Hằng số cân bằng là gì. cân bằng hóa học. Quy luật quần chúng tích cực. Hằng số cân bằng hóa học và các phương pháp biểu diễn của nó. Các cách để biểu thị hằng số cân bằng

Nếu chúng ta coi một phản ứng thuận nghịch khí và coi chất khí là lý tưởng, thì các mối quan hệ sau đây giữ nguyên:

1) Định luật Mendeleev – Clapeyron pV = nRT (hoặc p i V = n i RT).

Ở đâu
, (19)

Từ đây có thể thu được các quan hệ sau, thể hiện mối quan hệ giữa k p và k c

, nhưng bởi vì p i = c i RT, thì chúng ta nhận được:

.

Ở đây,  là sự thay đổi số mol của các chất ở thể khí do một lần thực hiện phản ứng này.
(20)

k p \ u003d k c (RT) . (21)

Nếu áp suất riêng phần của các thành phần được biểu thị bằng khí quyển, và nồng độ trong , thì trong quan hệ (21) nối k р và k с, thay vì R, người ta nên đặt giá trị R = 0,082
.

k p không phụ thuộc vào áp suất và nồng độ, k c không phụ thuộc vào nồng độ và áp suất.

3.5 Cân bằng trong phản ứng dị thể.

Cho đến nay, chúng ta đã nói về phản ứng đồng thể (xảy ra trong một giai đoạn). Xét phản ứng dị thể, trong đó không phải tất cả các chất đều ở trạng thái khí. Trong trường hợp hệ dị thể, trong đó các chất lỏng hoặc rắn không tạo dung dịch với nhau và với các chất khí, thế hóa học của các chất ngưng tụ này ở nhiệt độ không đổi sẽ không đổi, cũng như áp suất hơi bão hòa trên mỗi chất các chất này trong hỗn hợp. Do đó, các biểu thức cho hằng số cân bằng chỉ bao gồm áp suất của các chất ở thể khí.

Sao tv. + Khí CO 2 CaCO 3 tv. (22)

Nếu các dung dịch tham gia phản ứng dị thể, biểu thức cho các hằng số cân bằng sẽ bao gồm hoạt độ (nồng độ) của các chất này.

3.6 Nguyên lý Le Chatelier.

Như đã đề cập trước đó, cân bằng hóa học có tính năng động và di động. Những thay đổi về điều kiện bên ngoài có thể dẫn đến sự thay đổi trạng thái cân bằng hướng tới sự hình thành các sản phẩm phản ứng hoặc nguyên liệu ban đầu. Lần đầu tiên, nguyên tắc chuyển dịch cân bằng được đưa ra bởi A. Le Chatelier.

Nguyên tắc của Le Chatelier: nếu một tác động bên ngoài được tác động lên một hệ ở trạng thái cân bằng, thì trạng thái cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng làm giảm tác động này.

Về mặt lý thuyết, nguyên lý này do F. Brown đưa ra và ngày nay được gọi là nguyên lý Le Chatelier-Brown.

Thông thường, ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và sự thay đổi nồng độ của chất phản ứng được coi là các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng. Ví dụ, khi nhiệt độ tăng lên, cân bằng chuyển dịch theo hướng phản ứng thu nhiệt tiến hành hấp thụ nhiệt. Sự giảm áp suất dẫn đến sự chuyển dịch cân bằng theo hướng phản ứng xảy ra với sự tăng số mol của các chất ở thể khí.

Ví dụ 3 .2 Xem xét phản ứng

(
)

Hãy tăng nhiệt độ: vì phản ứng tỏa nhiệt, tức là phản ứng tỏa nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo hướng nguyên liệu ban đầu (phản ứng nghịch tiến hành hấp thụ nhiệt).

Hãy tăng áp suất: vì phản ứng trực tiếp xảy ra với sự giảm số mol của các chất ở thể khí (tức là thể tích giảm), nên cân bằng chuyển dịch theo hướng các sản phẩm phản ứng.

Hằng số cân bằng hóa học- một đặc trưng của phản ứng hóa học, bằng giá trị của nó mà người ta có thể phán đoán hướng của quá trình ở tỷ lệ ban đầu của nồng độ của các chất phản ứng, hiệu suất tối đa có thể có của sản phẩm phản ứng trong những điều kiện nhất định.

Hằng số cân bằng hóa học được xác định bởi quy luật tác dụng của khối lượng. Giá trị của nó được tính toán hoặc dựa trên dữ liệu thực nghiệm. Hằng số cân bằng hóa học phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng và vào nhiệt độ.

Hằng số cân bằng và năng lượng Gibbs

Hằng số cân bằng ~ K liên quan đến năng lượng tự do Gibbs ~ \ Delta G như sau:

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

Phương trình trên cho phép tính K từ giá trị của ΔG °, và sau đó là nồng độ cân bằng (áp suất riêng phần) của thuốc thử.

Từ phương trình này có thể thấy rằng hằng số cân bằng rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ (nếu chúng ta biểu diễn hằng số từ đây, thì nhiệt độ sẽ ở dạng số mũ). Đối với quá trình thu nhiệt, sự tăng nhiệt độ tương ứng với sự tăng của hằng số cân bằng, đối với quá trình tỏa nhiệt, sự giảm của nó. Hằng số cân bằng không phụ thuộc vào áp suất, trừ trường hợp áp suất rất cao (từ 100 Pa).

Sự phụ thuộc của hằng số cân bằng vào các yếu tố entanpi và entropi cho thấy ảnh hưởng của bản chất của thuốc thử đối với nó.

Hằng số cân bằng và tốc độ phản ứng

Bạn có thể biểu thị hằng số cân bằng theo tốc độ phản ứng. Trong trường hợp này, hằng số cân bằng được định nghĩa là

~ K = \ frac (k_1) (k _ (- 1)),

trong đó ~ k_1 là hằng số tốc độ của phản ứng thuận, ~ k _ (- 1) là hằng số tốc độ của phản ứng nghịch.

Một phản ứng hóa học thuận nghịch tùy ý có thể được mô tả bằng một phương trình có dạng:

aA + bB Û dD + eE

Theo quy luật tác dụng của khối lượng, trong trường hợp đơn giản nhất, tốc độ của phản ứng trực tiếp liên quan đến nồng độ của các chất ban đầu bằng phương trình

v pr = k pr C A a TỪ trong b,

và tốc độ của phản ứng ngược - với nồng độ của các sản phẩm theo phương trình

v arr = k arr C D d TỪ E e.

Khi đạt đến trạng thái cân bằng, các tốc độ này bằng nhau:

v pr = v arr

Tỉ số các hằng số tốc độ của phản ứng thuận và nghịch đối với nhau sẽ bằng không đổi thế cân bằng:

Vì biểu thức này dựa trên việc tính đến lượng chất phản ứng và sản phẩm phản ứng nên nó là một ký hiệu toán học của định luật khối lượng tác động cho các phản ứng thuận nghịch.

Hằng số cân bằng, được biểu thị bằng nồng độ của các chất phản ứng, được gọi là hằng số nồng độ và được ký hiệu là K s . Để xem xét chặt chẽ hơn, thay vì nồng độ, người ta nên sử dụng các hoạt động nhiệt động học của các chất Nhưng = fC (ở đâu f - hệ số hoạt độ). Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về cái gọi là hằng số cân bằng nhiệt động lực học

Ở nồng độ thấp, khi hệ số hoạt độ của các chất và sản phẩm ban đầu gần bằng nhau, K s Và K a thực tế bình đẳng với nhau.

Hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pha khí có thể được biểu thị dưới dạng áp suất riêng phần R chất tham gia phản ứng:

Giữa K r Và K s có một mối quan hệ có thể được suy ra theo cách này. Chúng tôi biểu thị áp suất riêng phần của các chất theo nồng độ của chúng bằng cách sử dụng phương trình Mendeleev-Clapeyron:

pV = nRT ,

ở đâu P = (n /V )RT = CRT .

Sau đó, đối với phản ứng ở dạng tổng quát, sau khi thay thế áp suất riêng phần theo nồng độ, chúng ta thu được

Thay biểu thức (d + c) - (a + b) bằng biểu thức bằng Dn , chúng tôi nhận được biểu thức cuối cùng

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

ở đâu Dn - Sự thay đổi số mol của các chất ở thể khí trong quá trình phản ứng:

Dn = ån i prod (g) - ån tôi tham chiếu (r) ).

Nếu Dn = 0, tức là quá trình tiếp tục mà không làm thay đổi số mol của các chất ở thể khí, và K r = K s .

Ví dụ, đối với phản ứng hiđrat hóa etylen xảy ra trong pha khí:

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

Trong trường hợp này Dn = 1 - (1 + 1) = -1. Do đó, mối quan hệ giữa các hằng số có thể được biểu thị bằng phương trình sau:

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

Như vậy, biết K r phản ứng này ở bất kỳ nhiệt độ nhất định nào, bạn có thể tính giá trị K s và ngược lại.

Thứ nguyên của các hằng số cân bằng phụ thuộc vào phương pháp biểu thị nồng độ (áp suất) và phương pháp đo phân vị của phản ứng. Thông thường, nó có thể gây nhầm lẫn, ví dụ, trong ví dụ được xem xét [mol - 1 m 3] cho K s và [Pa - 1] cho K r , nhưng không có gì sai với điều đó. Nếu tổng của hệ số cân bằng của sản phẩm và nguyên liệu ban đầu bằng nhau thì hằng số cân bằng sẽ không có thứ nguyên.

Năm 1885, nhà vật lý và nhà hóa học người Pháp Le Chatelier đã được suy luận, và vào năm 1887 bởi nhà vật lý người Đức Braun, định luật cân bằng hóa học và hằng số cân bằng hóa học đã được chứng minh, và sự phụ thuộc của chúng vào ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài khác nhau đã được nghiên cứu.

Thực chất của cân bằng hóa học

Trạng thái cân bằng là trạng thái có nghĩa là mọi vật luôn chuyển động. Sản phẩm được phân hủy thành thuốc thử, và thuốc thử được kết hợp thành sản phẩm. Mọi thứ di chuyển, nhưng nồng độ vẫn như cũ. Phản ứng được viết bằng một mũi tên kép thay vì một dấu bằng để chứng tỏ rằng nó là phản ứng thuận nghịch.

Mẫu cổ điển

Quay trở lại thế kỷ trước, các nhà hóa học đã phát hiện ra một số mẫu nhất định cung cấp khả năng thay đổi hướng của phản ứng trong cùng một bình chứa. Biết được phản ứng hóa học hoạt động như thế nào là vô cùng quan trọng đối với cả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp. Đồng thời, khả năng kiểm soát tất cả các hiện tượng này có tầm quan trọng lớn. Bản chất của con người là can thiệp vào nhiều quá trình tự nhiên, đặc biệt là những quá trình thuận nghịch, để sử dụng chúng sau này cho lợi ích của mình. Từ kiến ​​thức về các phản ứng hóa học sẽ hữu ích hơn nếu bạn thông thạo các đòn bẩy của việc điều khiển chúng.

Quy luật tác dụng của khối lượng trong hóa học được các nhà hóa học sử dụng để tính toán một cách chính xác tốc độ của các phản ứng. Nó đưa ra một ý tưởng rõ ràng rằng không có gì sẽ được hoàn thành nếu nó diễn ra trong một hệ thống khép kín. Các phân tử của các chất tạo thành chuyển động liên tục và ngẫu nhiên, và phản ứng ngược có thể sớm xảy ra, trong đó các phân tử của nguyên liệu ban đầu sẽ được phục hồi.

Trong công nghiệp, hệ thống mở thường được sử dụng nhiều nhất. Các bình, thiết bị và các vật chứa khác nơi các phản ứng hóa học diễn ra vẫn được mở khóa. Điều này là cần thiết để trong quá trình này có thể chiết xuất sản phẩm mong muốn và loại bỏ các sản phẩm phản ứng vô ích. Ví dụ, than được đốt trong lò hở, xi măng được sản xuất trong lò hở, lò cao hoạt động với nguồn cung cấp không khí liên tục, và amoniac được tổng hợp bằng cách tự loại bỏ amoniac liên tục.

Phản ứng hóa học thuận nghịch và không thể đảo ngược

Dựa vào tên gọi, người ta có thể đưa ra định nghĩa thích hợp: phản ứng không thuận nghịch là phản ứng xảy ra kết thúc, không đổi hướng và tiến hành theo một quỹ đạo nhất định, không phụ thuộc vào sự giảm áp suất và dao động nhiệt độ. Đặc điểm nổi bật của chúng là một số sản phẩm có thể rời khỏi hình cầu phản ứng. Vì vậy, ví dụ, có thể thu được khí (CaCO 3 \ u003d CaO + CO 2), kết tủa (Cu (NO 3) 2 + H 2 S \ u003d CuS + 2HNO 3) hoặc các chất khác cũng được coi là không thể thuận nghịch nếu một lượng lớn được giải phóng trong quá trình nhiệt năng, ví dụ: 4P + 5O 2 \ u003d 2P 2 O 5 + Q.

Hầu hết tất cả các phản ứng xảy ra trong tự nhiên đều là phản ứng thuận nghịch. Bất kể các điều kiện bên ngoài như áp suất và nhiệt độ, hầu như tất cả các quá trình đều có thể tiến hành đồng thời theo các hướng khác nhau. Như định luật tác dụng của khối lượng trong hóa học đã nói, lượng nhiệt hấp thụ sẽ bằng lượng tỏa ra, có nghĩa là nếu một phản ứng tỏa nhiệt, thì phản ứng thứ hai (ngược lại) sẽ thu nhiệt.

Cân bằng hóa học: hằng số cân bằng hóa học

Phản ứng là "động từ" của hóa học - các hoạt động mà các nhà hóa học nghiên cứu. Nhiều phản ứng đi đến giai đoạn hoàn thành và sau đó dừng lại, có nghĩa là các chất phản ứng được chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm, không có cách nào để trở lại trạng thái ban đầu. Trong một số trường hợp, phản ứng thực sự là không thể đảo ngược, ví dụ, khi quá trình đốt cháy thay đổi cả vật lý và hóa học. Tuy nhiên, có nhiều trường hợp khác, trong đó nó không chỉ có thể xảy ra mà còn liên tục, vì các sản phẩm của phản ứng đầu tiên trở thành chất phản ứng trong thư hai.

Trạng thái động mà nồng độ của các chất phản ứng và sản phẩm không đổi được gọi là trạng thái cân bằng. Có thể dự đoán hành vi của các chất với sự trợ giúp của một số luật được áp dụng trong các ngành công nghiệp tìm cách giảm chi phí sản xuất các hóa chất cụ thể. Khái niệm cân bằng hóa học cũng hữu ích trong việc tìm hiểu các quá trình duy trì hoặc có khả năng đe dọa sức khỏe con người. Hằng số cân bằng hóa học là giá trị của hệ số phản ứng phụ thuộc vào cường độ ion và nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng và sản phẩm trong dung dịch.

Tính hằng số cân bằng

Giá trị này không có thứ nguyên, nghĩa là nó không có một số đơn vị nhất định. Mặc dù phép tính thường được viết cho hai chất phản ứng và hai sản phẩm, nhưng nó có hiệu quả với bất kỳ số lượng người tham gia phản ứng nào. Việc tính toán và giải thích hằng số cân bằng phụ thuộc vào việc phản ứng hóa học liên quan đến cân bằng đồng thể hay dị thể. Điều này có nghĩa là tất cả các thành phần phản ứng có thể là chất lỏng hoặc khí tinh khiết. Đối với các phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng không đồng nhất, theo quy luật, không phải một pha có mặt mà phải có ít nhất hai pha. Ví dụ, chất lỏng và chất khí hoặc và chất lỏng.

Giá trị của hằng số cân bằng

Với mọi nhiệt độ nhất định, hằng số cân bằng chỉ có một giá trị duy nhất, giá trị này chỉ thay đổi nếu nhiệt độ tại đó phản ứng xảy ra thay đổi theo chiều này hay chiều khác. Một số dự đoán về phản ứng hóa học có thể được thực hiện dựa trên việc hằng số cân bằng là lớn hay nhỏ. Nếu giá trị là rất lớn, thì cân bằng có lợi cho phản ứng thuận và thu được nhiều sản phẩm hơn là có chất phản ứng. Phản ứng trong trường hợp này có thể được gọi là "tổng số" hoặc "định lượng".

Nếu giá trị của hằng số cân bằng nhỏ, thì nó tạo ra phản ứng ở bên trái, trong đó lượng chất phản ứng lớn hơn số lượng sản phẩm tạo thành. Nếu giá trị này có xu hướng bằng không, chúng ta có thể cho rằng phản ứng không xảy ra. Nếu các giá trị của hằng số cân bằng đối với phản ứng thuận và phản ứng nghịch gần như nhau, thì lượng chất phản ứng và sản phẩm cũng sẽ gần như nhau. Loại phản ứng này được coi là phản ứng thuận nghịch.

Xem xét một phản ứng thuận nghịch cụ thể

Lấy hai nguyên tố hóa học là iot và hiđro, khi trộn lẫn sẽ cho ra một chất mới - hiđro iotua.

Đối với v 1, chúng ta lấy tốc độ của phản ứng trực tiếp, đối với v 2 - tốc độ của phản ứng nghịch, k - hằng số cân bằng. Sử dụng định luật tác dụng của khối lượng, chúng ta thu được biểu thức sau:

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

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

Khi trộn các phân tử iốt (I 2) và hydro (H 2), tương tác của chúng bắt đầu. Ở giai đoạn đầu, nồng độ của các nguyên tố này là cực đại, nhưng đến cuối phản ứng, nồng độ của một hợp chất mới, hydro iodua (HI), sẽ là cực đại. Theo đó, các tốc độ phản ứng cũng sẽ khác nhau. Khi bắt đầu, chúng sẽ đạt mức tối đa. Theo thời gian, sẽ có một thời điểm khi các giá trị này bằng nhau, và đây là trạng thái được gọi là cân bằng hóa học.

Biểu thức của hằng số cân bằng hóa học, theo quy luật, được biểu thị bằng cách sử dụng dấu ngoặc vuông:,,. Vì ở trạng thái cân bằng, các tốc độ bằng nhau nên:

k 1 \ u003d k 2 2,

vì vậy chúng ta nhận được phương trình của hằng số cân bằng hóa học:

k 1 / k 2 = 2 / = K.

Nguyên tắc Le Chatelier-Brown

Có một tính chất đều đặn như sau: nếu một tác động nào đó được thực hiện lên một hệ đang ở trạng thái cân bằng (thay đổi các điều kiện của cân bằng hóa học bằng cách thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất), thì cân bằng sẽ chuyển dịch để chống lại một phần tác dụng của thay đổi. Ngoài hóa học, nguyên tắc này cũng được áp dụng ở những hình thức hơi khác đối với các lĩnh vực dược học và kinh tế học.

Hằng số cân bằng hóa học và các cách biểu diễn của nó

Biểu thức cân bằng có thể được biểu thị dưới dạng nồng độ của sản phẩm và chất phản ứng. Chỉ các hóa chất ở pha nước và pha khí mới được đưa vào công thức cân bằng vì nồng độ của chất lỏng và chất rắn không thay đổi. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến cân bằng hoá học? Nếu một chất lỏng hoặc chất rắn nguyên chất dính vào nó, thì nó được coi là có K \ u003d 1, và do đó sẽ không còn được tính đến, ngoại trừ các dung dịch có nồng độ cao. Ví dụ, nước tinh khiết có hoạt độ là 1.

Một ví dụ khác là carbon rắn, có thể được tạo thành do phản ứng của hai phân tử carbon monoxide để tạo thành carbon dioxide và carbon. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng bao gồm việc bổ sung chất phản ứng hoặc sản phẩm (sự thay đổi nồng độ ảnh hưởng đến sự cân bằng). Việc bổ sung một chất phản ứng có thể đưa trạng thái cân bằng về bên phải trong phương trình hóa học, nơi nhiều dạng sản phẩm xuất hiện hơn. Việc bổ sung sản phẩm có thể đưa trạng thái cân bằng về bên trái khi có nhiều dạng chất phản ứng hơn.

Cân bằng xảy ra khi phản ứng xảy ra theo cả hai chiều có tỉ lệ sản phẩm và chất phản ứng không đổi. Nói chung, cân bằng hóa học là tĩnh, vì tỷ lệ định lượng của sản phẩm và chất phản ứng là không đổi. Tuy nhiên, xem xét kỹ hơn sẽ thấy rằng cân bằng thực sự là một quá trình rất năng động, vì phản ứng chuyển động theo cả hai hướng với tốc độ như nhau.

Cân bằng động là một ví dụ về một hàm trạng thái dừng. Đối với một hệ thống ở trạng thái ổn định, hành vi quan sát hiện tại sẽ tiếp tục trong tương lai. Vì vậy, một khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, tỷ lệ của sản phẩm và nồng độ chất phản ứng sẽ không đổi mặc dù phản ứng tiếp tục.

Làm thế nào dễ dàng để nói về những thứ phức tạp?

Các khái niệm như cân bằng hóa học và hằng số cân bằng hóa học khá khó hiểu. Hãy lấy một ví dụ từ cuộc sống. Bạn đã bao giờ bị mắc kẹt trên một cây cầu giữa hai thành phố và nhận thấy rằng giao thông ở hướng khác rất thông suốt và được đo lường trong khi bạn đang bị kẹt xe một cách vô vọng? Điều này không tốt.

Điều gì sẽ xảy ra nếu các ô tô đã được đo và cùng một vận tốc chuyển động về hai phía? Số ô tô ở cả hai thành phố có không đổi? Khi tốc độ vào và ra của cả hai thành phố là như nhau, và số lượng ô tô ở mỗi thành phố ổn định theo thời gian, điều này có nghĩa là toàn bộ quá trình ở trạng thái cân bằng động.

Cân bằng hóa học là trạng thái của một hệ hóa học trong đó một hoặc nhiều phản ứng hóa học tiến hành thuận nghịch và tốc độ của từng cặp phản ứng thuận - nghịch bằng nhau. Đối với một hệ ở trạng thái cân bằng hóa học, nồng độ của thuốc thử, nhiệt độ và các thông số khác của hệ không thay đổi theo thời gian

A2 + B2 ⇄ 2AB

Một đặc trưng định lượng của cân bằng hóa học là một đại lượng được gọi là hằng số của cân bằng hóa học.

Ở nhiệt độ không đổi, hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch là một giá trị hằng số thể hiện tỷ lệ giữa nồng độ của các sản phẩm phản ứng và các chất ban đầu, được thiết lập ở trạng thái cân bằng.

Phương trình hằng số cân bằng cho thấy rằng ở điều kiện cân bằng, nồng độ của tất cả các chất tham gia phản ứng đều liên kết với nhau. Sự thay đổi nồng độ của bất kỳ chất nào trong số này kéo theo sự thay đổi nồng độ của tất cả các chất khác. Kết quả là, một nồng độ mới được thiết lập, nhưng tỷ lệ giữa chúng tương ứng với hằng số cân bằng.

58. Các yếu tố quyết định chiều của phản ứng hoá học. Các quá trình hóa học phải tiến hành theo hướng giảm nội năng của hệ, tức là theo chiều ứng với hiệu ứng nhiệt dương của phản ứng.

Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến hướng của các phản ứng hóa học là nguyên tắc hướng của các quá trình đến trạng thái có thể xảy ra nhất, tức là trong các phản ứng hóa học, do nguyên tắc hướng các quá trình đến mức tối thiểu nội năng nên các nguyên tử kết hợp thành phân tử, trong quá trình hình thành thì phần năng lượng lớn nhất được giải phóng.

Xu hướng chuyển sang trạng thái có nội năng thấp nhất được biểu hiện ở nhiệt độ với mức độ tương tự. Xu hướng đạt được trạng thái có thể xảy ra nhất trở nên mạnh hơn khi nhiệt độ cao hơn. Ở nhiệt độ thấp, trong hầu hết các trường hợp, chỉ ảnh hưởng của khuynh hướng đầu tiên trong số các khuynh hướng này mới có tác dụng thực tế, do đó các quá trình tỏa nhiệt diễn ra một cách tự phát. Khi nhiệt độ tăng lên, trạng thái cân bằng trong các hệ thống hóa học chuyển dịch ngày càng nhiều hơn theo hướng phản ứng phân hủy hoặc sự gia tăng số trạng thái của các nguyên tử. Trong trường hợp này, mỗi nhiệt độ tương ứng với một trạng thái cân bằng, được đặc trưng bởi một tỷ lệ nhất định giữa nồng độ của chất phản ứng và sản phẩm phản ứng

59. Chuyển trạng thái cân bằng hóa học. Nguyên tắc của La Chatelier. Nếu hệ ở trạng thái cân bằng, thì nó sẽ ở trong đó miễn là các điều kiện bên ngoài không đổi. Quan trọng nhất là các trường hợp vi phạm cân bằng hóa học do sự giảm nồng độ của bất kỳ chất nào trong số các chất tham gia vào trạng thái cân bằng; thay đổi áp suất và nhiệt độ. Những sự mất cân bằng này được điều chỉnh bởi nguyên lý Le Chatelier: nếu một hệ ở trạng thái cân bằng bị ảnh hưởng, thì kết quả của các quá trình xảy ra trong đó, trạng thái cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng làm cho tác động sẽ giảm đi.

60. Quy tắc pha Gibbs.Đối với bất kỳ hệ nào ở trạng thái cân bằng, tổng số pha (P) và số trạng thái có thể có của hệ (V) lớn hơn số thành phần (C) bằng 2: P + V = C + 2

61. Giải pháp. quá trình giải thể. Dung dịch là một hệ thống đồng nhất rắn, khí hoặc lỏng bao gồm hai hoặc nhiều thành phần, lượng thành phần có thể thay đổi trong một phạm vi rộng. Loại dung dịch quan trọng nhất là chất lỏng. Bất kỳ dung dịch nào bao gồm chất tan và dung môi, tức là môi trường mà các chất này phân bố đều dưới dạng phân tử hoặc ion. Thông thường, dung môi được coi là thành phần tồn tại ở dạng tinh khiết của nó ở trạng thái tập hợp giống như dung dịch tạo thành.

Tính đồng nhất của các dung dịch làm cho chúng rất giống với các hợp chất hóa học.

Sự khác biệt giữa dung dịch và các hợp chất hóa học là thành phần của dung dịch có thể thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Ngoài ra, nhiều thuộc tính của các thành phần riêng lẻ của nó có thể được tìm thấy trong các đặc tính của dung dịch, điều này không được quan sát thấy trong trường hợp của các hợp chất hóa học.

Sự thay đổi thành phần của các dung dịch đưa chúng đến gần hỗn hợp cơ học hơn, nhưng chúng khác biệt rõ rệt về tính đồng nhất của chúng. Dung dịch chiếm vị trí trung gian giữa hỗn hợp cơ học và hợp chất hóa học.

Một mặt, sự tách các phân tử khỏi bề mặt của tinh thể trong quá trình hòa tan là do dao động nhiệt của chính chúng của các phân tử, mặt khác do lực hút của các phân tử bởi dung môi.

Một dung dịch ở trạng thái cân bằng với một chất tan được gọi là dung dịch bão hòa.

62. Các cách thể hiện thành phần của dung dịch. a) Phần khối lượng: ω \ u003d m 1 / (m 1 + m 2) * 100% trong đó m 1 là chất bị hòa tan; m 1 + m 2 - khối lượng của dung dịch; m 2 là khối lượng của dung môi;

b) Phần số mol N = ν 1 / ν 1 + ν 2 - đây là tỷ số giữa số mol của một chất tan với tổng số lượng của tất cả các chất tạo thành dung dịch;

c) Nồng độ mol C \ u003d V 1 / m 2 - tỉ số giữa khối lượng chất có trong dung dịch với thể tích của dung dịch (mol / l);

d) Nồng độ mol C \ u003d V e1 / V - tỷ số giữa khối lượng chất có trong dung dịch với khối lượng của dung môi (mol \ kg);

e) Nồng độ mol của chất đương lượng là tỉ số giữa lượng chất đương lượng có trong dung dịch với thể tích của dung dịch này (mol / l).

63. Tính tan, Định luật Henry.Độ hòa tan là khả năng của một chất hòa tan trong một dung môi cụ thể. Thước đo độ hòa tan của một chất trong các điều kiện nhất định là hàm lượng của nó trong dung dịch bão hòa. Tuy nhiên, theo quy luật, các chất bao gồm các phân tử phân cực và các chất có loại liên kết ion hòa tan tốt hơn trong dung môi phân cực (nước, rượu, amoniac) và các chất không phân cực trong dung môi không phân cực (benzen, v.v.). Nếu sự hòa tan của một chất rắn trong chất lỏng kèm theo sự hấp thụ nhiệt thì khi nhiệt độ tăng lên dẫn đến độ tan của chất đó tăng lên.

Khi hòa tan chất rắn, thể tích của hệ thường thay đổi không đáng kể. Do đó, độ tan của chất rắn trong chất lỏng không phụ thuộc vào áp suất.

Định luật Henry: khối lượng của một chất khí hòa tan ở nhiệt độ không đổi trong một thể tích chất lỏng nhất định tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của chất khí. C \ u003d cr, trong đó C là nồng độ thể tích khối lượng, p là khí riêng phần. áp suất, k là hệ số Henry.

Hệ quả của Định luật Henry:

a) Thể tích của một chất khí ở nhiệt độ không đổi trong một thể tích chất lỏng nhất định không phụ thuộc vào áp suất riêng phần của nó.

b) Nếu có một hỗn hợp khí ở trên chất lỏng thì độ hòa tan của mỗi chất được xác định bằng áp suất riêng phần.

64. Quy luật phân phối. Khai thác. Quy luật phân bố: một chất có thể hòa tan trong 2 dung môi không hòa tan được phân bố giữa chúng sao cho tỷ lệ nồng độ của nó trong các dung môi này ở nhiệt độ không đổi, không phụ thuộc vào tổng lượng chất hòa tan.

Chiết là phương pháp chiết một chất ra khỏi dung dịch bằng dung môi thích hợp (chất chiết). Để chiết xuất từ ​​một dung dịch, dung môi được sử dụng không hòa trộn với dung dịch này, nhưng trong đó chất hòa tan tốt hơn trong dung môi đầu tiên.

65. Thẩm thấu. Định luật Van't Hoff. Thẩm thấu là sự khuếch tán một chiều của các phân tử qua màng bán thấm.

Khi đo áp suất thẩm thấu của các dung dịch khác nhau, người ta thấy rằng độ lớn của áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch và nhiệt độ của nó, nhưng không phụ thuộc vào bản chất của các chất hòa tan và dung môi.

P = CRT - định luật van't Hoff

trong đó P là áp suất thẩm thấu của dung dịch (Pa), C là nồng độ mol, R là hằng số khí phổ, T là nhiệt độ tuyệt đối

66. Áp suất hơi của dung dịch. Định luật Raul.Ở một nhiệt độ nhất định, áp suất hơi đối với chất lỏng là một giá trị không đổi. Khi một chất bị hòa tan trong chất lỏng, áp suất hơi của chất lỏng giảm.

Một hơi ở trạng thái cân bằng với chất lỏng của nó được cho là bão hòa.

Áp suất hơi bão hòa phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng và nhiệt độ, nhưng không phụ thuộc vào thể tích của bình chứa hơi.

Do đó, áp suất hơi bão hòa của dung môi trong dung dịch luôn thấp hơn so với dung môi nguyên chất ở cùng nhiệt độ.

Sự khác biệt giữa áp suất hơi bão hòa trên dung môi nguyên chất và trong dung dịch được gọi là độ giảm áp suất hơi của dung dịch, và tỷ số giữa độ giảm áp suất hơi của dung dịch với áp suất hơi bão hòa trên dung môi nguyên chất được gọi là hơi tương đối. giảm áp suất trên dung dịch.

Định luật Raoult: độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung môi so với dung dịch bằng phần mol của chất tan.

Hiện tượng giảm áp suất của hơi bão hòa trong dung dịch tuân theo nguyên lý Le Chatelier.

67. Dung dịch nước của các chất điện li. Thuyết phân li điện li. a) Sự phân ly của các muối, tức là tinh thể có cấu trúc ion.

b) Sự phân ly khi hòa tan axit, tức là Các phân tử cực.

Thuyết phân li điện li.

Sự phân ly chất điện ly là quá trình phân hủy chất điện ly thành ion trong quá trình hòa tan hoặc nóng chảy của chất điện ly.

Lý thuyết cổ điển về sự phân ly điện ly do S. Arrhenius và W. Ostwald tạo ra vào năm 1887. Arrhenius tôn trọng lý thuyết vật lý về dung dịch, không tính đến tương tác của chất điện phân với nước, và tin rằng các ion tự do có trong dung dịch. Các nhà hóa học Nga I. A. Kablukov và V. A. Kistyakovsky đã sử dụng lý thuyết hóa học về dung dịch của D. I. Mendeleev để giải thích sự phân ly chất điện ly và chứng minh rằng khi chất điện ly bị hòa tan, nó tương tác hóa học với nước, do đó chất điện ly phân ly thành ion.

Lý thuyết cổ điển về sự phân ly điện ly dựa trên giả thiết về sự phân ly không hoàn toàn của một chất tan, được đặc trưng bởi mức độ phân ly α, tức là phần phân tử chất điện li bị phân huỷ. Cân bằng động giữa các phân tử và ion không phân ly được mô tả bằng quy luật tác dụng của khối lượng.

68. Chất điện li mạnh và yếu. Mức độ phân ly.Độ phân ly của chất điện li là tỉ số giữa số phân tử bị phân huỷ thành ion trong một dung dịch nhất định trên tổng số phân tử của một chất nhất định trong dung dịch.

Các chất điện li, độ phân li có xu hướng tăng lên 1 được gọi là mạnh: NaCl, NaOH, HCl.

Các chất điện li có mức độ phân ly có xu hướng về 0 được gọi là chất điện li yếu: H 2 O, H 2 CO 2, NH 4 OH.

69. Hằng số phân ly. Định luật pha loãng của Ostwald. Có thể áp dụng các định luật có giá trị cho cân bằng hóa học đối với các cân bằng được thiết lập trong quá trình phân ly của một chất điện ly yếu.

Hằng số cân bằng ứng với sự phân ly của chất điện li yếu được gọi là hằng số phân li.

Giá trị của hằng số cân bằng phụ thuộc vào bản chất của chất điện ly và dung môi, vào nhiệt độ, nhưng không phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch. Giá trị này đặc trưng cho khả năng phân hủy thành ion của một axit, bazơ hoặc muối nhất định. Giá trị của hằng số cân bằng càng cao thì chất điện li càng dễ phân li thành ion.

Định luật Ostwald - mức độ phân ly tăng lên khi chất điện ly bị pha loãng.

70. Trạng thái của chất điện li mạnh trong dung dịch. Hoạt động. Sức mạnh ion.Để đánh giá trạng thái của các ion trong dung dịch của các chất điện li mạnh, người ta sử dụng một đại lượng gọi là hoạt độ. Hoạt động của một ion được hiểu là nồng độ có điều kiện hữu hiệu của nó, phù hợp với nó hoạt động trong các phản ứng hóa học:

trong đó a là hoạt độ ion, c là nồng độ ion, f là hệ số hoạt độ.

Đối với việc pha loãng các dung dịch, một biểu thức có giá trị liên quan đến hệ số hoạt độ và giá trị cường độ ion của dung dịch.

lgF = - 0,5Z 2 căn bậc hai I

Nếu chúng ta sử dụng các giá trị hoạt độ, thì định luật cân bằng hóa học cũng có thể được áp dụng cho các dung dịch của chất điện ly mạnh.

71. Tính chất của axit, bazơ và muối theo quan điểm của thuyết điện li. Axit có khả năng tương tác với bazơ. Điều này tạo ra muối và nước.

Lý thuyết về sự điện ly định nghĩa axit là chất điện ly phân ly để tạo thành các ion hydro mang điện tích dương.

Tương tự, bazơ được định nghĩa là chất điện ly phân ly để tạo thành ion hydroxit mang điện tích âm.

Muối: Hydroxit và các ion hydro không được hình thành. Chúng được coi là chất điện phân phân ly tạo thành các ion mang điện tích dương khác với ion hydro và các ion mang điện tích âm khác với ion hydroxit.