Echilibrul chimic: constanta echilibrului chimic și modalitățile de exprimare a acestuia

In 1885, fizicianul și chimistul francez Le Chatelier a fost lansat, iar în 1887 fizicianul german Brown a justificat legea echilibrului chimic și echilibrul chimic constant, și a studiat dependența lor de influența diverșilor factori externi.

Esența echilibrului chimic

Echilibrul este o stare dinamică, ceea ce înseamnă că lucrurile se mișcă mereu. Produsele sunt descompuse în reactivi, iar reactivii sunt combinați în produse. Lucrurile se mișcă, dar concentrațiile rămân neschimbate. Reacția este înregistrată cu o săgeată dublă în locul unui semn egal pentru a arăta că este reversibilă.

Modele clasice

Chiar și în secolul trecut, chimiștii au descoperit anumite modele care prevăd probabilitatea schimbării direcției de reacție în același recipient. Cunoașterea modului în care apar reacțiile chimice este incredibil de importantă, atât pentru cercetarea de laborator, cât și pentru producția industrială. În același timp, este foarte important să controlați toate aceste fenomene. Este comun ca o persoană să intervină în multe procese naturale, în special în cele reversibile, pentru a le folosi în beneficiul lor. Din cunoștințele de reacții chimice va fi mai util, dacă stăpâniți perfect pârghiile managementului.

Legea maselor acționând în chimie este folosită de chimisti pentru a calcula corect ratele de reacție. El dă o idee clară că nici unul chimic Nu va fi finalizată dacă trece printr-un sistem închis. Moleculele substanțelor formate se află în mișcare constantă și neregulată și poate apărea curând o reacție inversă, la care moleculele materiei prime vor fi restaurate.

În industrie, cele mai des folosite sisteme deschise. Navele, aparatele și alte recipiente, în cazul în care reacțiile chimice trec, rămân deblocate. Acest lucru este necesar pentru ca în timpul acestor procese să se poată extrage produsul dorit și să se elimine produsele de reacție inutile. De exemplu, cărbunele sunt arse în cuptoare deschise, cimentul este produs în cuptoare de tip deschis, furnalele funcționează cu o cantitate constantă de aer și amoniacul este sintetizat prin îndepărtarea continuă a amoniacului în sine.

Reacții chimice reversibile și ireversibile

Pe baza denumirii, este posibil să se definească definițiile adecvate: se consideră că reacțiile ireversibile se efectuează până la capăt, fără a se schimba direcția și a se desfășura pe o anumită traiectorie, indiferent de căderile de presiune și fluctuațiile de temperatură. Trăsătura lor distinctivă este că unele produse pot părăsi sfera de reacție. Astfel, de exemplu, este posibil să se obțină un gaz (CaCO₃ = CaO + CO₂₎ precipitat (Cu (NO₃)₂ + H₂S = CuS + 2HNO₃) sau altele conexiune. reacție Acesta va fi, de asemenea, considerată ireversibilă, în cazul în care o mare cantitate de căldură este eliberată în timpul procesului, de exemplu: 4P + 5O₂ = 2P₂O₅ + Q.

Practic, toate reacțiile care apar în natură sunt reversibile. Indiferent de astfel de condiții externe, cum ar fi presiunea și temperatura, practic toate procesele se pot desfășura simultan în diferite direcții. Așa cum se spune în legea actelor de masă în chimie, cantitatea de căldură absorbită va fi egală cu cantitatea de căldură absorbită, ceea ce înseamnă că dacă o reacție a fost exotermă, atunci cea de-a doua (inversă) este endotermă.

Echilibrul chimic: constanta echilibrului chimic

Reacțiile sunt "verbul" chimiei - o activitate pe care chimistii o învață. Multe reacții trec la terminarea lor și apoi oprirea, ceea ce înseamnă că reactivii sunt complet transformați în produse, fără a putea reveni la starea inițială. În unele cazuri, reacția este într-adevăr ireversibilă, de exemplu, când arderea se schimbă atât fizic, cât și chimic proprietățile materiei. Cu toate acestea, există multe alte circumstanțe în care reculul nu este numai posibilă, ci și să continue precum și produsele din prima reacție sunt reactivi pentru a doua.

O stare dinamică în care concentrațiile de reactivi și produse rămân constante se numește echilibru. Este posibil să se prevadă comportamentul substanțelor prin anumite legi aplicate în industriile care încearcă să reducă costurile de producere a produselor chimice specifice. Pentru a înțelege procesele care rețin sau potențial amenință sănătatea oamenilor, noțiunea de echilibru chimic este de asemenea utilă. Constanta echilibrului chimic este valoarea factorului de reacție, care depinde de concentrația ionică și de temperatura și nu depinde de concentrațiile de reactivi și de produse în soluție.

Calcularea constantei de echilibru

Această valoare este fără dimensiuni, adică nu are un anumit număr de unități. Deși calculul este de obicei înregistrat pentru doi reactivi și două produse, acesta funcționează pentru orice număr de participanți la reacție. Calculul și interpretarea constantei de echilibru depind de faptul dacă reacția chimică este legată de un echilibru omogen sau heterogen. Aceasta înseamnă că toate componentele reactive pot fi lichide sau gaze pure. Pentru reacțiile care ating echilibrul eterogen, nu există de obicei o singură fază, dar cel puțin două. De exemplu, lichide și gaze sau solide și lichid.

Valoarea constantei de echilibru

Pentru orice temperatură dată, există o singură valoare pentru constanta de echilibru, care variază numai dacă temperatura la care reacția are loc variază într-o direcție sau alta. Puteți face unele previziuni despre reacția chimică, pe baza faptului dacă constanta de echilibru este mare sau mică. Dacă valoarea este foarte mare, atunci echilibrul favorizează reacția la dreapta și se obțin mai multe produse decât reactivii. Reacția în acest caz poate fi numită "completă" sau "cantitativă".

Dacă valoarea constantei de echilibru este mică, atunci favorizează reacția la stânga, unde cantitatea de reactivi este mai mare decât produsele formate. Dacă această valoare tinde la zero, putem presupune că reacția nu are loc. Dacă valorile constantei de echilibru pentru reacțiile înainte și înapoi sunt aproape identice, numărul reactivilor și al produselor va fi, de asemenea, aproape același. Acest tip de reacție este considerat reversibil.

Luați în considerare o reacție reversibilă specifică

Luați cele două elemente chimice, iod și hidrogen, care, amestecate, dau o substanță nouă - hidrogenul de iod.

H₂+eu₂ = 2HI

Pentru v₁ luăm rata reacției directe, pentru v₂ - viteza reacției inverse și k este constanta de echilibru. Folosind legea acțiunii în masă, obținem următoarea expresie:

v₁ = k₁ * c (H₂) * c (I₂)

v₂ = k₂ * c²(HI).

Când se amestecă molecule de iod (I₂) și hidrogen (H.₂) începe interacțiunea lor. La etapa inițială, concentrația acestor elemente este maximă, dar până la sfârșitul reacției va fi concentrația maximă a noului compus - iodură de hidrogen (HI). În consecință, ratele de reacție vor fi diferite. Încă de la început, ele vor fi maxime. În timp, vine un moment în care aceste valori sunt egale, este o stare numită echilibru chimic.

Expresia pentru constanta echilibrului chimic este de obicei marcată cu paranteze pătrate: [H₂], [I₂], [HI]. Deoarece în stare de echilibru vitezele sunt egale, atunci:

k₁[H₂] [I₂] = k₂[HI]²,

deci obținem ecuația constantă a echilibrului chimic:

k₁/ k₂ = [HI]²/ [H₂] [I₂] = K.

Principiul Le Chatelier-Brown

Există următoarea regulă: dacă un sistem care este în echilibru, pentru a produce un anumit efect (modificarea condițiilor de echilibru chimic prin modificarea temperaturii sau presiunii, de exemplu), echilibrul se va deplasa pentru a contracara parțial efectul modificărilor. În plus față de chimie, acest principiu este, de asemenea, aplicabil în mai multe forme diferite în domeniile farmacologiei și economiei.

Constanta echilibrului chimic si modalitatile de exprimare a acestuia

Expresia echilibrului poate fi exprimată în termeni de concentrație a produselor și a reactivilor. Numai substanțele chimice din fazele apoase și gazoase sunt incluse în formula de echilibru, deoarece concentrațiile de lichide și solide nu se modifică. Ce factori influențează echilibrul chimic? Dacă este implicat un lichid pur sau un solid, se consideră că acesta are K = 1 și în consecință nu mai este luat în considerare, cu excepția soluțiilor foarte concentrate. De exemplu, apa pură are activitate 1.

Un alt exemplu este carbonul solid, care poate fi format prin reacția dintre două molecule de monoxid de carbon pentru a forma dioxid de carbon și carbon. Factorii care pot afecta echilibrul includ adăugarea unui reactiv sau a unui produs (o modificare a concentrației afectează echilibrul). Adăugarea unui reactiv poate duce la dreapta în ecuația chimică de echilibru în cazul în care există mai multe forme de produs. Adăugarea unui produs poate duce la echilibru la stânga, deoarece mai multe forme de reactivi devin mai mult.

Echilibrul apare când o reacție în ambele direcții are un raport constant de produse și reactivi. În general, echilibrul chimic este static, deoarece raportul cantitativ dintre produse și reactivi este constant. Cu toate acestea, o privire mai atentă arată că echilibrul este de fapt un proces foarte dinamic, deoarece reacția se mișcă în ambele direcții într-un ritm egal.

Dinamica echilibrată este un exemplu de funcție de stat stabilă. Pentru sistemul într-o stare stabilă, comportamentul observat în prezent continuă și în viitor. De aceea, odată ce reacția ajunge la echilibru, raportul dintre concentrațiile de reactant și de produs rămân aceleași, cu toate că reacția are loc.

Cât de ușor este să spui despre complex?

Astfel de concepte precum echilibrul chimic și constanta echilibrului chimic sunt destul de complexe pentru înțelegere. Să luăm un exemplu din viață. Ai vreodată blocat pe o punte de legătură între cele două orașe, și să acorde atenție faptului că mișcarea în cealaltă direcție măsurată fără probleme și, în timp ce sunteți blocat în trafic fără speranță? Nu e bine.

Ce se întâmplă dacă mașinile se mișcau cu aceeași viteză și viteză din ambele părți? Numărul de mașini din ambele orașe ar rămâne constant? Atunci când viteza de intrare și ieșire în ambele orașe este aceeași, iar numărul de mașini din fiecare oraș este stabil în timp, înseamnă că întregul proces este într-un echilibru dinamic.