + 4D โดยมีเงื่อนไขว่าสารทั้งหมดเป็นก๊าซและมีรูปแบบ
และถ้า D เป็นของแข็งแล้ว
ค่าคงที่สมดุลมีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งทางทฤษฎีและปฏิบัติ ค่าตัวเลขของค่าคงที่สมดุลช่วยให้เราสามารถตัดสินความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติและความลึกของปฏิกิริยาเคมี
10 4 ปฏิกิริยาจะไม่สามารถย้อนกลับได้
การเปลี่ยนแปลงสมดุล หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์
หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ (1884): ถ้าระบบที่อยู่ในสมดุลเคมีเสถียรได้รับอิทธิพลจากภายนอกโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความดัน หรือความเข้มข้น สมดุลเคมีจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่ผลกระทบของผลกระทบลดลง
ควรสังเกตว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้เปลี่ยนสมดุลทางเคมี แต่จะเร่งการโจมตีเท่านั้น
ให้เราพิจารณาอิทธิพลของแต่ละปัจจัยที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมีสำหรับปฏิกิริยาทั่วไป:
AA + BB = ซีซี + งดี±คิว
ผลของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นตามหลักการของ Le Chatelier การเพิ่มความเข้มข้นขององค์ประกอบหนึ่งของปฏิกิริยาเคมีที่สมดุลจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของความสมดุลไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของปฏิกิริยาซึ่งกระบวนการทางเคมีของส่วนประกอบนี้เกิดขึ้น ในทางกลับกัน ความเข้มข้นของส่วนประกอบหนึ่งลดลงจะส่งผลให้สมดุลเกิดการเปลี่ยนแปลงไปสู่การก่อตัวของส่วนประกอบนี้
ดังนั้นการเพิ่มความเข้มข้นของสาร A หรือ B จะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางไปข้างหน้า การเพิ่มความเข้มข้นของสาร C หรือ D จะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางตรงกันข้าม ความเข้มข้นที่ลดลงของ A หรือ B จะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางตรงกันข้าม ความเข้มข้นของสาร C หรือ D ที่ลดลงจะทำให้สมดุลเคลื่อนไปข้างหน้า (ตามแผนผังคุณสามารถเขียน: C A หรือ C B ®; C C หรือ C D ฌ; pixel C A หรือ C B ฌ; • C C หรือ C D ®)
ผลกระทบของอุณหภูมิกฎทั่วไปที่กำหนดผลกระทบของอุณหภูมิต่อสมดุลมีสูตรดังต่อไปนี้: การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะส่งเสริมให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสภาวะสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน (- Q) การลดลงของอุณหภูมิจะส่งผลให้สมดุลเกิดการเปลี่ยนแปลงไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน (+ Q)
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่มีผลกระทบจากความร้อนจะไม่เปลี่ยนสมดุลเคมีเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในกรณีนี้เพียงนำไปสู่การสร้างสมดุลที่รวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งจะบรรลุผลได้ในระบบที่กำหนดโดยไม่ต้องให้ความร้อน แต่ใช้เวลานานกว่านั้น
ดังนั้น ในปฏิกิริยาคายความร้อน (+ Q) การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลในทิศทางตรงกันข้าม และในทางกลับกัน ในปฏิกิริยาดูดความร้อน (- Q) การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน ทิศทางไปข้างหน้าและอุณหภูมิลดลงในทิศทางตรงกันข้าม (ตามแผนผังเราสามารถเขียนได้: at +Q Т ฌ; pixel ®; at -Q Т ®; pixel ¢)
ผลกระทบของแรงกดดันตามประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าความดันมีผลอย่างเห็นได้ชัดต่อการกระจัดของปฏิกิริยาสมดุลที่สารก๊าซมีส่วนร่วมและในเวลาเดียวกันการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาก๊าซ (Dn) ไม่เท่ากับศูนย์ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการก่อตัวของสารก๊าซจำนวนโมลน้อยลง และเมื่อความดันลดลง ไปสู่การก่อตัวของสารก๊าซจำนวนมากขึ้น
ดังนั้น ถ้า Dn = 0 ความดันจะไม่ส่งผลต่อการกระจัดของสมดุลเคมี ถ้า Dn< 0, то увеличение давления смещает равновесие в прямом направлении, уменьшение давления в сторону обратной реакции; если Dn >0 จากนั้นความดันที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางตรงกันข้าม และความดันที่ลดลงจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาไปข้างหน้า (ตามแผนผังเราสามารถเขียนได้: ที่ Dn = 0 P ไม่มีผล; ที่ Dn<0 Р®, ¯Р¬; при Dn >0 Р ฌ, ラР ®) หลักการของ Le Chatelier ใช้ได้กับทั้งระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน และให้คุณลักษณะเชิงคุณภาพของการเปลี่ยนแปลงสมดุล
สมดุลเคมีจะคงอยู่ตราบเท่าที่สภาวะซึ่งระบบตั้งอยู่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง สภาวะที่เปลี่ยนแปลง (ความเข้มข้นของสาร อุณหภูมิ ความดัน) ทำให้เกิดความไม่สมดุล หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง สมดุลทางเคมีก็กลับคืนมา แต่อยู่ภายใต้สภาวะใหม่ที่แตกต่างไปจากสภาวะเดิม การเปลี่ยนแปลงของระบบจากสถานะสมดุลหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเรียกว่า การกระจัด(การเปลี่ยนแปลง) ของความสมดุล ทิศทางของการกระจัดเป็นไปตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์
เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปใช้สารนี้มากขึ้น และปฏิกิริยาโดยตรงจะรุนแรงขึ้น ความเข้มข้นที่ลดลงของสารตั้งต้นจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่การก่อตัวของสารเหล่านี้ เมื่อปฏิกิริยาย้อนกลับรุนแรงขึ้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน ในขณะที่อุณหภูมิที่ลดลงจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน ความดันที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปริมาณสารที่เป็นก๊าซที่ลดลง ซึ่งก็คือ ไปสู่ปริมาตรที่น้อยลงซึ่งครอบครองโดยก๊าซเหล่านี้ ในทางตรงกันข้าม เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปริมาณของสารที่เป็นก๊าซที่เพิ่มขึ้น ซึ่งก็คือ ไปสู่ปริมาตรที่มากขึ้นซึ่งเกิดจากก๊าซ
ตัวอย่างที่ 1
ความดันที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลต่อสถานะสมดุลของปฏิกิริยาก๊าซที่ผันกลับได้ต่อไปนี้อย่างไร:
ก) ดังนั้น 2 + C1 2 =ดังนั้น 2 CI 2;
b) H 2 + Br 2 = 2НВr
สารละลาย:
เราใช้หลักการของ Le Chatelier ซึ่งการเพิ่มขึ้นของความดันในกรณีแรก (a) จะเปลี่ยนสมดุลไปทางขวา ไปสู่สารก๊าซจำนวนน้อยลงซึ่งมีปริมาตรน้อยลง ซึ่งจะทำให้อิทธิพลภายนอกของความดันที่เพิ่มขึ้นอ่อนลง ในปฏิกิริยาที่สอง (b) ปริมาณของสารที่เป็นก๊าซ ทั้งวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาจะเท่ากัน เช่นเดียวกับปริมาตรที่สารเหล่านั้นครอบครอง ดังนั้นความดันจึงไม่มีผลกระทบและความสมดุลจะไม่ถูกรบกวน
ตัวอย่างที่ 2
ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนีย (–Q) 3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q ปฏิกิริยาไปข้างหน้าคือคายความร้อน ปฏิกิริยาย้อนกลับคือดูดความร้อน ความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิ และความดันควรเปลี่ยนแปลงอย่างไรเพื่อเพิ่มผลผลิตของแอมโมเนีย
สารละลาย:
หากต้องการเลื่อนสมดุลไปทางขวา คุณต้อง:
ก) เพิ่มความเข้มข้นของ H 2 และ N 2;
b) ลดความเข้มข้น (การกำจัดออกจากทรงกลมปฏิกิริยา) ของ NH 3;
c) ลดอุณหภูมิลง
d) เพิ่มแรงกดดัน
ตัวอย่างที่ 3
ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันระหว่างไฮโดรเจนคลอไรด์กับออกซิเจนสามารถย้อนกลับได้:
4HC1 + O 2 = 2C1 2 + 2H 2 O + 116 กิโลจูล
1. สิ่งต่อไปนี้จะส่งผลต่อความสมดุลของระบบอย่างไร?
ก) แรงกดดันเพิ่มขึ้น;
b) อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
c) การแนะนำตัวเร่งปฏิกิริยา?
สารละลาย:
ก) ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ การเพิ่มขึ้นของแรงกดดันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรง
b) การเพิ่มขึ้นของ t° ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาย้อนกลับ
c) การแนะนำตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้เปลี่ยนสมดุล
2. สมดุลเคมีจะเปลี่ยนไปในทิศทางใดหากความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า?
สารละลาย:
υ → = k → 0 2 0 2 ; υ 0 ← = k ← 0 2 0 2
หลังจากเพิ่มความเข้มข้น อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้ากลายเป็น:
υ → = k → 4 = 32 k → 0 4 0
นั่นคือเพิ่มขึ้น 32 เท่าเมื่อเทียบกับความเร็วเริ่มต้น ในทำนองเดียวกัน อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มขึ้น 16 เท่า:
υ ← = k ← 2 2 = 16k ← [H 2 O] 0 2 [C1 2 ] 0 2 .
การเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้านั้นมากกว่าการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ 2 เท่า: สมดุลเลื่อนไปทางขวา
ตัวอย่างที่ 4
ใน ด้านใดที่สมดุลของปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันจะเปลี่ยนไป:
PCl 5 = PC1 3 + Cl 2 + 92 KJ
ถ้าคุณเพิ่มอุณหภูมิขึ้น 30 °C โดยรู้ว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยาข้างหน้าคือ 2.5 และปฏิกิริยาย้อนกลับคือ 3.2?
สารละลาย:
เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับไม่เท่ากัน การเพิ่มอุณหภูมิจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงในอัตราของปฏิกิริยาเหล่านี้ที่แตกต่างกัน จากการใช้กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ (1.3) เราจะหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 30 °C:
υ → (t 2) = υ → (t 1)=υ → (t 1)2.5 0.1 30 = 15.6υ → (t 1);
υ ← (เสื้อ 2) = υ ← (เสื้อ 1) =υ → (เสื้อ 1)3.2 0.1 30 = 32.8υ ← (เสื้อ 1)
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มขึ้น 15.6 เท่า และปฏิกิริยาย้อนกลับเพิ่มขึ้น 32.8 เท่า ดังนั้น สมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย ไปสู่การก่อตัวของ PCl 5
ตัวอย่างที่ 5
อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเปลี่ยนไปอย่างไรในระบบแยก C 2 H 4 + H 2 ⇄ C 2 H 6 และความสมดุลจะเปลี่ยนไปที่ไหนเมื่อปริมาตรของระบบเพิ่มขึ้น 3 เท่า
สารละลาย:
อัตราเริ่มต้นของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับมีดังนี้:
υ 0 = k 0 0 ; υ 0 = k 0 .
การเพิ่มปริมาตรของระบบทำให้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง 3 ครั้ง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเป็นดังนี้:
υ 0 = k = 1/9υ 0
υ = k = 1/3υ 0
อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับลดลงไม่เท่ากัน อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับคือ 3 เท่า (1/3: 1/9 = 3) สูงกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ ดังนั้น สมดุลจะเปลี่ยนเป็น ด้านซ้ายไปทางด้านที่ระบบครอบครองปริมาตรที่มากขึ้นนั่นคือไปสู่การก่อตัวของ C 2 H 4 และ H 2