9. Химиялық реакцияның жылдамдығы. Химиялық тепе-теңдік
9.2. Химиялық тепе-теңдік және оның орын ауыстыруы
Көптеген химиялық реакциялар қайтымды, яғни. өнімдердің түзілу бағытында да, олардың ыдырау бағытында да (солдан оңға және оңнан солға) бір уақытта ағып тұрады.
Қайтымды процестер үшін реакция теңдеулерінің мысалдары:
N 2 + 3H 2 ⇄ t °, p, мысық 2NH 3
2SO 2 + O 2 ⇄ t ° , p , мысық 2SO 3
H 2 + I 2 ⇄ t ° 2HI
Қайтымды реакциялар химиялық тепе-теңдік күйі деп аталатын ерекше күймен сипатталады.
Химиялық тепе-теңдік- бұл тура және кері реакциялардың жылдамдықтары тең болатын жүйенің күйі. Химиялық тепе-теңдікке қарай жылжу кезінде тура реакцияның жылдамдығы мен әрекеттесуші заттардың концентрациясы төмендейді, ал кері реакция және өнімдердің концентрациясы артады.
Химиялық тепе-теңдік жағдайында уақыт бірлігінде қанша өнім ыдыраса, сонша өнім түзіледі. Осының нәтижесінде химиялық тепе-теңдік күйіндегі заттардың концентрациясы уақыт өте келе өзгермейді. Бірақ бұл барлық заттардың тепе-теңдік концентрациялары немесе массалары (көлемдері) міндетті түрде бір-біріне тең дегенді білдірмейді (9.8 және 9.9-суреттерді қараңыз). Химиялық тепе-теңдік – сыртқы әсерлерге жауап бере алатын динамикалық (жылжымалы) тепе-теңдік.
Тепе-теңдік жүйесінің бір тепе-теңдік күйден екіншісіне ауысуы орын ауыстыру немесе тепе-теңдіктің ауысуы. Іс жүзінде олар реакция өнімдеріне (оңға) немесе бастапқы заттарға (солға) қарай тепе-теңдіктің ығысуы туралы айтады; алға реакция солдан оңға қарай жүреді, ал кері реакция оңнан солға қарай жүреді. Тепе-теңдік күйі қарама-қарсы бағытталған екі көрсеткі арқылы көрсетіледі: ⇄.
Тепе-теңдікті ауыстыру принципіфранцуз ғалымы Ле Шателье (1884) тұжырымдаған: тепе-теңдікте тұрған жүйеге сыртқы әсер бұл тепе-теңдіктің сыртқы әсердің әсерін әлсірететін бағытқа ығысуына әкеледі.
Тепе-теңдікті ауыстырудың негізгі ережелерін тұжырымдаймыз.
Шоғырланудың әсері: заттың концентрациясы жоғарылағанда тепе-теңдік оның тұтыну жағына, ал азайған кезде оның түзілуіне қарай ығысады.
Мысалы, қайтымды реакцияда Н 2 концентрациясының жоғарылауымен
H 2 (г) + I 2 (г) ⇄ 2HI (г)
сутегі концентрациясына байланысты тура реакцияның жылдамдығы артады. Нәтижесінде тепе-теңдік оңға қарай жылжиды. Н 2 концентрациясы азайған сайын тура реакцияның жылдамдығы төмендейді, нәтижесінде процестің тепе-теңдігі солға ығысады.
Температураның әсері: Температура жоғарылағанда тепе-теңдік эндотермиялық реакцияға, ал температура төмендегенде экзотермиялық реакцияға қарай ығысады.
Температураның жоғарылауымен экзо- және эндотермиялық реакциялардың жылдамдығы арта түсетінін есте ұстаған жөн, бірақ эндотермиялық реакция бірнеше есе артады, ол үшін E a әрқашан үлкен болады. Температура төмендеген сайын екі реакцияның жылдамдығы төмендейді, бірақ тағы да көп рет - эндотермиялық. Мұны диаграмма арқылы көрсету ыңғайлы, онда жылдамдық мәні көрсеткілердің ұзындығына пропорционалды, ал тепе-теңдік ұзағырақ көрсеткі бағытына ауысады.
Қысымның әсері: Қысымның өзгеруі тепе-теңдік күйіне тек газдар реакцияға қатысқанда, тіпті газ тәрізді зат химиялық теңдеудің тек бір жағында болғанда да әсер етеді. Реакция теңдеулерінің мысалдары:
- қысым тепе-теңдік ығысуына әсер етеді:
3H 2 (г) + N 2 (г) ⇄ 2NH 3 (г),
CaO (теледидар) + CO 2 (г) ⇄ CaCO 3 (теледидар);
- қысым тепе-теңдік ығысуына әсер етпейді:
Cu (св) + S (св) = CuS (св)
NaOH (ерітінді) + HCl (ерітінді) = NaCl (ерітінді) + H 2 O (l).
Қысым төмендеген кезде тепе-теңдік газ тәріздес заттардың көп химиялық мөлшерінің түзілуіне қарай ығысады, ал жоғарылағанда тепе-теңдік газ тәрізді заттардың химиялық мөлшерінің азырақ түзілуіне қарай ығысады. Егер теңдеудің екі жағындағы газдардың химиялық мөлшерлері бірдей болса, онда қысым химиялық тепе-теңдік күйіне әсер етпейді:
H 2 (г) + Cl 2 (г) = 2HCl (г).
Қысымның өзгеруінің әсері концентрацияның өзгеруінің әсеріне ұқсас екенін ескерсек, мұны түсіну оңай: қысым n есе жоғарылағанда тепе-теңдіктегі барлық заттардың концентрациясы бірдей мөлшерге артады (және керісінше). ).
Реакция жүйесінің көлемінің әсері: реакция жүйесінің көлемінің өзгеруі қысымның өзгеруімен байланысты және тек газ тәрізді заттар қатысатын реакциялардың тепе-теңдік күйіне әсер етеді. Көлемнің төмендеуі қысымның жоғарылауын білдіреді және тепе-теңдікті аз химиялық газдардың пайда болуына қарай жылжытады. Жүйе көлемінің ұлғаюы қысымның төмендеуіне және тепе-теңдіктің газ тәрізді заттардың көп химиялық мөлшерінің түзілуіне қарай ығысуына әкеледі.
Катализаторды тепе-теңдік жүйесіне енгізу немесе оның табиғатының өзгеруі тепе-теңдікті өзгертпейді (өнім шығымы жоғарыламайды), өйткені катализатор тура және кері реакцияларды бірдей дәрежеде жылдамдатады. Бұл катализатор тура және кері процестердің активтену энергиясын бірдей төмендететініне байланысты. Неліктен олар қайтымды процестерде катализаторды пайдаланады? Өйткені, катализаторды қайтымды процестерде қолдану тепе-теңдіктің тез басталуына ықпал етеді және бұл өнеркәсіптік өндірістің тиімділігін арттырады.
Әртүрлі факторлардың тепе-теңдік ығысуына әсер етуінің нақты мысалдары кестеде келтірілген. Жылу бөлінуімен жүретін аммиак синтезі реакциясы үшін 9.1. Басқаша айтқанда, тура реакция экзотермиялық, ал кері реакция эндотермиялық.
9.1-кесте
Аммиак синтезі реакциясының тепе-теңдігінің ығысуына әртүрлі факторлардың әсері
| Тепе-теңдік жүйесіне әсер ететін фактор | Тепе-теңдік реакциясының орын ауыстыру бағыты 3 H 2 + N 2 ⇄ t, p, cat 2 NH 3 + Q |
|---|---|
| Сутегі концентрациясының артуы, s (H 2) | Тепе-теңдік оңға жылжиды, жүйе c (H 2) азайту арқылы жауап береді. |
| Аммиак концентрациясының төмендеуі, s (NH 3)↓ | Тепе-теңдік оңға жылжиды, жүйе c (NH 3) жоғарылауымен жауап береді. |
| Аммиак концентрациясының жоғарылауы, s (NH 3) | Тепе-теңдік солға жылжиды, жүйе c (NH 3) азайту арқылы жауап береді. |
| Азот концентрациясының төмендеуі, s (N 2)↓ | Тепе-теңдік солға жылжиды, жүйе c (N 2) арттыру арқылы жауап береді. |
| Қысу (көлемнің төмендеуі, қысымның жоғарылауы) | Тепе-теңдік оңға, газдар көлемінің азаюына қарай ығысады |
| Кеңейту (көлемнің ұлғаюы, қысымның төмендеуі) | Тепе-теңдік солға, газ көлемінің ұлғаюына қарай ығысады |
| Қысымның жоғарылауы | Тепе-теңдік оңға, азырақ газ көлеміне қарай ығысады |
| Қысымның төмендеуі | Тепе-теңдік солға, газдардың үлкен көлеміне қарай ығысады |
| Температураның көтерілуі | Тепе-теңдік солға, эндотермиялық реакцияға қарай ығысады |
| Температураның төмендеуі | Тепе-теңдік оңға, экзотермиялық реакцияға қарай ығысады |
| Катализаторды қосу | Тепе-теңдік өзгермейді |
9.3-мысал.
Процесс тепе-теңдік күйінде
2SO 2 (г) + O 2 (г) ⇄ 2SO 3 (г)
заттардың концентрациясы (моль/дм 3) SO 2, O 2 және SO 3 тиісінше 0,6, 0,4 және 0,2. SO 2 және O 2 бастапқы концентрацияларын табыңдар (SO 3 бастапқы концентрациясы нөлге тең).
Шешім. Реакция кезінде SO 2 және O 2 тұтынылады, сондықтан
c шығыс (SO 2) = c тең (SO 2) + c шығыс (SO 2),
c шығыс (O 2) = c тең (O 2) + c шығыс (O 2).
Жұмсалған c мәні c (SO 3) көмегімен табылады:
c out (SO 2) = 0,6 + 0,2 = 0,8 (моль/дм 3).
у = 0,1 моль/дм3.
c out (O 2) = 0,4 + 0,1 = 0,5 (моль/дм 3).
Жауабы: 0,8 моль/дм 3 SO 2; 0,5 моль/дм 3 O 2.
Емтихандық тапсырмаларды орындау кезінде бір жағынан реакция жылдамдығына, екінші жағынан химиялық тепе-теңдіктің ығысуына әртүрлі факторлардың әсері жиі шатастырылады.
Қайтымды процесс үшін
температураның жоғарылауымен тура және кері реакциялардың жылдамдығы артады; температура төмендеген сайын тура және кері реакциялардың жылдамдығы төмендейді;
қысымның жоғарылауымен газдардың қатысуымен жүретін барлық реакциялардың жылдамдығы тура және кері де артады. Қысым төмендеген сайын газдардың тікелей және кері қатысуымен жүретін барлық реакциялардың жылдамдығы төмендейді;
катализаторды жүйеге енгізу немесе оны басқа катализатормен ауыстыру тепе-теңдікті өзгертпейді.
9.4-мысал.
Теңдеумен сипатталған қайтымды процесс жүреді
N 2 (г) + 3Н 2 (г) ⇄ 2NH 3 (г) + Q
Қандай факторларды қарастырайық: 1) аммиак реакциясының синтез жылдамдығын арттыру; 2) теңгерімді оңға жылжытыңыз:
а) температураның төмендеуі;
б) қысымның жоғарылауы;
в) NH 3 концентрациясының төмендеуі;
г) катализаторды қолдану;
д) N 2 концентрациясының жоғарылауы.
Шешім. b), d) және e) факторлары аммиак синтезінің реакция жылдамдығын арттырады (сондай-ақ температураның жоғарылауы, H 2 концентрациясының жоғарылауы); тепе-теңдікті оңға жылжыту - a), b), c), e).
Жауабы: 1) b, d, d; 2) a, b, c, d.
9.5-мысал.
Төменде қайтымды реакцияның энергетикалық диаграммасы берілген
Барлық шынайы мәлімдемелерді тізімдеңіз:
а) кері реакция тура реакцияға қарағанда жылдам жүреді;
б) температураның жоғарылауымен кері реакцияның жылдамдығы тура реакцияға қарағанда есе артады;
в) жылуды сіңірумен тікелей реакция жүреді;
г) кері реакция үшін температура коэффициенті γ үлкен.
Шешім.
a) Өтініш дұрыс, өйткені E arr = 500 − 300 = 200 (кДж) E arr = 500 − 200 = 300 (кДж) кем.
б) Е a үлкен болатын тура реакция жылдамдығы көп есе артады;
в) Өтініш дұрыс, Q pr = 200 − 300 = −100 (кДж).
г) Өтініш дұрыс емес, тура реакция үшін γ үлкен, бұл жағдайда E a үлкен.
Жауабы: а), в).
яғни, мысалы, егер белгілі бір реакция A + B = C + D қайтымды болса, бұл A + B → C + D (тікелей) реакциясы да, C + D → A + B (кері) реакциясы да бір уақытта жүретінін білдіреді. ).
Негізінде, өйткені Тура және кері реакциялар да жүреді, қайтымды реакциялар кезінде теңдеудің сол жағындағы заттарды да, теңдеудің оң жағындағы заттарды да реагенттер (бастапқы заттар) деп атауға болады; Бұл өнімдерге де қатысты.
Кез келген қайтымды реакция үшін тура және кері реакциялардың жылдамдықтары тең болған жағдай мүмкін. Бұл шарт деп аталады тепе-теңдік күйі.
Тепе-теңдік жағдайында барлық әрекеттесуші заттардың да, барлық өнімдердің де концентрациясы тұрақты болады. Тепе-теңдіктегі өнімдер мен әрекеттесуші заттардың концентрациялары деп аталады тепе-теңдік концентрациялары.
Әртүрлі факторлардың әсерінен химиялық тепе-теңдіктің ауысуы
Жүйеге сыртқы әсерлерден, мысалы, температураның, қысымның немесе бастапқы заттардың немесе өнімдердің концентрациясының өзгеруі, жүйенің тепе-теңдігі бұзылуы мүмкін. Бірақ бұл сыртқы әсер тоқтағаннан кейін жүйе біраз уақыттан кейін жаңа тепе-теңдік күйіне көшеді. Жүйенің бір тепе-теңдік күйден екінші тепе-теңдік күйге осылай ауысуы деп аталады химиялық тепе-теңдіктің орын ауыстыруы (ығысуы). .
Белгілі бір әсер түріндегі химиялық тепе-теңдіктің қалай өзгеретінін анықтау үшін Ле Шателье принципін қолданған ыңғайлы:
Егер тепе-теңдік күйіндегі жүйеге қандай да бір сыртқы әсер әсер етсе, онда химиялық тепе-теңдіктің ығысу бағыты әсер ету әсерін әлсірететін реакцияның бағытымен сәйкес келеді.
Температураның тепе-теңдік күйіне әсері
Температура өзгерген кезде кез келген химиялық реакцияның тепе-теңдігі ығысады. Бұл кез келген реакцияның термиялық әсер етуіне байланысты. Оның үстіне тура және кері реакциялардың жылу эффектілері әрқашан тікелей қарама-қарсы. Сол. егер тура реакция экзотермиялық болса және +Q-ға тең жылу эффектісімен жүрсе, онда кері реакция әрқашан эндотермиялық және –Q-ға тең жылу эффектісі болады.
Осылайша, Ле Шателье принципіне сәйкес, тепе-теңдік күйінде тұрған белгілі бір жүйенің температурасын арттырсақ, онда тепе-теңдік температура төмендейтін реакцияға қарай ауысады, яғни. эндотермиялық реакцияға қарай. Және сол сияқты, тепе-теңдік күйінде жүйенің температурасын төмендететін болсақ, тепе-теңдік реакцияға қарай ығысады, нәтижесінде температура көтеріледі, т.б. экзотермиялық реакцияға қарай.
Мысалы, келесі қайтымды реакцияны қарастырыңыз және температура төмендеген кезде оның тепе-теңдігі қайда ауысатынын көрсетіңіз:
Жоғарыдағы теңдеуден көрініп тұрғандай, тура реакция экзотермиялық, яғни. Оның пайда болуы нәтижесінде жылу бөлінеді. Демек, кері реакция эндотермиялық болады, яғни ол жылуды сіңірумен жүреді. Шартқа сәйкес температура төмендейді, сондықтан тепе-теңдік оңға жылжиды, яғни. тікелей реакцияға бағытталған.
Химиялық тепе-теңдікке концентрацияның әсері
Ле Шателье принципіне сәйкес реагенттер концентрациясының жоғарылауы тепе-теңдіктің реакцияға қарай ығысуына әкелуі керек, нәтижесінде реагенттер тұтынылады, яғни. тікелей реакцияға бағытталған.
Және керісінше, егер әрекеттесуші заттардың концентрациясы төмендесе, онда тепе-теңдік реакцияға қарай жылжиды, соның нәтижесінде әрекеттесуші заттар түзіледі, яғни. кері реакцияның жағы (←).
Реакция өнімдерінің концентрациясының өзгеруі де осындай әсер етеді. Егер өнімдердің концентрациясы жоғарыласа, тепе-теңдік реакцияға қарай ауысады, нәтижесінде өнімдер тұтынылады, яғни. кері реакцияға қарай (←). Егер, керісінше, өнімдердің концентрациясы төмендесе, онда тепе-теңдік тура реакцияға (→) қарай ығысады, осылайша өнімдердің концентрациясы артады.
Қысымның химиялық тепе-теңдікке әсері
Температура мен концентрациядан айырмашылығы, қысымның өзгеруі әрбір реакцияның тепе-теңдік күйіне әсер етпейді. Қысымның өзгеруі химиялық тепе-теңдіктің ығысуына әкелуі үшін теңдеудің сол және оң жағындағы газтәрізді заттар үшін коэффициенттердің қосындылары әртүрлі болуы керек.
Сол. екі реакциядан:
қысымның өзгеруі тек екінші реакция жағдайында ғана тепе-теңдік күйіне әсер етуі мүмкін. Сол және оң жақтағы бірінші теңдеу жағдайында газ тәрізді заттардың формулаларының алдындағы коэффициенттердің қосындысы бірдей (2-ге тең), ал екінші теңдеуде әртүрлі (4 сол жақта және 2 оң жақта).
Осы жерден, атап айтқанда, әрекеттесуші заттардың да, өнімдердің арасында да газ тәрізді заттар болмаса, қысымның өзгеруі қазіргі тепе-теңдік күйіне ешқандай әсер етпейді деген қорытынды шығады. Мысалы, қысым реакцияның тепе-теңдік күйіне әсер етпейді:
Егер сол жақта және оң жақта газ тәрізді заттардың мөлшері әртүрлі болса, онда қысымның жоғарылауы тепе-теңдіктің реакцияға қарай ығысуына әкеледі, оның барысында газдар көлемі азаяды, ал қысымның төмендеуі қысымның ығысуына әкеледі. тепе-теңдік, соның нәтижесінде газдардың көлемі артады.
Катализатордың химиялық тепе-теңдікке әсері
Катализатор тура және кері реакцияларды бірдей жылдамдататындықтан, оның болуы немесе болмауы әсері жоқтепе-теңдік күйіне дейін.
Катализатор әсер ете алатын жалғыз нәрсе - жүйенің тепе-теңдіксіз күйден тепе-теңдікке өту жылдамдығы.
Жоғарыда аталған факторлардың барлығының химиялық тепе-теңдікке әсері төменде тепе-теңдік тапсырмаларын орындау кезінде қарауға болатын алдау парағында жинақталған. Дегенмен, оны емтиханда пайдалану мүмкін болмайды, сондықтан оның көмегімен бірнеше мысалдарды талдағаннан кейін, сіз оны үйреніп, оған қарамай тепе-теңдік есептерін шешуге машықтануыңыз керек:
Белгілері: Т - температура, б - қысым, бірге – концентрация, – жоғарылау, ↓ – төмендеуі
|
Т |
Т - тепе-теңдік эндотермиялық реакцияға қарай ығысады |
| ↓Т - тепе-теңдік экзотермиялық реакцияға қарай ығысады | |
|
б |
б - газ тәріздес заттардың алдында тепе-теңдік коэффициенттерінің қосындысы аз реакцияға қарай ығысады |
| ↓б - тепе-теңдік коэффициенттерінің қосындысы газ тәрізді заттардың алдындағы реакцияға қарай ығысады | |
|
в |
в (реагент) – тепе-теңдік тура реакцияға қарай жылжиды (оңға) |
| ↓c (реагент) – тепе-теңдік кері реакцияға қарай жылжиды (солға) | |
| в (өнім) – тепе-теңдік кері реакцияға қарай жылжиды (солға) | |
| ↓c (өнім) – тепе-теңдік тура реакцияға қарай ығысады (оңға) | |
| Тепе-теңдікке әсер етпейді!!! |
1. Барлық белгілі реакциялардың ішінде қайтымды және қайтымсыз реакциялар ажыратылады. Ион алмасу реакцияларын зерттеген кезде олардың аяқталу жағдайлары келтірілді. ().
Белгілі реакциялар да бар, олар берілген шарттарда аяқталуға дейін бармайды. Мысалы, күкірт диоксиді суда еріген кезде реакция жүреді: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Бірақ сулы ерітіндіде күкірт қышқылының белгілі бір мөлшері ғана түзілуі мүмкін екен. Бұл күкірт қышқылының нәзік екендігімен түсіндіріледі және кері реакция пайда болады, яғни. күкірт оксиді мен суға ыдырау. Демек, бұл реакция аяқталмайды, өйткені екі реакция бір уақытта жүреді - түзу(күкірт оксиді мен су арасында) және кері(күкірт қышқылының ыдырауы). SO 2 + H 2 O↔ H 2 SO 3 .
Берілген жағдайларда өзара қарама-қарсы бағытта жүретін химиялық реакциялар қайтымды деп аталады.
2. Химиялық реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрациясына байланысты болғандықтан, алдымен тікелей реакция жылдамдығы( υ пр) максималды болуы керек, ал кері реакцияның жылдамдығы ( υ арр.) нөлге тең. Әрекеттесуші заттардың концентрациясы уақыт өткен сайын азаяды, ал реакция өнімдерінің концентрациясы артады. Сондықтан тура реакцияның жылдамдығы төмендейді, ал кері реакцияның жылдамдығы артады. Уақыттың белгілі бір сәтінде тура және кері реакциялардың жылдамдығы тең болады:
Барлық қайтымды реакцияларда тура реакцияның жылдамдығы төмендейді, кері реакцияның жылдамдығы екі жылдамдық те тең болғанша және тепе-теңдік күй орнатылғанша артады:
υ pr =υ Арр.
Тура реакцияның жылдамдығы кері реакция жылдамдығына тең болатын жүйенің күйін химиялық тепе-теңдік деп атайды.
Химиялық тепе-теңдік жағдайында әрекеттесуші заттар мен реакция өнімдері арасындағы сандық қатынас тұрақты болып қалады: уақыт бірлігінде реакция өнімінің қанша молекуласы түзіледі, сондықтан олардың көпшілігі ыдырайды. Дегенмен, химиялық тепе-теңдік күйі реакция жағдайлары: концентрация, температура және қысым өзгеріссіз қалғанша сақталады.
Химиялық тепе-теңдік күйі сандық түрде сипатталады масса әрекетінің заңы.
Тепе-теңдік жағдайында реакция өнімдерінің концентрацияларының көбейтіндісінің (олардың коэффициенттерінің дәрежелері бойынша) әрекеттесуші заттар концентрацияларының көбейтіндісіне (олардың коэффициенттерінің дәрежесі бойынша) қатынасы реакциядағы заттардың бастапқы концентрацияларына тәуелсіз тұрақты шама болып табылады. қоспасы.
Бұл тұрақты деп аталады тепе-теңдік константасы - к
Сонымен реакция үшін: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (G) + 92,4 кДж тепе-теңдік константасы келесі түрде өрнектеледі:
υ 1 =υ 2
v 1 (тікелей реакция) = к 1 [ Н 2 ][ Х 2 ] 3 , мұндағы– тепе-теңдік молярлық концентрациялар, = моль/л
υ 2 (қарсы реакция) = к 2 [ Н.Х. 3 ] 2
к 1 [ Н 2 ][ Х 2 ] 3 = к 2 [ Н.Х. 3 ] 2
Кп = к 1 / к 2 = [ Н.Х. 3 ] 2 / [ Н 2 ][ Х 2 ] 3 – тепе-теңдік константасы.
Химиялық тепе-теңдік концентрацияға, қысымға, температураға байланысты.
Принциптепе-теңдік араласу бағытын анықтайды:
Егер тепе-теңдікте тұрған жүйеге сыртқы әсер әсер етсе, онда жүйедегі тепе-теңдік осы әсерге қарама-қарсы бағытта ығысады.
1) Шоғырланудың әсері – егер бастапқы заттардың концентрациясы жоғарыласа, тепе-теңдік реакция өнімдерінің түзілуіне қарай ығысады.
Мысалы,Кп = к 1 / к 2 = [ Н.Х. 3 ] 2 / [ Н 2 ][ Х 2 ] 3
Реакция қоспасына қосқанда, мысалы азот, яғни. реагент концентрациясы артады, K үшін өрнектегі бөлгіш артады, бірақ K тұрақты болғандықтан, бұл шартты орындау үшін алым да артуы керек. Осылайша, реакциялық қоспадағы реакция өнімінің мөлшері артады. Бұл жағдайда олар химиялық тепе-теңдіктің оңға, өнімге қарай ығысуы туралы айтады.
Осылайша, әрекеттесуші заттардың (сұйық немесе газ тәрізді) концентрациясының жоғарылауы өнімдерге қарай ығысады, яғни. тікелей реакцияға бағытталған. Өнімдердің (сұйық немесе газ тәрізді) концентрациясының жоғарылауы тепе-теңдікті әрекеттесушілерге қарай жылжытады, яғни. қарама-қарсы реакцияға қарай.
Қатты дененің массасын өзгерту тепе-теңдік күйін өзгертпейді.
2) Температураның әсері – температураның жоғарылауы тепе-теңдікті эндотермиялық реакцияға ауыстырады.
A)Н 2 (G) + 3Х 2 (D) ↔ 2Н.Х. 3 (G) + 92,4 кДж (экзотермиялық - жылу шығару)
Температура жоғарылаған сайын тепе-теңдік аммиактың ыдырау реакциясына қарай ауысады (←)
б)Н 2 (G) +О 2 (D) ↔ 2ЖОҚ(G) – 180,8 кДж (эндотермиялық – жылу сіңіру)
Температура жоғарылаған сайын тепе-теңдік түзілу реакциясына қарай ығысады ЖОҚ (→)
3) Қысымның әсері (тек газ тәрізді заттар үшін) – қысымның жоғарылауымен тепе-теңдік қабатқа қарай ығысадыI аз алып жатқан заттар oмен жеймін.
Н 2 (G) + 3Х 2 (D) ↔ 2Н.Х. 3 (G)
1 В - Н 2
3 В - Х 2
2 В – Н.Х. 3
қысымның жоғарылауымен ( П): реакцияға дейін4 В газ тәрізді заттар → реакциядан кейін2 Вгаз тәрізді заттар, сондықтан тепе-теңдік оңға ығысады ( → )
Қысым 2 есе жоғарылағанда, мысалы, газдардың көлемі бірдей мөлшерде азаяды, демек, барлық газ тәрізді заттардың концентрациясы 2 есе артады. Кп = к 1 / к 2 = [ Н.Х. 3 ] 2 / [ Н 2 ][ Х 2 ] 3
Бұл жағдайда K үшін өрнектің алымы 4-ке артады есе, ал бөлгіш 16 рет, яғни. теңдік бұзылады. Оны қалпына келтіру үшін концентрацияны арттыру керек аммиакжәне концентрациясы төмендейді азотЖәнесумейірімді. Баланс оңға жылжиды.
Сонымен, қысым жоғарылағанда тепе-теңдік көлемнің азаюына, ал қысым азайған кезде көлемнің ұлғаюына қарай ығысады.
Қысымның өзгеруі қатты және сұйық заттардың көлеміне іс жүзінде әсер етпейді, яғни. олардың концентрациясын өзгертпейді. Демек, газдар қатыспайтын реакциялардың тепе-теңдігі іс жүзінде қысымға тәуелсіз.
! Химиялық реакцияның жүруіне заттар әсер етеді - катализаторлар.Бірақ катализаторды пайдаланған кезде тура және кері реакциялардың активтену энергиясы бірдей мөлшерде азаяды, сондықтан теңгерім өзгермейді.
Мәселелерді шешу:
№1. Қайтымды реакциядағы СО және О 2 бастапқы концентрациясы
2CO (г) + O 2 (г)↔ 2 CO 2 (г)
Сәйкесінше 6 және 4 моль/л тең. Тепе-теңдік сәтіндегі СО 2 концентрациясы 2 моль/л болса, тепе-теңдік константасын есептеңіз.
№ 2. Реакция теңдеу бойынша жүреді
2SO 2 (г) + O 2 (г) = 2SO 3 (г) + Q
Тепе-теңдік қайда ауысатынын көрсетіңіз, егер
а) қысымды жоғарылату
б) температураны көтеру
в) оттегі концентрациясын арттыру
г) катализаторды енгізу?
Көптеген химиялық реакциялар қайтымды, яғни бір мезгілде қарама-қарсы бағытта жүреді. Тура және кері реакциялар бірдей жылдамдықпен жүретін жағдайларда химиялық тепе-теңдік орнайды.
Химиялық тепе-теңдік пайда болған кезде жүйені құрайтын заттардың молекулаларының саны өзгеруді тоқтатады және тұрақты сыртқы жағдайларда уақыт өте тұрақты болып қалады.
Тура реакцияның жылдамдығы кері реакция жылдамдығына тең болатын жүйенің күйін химиялық тепе-теңдік деп атайды.
Мысалы, H 2 (g) + I 2 (g) ⇆ 2HI (g) реакциясының тепе-теңдігі тікелей реакцияның нәтижесінде бір уақытта уақыт бірлігінде йодид сутегі молекулаларының дәл осындай саны түзілгенде, өйткені олар кері жолмен ыдырайды. йод пен сутегіге реакция.
Реакцияның қарама-қарсы бағытта жүру қабілетін кинетикалық қайтымдылық деп атайды.
Реакция теңдеуінде қайтымдылық химиялық теңдеудің сол және оң жақтары арасындағы теңдік белгісінің орнына қарама-қарсы екі көрсеткі (⇆) арқылы көрсетіледі.
Химиялық тепе-теңдік динамикалық (жылжымалы). Сыртқы жағдайлар өзгерген кезде тепе-теңдік ауысады және сыртқы жағдайлар тұрақты мәндерге ие болса, бастапқы күйіне оралады. Химиялық тепе-теңдікке сыртқы факторлардың әсері оның ығысуын тудырады.
Химиялық тепе-теңдік жағдайы келесі реакция параметрлеріне байланысты:
Температуралар;
Қысым;
Концентрациялар.
Бұл факторлардың химиялық реакцияға тигізетін әсері 1884 жылы француз ғалымы Ле Шателье (1-сурет) жалпылама түрде көрсеткен заңдылыққа бағынады.
Күріш. 1. Анри Луи Ле Шателье
Ле Шателье принципінің заманауи тұжырымы
Егер тепе-теңдікте тұрған жүйеге сыртқы әсер әсер етсе, онда тепе-теңдік осы әсерді әлсірететін жағына ауысады.
1. Температураның әсері
Әрбір қайтымды реакцияда бағыттардың бірі экзотермиялық процеске, ал екіншісі эндотермиялық процеске сәйкес келеді.
Мысалы: аммиактың өнеркәсіптік өндірісі. Күріш. 2.
Күріш. 2. Аммиак өндіру зауыты
Аммиак синтезі реакциясы:
N 2 + 3H 2 ⇆ 2NH 3 + Q
Тура реакция экзотермиялық, ал кері реакция эндотермиялық.
Температураның өзгеруінің химиялық тепе-теңдік жағдайына әсері келесі ережелерге бағынады.
Температура жоғарылағанда химиялық тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына, ал температура төмендеген сайын экзотермиялық реакция бағытына ығысады.
Тепе-теңдікті аммиак өндірісіне ауыстыру үшін температураны төмендету керек.
2. Қысымның әсері
Бастапқы заттардан өнімдерге ауысу кезінде зат мөлшерінің өзгеруіне байланысты көлемнің өзгеруімен жүретін газ тәрізді заттар қатысатын барлық реакцияларда тепе-теңдік күйге жүйедегі қысым әсер етеді.
Тепе-теңдік жағдайына қысымның әсері келесі ережелерге бағынады.
Қысымның жоғарылауымен тепе-теңдік көлемі азырақ заттардың (бастапқы немесе өнімдер) түзілуіне қарай ығысады; қысым азайған сайын тепе-теңдік көлемі үлкен заттардың түзілуіне қарай ығысады.
Аммиак синтезі реакциясында қысымның жоғарылауымен тепе-теңдік аммиак түзілуге қарай ығысады, өйткені реакция көлемінің азаюымен жүреді.
3. Шоғырланудың әсері
Концентрацияның тепе-теңдік күйіне әсері келесі ережелерге бағынады.
Бастапқы заттардың біреуінің концентрациясы жоғарылағанда тепе-теңдік реакция өнімдерінің түзілуіне қарай ығысады; Реакция өнімдерінің біреуінің концентрациясы жоғарылағанда тепе-теңдік бастапқы заттардың түзілуіне қарай ығысады.
Аммиак түзетін реакцияда тепе-теңдікті аммиак өндіруге қарай жылжыту үшін сутегі мен азоттың концентрациясын арттыру қажет.
Сабақты қорытындылау
Сабақта сіз «химиялық тепе-теңдік» түсінігімен және оны қалай ауыстыру керектігін, химиялық тепе-теңдіктің орын ауыстыруына қандай жағдайлар әсер ететінін және «Ле-Шателье принципі» қалай жұмыс істейтінін білдіңіз.
Анықтамалар
- Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Химия. Жалпы білім беретін 10-сыныпқа арналған оқулық. құру Профиль деңгейі. - М.: ЖШҚ ТИД «Русский Word - RS», 2008. (§§ 24, 25)
- Кузнецова Н.Е., Литвинова Т.Н., Левкин А.Н. Химия: 11 сынып: Жалпы білім беретін мектеп оқушыларына арналған оқулық. құру (профильдік деңгей): 2 бөлімде. М.: Вентана-Граф, 2008. (§ 24)
- Рудзит Г.Е. Химия. Жалпы химия негіздері. 11-сынып: тәрбиелік. жалпы білім беруге арналған оқу орны: негізгі деңгей/ Г.Е. Рудзит, Ф.Г. Фельдман. - М.: Білім, «Мәскеу оқулықтары» ААҚ, 2010. (§ 13)
- Радецкий А.М. Химия. Дидактикалық материал. 10-11 сыныптар. - М.: Білім, 2011. (96-98 б.)
- Хомченко И.Д. Орта мектепке арналған химиядан есептер мен жаттығулар жинағы. - М.: РИА «Жаңа толқын»: Баспа Умеренков, 2008. (65-68 б.)
- Hemi.nsu.ru ().
- Alhimikov.net ().
- Prosto-o-slognom.ru ().
Үй жұмысы
- бірге. 65-66 No 12.10-12.17 Орта мектепке арналған химиядан есептер мен жаттығулар жинағынан (Хомченко И.Д.), 2008 ж.
- Қандай жағдайда қысымның өзгеруі газ тәрізді заттар қатысатын реакцияларда химиялық тепе-теңдіктің ығысуын тудырмайды?
- Неліктен катализатор химиялық тепе-теңдікті өзгертпейді?