2010-01-22

1

CHEMIA IX

Równowaga chemiczna

Reakcje odwracalne

aA + bB cC + dD

wszystkie reakcje chemiczne sa odwracalne

tzn.

z substratów tworzą się produkty, a

jednocześnie produkty reakcji ulegaja

rozkładowi na substraty

Premiana substratów v

1

= k

1

• c

A

a

• c

B

b

Premiana produktów v

2

= k

2

• c

E

e

• c

D

d

2010-01-22

2

Gdy temperatura T reagującego

układu jest stała w czasie procesu

zmiany szybkości reakcji v

1

i v

2

spowodowane są

jedynie

zmianami stężeń reagujących substancji.

Po pewnym czasie trwania reakcji ustali się stan

równowagi chemicznej, w którym szybkości reakcji

w obu kierunkach będą równe.

• v

1

= k

1

• c

A

a

• c

B

b

= k

2

• c

E

e

• c

D

d

• Po przekształceniu równania otrzymamy.

• k

1

/k

2

= c

E

e

• c

D

d

/c

A

a

• c

B

b

= K

c

• Iloraz dwóch stałych szybkości reakcji k

1

i k

2

jest w

danej temperaturze stały.

Stała równowagi reakcji

• Stała K

c

w równaniu nazywa się stałą

równowagi chemicznej, odniesioną do stężeń

molowych reagentów

• K

c

= k

1

/k

2

Zmiana stężenia produktów i substratów reakcji

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

2

4

6

8

10

czas

st

ęż

eni

e

produkty
substraty

2010-01-22

3

Prawo działania mas Guldberga-Waagego

• W stanie równowagi chemicznej, w stałej temperaturze,

stosunek iloczynu stężeń molowych produktów do
iloczynu stężeń molowych substratów, podniesionych
do

odpowiednich

potęg

odpowiadających

współczynnikom

stechiometrycznym

reagujących

substancji, jest wielkością stałą, charakterystyczną dla
reakcji i określonej temperatury.

•

Duża wartość stałej równowagi K świadczy o tym, że w
stanie równowagi w danym układzie jest znaczne więcej

produktów niż substratów, czyli reakcja przebiega z

dużą

wydajnością

produktów.

Równowaga chemiczna

• w odróżnieniu od statycznego charakteru

równowagi mechanicznej, jest równowagą
dynamiczną – tyle, ile powstaje w
jednostce czasu produktów, tyle samo
produktów, w tym samym czasie
przekształca się w substraty

2010-01-22

4

Stała równowagi K

c

N

ie zależy od

• stężenia wyjściowego substratów
• ani od zastosowania katalizatora
Zależy od
-

rodzaju reagujących substancji

- temperatury.

Przykład

CaCO

3

+ 2HCl

CaCl

2

+ H

2

O + CO

2

K

c

= C

CaCl2

xC

H2O

/C

CaCO3

x C

HCl

Stała stężeniowa

3H

2

+ N

2

= 2 NH

3

K

p

= p

2

NH3

/ p

N2

• p

3

H2

Stała ciśnieniowa

2010-01-22

5

Reguła przekory Le Chateliera-

Brauna.

Jeżeli na układ w stanie równowagi działa jakiś

czynnik zewnętrzny, to w układzie zajdą takie
zmiany, które będą dążyły do zniesienia
wpływu tego czynnika.

Zmiany zmniejszające skutki działania bodźca

zewnętrznego doprowadzą w efekcie do
ponownego ustalenia się stanu równowagi.

Wprowadzenie pewnej ilości

reagenta

• Jeżeli do układu w stanie równowagi

dodatkowo wprowadzimy pewną ilość
reagentu (substratu lub produktu) to stan
równowagi przesunie się w kierunku
zmniejszenia jego wartości w układzie.
Podobnie, jeżeli z układu usuniemy pewną
ilość jednego składnika, to zajdą przemiany,
które zmniejszą jego ubytek.

2010-01-22

6

Wpływ temperatury

• Jeżeli czynnikiem naruszającym równowagę

chemiczną jest zmiana temperatury, to w zależności

od efektu cieplnego danej reakcji należy oczekiwać

dwojakiego rodzaju skutków.

• Podwyższenie temperatury w układzie przesunie stan

równowagi na korzyść reakcji endotermicznej,

której towarzyszy pochłanianie ciepła,

• obniżenie temperatury układu przesunie równowagę

w kierunku reakcji egzotermicznej, której towarzyszy

wydzielanie ciepła

.

Należy jednak podkreślić, że podwyższenie

temperatury zawsze wywiera korzystny wpływ na

szybkość reakcji, a więc i na szybkość ustalania się

równowagi, co nie jest sprzeczne z regułą przekory.

Wpływ ciśnienia

• Zmiany ciśnienia wpływają na położenie

stanu równowagi dla reakcji chemicznych
przebiegających w

fazie gazowej -

następuje zmiana objętości.

2010-01-22

7

Wpływ dodatku gazu obojętnego

na położenie stanu równowagi

• Wprowadzenie do środowiska reakcji, przebiegającej

w fazie gazowej, dodatkowego obojętnego gazu,
przyczynia się do "rozcieńczenia" reagentów. W
wyniku rozcieńczenia maleją ciśnienia cząstkowe.
Dlatego dodanie gazu obojętnego wywiera taki sam
wpływ na położenie równowagi, jak obniżenie
ciśnienia ogólnego.

• korzystny dla reakcji rozkładu
• niekorzystny dla reakcji syntezy.

reakcja syntezy-

z kilku substaratów

powstaje jeden produkt

• N

2(g)

+ 3H

2(g)

<=> 2NH

3(g)

• p,T = const, V

p

< V

s

• - przemiana substratów w produkty powoduje

zmniejszenie sumarycznej ilości reagentów.
• Jeżeli zakłócimy stan równowagi układu

zwiększając ciśnienie, to nastąpi przemiana

dodatkowej ilości substratów w produkty, w

wyniku czego zmniejszy się sumaryczna

ilość reagentów w układzie, a tym samym

ciśnienie.

2010-01-22

8

z jednego substratu powstaje

kilka produktów

• CH

3

-CH

2

-CH

3(g)

<=> CH

2

=CH-CH

3(g)

+ H

2(g)

• Efekt wzrostu ciśnienia jest odwrotny niż w

reakcji I typu -

stan równowagi zostaje

przesuni

ęty na korzyść substratów.

nie następuje zmiana objętości

• CO

(g)

+ H

2

O

(g)

<=> CO

2(g)

+ H

2(g)

• Zmiany ciśnienia nie wywierają żadnego

wpływu na położenie stanu równowagi.

• Dla roztworów ciekłych - umiarkowane

zmiany ciśnienia nie wpływają na położenie
stanu równowagi reakcji.