برگشت پذیری مواد شیمیایی واکنش ها تعادل شیمیاییو شرایط جابجایی آن، کاربرد عملی.

تمام واکنش های شیمیایی را می توان به برگشت پذیر و غیر قابل برگشت تقسیم کرد.

واکنش های برگشت پذیر به پایان نمی رسد: در یک واکنش برگشت پذیر هیچ یک از واکنش دهنده ها به طور کامل مصرف نمی شود. یک واکنش برگشت پذیر می تواند در هر دو جهت رو به جلو و معکوس انجام شود. واکنش های شیمیایی برگشت پذیر به صورت یک نوشته می شوند معادله شیمیاییبا علامت برگشت پذیری: .

واکنشی که از چپ به راست می رود نامیده می شود سر راستواکنش، و از راست به چپ - معکوس .

اکثر واکنش های شیمیایی برگشت پذیر هستند. به عنوان مثال، یک واکنش برگشت پذیر برهمکنش هیدروژن با بخار ید است:

در ابتدا، هنگامی که مواد اولیه مخلوط می شوند، سرعت واکنش رو به جلو زیاد است و سرعت واکنش معکوس صفر است. با ادامه واکنش، مواد اولیه مصرف می شوند و غلظت آنها کاهش می یابد. در نتیجه سرعت واکنش رو به جلو کاهش می یابد. در همان زمان، محصولات واکنش ظاهر می شوند و غلظت آنها افزایش می یابد. بنابراین، واکنش معکوس شروع می شود و سرعت آن به تدریج افزایش می یابد. وقتی سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس یکسان می شود، تعادل شیمیایی

حالت تعادل شیمیایی تحت تأثیر: 1) غلظت مواد

2) دما

3) فشار

هنگامی که یکی از این پارامترها تغییر می کند، تعادل شیمیایی به هم می خورد و غلظت تمام واکنش دهنده ها تغییر می کند تا زمانی که تعادل جدیدی برقرار شود. چنین انتقال سیستم از یک حالت به حالت دیگر جابجایی نامیده می شود. جهت تغییر تعادل شیمیایی توسط اصل تعیین می شود

لو شاتلیه: اگر بر سیستمی که در تعادل شیمیایی است، اثری اعمال شود، در نتیجه فرآیندهای رخ داده در آن، تعادل به گونه‌ای تغییر می‌کند که اثر کاهش می‌یابد.. به عنوان مثال، هنگامی که یکی از مواد شرکت کننده در واکنش به سیستم وارد می شود، تعادل به سمت مصرف این ماده تغییر می کند. هنگامی که فشار افزایش می یابد، به گونه ای جابجا می شود که فشار در سیستم کاهش می یابد. هنگامی که دما افزایش می یابد، تعادل به سمت یک واکنش گرماگیر تغییر می کند، دمای سیستم کاهش می یابد.

واکنش‌های برگشت‌ناپذیر واکنش‌هایی هستند که به پایان می‌رسند. – تا زمان مصرف کامل یکی از واکنش دهنده ها. شرایط برگشت ناپذیری واکنش های شیمیایی:

	|	سخنرانی بعدی ==>
انواع پیوندهای شیمیایی: یونی، فلزی، کووالانسی (قطبی، غیرقطبی)، هیدروژنی.	|

تمام واکنش های شیمیایی، در اصل، برگشت پذیر هستند.
این بدان معنی است که هم برهمکنش واکنش دهنده ها و هم برهمکنش محصولات در مخلوط واکنش ادامه می یابد. از این نظر، تمایز بین واکنش دهنده ها و محصولات دلخواه است. جهت یک واکنش شیمیایی با شرایط اجرای آن (دما، فشار، غلظت مواد) تعیین می شود.
بسیاری از واکنش‌ها یک جهت غالب دارند و برای انجام چنین واکنش‌هایی در جهت مخالف شرایط شدید لازم است. در چنین واکنش هایی، تبدیل تقریباً کامل واکنش دهنده ها به محصولات رخ می دهد.

مثال. آهن و گوگرد با حرارت متوسط ​​با یکدیگر واکنش می دهند و سولفید آهن (II) تشکیل می دهند، FeS در چنین شرایطی پایدار است و عملاً به آهن و گوگرد تجزیه نمی شود:

در 200 اتمسفر و 400 درجه سانتیگراد، حداکثر و برابر با 36 درصد (حجمی) محتوای NH3 در مخلوط واکنش به دست می آید. با افزایش بیشتر دما به دلیل افزایش جریان واکنش معکوس، کسر حجمی آمونیاک در مخلوط کاهش می یابد.
واکنش های رو به جلو و معکوس به طور همزمان در جهت مخالف انجام می شود.

در تمام واکنش‌های برگشت‌پذیر، سرعت واکنش رو به جلو کاهش می‌یابد و سرعت واکنش معکوس افزایش می‌یابد تا زمانی که هر دو سرعت برابر شوند و حالت تعادل برقرار شود.

در حالت تعادل، سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس برابر می شود.

اصل LE CHATELIER تغییر تعادل شیمیایی.

موقعیت تعادل شیمیایی به پارامترهای واکنش زیر بستگی دارد: دما، فشار و غلظت. تأثیری که این عوامل بر یک واکنش شیمیایی دارند از الگوی بیان شده تبعیت می کند نمای کلیدر سال 1884 توسط دانشمند فرانسوی Le Chatelier. فرمول مدرن اصل Le Chatelier به شرح زیر است:

1. اثر دما. در هر واکنش برگشت پذیر، یکی از جهت ها مربوط به یک فرآیند گرمازا و دیگری مربوط به یک فرآیند گرماگیر است.

2. تأثیر فشار. در تمام واکنش های مربوط به مواد گازی، همراه با تغییر حجم به دلیل تغییر در مقدار ماده در انتقال از مواد اولیه به محصولات، موقعیت تعادل تحت تأثیر فشار در سیستم قرار می گیرد.
اثر فشار بر موقعیت تعادل رعایت می شود قوانین زیر:

بنابراین، در طول انتقال از مواد اولیه به محصولات، حجم گازها به نصف کاهش یافت. این بدان معنی است که با افزایش فشار، تعادل به سمت تشکیل NH3 تغییر می‌کند، همانطور که داده‌های زیر برای واکنش سنتز آمونیاک در دمای 400 درجه سانتیگراد نشان می‌دهد:

3. تأثیر تمرکز. تأثیر تمرکز بر وضعیت تعادل از قوانین زیر پیروی می کند:

>> 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 کامل طرح تقویمبرای یک سال دستورالعمل هابرنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

تعادل معمولاً به عنوان حالت خاصی از یک سیستم یا بدن در نظر گرفته می شود که همه تأثیرات اعمال شده بر آن یکدیگر را جبران می کنند. یا کلا غایب در شیمی، مفهوم تعادل برای واکنش هایی که بین آنها اتفاق می افتد به کار می رود مواد مختلف، یا بهتر است بگوییم، به شرایط جریان آنها.

مفهوم تعادل

واکنش‌های شیمیایی بر اساس معیارهای مختلف طبقه‌بندی‌های زیادی دارند، اما در مورد تعادل شیمیایی، واکنش‌های برگشت‌پذیر و غیرقابل برگشت را باید به خاطر داشت.

اگر در نتیجه یک واکنش، محصولاتی تشکیل شود که با یکدیگر تعامل نداشته باشند، از واکنش های برگشت ناپذیر صحبت می کنند، یعنی فقط در جهت جلو می روند. معمولاً یکی از محصولات موجود در آنها یک ترکیب گازی، کمی تفکیک یا نامحلول است. مثلا:

سرب (NO 3) 2 + 2ΗCl<―>PbCl 2 ↓ + 2HNO 3

Na 2 CO 3 + 2ΗCl<―>2NaCl + CO 2 + Η 2 O

NaOΗ + ΗCl<―>NaCl + Η 2 O

محصولات واکنش‌های برگشت‌پذیر می‌توانند با یکدیگر برهم‌کنش داشته باشند، بنابراین مواد اولیه را تشکیل می‌دهند، یعنی دو واکنش مخالف به طور همزمان رخ می‌دهند. اگر در برهه ای از زمان، تحت شرایط خاصی، سرعت واکنش رو به جلو برابر با سرعت معکوس باشد، تعادل شیمیایی برقرار می شود.

لازم به ذکر است که چنین تعادلی به عنوان پویا شناخته می شود. به عبارت دیگر، هر دو واکنش ادامه می یابد، اما مقادیر غلظت تمام شرکت کنندگان آن بدون تغییر باقی می ماند و تعادل نامیده می شود.

از نظر ریاضی، این حالت با استفاده از ثابت تعادل (Kp) بیان می شود. بگذارید یک برهمکنش موادی که با معادله αΑ + bB توصیف شده است وجود داشته باشد<―>cc + dD. برای واکنش های مخالف، می توان فرمول هایی برای محاسبه سرعت آنها از طریق قانون جرم های عمل کننده نوشت. از آنجایی که این سرعت ها در حالت تعادل برابر خواهند بود، می توان نسبت ثابت های سرعت دو واکنش متضاد را بیان کرد. در اینجا از نظر عددی برابر با ثابت تعادل خواهد بود.

مقدار K p به تعیین کامل بودن واکنش های در حال انجام کمک می کند. اگر K r<1, то реакция в прямом направлении почти не протекает. Если К р >1، سپس تعادل به محصولات منتقل می شود.

انواع تعادل

تعادل شیمیایی درست، ظاهری و نادرست است. برای تعادل واقعینشانه هایی وجود دارد:

• اگر تأثیر خارجی وجود نداشته باشد، در طول زمان بدون تغییر است.
• اگر تأثیرات خارجی تغییر کند (این در مورد دما، فشار و غیره صدق می کند)، وضعیت سیستم نیز تغییر می کند. اما فقط باید مقادیر اولیه شرایط را برگردانید، تعادل بلافاصله بازیابی می شود.
• حالت تعادل واقعی را می توان هم از طرف محصولات یک واکنش شیمیایی و هم از مواد اولیه بدست آورد.

اگر حداقل یکی از این شرایط برآورده نشود، گفته می شود که چنین تعادلی وجود دارد آشکار (بی ثبات).اگر با تغییر شرایط خارجی، وضعیت سیستم شروع به تغییر غیرقابل برگشت کند، چنین تعادلی نامیده می شود. نادرست (یا مهار شده).نمونه دومی واکنش آهن با اکسیژن است.

مفهوم تعادل از نظر ترمودینامیک و سینتیک تا حدودی متفاوت است. زیر تعادل ترمودینامیکیبه عنوان حداقل مقدار انرژی گیبس برای یک سیستم خاص درک می شود. تعادل واقعی با ΔG \u003d 0 مشخص می شود. و در مورد حالتی که سرعت واکنش های مستقیم و معکوس برابر می شود ، یعنی v 1 \u003d v 2 ، آنها می گویند که چنین تعادلی - جنبشی

اصل لو شاتلیه

هانری لو شاتلیه الگوهای تغییر تعادل را در قرن نوزدهم مطالعه کرد، اما بعدها کارل براون همه این آثار را خلاصه کرد و اصل تعادل متحرک را فرموله کرد:

اگر از بیرون بر روی یک سیستم تعادلی عمل شود، آنگاه تعادل در جهت کاهش اثر تولید شده تغییر خواهد کرد.

به عبارت دیگر، اگر تأثیری بر سیستم تعادلی وجود داشته باشد، به گونه ای تغییر می کند که این تأثیر حداقل باشد.

تغییر تعادل

پیامدهای اصل لو شاتلیه را با استفاده از معادله واکنش به عنوان مثال در نظر بگیرید:

N 2 + 3H 2<―>2NΗ 3 + Q.

اگر دما افزایش یابد، تعادل به سمت یک واکنش گرماگیر تغییر می کند. در این مثال، گرما آزاد می شود، به این معنی که واکنش مستقیم گرمازا است و تعادل به مواد اولیه تغییر می کند.

اگر فشار افزایش یابد، این منجر به تغییر تعادل به حجم کمتری از مواد گازی می شود. در مثال بالا، 4 مول از مواد اولیه گازی و 2 مول از محصولات گازی وجود دارد، به این معنی که تعادل به محصولات واکنش تغییر خواهد کرد.

اگر غلظت ماده اولیه افزایش یابد، تعادل در جهت واکنش مستقیم و بالعکس تغییر خواهد کرد. بنابراین، اگر غلظت N 2 یا Η 2 افزایش یابد، تعادل در جهت جلو، و اگر آمونیاک، در جهت مخالف تغییر خواهد کرد.

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 تعادل تغییر می کند مورد کلیبا 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 تأثیر خارجی را تضعیف می کند.

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 یک 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، تحت تأثیر خارجی که باعث کاهش فشار می شود، تعادل به سمت شکل گیری تغییر می کند. بیشترمول از مواد گازی 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.