panghuhula 

Ano ang equilibrium constant. balanse ng kemikal. Ang batas ng aktibong masa. Chemical equilibrium constant at mga paraan ng pagpapahayag nito. Mga Paraan upang Ipahayag ang Equilibrium Constant

Kung isasaalang-alang natin ang isang nababaligtad na reaksyon ng gas at itinuturing na perpekto ang mga gas, kung gayon ang mga sumusunod na relasyon ay nananatili:

1) Ang batas ng Mendeleev–Clapeyron pV = nRT (o p i V = n i RT).

saan
, (19)

Mula dito, maaaring makuha ang mga sumusunod na relasyon, na nagpapakita ng relasyon sa pagitan ng k p at k c

, ngunit dahil p i = c i RT, pagkatapos ay makukuha natin:

.

Narito ang  ay ang pagbabago sa bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap bilang resulta ng isang pagtakbo ng reaksyong ito.
(20)

k p \u003d k c (RT)  . (21)

Kung ang bahagyang presyon ng mga bahagi ay ipinahayag sa mga atmospheres, at ang mga konsentrasyon sa , pagkatapos ay sa kaugnayan (21) pagkonekta k р at k с, sa halip na R, dapat ilagay ng isa ang halaga R = 0.082
.

Ang k p ay hindi nakasalalay sa presyon at konsentrasyon, ang k c ay hindi nakasalalay sa konsentrasyon at presyon.

3.5 Equilibrium sa magkakaibang reaksyon.

Sa ngayon, pinag-uusapan natin ang mga homogenous na reaksyon (nangyayari sa isang yugto). Isaalang-alang ang mga heterogenous na reaksyon kung saan hindi lahat ng substance ay nasa gas na estado. Sa kaso ng mga heterogenous system, kung saan ang mga likido o solidong sangkap ay hindi bumubuo ng mga solusyon sa isa't isa at may mga gas na sangkap, ang mga potensyal na kemikal ng mga condensed substance na ito sa isang pare-parehong temperatura ay magiging pare-pareho, pati na rin ang saturation vapor pressure sa bawat isa ang mga sangkap na ito sa pinaghalong. Samakatuwid, ang mga expression para sa mga equilibrium constants ay kinabibilangan ng mga pressure ng mga gaseous substance lamang.

Sao tv. + CO 2 gas CaCO 3 tv. (22)

Kung ang mga solusyon ay nakikibahagi sa isang heterogenous na reaksyon, ang mga expression para sa equilibrium constants ay isasama ang mga aktibidad (konsentrasyon) ng mga sangkap na ito.

3.6 Prinsipyo ng Le Chatelier.

Gaya ng nabanggit kanina, ang chemical equilibria ay dynamic at mobile. Ang mga pagbabago sa mga panlabas na kondisyon ay maaaring humantong sa isang pagbabago sa ekwilibriyo patungo sa pagbuo ng alinman sa mga produkto ng reaksyon o panimulang materyales. Sa unang pagkakataon, ang prinsipyo ng equilibrium shift ay binuo ni A. Le Chatelier.

Prinsipyo ni Le Chatelier: kung ang isang panlabas na impluwensya ay ibinibigay sa isang sistema na nasa ekwilibriyo, kung gayon ang ekwilibriyo ay inililipat patungo sa prosesong nagpapababa sa epektong ito.

Sa teorya, ang prinsipyong ito ay iniharap ni F. Brown at ngayon ay kilala bilang ang prinsipyong Le Chatelier-Brown.

Karaniwan, ang impluwensya ng temperatura, presyon, at mga pagbabago sa konsentrasyon ng mga reactant ay itinuturing na mga panlabas na salik na nakakaapekto sa estado ng ekwilibriyo. Halimbawa, sa pagtaas ng temperatura, ang ekwilibriyo ay lumilipat patungo sa isang endothermic na reaksyon na nagpapatuloy sa pagsipsip ng init. Ang pagbaba ng presyon ay humahantong sa isang pagbabago sa balanse patungo sa reaksyon na nagpapatuloy sa isang pagtaas sa bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap.

Halimbawa 3 .2 Isaalang-alang ang reaksyon

(
)

    Dagdagan natin ang temperatura: dahil ang reaksyon ay exothermic, iyon ay, nagpapatuloy ito sa pagpapalabas ng init, ang balanse ay lumilipat patungo sa mga panimulang materyales (ang reverse reaksyon ay nagpapatuloy sa pagsipsip ng init).

    Dagdagan natin ang presyon: dahil ang direktang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagbawas sa bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap (i.e., ang dami ay bumababa), ang balanse ay lumilipat patungo sa mga produkto ng reaksyon.

Patuloy na balanse ng kemikal- isang katangian ng isang kemikal na reaksyon, sa pamamagitan ng halaga kung saan maaaring hatulan ng isa ang direksyon ng proseso sa paunang ratio ng mga konsentrasyon ng mga reactant, ang maximum na posibleng ani ng produkto ng reaksyon sa ilalim ng ilang mga kundisyon.

Ang chemical equilibrium constant ay tinutukoy ng batas ng mass action. Ang mga halaga nito ay kinakalkula o batay sa pang-eksperimentong data. Ang chemical equilibrium constant ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant at sa temperatura.

Equilibrium constant at Gibbs energy

Ang equilibrium constant ~K ay nauugnay sa Gibbs free energy ~\Delta G gaya ng sumusunod:

~\Delta G=-RT\cdot\ln K.

Ginagawang posible ng equation sa itaas na kalkulahin ang K mula sa halaga ng ΔG°, at pagkatapos ay ang mga konsentrasyon ng equilibrium (mga partial pressure) ng mga reagents.

Makikita mula sa equation na ito na ang equilibrium constant ay napakasensitibo sa mga pagbabago sa temperatura (kung ipahayag natin ang pare-pareho mula dito, kung gayon ang temperatura ay nasa exponent). Para sa mga endothermic na proseso, ang pagtaas ng temperatura ay tumutugma sa isang pagtaas sa equilibrium constant, para sa mga exothermic na proseso, sa pagbaba nito. Ang equilibrium constant ay hindi nakadepende sa pressure, maliban sa mga kaso ng napakataas na pressure (mula sa 100 Pa).

Ang pag-asa ng pare-pareho ang balanse sa enthalpy at entropy na mga kadahilanan ay nagpapahiwatig ng impluwensya ng likas na katangian ng mga reagents dito.

Equilibrium constant at rate ng reaksyon

Maaari mong ipahayag ang equilibrium constant sa mga tuntunin ng rate ng reaksyon. Sa kasong ito, ang equilibrium constant ay tinukoy bilang

~K=\frac(k_1)(k_(-1)),

kung saan ang ~k_1 ay ang rate constant ng forward reaction, ang ~k_(-1) ay ang rate constant ng reverse reaction.

Ang isang arbitrary na nababaligtad na kemikal na reaksyon ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng isang equation ng form:

aA + bB Û dD + eE

Alinsunod sa batas ng mass action, sa pinakasimpleng kaso, ang rate ng isang direktang reaksyon ay nauugnay sa mga konsentrasyon ng mga panimulang sangkap sa pamamagitan ng equation.

v pr = k pr C A MULA SA sa b,

at ang rate ng reverse reaction - kasama ang mga konsentrasyon ng mga produkto sa pamamagitan ng equation

v arr = k arr C DD MULA SA E e .

Kapag naabot ang ekwilibriyo, ang mga bilis na ito ay katumbas ng bawat isa:

v pr = v arr

Ang ratio ng mga pare-pareho ng rate ng pasulong at pabalik na mga reaksyon sa bawat isa ay magiging katumbas ng pare-pareho ang balanse:


Dahil ang expression na ito ay batay sa pagsasaalang-alang sa dami ng mga reactant at mga produkto ng reaksyon, ito ay isang matematikal na notasyon ng batas kumikilos na masa para sa mga nababagong reaksyon.

Ang equilibrium constant, na ipinahayag sa mga tuntunin ng mga konsentrasyon ng mga reactant, ay tinatawag na concentration constant at tinutukoy K s . Para sa isang mas mahigpit na pagsasaalang-alang, sa halip na mga konsentrasyon, dapat gamitin ang thermodynamic na aktibidad ng mga sangkap ngunit = fC (saan f - koepisyent ng aktibidad). Sa kasong ito, pinag-uusapan natin ang tinatawag na thermodynamic equilibrium constant


Sa mababang konsentrasyon, kapag ang mga koepisyent ng aktibidad ng mga panimulang sangkap at produkto ay malapit sa pagkakaisa, K s At K a halos katumbas ng bawat isa.

Ang equilibrium constant ng isang reaksyon na nagaganap sa gas phase ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng bahagyang pressures R mga sangkap na kasangkot sa reaksyon:


sa pagitan ng K r At K s may kaugnayang maaaring makuha sa ganitong paraan. Ipinapahayag namin ang bahagyang presyon ng mga sangkap sa mga tuntunin ng kanilang mga konsentrasyon gamit ang Mendeleev-Clapeyron equation:

pV = nRT ,

saan p = (n /V )RT = CRT .

Pagkatapos para sa reaksyon sa pangkalahatang anyo, pagkatapos palitan ang mga bahagyang presyon ng mga konsentrasyon, nakuha namin



Pinapalitan ang expression (d + c) - (a + b) ng katumbas nito Dn , nakukuha namin ang panghuling expression

K r = K s (RT )D n o K s = K r (RT ) - D n ,

saan Dn - pagbabago sa bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap sa panahon ng reaksyon:

Dn = ån i prod (g) - ån i ref (r) ).

Kung Dn = 0, ibig sabihin, ang proseso ay nagpapatuloy nang hindi binabago ang bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap, at K r = K s .

Halimbawa, para sa ethylene hydration reaction na nagaganap sa gas phase:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) Û C 2 H 5 OH (g),



Sa kasong ito Dn = 1 - (1 + 1) = -1. Samakatuwid, ang kaugnayan sa pagitan ng mga constant ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng sumusunod na equation:

K r = K s (RT ) - 1 o K s = K r RT .

Kaya, alam K r ang reaksyong ito sa anumang naibigay na temperatura, maaari mong kalkulahin ang halaga K s at vice versa.

Ang dimensyon ng mga equilibrium constant ay nakasalalay sa paraan ng pagpapahayag ng konsentrasyon (presyon) at ang stoichiometry ng reaksyon. Kadalasan ito ay maaaring nakakalito, halimbawa, sa itinuturing na halimbawa [mol - 1 m 3] para sa K s at [Pa - 1] para sa K r , ngunit walang mali doon. Kung ang mga kabuuan ng mga stoichiometric coefficient ng mga produkto at panimulang materyales ay pantay, ang equilibrium constant ay magiging walang sukat.

Noong 1885, ang French physicist at chemist na si Le Chatelier ay nahinuha, at noong 1887 ng German physicist na si Braun, ang batas ng chemical equilibrium at ang chemical equilibrium constant ay napatunayan, at ang kanilang pag-asa sa impluwensya ng iba't ibang panlabas na salik ay pinag-aralan.

Ang kakanyahan ng chemical equilibrium

Ang ekwilibriyo ay isang estado na nangangahulugan na ang mga bagay ay palaging gumagalaw. Ang mga produkto ay nabubulok sa mga reagents, at ang mga reagents ay pinagsama sa mga produkto. Ang mga bagay ay gumagalaw, ngunit ang mga konsentrasyon ay nananatiling pareho. Ang reaksyon ay isinulat gamit ang isang dobleng arrow sa halip na isang katumbas na tanda upang ipakita na ito ay nababaligtad.

Mga klasikong pattern

Noong nakaraang siglo, natuklasan ng mga chemist ang ilang mga pattern na nagbibigay ng posibilidad na baguhin ang direksyon ng reaksyon sa parehong lalagyan. Ang pag-alam kung paano gumagana ang mga reaksiyong kemikal ay hindi kapani-paniwalang mahalaga para sa parehong pananaliksik sa laboratoryo at pang-industriyang produksyon. Kasabay nito, ang kakayahang kontrolin ang lahat ng mga phenomena na ito ay napakahalaga. Likas na sa tao na makialam sa maraming natural na proseso, lalo na sa mga nababaligtad, upang magamit ang mga ito sa ibang pagkakataon para sa kanilang sariling kapakinabangan. Mula sa kaalaman sa mga reaksiyong kemikal ay magiging mas kapaki-pakinabang kung ikaw ay matatas sa mga levers ng pagkontrol sa kanila.

Ang batas ng mass action sa kimika ay ginagamit ng mga chemist upang wastong kalkulahin ang mga rate ng mga reaksyon. Nagbibigay ito ng malinaw na ideya na walang makukumpleto kung ito ay magaganap sa isang saradong sistema. Ang mga molekula ng mga nagresultang sangkap ay nasa pare-pareho at random na paggalaw, at ang isang kabaligtaran na reaksyon ay maaaring mangyari sa lalong madaling panahon kung saan ang mga molekula ng panimulang materyal ay maibabalik.

Sa industriya, ang mga bukas na sistema ay kadalasang ginagamit. Ang mga sisidlan, kagamitan at iba pang lalagyan kung saan nagaganap ang mga reaksiyong kemikal ay nananatiling naka-unlock. Ito ay kinakailangan upang sa panahon ng mga prosesong ito ay posible na kunin ang nais na produkto at mapupuksa ang mga walang kwentang produkto ng reaksyon. Halimbawa, ang karbon ay sinusunog sa mga bukas na hurno, ang semento ay ginawa sa mga bukas na hurno, ang mga blast furnace ay gumagana nang may tuluy-tuloy na supply ng hangin, at ang ammonia ay na-synthesize sa pamamagitan ng patuloy na pag-alis mismo ng ammonia.

Nababaligtad at hindi maibabalik na mga reaksiyong kemikal

Batay sa pangalan, ang isa ay maaaring magbigay ng naaangkop na mga kahulugan: ang mga hindi maibabalik na reaksyon ay ang mga natatapos, huwag baguhin ang kanilang direksyon at magpatuloy sa isang naibigay na tilapon, anuman ang pagbaba ng presyon at pagbabagu-bago ng temperatura. Ang kanilang natatanging tampok ay ang ilang mga produkto ay maaaring umalis sa reaction sphere. Kaya, halimbawa, posibleng makakuha ng gas (CaCO 3 \u003d CaO + CO 2), isang precipitate (Cu (NO 3) 2 + H 2 S \u003d CuS + 2HNO 3) o iba pa ay ituturing ding hindi maibabalik kung isang malaking halaga ang inilabas sa panahon ng proseso ng thermal energy, halimbawa: 4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5 + Q.

Halos lahat ng mga reaksyon na nangyayari sa kalikasan ay nababaligtad. Anuman ang mga panlabas na kondisyon tulad ng presyon at temperatura, halos lahat ng mga proseso ay maaaring magpatuloy nang sabay-sabay sa iba't ibang direksyon. Tulad ng sinasabi ng batas ng mass action sa kimika, ang dami ng init na nasipsip ay magiging katumbas ng halagang inilabas, na nangangahulugan na kung ang isang reaksyon ay exothermic, ang pangalawa (reverse) ay magiging endothermic.

Ekwilibriyong kemikal: pare-pareho ang ekwilibriyong kemikal

Ang mga reaksyon ay ang "mga pandiwa" ng kimika - ang mga aktibidad na pinag-aaralan ng mga chemist. Maraming mga reaksyon ang napupunta sa kanilang pagkumpleto at pagkatapos ay huminto, na nangangahulugan na ang mga reactant ay ganap na na-convert sa mga produkto, na walang paraan upang bumalik sa kanilang orihinal na estado. Sa ilang mga kaso, ang reaksyon ay talagang hindi maibabalik, halimbawa, kapag ang pagkasunog ay nagbabago kapwa pisikal at kemikal. Gayunpaman, maraming iba pang mga pangyayari kung saan ito ay hindi lamang posible, ngunit patuloy din, dahil ang mga produkto ng unang reaksyon ay nagiging mga reactant sa ang ikalawa.

Ang dynamic na estado kung saan ang mga konsentrasyon ng mga reactant at produkto ay nananatiling pare-pareho ay tinatawag na equilibrium. Posibleng mahulaan ang pag-uugali ng mga sangkap sa tulong ng ilang partikular na batas na inilalapat sa mga industriya na naglalayong bawasan ang gastos sa paggawa ng mga partikular na kemikal. Ang konsepto ng chemical equilibrium ay kapaki-pakinabang din sa pag-unawa sa mga proseso na nagpapanatili o potensyal na nagbabanta sa kalusugan ng tao. Ang chemical equilibrium constant ay ang halaga ng isang salik ng reaksyon na nakadepende sa lakas at temperatura ng ionic at hindi nakasalalay sa mga konsentrasyon ng mga reactant at produkto sa solusyon.

Pagkalkula ng equilibrium constant

Ang halagang ito ay walang sukat, ibig sabihin, wala itong tiyak na bilang ng mga yunit. Bagama't karaniwang isinusulat ang kalkulasyon para sa dalawang reactant at dalawang produkto, gumagana ito para sa anumang bilang ng mga kalahok sa reaksyon. Ang kalkulasyon at interpretasyon ng equilibrium constant ay depende sa kung ang kemikal na reaksyon ay nauugnay sa isang homogenous o heterogenous equilibrium. Nangangahulugan ito na ang lahat ng tumutugon na bahagi ay maaaring purong likido o gas. Para sa mga reaksyon na umabot sa heterogenous equilibrium, bilang panuntunan, hindi isang yugto ang naroroon, ngunit hindi bababa sa dalawa. Halimbawa, mga likido at gas o at mga likido.

Ang halaga ng equilibrium constant

Para sa anumang ibinigay na temperatura, mayroon lamang isang halaga para sa equilibrium constant, na nagbabago lamang kung ang temperatura kung saan ang reaksyon ay nangyayari ay nagbabago sa isang direksyon o iba pa. Ang ilang mga hula tungkol sa isang kemikal na reaksyon ay maaaring gawin batay sa kung ang equilibrium constant ay malaki o maliit. Kung ang halaga ay napakalaki, kung gayon ang equilibrium ay pinapaboran ang reaksyon sa kanan at mas maraming mga produkto ang nakuha kaysa sa mga reactant. Ang reaksyon sa kasong ito ay maaaring tawaging "kabuuan" o "quantitative".

Kung ang halaga ng equilibrium constant ay maliit, pagkatapos ay pinapaboran nito ang reaksyon sa kaliwa, kung saan ang halaga ng mga reactant ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga produkto na nabuo. Kung ang halagang ito ay may posibilidad na zero, maaari nating ipagpalagay na ang reaksyon ay hindi mangyayari. Kung ang mga halaga ng pare-parehong ekwilibriyo para sa direkta at baligtad na mga reaksyon ay halos pareho, kung gayon ang dami ng mga reactant at produkto ay halos pareho din. Ang ganitong uri ng reaksyon ay itinuturing na mababalik.

Isaalang-alang ang isang tiyak na nababaligtad na reaksyon

Kumuha ng dalawang elemento ng kemikal tulad ng yodo at hydrogen, na, kapag pinaghalo, ay nagbibigay ng isang bagong sangkap - hydrogen iodide.

Para sa v 1 kinukuha namin ang rate ng direktang reaksyon, para sa v 2 - ang rate ng reverse reaction, k - ang equilibrium constant. Gamit ang batas ng mass action, nakukuha natin ang sumusunod na expression:

v 1 \u003d k 1 * c (H 2) * c (I 2),

v 2 = k 2 * c 2 (HI).

Kapag pinaghahalo ang mga molekula ng yodo (I 2) at hydrogen (H 2), nagsisimula ang kanilang pakikipag-ugnayan. Sa paunang yugto, ang konsentrasyon ng mga elementong ito ay pinakamataas, ngunit sa pagtatapos ng reaksyon, ang konsentrasyon ng isang bagong tambalan, hydrogen iodide (HI), ay magiging pinakamataas. Alinsunod dito, ang mga rate ng reaksyon ay magkakaiba din. Sa umpisa pa lang, magiging maximum sila. Sa paglipas ng panahon, darating ang isang sandali na ang mga halagang ito ay pantay, at ito ang estado na tinatawag na chemical equilibrium.

Ang expression ng chemical equilibrium constant, bilang panuntunan, ay tinutukoy gamit ang mga square bracket: , , . Dahil sa equilibrium ang mga bilis ay pantay, kung gayon:

k 1 \u003d k 2 2,

kaya nakuha namin ang equation ng chemical equilibrium constant:

k 1 /k 2 = 2 / = K.

Prinsipyo ng Le Chatelier-Brown

Mayroong sumusunod na regularidad: kung ang isang tiyak na epekto ay ginawa sa isang sistema na nasa equilibrium (baguhin ang mga kondisyon ng kemikal na ekwilibriyo sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura o presyon, halimbawa), kung gayon ang balanse ay lilipat upang bahagyang malabanan ang epekto ng pagbabago. Bilang karagdagan sa kimika, ang prinsipyong ito ay nalalapat din sa bahagyang magkakaibang anyo sa mga larangan ng pharmacology at economics.

Chemical equilibrium constant at mga paraan ng pagpapahayag nito

Ang pagpapahayag ng balanse ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng konsentrasyon ng mga produkto at reactants. Ang mga kemikal lamang sa aqueous at gaseous phase ang kasama sa equilibrium formula dahil ang mga konsentrasyon ng mga likido at solid ay hindi nagbabago. Anong mga salik ang nakakaapekto sa ekwilibriyong kemikal? Kung ang isang purong likido o solid ay kasangkot dito, ito ay isinasaalang-alang na mayroon itong K \u003d 1, at naaayon ay tumigil na isinasaalang-alang, maliban sa mataas na puro solusyon. Halimbawa, ang purong tubig ay may aktibidad na 1.

Ang isa pang halimbawa ay solid carbon, na maaaring mabuo sa pamamagitan ng reaksyon ng dalawang molekula ng carbon monoxide upang bumuo ng carbon dioxide at carbon. Ang mga salik na maaaring makaapekto sa balanse ay kinabibilangan ng pagdaragdag ng isang reactant o produkto (ang mga pagbabago sa konsentrasyon ay nakakaapekto sa balanse). Ang pagdaragdag ng isang reactant ay maaaring magdala ng equilibrium sa kanan sa chemical equation, kung saan mas maraming anyo ng produkto ang lumilitaw. Ang pagdaragdag ng produkto ay maaaring magdala ng equilibrium sa kaliwa habang mas maraming reactant form ang magagamit.

Ang equilibrium ay nangyayari kapag ang isang reaksyon na nagpapatuloy sa magkabilang direksyon ay may pare-parehong ratio ng mga produkto at reactant. Sa pangkalahatan, ang chemical equilibrium ay static, dahil pare-pareho ang quantitative ratio ng mga produkto at reactant. Gayunpaman, ang isang mas malapit na pagtingin ay nagpapakita na ang ekwilibriyo ay talagang isang napaka-dynamic na proseso, dahil ang reaksyon ay gumagalaw sa parehong direksyon sa parehong bilis.

Ang dynamic na equilibrium ay isang halimbawa ng isang steady state function. Para sa isang sistema sa steady state, ang kasalukuyang sinusunod na gawi ay nagpapatuloy sa hinaharap. Samakatuwid, kapag ang reaksyon ay umabot sa ekwilibriyo, ang ratio ng produkto sa mga konsentrasyon ng reactant ay mananatiling pareho kahit na ang reaksyon ay nagpapatuloy.

Gaano kadaling pag-usapan ang mga kumplikadong bagay?

Ang mga konsepto tulad ng chemical equilibrium at chemical equilibrium constant ay medyo mahirap maunawaan. Kumuha tayo ng isang halimbawa mula sa buhay. Naipit ka na ba sa isang tulay sa pagitan ng dalawang lungsod at napansin na ang trapiko sa kabilang direksyon ay maayos at nasusukat habang ikaw ay walang pag-asa na naipit sa trapiko? Ito ay hindi maganda.

Paano kung ang mga kotse ay sinukat at sa parehong bilis ng paggalaw sa magkabilang panig? Mananatiling pare-pareho ba ang bilang ng mga sasakyan sa parehong lungsod? Kapag ang bilis ng pagpasok at paglabas sa parehong lungsod ay pareho, at ang bilang ng mga sasakyan sa bawat lungsod ay stable sa paglipas ng panahon, nangangahulugan ito na ang buong proseso ay nasa dynamic na equilibrium.

Ang equilibrium ng kemikal ay isang estado ng isang sistema ng kemikal kung saan ang isa o higit pang mga reaksiyong kemikal ay nababaligtad, at ang mga rate sa bawat pares ng pasulong-baligtad na mga reaksyon ay katumbas ng bawat isa. Para sa isang sistema sa chemical equilibrium, ang mga konsentrasyon ng mga reagents, temperatura at iba pang mga parameter ng system ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon

A2 + B2 ⇄ 2AB

Ang isang quantitative na katangian ng chemical equilibrium ay isang quantity na tinatawag na constant ng chemical equilibrium.

Sa isang pare-parehong temperatura, ang equilibrium constant ng isang reversible reaction ay isang pare-parehong halaga na nagpapakita ng ratio sa pagitan ng mga konsentrasyon ng mga produkto ng reaksyon at mga panimulang sangkap, na itinatag sa equilibrium.

Ang equilibrium constant equation ay nagpapakita na sa ilalim ng mga kondisyon ng ekwilibriyo, ang mga konsentrasyon ng lahat ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon ay magkakaugnay. Ang pagbabago sa konsentrasyon ng alinman sa mga sangkap na ito ay nangangailangan ng pagbabago sa konsentrasyon ng lahat ng iba pang mga sangkap. Bilang isang resulta, ang isang bagong konsentrasyon ay itinatag, ngunit ang ratio sa pagitan ng mga ito ay tumutugma sa pare-pareho ang balanse.

58. Mga salik na tumutukoy sa direksyon ng mga reaksiyong kemikal. Ang mga proseso ng kemikal ay dapat magpatuloy sa direksyon ng pagpapababa ng panloob na enerhiya ng system, i.e. sa direksyon na tumutugma sa positibong thermal effect ng reaksyon.

Ang pangalawang kadahilanan na nakakaimpluwensya sa direksyon ng mga reaksiyong kemikal ay ang prinsipyo ng direksyon ng mga proseso sa pinaka-malamang na estado, i.e. sa mga reaksiyong kemikal, dahil sa prinsipyo ng pagdidirekta ng mga proseso sa isang minimum na panloob na enerhiya, ang mga atomo ay pinagsama sa mga molekula, sa panahon ng pagbuo kung saan ang pinakamalaking halaga ng enerhiya ay pinakawalan.

Ang pagkahilig sa paglipat sa estado na may pinakamababang panloob na enerhiya ay ipinapakita sa temperatura sa parehong lawak. Ang pagkahilig upang makamit ang pinaka-malamang na estado ay nagiging mas malakas kapag mas mataas ang temperatura. Sa mababang temperatura, sa karamihan ng mga kaso, ang impluwensya lamang ng una sa mga tendensiyang ito ay may praktikal na epekto, bilang isang resulta kung saan ang mga proseso ng exothermic ay nagpapatuloy nang kusang. Habang tumataas ang temperatura, ang ekwilibriyo sa mga sistema ng kemikal ay higit na nagbabago patungo sa reaksyon ng agnas o pagtaas ng bilang ng mga estado ng mga atomo. Sa kasong ito, ang bawat temperatura ay tumutugma sa isang estado ng balanse, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na ratio ng konsentrasyon ng mga reactant at mga produkto ng reaksyon.

59. Pag-alis ng ekwilibriyong kemikal. Prinsipyo ng La Chatelier. Kung ang sistema ay nasa isang estado ng ekwilibriyo, kung gayon ito ay mananatili sa loob nito hangga't ang mga panlabas na kondisyon ay nananatiling pare-pareho. Pinakamahalaga ay ang mga kaso ng paglabag sa ekwilibriyong kemikal dahil sa pagbaba sa konsentrasyon ng alinman sa mga sangkap na kalahok sa ekwilibriyo; pagbabago sa presyon at temperatura. Ang mga imbalances na ito ay pinamamahalaan ng prinsipyo ng Le Chatelier: kung ang isang sistema sa ekwilibriyo ay apektado, kung gayon bilang resulta ng mga prosesong nagaganap dito, ang ekwilibriyo ay lilipat sa isang direksyon na ang epekto ay bababa.


60. Gibbs phase rule. Para sa anumang sistema sa equilibrium, ang kabuuan ng bilang ng mga phase (P) at ang bilang ng mga posibleng estado ng system (V) ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga bahagi (C) ng 2: P + V = C + 2

61. Mga Solusyon. proseso ng paglusaw. Ang solusyon ay isang solid, gas o likidong homogenous na sistema na binubuo ng dalawa o higit pang mga bahagi, na ang dami nito ay maaaring mag-iba nang malaki. Ang pinakamahalagang uri ng solusyon ay likido. Ang anumang solusyon ay binubuo ng mga solute at isang solvent, i.e. kapaligiran kung saan ang mga sangkap na ito ay pantay na ipinamamahagi sa anyo ng mga molekula o ion. Karaniwan, ang isang solvent ay itinuturing na bahagi na umiiral sa dalisay nitong anyo sa parehong estado ng pagsasama-sama bilang resultang solusyon.

Ang homogeneity ng mga solusyon ay ginagawa silang halos kapareho sa mga kemikal na compound.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang solusyon at mga kemikal na compound ay ang komposisyon ng isang solusyon ay maaaring mag-iba sa isang napakalawak na hanay. Bilang karagdagan, maraming mga katangian ng mga indibidwal na bahagi nito ang matatagpuan sa mga katangian ng solusyon, na hindi sinusunod sa kaso ng mga kemikal na compound.

Ang pagkakaiba-iba ng komposisyon ng mga solusyon ay nagdadala sa kanila ng mas malapit sa mga mekanikal na mixtures, ngunit naiiba sila nang husto mula sa kanila sa kanilang pagkakapareho. Ang mga solusyon ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga mekanikal na halo at mga kemikal na compound.

Ang paghihiwalay ng mga molekula mula sa ibabaw ng kristal sa panahon ng paglusaw ay sanhi, sa isang banda, ng kanilang sariling mga thermal vibrations ng mga molekula, at, sa kabilang banda, sa pamamagitan ng pagkahumaling ng mga molekula sa pamamagitan ng solvent.

Ang isang solusyon sa equilibrium na may isang solute ay tinatawag na isang saturated solution.

62. Mga paraan ng pagpapahayag ng komposisyon ng solusyon. a) Mass fraction: ω \u003d m 1 / (m 1 + m 2) * 100% kung saan ang m 1 ay ang dissolved substance; m 1 + m 2 - ang masa ng solusyon; m 2 ay ang masa ng solvent;

b) Mole fraction N= ν 1 / ν 1 + ν 2 - ito ang ratio ng bilang ng mga moles ng solute sa kabuuan ng dami ng lahat ng substance na bumubuo sa solusyon;

c) Molar concentration C \u003d V 1 / m 2 - ang ratio ng dami ng sangkap na nilalaman sa solusyon sa dami ng solusyon (mol / l);

d) Ang konsentrasyon ng nunal C \u003d V e1 / V - ang ratio ng dami ng sangkap na nilalaman sa solusyon sa masa ng solvent (mol \ kg);

e) Ang konsentrasyon ng molar ng katumbas ay ang ratio ng dami ng katumbas na sangkap na nilalaman ng solusyon sa dami ng solusyon na ito (mol / l).

63. Solubility, Batas ni Henry. Ang solubility ay ang kakayahan ng isang substance na matunaw sa isang partikular na solvent. Ang isang sukatan ng solubility ng isang substance sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon ay ang nilalaman nito sa isang saturated solution. Gayunpaman, bilang isang patakaran, ang mga sangkap na binubuo ng mga polar molecule at mga sangkap na may isang ionic na uri ng bono ay mas mahusay na natutunaw sa mga polar solvents (tubig, alkohol, ammonia), at mga non-polar na sangkap sa mga non-polar solvents (benzene, atbp.). Kung ang paglusaw ng isang solid sa isang likido ay sinamahan ng pagsipsip ng init, kung gayon ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa isang pagtaas sa solubility ng sangkap.

Kapag ang mga solido ay natunaw, ang dami ng sistema ay karaniwang nagbabago nang hindi gaanong mahalaga. Samakatuwid, ang solubility ng solids sa mga likido ay hindi nakasalalay sa presyon.

Batas ni Henry: ang masa ng isang gas na natutunaw sa isang pare-parehong temperatura sa isang naibigay na dami ng likido ay direktang proporsyonal sa bahagyang presyon ng gas.C \u003d cr, kung saan ang C ay ang mass-volume na konsentrasyon, p ay ang bahagyang gas presyon, k ay ang Henry coefficient.

Bunga ng Batas ni Henry:

a) Ang dami ng isang gas na natunaw sa isang pare-parehong temperatura sa isang naibigay na dami ng likido ay hindi nakasalalay sa bahagyang presyon nito.

b) Kung mayroong isang halo ng mga gas sa itaas ng likido, kung gayon ang paglusaw ng bawat isa sa kanila ay tinutukoy ng bahagyang presyon.

64. Batas ng pamamahagi. Extraction. Batas sa pamamahagi: ang isang sangkap na maaaring matunaw sa 2 hindi mapaghalo na mga solvent ay ipinamamahagi sa pagitan ng mga ito upang ang ratio ng mga konsentrasyon nito sa mga solvent na ito sa isang pare-parehong temperatura ay nananatiling pare-pareho, anuman ang kabuuang halaga ng natunaw na sangkap.

Ang pagkuha ay isang paraan ng pagkuha ng isang sangkap mula sa isang solusyon gamit ang isang angkop na solvent (extractant). Para sa pagkuha mula sa isang solusyon, ang mga solvent ay ginagamit na hindi nahahalo sa solusyon na ito, ngunit kung saan ang sangkap ay natutunaw nang mas mahusay kaysa sa unang solvent.

65. Osmosis. Batas ni Van't Hoff. Ang Osmosis ay ang one-way diffusion ng mga molecule sa pamamagitan ng semi-permeable membrane.

Kapag sinusukat ang osmotic pressure ng iba't ibang solusyon, natagpuan na ang magnitude ng osmotic pressure ay nakasalalay sa konsentrasyon ng solusyon at sa temperatura nito, ngunit hindi nakasalalay sa likas na katangian ng mga dissolved substance at solvent.

P=CRT - batas ni van't Hoff

kung saan ang P ay ang osmotic pressure ng solusyon (Pa), ang C ay ang molarity, ang R ay ang unibersal na gas constant, ang T ay ang ganap na temperatura

66. Ang presyon ng singaw ng solusyon. Batas ni Raul. Sa isang naibigay na temperatura, ang presyon ng singaw sa ibabaw ng likido ay pare-pareho ang halaga. Kapag ang isang sangkap ay natunaw sa isang likido, ang presyon ng singaw ng likido ay bumababa.

Ang singaw na nasa ekwilibriyo kasama ang likido nito ay sinasabing puspos.

Ang saturated vapor pressure ay nakasalalay sa likas na katangian ng likido at temperatura, ngunit hindi nakasalalay sa dami ng sisidlan kung saan matatagpuan ang singaw.

Kaya, ang saturation vapor pressure ng isang solvent sa isang solusyon ay palaging mas mababa kaysa sa isang purong solvent sa parehong temperatura.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng saturation vapor pressure sa purong solvent at sa solusyon ay tinatawag na vapor pressure drop ng solusyon, at ang ratio ng vapor pressure drop ng solusyon sa saturation vapor pressure sa purong solvent ay tinatawag na relative vapor. pagbaba ng presyon sa solusyon.

Batas ni Raoult: ang kamag-anak na pagbaba sa presyon ng saturated vapor ng solvent sa solusyon ay katumbas ng mole fraction ng solute.

Ang kababalaghan ng pagbaba ng presyon ng saturated vapor sa isang solusyon ay sumusunod sa prinsipyo ng Le Chatelier.

67. Mga may tubig na solusyon ng mga electrolyte. Teorya ng electrolytic dissociation. a) Dissociation ng mga asin, ibig sabihin. mga kristal na may ionic na istraktura.

b) Dissociation sa paglusaw ng mga acid, i.e. mga molekulang polar.

Teorya ng electrolytic dissociation.

Ang electrolytic dissociation ay ang proseso ng decomposition ng isang electrolyte sa mga ions sa panahon ng paglusaw o pagkatunaw nito.

Ang klasikal na teorya ng electrolytic dissociation ay nilikha nina S. Arrhenius at W. Ostwald noong 1887. Si Arrhenius ay sumunod sa pisikal na teorya ng mga solusyon, hindi isinasaalang-alang ang pakikipag-ugnayan ng isang electrolyte sa tubig, at naniniwala na ang mga libreng ion ay naroroon sa mga solusyon. Ginamit ng mga chemist ng Russia na sina I. A. Kablukov at V. A. Kistyakovsky ang teorya ng kemikal ng mga solusyon ng D. I. Mendeleev upang ipaliwanag ang electrolytic dissociation at pinatunayan na kapag ang electrolyte ay natunaw, ito ay nakikipag-ugnayan sa kemikal sa tubig, bilang isang resulta kung saan ang electrolyte ay naghihiwalay sa mga ion.

Ang klasikal na teorya ng electrolytic dissociation ay batay sa pagpapalagay ng hindi kumpletong paghihiwalay ng isang solute, na nailalarawan sa antas ng dissociation α, i.e. fraction ng decomposed electrolyte molecules. Ang dynamic na equilibrium sa pagitan ng mga di-dissociated na molekula at mga ion ay inilalarawan ng batas ng mass action.

68. Malakas at mahinang electrolytes. Degree ng dissociation. Ang antas ng dissociation ng isang electrolyte ay ang ratio ng bilang ng mga molekula na nabulok sa mga ion sa isang ibinigay na solusyon sa kabuuang bilang ng mga molekula ng isang naibigay na sangkap sa isang solusyon.

Ang mga electrolyte, ang antas ng dissociation na may posibilidad na 1 ay tinatawag na malakas: NaCl, NaOH, HCl.

Ang mga electrolyte, ang antas ng dissociation na may posibilidad na 0, ay tinatawag na mahina: H 2 O, H 2 CO 2, NH 4 OH.

69. Dissociation constant. Batas ng pagbabanto ni Ostwald. Posibleng ilapat ang mga batas na may bisa para sa ekwilibriyong kemikal sa equilibria na itinatag sa panahon ng paghihiwalay ng mahinang electrolyte.

Ang equilibrium constant na tumutugma sa dissociation ng isang mahinang electrolyte ay tinatawag na dissociation constant.

Ang halaga ng pare-parehong balanse ay nakasalalay sa likas na katangian ng electrolyte at solvent, sa temperatura, ngunit hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng solusyon. Ang halagang ito ay nagpapakilala sa kakayahan ng isang ibinigay na acid, base o asin na mabulok sa mga ion. Kung mas mataas ang halaga ng equilibrium constant, mas madaling mag-dissociate ang electrolyte sa mga ions.

Batas ni Ostwald - ang antas ng dissociation ay tumataas habang ang electrolyte ay natunaw.

70. Ang estado ng malakas na electrolytes sa solusyon. Aktibidad. Lakas ng ionic. Upang masuri ang estado ng mga ion sa mga solusyon ng malalakas na electrolyte, ginagamit ang isang dami na tinatawag na aktibidad. Ang aktibidad ng isang ion ay nauunawaan bilang ang epektibong kondisyong konsentrasyon nito, alinsunod sa kung saan ito kumikilos sa mga kemikal na reaksyon:

kung saan ang a ay ang aktibidad ng ion, ang c ay ang konsentrasyon ng ion, ang f ay ang koepisyent ng aktibidad.

Para sa pagbabanto ng mga solusyon, may bisa ang isang expression na nag-uugnay sa koepisyent ng aktibidad at ang halaga ng lakas ng ionic ng solusyon.

lgF= - 0.5Z 2 square root I

Kung gumagamit tayo ng mga halaga ng aktibidad, kung gayon ang mga batas ng chemical equilibrium ay maaari ding ilapat sa mga solusyon ng malalakas na electrolytes.

71. Mga katangian ng mga acid, base at asin mula sa punto ng view ng teorya ng electrolytic dissociation. Ang mga acid ay maaaring makipag-ugnayan sa mga base. Gumagawa ito ng asin at tubig.

Ang teorya ng electrolytic dissociation ay tumutukoy sa mga acid bilang mga electrolyte na naghihiwalay upang bumuo ng mga positively charged na hydrogen ions.

Katulad nito, ang mga base ay tinukoy bilang mga electrolyte na naghihiwalay upang bumuo ng isang negatibong sisingilin na hydroxide ion.

Mga Asin: Ang hydroxide at hydrogen ions ay hindi nabuo. Itinuturing ang mga ito bilang mga electrolyte na naghihiwalay upang bumuo ng mga positibong sisingilin na mga ion maliban sa mga ion ng hydrogen at mga negatibong sisingilin na mga ion maliban sa hydroxide ion.