RÓWNOWAGI CHEMICZNE

Układ w stanie równowagi chemicznej

P.Łukowski, 2

A + B ⇔ C + D

Reakcje biegną:

A + B → C + D

C + D → A + B

ale stężenia się nie zmieniają:

c

A

= const

c

B

= const

c

C

= const

c

D

= const

P.Łukowski, 3

Prawo działania mas

aA + bB ⇔ cC + dD

T = const, p = const

W układach jednorodnych (jednofazowych)

const

p

p

p

p

K

b

B

a
A

d

D

c

C

p

=

⋅

⋅

=

Dla reakcji przebiegających w fazie gazowej zamiast
stężeń można użyć ciśnień cząstkowych:

K

p

= K

c

(RT)

∆n

∆n – zmiana liczby moli;

∆n = (c + d) – (a + b)

w stanie równowagi:

const

c

c

c

c

K

b

B

a
A

d

D

c

C

c

=

⋅

⋅

=

P.Łukowski, 4

Prawo działania mas

W układach niejednorodnych (wielofazowych)

Stężenia składników w fazach stałych = 1.

Przykład:

CaCO

3 (s)

⇔ CaO

(s)

+ CO

2 (g)

ale c

CaCO3

= 1, c

CaO

= 1 ⇒ K

c

= c

CO2

K

p

= p

CO2

i ∆n = 1 + 1 – 1 = 1 ⇒ K

p

= K

c

RT = c

CO2

RT

3

2

CaCO

CO

CaO

c

c

c

c

K

⋅

=

Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna)

P.Łukowski, 5

Układ w stanie równowagi dąży do zachowania tego stanu.

Jeśli na układ działa bodziec (zmiana temperatury,
ciśnienia, stężenia któregoś z reagentów), wytrącający go
ze stanu równowagi, to układ przeciwdziała temu bodźcowi,
odpowiednio zmieniając stan równowagi.

W ten sposób można sterować wydajnością procesów
technologicznych.

P.Łukowski, 6

Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna)

1. Reakcje w roztworach.

substraty ⇔ produkty

K = c

prod

/c

substr

= const

Dodanie do układu substratu zwiększa jego stężenie.

Aby zachować stałość K, układ musi odpowiednio
zwiększyć stężenie produktu.

P.Łukowski, 7

Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna)

2. Reakcje przebiegające z efektem cieplnym.

A. Reakcje endotermiczne

substraty + Q ⇔ produkty

T ↑

↑

↑

↑

⇒ układ dąży do obniżenia T

ciepło jest po stronie substratów ⇒ układ musi zwiększyć
stężenie produktów ⇒ wydajność procesu wzrasta

T ↓

↓

↓

↓

⇒ układ dąży do podniesienia T

ciepło jest po stronie substratów ⇒ układ musi zwiększyć
stężenie substratów ⇒ wydajność procesu spada

Przykład: wypał wapna CaCO

3

+ Q ⇔ CaO + CO

2

im wyższa temperatura, tym wyższa wydajność procesu

P.Łukowski, 8

Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna)

2. Reakcje przebiegające z efektem cieplnym.

B. Reakcje egzotermiczne

substraty ⇔ produkty + Q

T ↑

↑

↑

↑

⇒ układ dąży do obniżenia T

ciepło jest po stronie produktów ⇒ układ musi zwiększyć
stężenie substratów ⇒ wydajność procesu spada

T ↓

↓

↓

↓

⇒ układ dąży do podniesienia T

ciepło jest po stronie produktów ⇒ układ musi zwiększyć
stężenie produktów ⇒ wydajność procesu wzrasta

Przykład: gaszenie wapna CaO + H

2

O ⇔ Ca(OH)

2

+ Q

im wyższa temperatura, tym niższa wydajność procesu

P.Łukowski, 9

Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna)

3. Reakcje przebiegające ze zmianą ciśnienia (faza gazowa).

A. Reakcje przebiegające ze zmniejszeniem ciśnienia

substraty + V ⇔ produkty

p ↑

↑

↑

↑

⇒ układ dąży do obniżenia p

większe ciśnienie jest po stronie substratów ⇒ układ musi
zwiększyć stężenie produktów ⇒ wydajność procesu wzrasta

p ↓

↓

↓

↓

⇒ układ dąży do podniesienia p

większe ciśnienie jest po stronie substratów ⇒ układ musi
zwiększyć stężenie substratów ⇒ wydajność procesu spada

Przykład: synteza Habera-Boscha N

2

+ 3H

2

⇔ 2NH

3

im wyższe ciśnienie, tym wyższa wydajność procesu

P.Łukowski, 10

Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna)

3. Reakcje przebiegające ze zmianą ciśnienia (faza gazowa).

B. Reakcje przebiegające ze zwiększeniem ciśnienia

substraty ⇔ produkty + V

p ↑

↑

↑

↑

⇒ układ dąży do obniżenia p

większe ciśnienie jest po stronie produktów ⇒ układ musi
zwiększyć stężenie substratów ⇒ wydajność procesu spada

p ↓

↓

↓

↓

⇒ układ dąży do podniesienia p

większe ciśnienie jest po stronie produktów ⇒ układ musi
zwiększyć stężenie produktów ⇒ wydajność procesu wzrasta

Przykład: produkcja gazu syntezowego CH

4

+ H

2

O ⇔ CO + 3H

2

im wyższe ciśnienie, tym niższa wydajność procesu