Wyjaśnienie równowagi chemicznej, czynniki, typy, przykłady

On Bilans chemiczny Jest to stan, który osiąga odwracalne reakcje chemiczne, w których nie powstaje żadne zmienność stężeń lub odczynników, ani zaangażowanych produktów. Charakteryzuje się dynamiką, a nie statyczną; to znaczy, cząsteczki lub atomy nadal reagują, ale utrzymują te same stężenia w czasie.

Podobna równowaga jest również przedstawiona w zmianach fazowych, chociaż nie ma przerw linków. Na przykład ciecz może być w równowadze z oparami, a także stałą. Podobnie stałe ustanawia równowagę z otaczającymi ją wódami, gdy wytrąci się lub krystalizują.

W przemyśle chemicznym znajomość bilansu chemicznego jest niezbędna do uzyskania syntezy z lepszymi wydajnością. Źródło: Pxhere.

Po ustaleniu bilansu chemicznego nie jest możliwe uzyskanie większej liczby zmian lub reakcji, chyba że zostanie on przerwana lub wpływa na działania zewnętrzne. Jest to zatem w syntezie produktu, modyfikowane jest kilka parametrów, takich jak ciśnienie, objętość lub temperatura, tak że maksymalna ilość produktu jest generowana w równowadze.

W przeciwnym razie w równowadze ilości produktów będą niezadowalające; to znaczy będzie słaba wydajność reakcji. Właśnie dlatego równowaga chemiczna jest niezbędna dla przemysłu chemicznego i ogólnie dla każdej syntezy niezależnie od jego skali.

W równowadze chemicznej może być więcej produktów lub więcej odczynników. Wszystko zależy od tego, gdzie równowaga jest wypierana. Biorąc pod uwagę kilka czynników, możesz przenieść równowagę w kierunku dowolnego z dwóch kierunków podwójnej strzałki w odwracalnej reakcji.

[TOC]

Wyjaśnienie równowagi chemicznej

Przed równowagą

Przykład tego, jak reakcja zbliża się do jej równowagi. Źródło: OpenStex/CC przez (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/4.0)

Zrozumienie, jakie bilans chemiczny jest rozważony następującą odwracalną reakcję:

N₂ALBO₄(g) ⇌ nie₂(G)

Gaz n₂ALBO₄ Jest bezbarwny, podczas gdy gaz nie₂ przedstawia brązowe lub brązowe zabarwienie. Jeśli określona ilość N jest wstrzykiwana do małej fiolki lub pojemnika₂ALBO₄, Będzie to bezbarwne do momentu ustanowienia równowagi.

Po lewej stronie górnego obrazu widać, że prawie wszystkie cząsteczki są n₂ALBO₄ i że koncentracja NO₂ Jest zero.

Pokaż także dwa wykresy, które reprezentują tendencję w równowadze, z kropkowaną linią wskazującą pozycję w momencie, gdy tylko N jest wstrzyknięty₂ALBO₄. Wykres odpowiada stężeniu vs. Czas (ręka w dół), a drugi odpowiada wykresowi z prędkością vs. Czas (prawy ręka).

Stężenie n₂ALBO₄, [N₂ALBO₄] (niebieska linia) będzie stopniowo zmniejszać się, ponieważ część jego dysocja₂. Zatem będąc stężeniem NO₂, [NIE₂] (czerwona linia) na początku równa zero, wkrótce wzrośnie jako n₂ALBO₄ Dysocjować.

Jest to jednak odwracalna reakcja: część cząsteczek NO₂ Dołączą do formularza n₂ALBO₄. Dlatego będą dwie reakcje, bezpośrednie i odwrotne, każda z własnymi prędkościami.

Źródło: Slideshare.internet

Prędkości reakcji

Początkowo prędkość zużycia n₂ALBO₄ jest większa niż prędkość zużycia NO₂. Oczywiście posiadanie tylko n₂ALBO₄, kilka cząsteczek utworzonych z NO₂ Ledwo mogą zareagować. W tym momencie fiolka zacznie mrowić pomarańczowo, ponieważ istnieje mieszanka n₂ALBO₄ i nie₂.

Stopniowo, ponieważ jest więcej cząsteczek NO₂ Na drodze i że n cząsteczki₂ALBO₄ Odłączają się, prędkości dwóch reakcji będą pasowane, nawet jeśli stężenia różnią się od siebie. To znaczy nie₂] zwykle jest większy niż [n₂ALBO₄], dlatego czerwona linia jest powyżej niebieskawej linii.

Może ci służyć: właściwości fizykochemiczne

Zauważ, że prędkość staje się DC/DT, to znaczy zmiana stężenia w odniesieniu do czasu. Dlatego dwa C vs. t i V vs. t nie są identyczne.

W równowadze

Kiedyś para n₂ALBO₄-NIE₂ Ustaw równowagę, prędkości obu reakcji zostaną dopasowane i uzyskano następujące wyrażenia matematyczne:

V_bezpośredni = k₁[N₂ALBO₄]

V_odwracać = k_-1[NIE₂]²

V_bezpośredni = V_odwracać

k₁[N₂ALBO₄] = k_-1[NIE₂]²

k₁/k_-1 = [Nie₂]²/ [N₂ALBO₄]

K_Eq = [Nie₂]²/ [N₂ALBO₄]

W tym momencie droga zostanie farbowana jeszcze bardziej niż brąz, ponieważ równowaga jest bardziej wysiedlona w kierunku tworzenia [nie₂]. To znaczy k_Eq, Stała równowagi musi być większa niż 1, biorąc pod uwagę wyższy związek, [nie₂]²/ [N₂ALBO₄].

W stężeniach równowagi [n₂ALBO₄] i nie₂] Pozostają stałe, przy czym obie reakcje występują z tą samą prędkością: pewna ilość n jest po prostu zdysocjowana₂ALBO₄, Ta sama ilość zostanie wytworzona natychmiast z powodu reakcji pewnej ilości NO₂.

Z tego powodu mówi się, że równowaga chemiczna jest dynamiczna: cząsteczki n₂ALBO₄ i nie₂ Nadal uczestniczą w reakcjach, nawet jeśli nie ma zmian w ich stężeniach.

I będąc równymi prędkościami reakcji dla obu zmysłów, czerwonej i niebieskawowej linii w grafice V vs. t graj na poziomej linii.

Stała równowagi

Stała równowagi dla poprzedniej reakcji zawsze będzie taka sama, w pewnej temperaturze, niezależnie od tego, ile n₂ALBO₄ jest wstrzyknięty na początku do drogi. Będzie tak nawet jeśli mieszanka n zostanie bezpośrednio wstrzykiwana₂ALBO₄ i nie₂, Następnie w lewo w spoczynku, aż równowaga osiągnie.

Po osiągnięciu równowagi i mierzono stężenia [n₂ALBO₄] i nie₂], związek [nie₂]²/ [N₂ALBO₄] da to samo K_Eq Dla tej reakcji. Im większy jest (KEQ >> 1), tym więcej produktów będzie w równowadze. I mniejsze (Keq << 1), más reactivos habrá en el equilibrio.

Stężenia [n₂ALBO₄] i nie₂] Nie zawsze będą. Na przykład, jeśli małe objętości zostaną wstrzykiwane do fiolki lub wręcz przeciwnie, są one wstrzyknięte potokom tych gazów do reaktora, ilości będą się znacznie różnić. Jednak k_Eq Pozostanie taki sam, o ile temperatura będzie taka sama w obu procesach.

K_Eq Jest podatny na zmiany temperatury: w wyższej temperaturze będzie większa wartość. To znaczy w wyższej temperaturze, w równowadze będzie to mieć tendencję do tworzenia większej liczby produktów. Jest tak, chyba że reakcja jest egzotermiczna, co zostanie wyjaśnione w następnym rozdziale.

Czynniki wpływające na równowagę chemiczną

Czynniki wpływające na równowagę chemiczną w odwracalnej reakcji to: stężenie, ciśnienie i temperatura.

- Stężenie

W reakcji odwracalnej, zgodnie z zasadą Le Chatliera, poprzez zwiększenie stężenia odczynnika nastąpi przemieszczenie bilansu chemicznego po prawej stronie, aby zwiększyć stężenie produktów reakcyjnych.

Przeciwnie, jeśli do reakcji zostanie dodany produkt, równowaga chemiczna przesunie się w lewo, w celu zwiększenia stężenia odczynników. Jeśli jako przykład traktuje następującą reakcję:

C (s) +o₂(g) ⇌ 2 CO (g)

Zwiększając stężenie odczynników (C i O₂), Równowaga przesunie się w prawo, to znaczy w kierunku tworzenia produktu tlenku węgla (CO) (CO). Ale wzrost stężenia CA spowoduje przemieszczenie równowagi w lewo, aby zwiększyć stężenie C i O₂.

Może ci służyć: grupa karbonylowa: charakterystyka, właściwości, nomenklatura, reaktywność

- Ciśnienie

W reakcji opracowanej w fazie gazowej zmienność objętości lub ciśnienia wywierana na zaangażowane w nią gaz, spowoduje zmianę bilansu, w zależności od liczby moli odczynników i produktów.

Jeśli składniki reakcji (odczynniki i produkty) mają różnice w liczbie moli biorących udział w reakcji, na przykład dimeryzacja dwutlenku azotu (NO₂):

2 nie₂(g) ⇌₂ALBO₄(G)

Wzrost ciśnienia wywierany na reakcję w fazie gazowej, konsekwencja spadku lub nie objętości reakcji, spowoduje przemieszczenie bilansu chemicznego z boku, która ma mniej moli gazowych. W tym przykładzie: produkt n₂ALBO₄.

Przeciwnie, spadek ciśnienia spowoduje przemieszczenie równowagi z boku reakcji, która ma największą liczbę moli gazu. W danym przykładzie przejdzie w kierunku odczynników (nie₂), Aby przeciwdziałać spadku ciśnienia.

Jeśli w reakcji fazy sody mole odczynników są równe mole produktów, zmiany ciśnienia nie wpłyną na równowagę chemiczną.

- Temperatura

Reakcja endotermiczna

W reakcji endotermicznej ciepło można uznać za odczynnik, ponieważ jego podaż jest niezbędna do wystąpienia reakcji:

A +Q ⇌ B

Q = dostarczone ciepło

Dlatego w reakcji endotermicznej po wzroście temperatury równowaga przesunie się w prawo. Tymczasem, gdy temperatura maleje, równowaga przesuwa się w lewo.

Ciepło jest częścią odczynników, aby zużywać je w celu przekształcenia się w B.

Reakcja egzotermiczna

W reakcji egzotermicznej generuje się ciepło, jest to produkt reakcji:

A ⇌ B +Q

W reakcji egzotermicznej po wzroście temperatury równowaga przesunie się w lewo (odczynniki), ponieważ produkcja ciepła wzrasta. Tymczasem, gdy temperatura spadnie, równowaga przesunie się w prawo (produkty).

Ciepło jest częścią produktów, gdy wzrośnie temperatura, nie będzie potrzeby wnoszenia większego ciepła do środowiska. Dlatego równowaga będzie dążyć do wykorzystania dodatkowego ciepła, aby wytworzyć więcej odczynników; W tym przypadku więcej niż.

Rodzaje bilansu chemicznego

W zależności od stanu fizycznego składników reakcji równowaga chemiczna może być jednorodna lub heterogeniczna.

Jednorodna równowaga

W tego rodzaju równowagi, Wszystko Odczynniki i produkty mają ten sam status fazy lub cieczy. Na przykład:

N₂(g) +3 h₂(g) ⇌ 2 NH₃(G)

Tutaj jest₂, Jak h₂ i NH₃ Są to substancje gazowe.

Heterogeniczna równowaga

Istnieje, kiedy nie wszystko Odczynniki i produkty mają tę samą fazę lub stan fizyczny. Na przykład:

2 Nahco₃(s) ⇌ na₂WSPÓŁ₃(s) +co₂(g) +h₂O (g)

Tutaj mamy Nahco₃ i na₂WSPÓŁ₃ jako substancje stałe i co₂ i H₂Lub jako gazy lub opary.

Przykłady równowagi chemicznej

Dysocjacja kwasu octowego w wodzie

Kwas octowy, cho₃COOH, dysocjuje w wodzie, ustalając równowagę:

Ch₃COOH (AC) + H₂Lub (l) ⇌ cho₃Gruchać^-(AC) + H₃ALBO⁺(AC)

Reakcja, której stała równowagi nazywa się stałą kwasowości.

Izomeryzacjaalbon butanu

Gaz N-Butano można izomeryzować zgodnie z następującą odwracalną reakcją w celu wytworzenia izomeru izomerowego:

Ch₃Ch₂Ch₂Ch₃(g) ⇌ cho₃CH (rozdz₃)₂(G)

Tworzenie tlenku azotu w atmosferze

W atmosferze można tworzyć tlenek azotu, choć bardzo ledwo, z azotu i tlenu powietrza:

N₂(g) + lub₂(g) ⇌ 2no (g)

Może ci służyć: co to jest środowisko? (Przykłady obliczeń)

K_Eq Z tej reakcji wynosi 2,10^-31 w 25 ° C, więc zostanie utworzona nikczemna ilość.

ReakcjaalboN srebra z AmonemSiemaAC

Srebrne jony, ag⁺, Można je ukończyć z amoniakiem zgodnie z następującą odwracalną reakcją:

Ag⁺(Słońce) + 2nh₃(L) ⇌ [AG (NH₃)₂]⁺(słońce)

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Jaki rodzaj równowagi chemicznej odpowiada następującej reakcji?

2nocl (g) ⇌ 2no (g) + cl₂(G)

Ta reakcja odpowiada jednorodnej równowagi, ponieważ wszystkie zaangażowane substancje, NOCL, NO i CL₂, Są gazy.

Ćwiczenie 2

W przypadku tej samej reakcji z góry można by się spodziewać zmiany równowagi, gdyby ciśnienie nagle wzrosło?

Policzmy mole odczynników:

2nocl

Mamy 2 mole NOCL. Teraz powiedzmy mole produktów:

2no + cl₂

Mamy trzy mole: dwa z NO i jeden z Cl₂. Na boku produktów jest więcej gazowych moli. Dlatego wzrost ciśnienia spowoduje przemieszczenie równowagi na lewą stronę w kierunku tworzenia NOCL. W ten sposób system stara się zmiękczyć skutki ciśnienia sprzyjające tworzeniu się NOCL, a nie NO i CL₂.

Ćwiczenie 3

Dla tej samej reakcji z góry załóżmy, że nagle wstrzykiwana jest znaczna objętość CL₂. Co się stanie, aby zrównoważyć?

Podczas dodawania CL₂ do reaktora lub pojemnika jego stężenie rośnie jako produkt reakcji. I dlatego równowaga wróci z powrotem w lewo, aby utworzyć więcej NOCL.

Ćwiczenie 4

Jeśli dysocjacja NOCL w 227 ° C ma 4 stałą równowagi 4.5 · 10^-4, W jakim kierunku jest wyparta równowaga?

Znowu bycie k_Eq mniej niż 1 (4.5 · 10^-4 < 1), en el equilibrio se espera que haya más NOCl que NO o Cl₂, Ponieważ jest przesunięty w lewo.

Ćwiczenie 5

Zgodnie z następującą reakcją w równowadze:

[Co (och₂)₆]²⁺(AC) +4cl^-(Ac) +q ⇌ [cocl₄]^2-(AC) +6H₂Lub (l)

I wiedząc, że kompleks [co (och₂)₆]²⁺ Jest różowy i że kompleks jest [cocl₄]^2- Jest niebieskawo, jakie zmiany spodziewałbyś się sprawdzić, czy podgrzejesz pojemnik z [co (Oh₂)₆]²⁺? Czego byś się spodziewał, czy po podgrzaniu pojemnika umieściłbym go w łazience z lodem?

Reakcja jest endotermiczna, ponieważ pochłania ciepło, które jako odczynnik. Dlatego podczas podgrzewania pojemnika [co (OH₂)₆]²⁺, Równowaga przejdzie w prawo, w kierunku utworzenia [cocl₄]^2-. Niebieskawa różowa zmiana zabarwienia będzie.

Następnie, jeśli niebieskawe pojemnik na kolorowe [cocl₄]^2- Jest umieszczony w łazience z lodem, reakcja przesunie się teraz w lewo, w kierunku powstawania CO (OH₂)₆]²⁺:

[Cocl₄]^2-(AC) +6H₂Lub (l) ⇌ [co (OH₂)₆]²⁺(AC) +4cl^-(AC) +Q

Wynika to z faktu, że reakcja odwrotna jest egzotermiczna, mając ciepło, które jako produkt. Dlatego podczas chłodzenia pojemnika [cocl₄]^2- Niebieski, kompleks [co (och (och (och (och (Och (Och (₂)₆]²⁺, I pojawi się różowy kolor.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
2. Prep. (S.F.). Rodzaje równowagi. Odzyskane z: EmedicPrep.com
3. Bezgraniczna chemia Lumen. (S.F.). Czynniki, które sprzyjają równowagę chemiczną. Odzyskane z: kursów.Lumenarning.com
4. Wikipedia. (2020). Bilans chemiczny. Źródło: w:.Wikipedia.org
5. Chemia librettexts. (24 maja 2020). Obliczenia Equiquibrium - pod ilustracyjne badania. Odzyskane z: chem.Librettexts.org
6. Meyers Amy. (2020). Równowaga: chemikalia i dynamiczna. Badanie. Odzyskane z: Study.com
7. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (11 lutego 2020). Bilans chemiczny w reakcjach chemicznych. Odzyskane z: Thoughtco.com