2010-01-22
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 v1 = k1 " cAa " cBb
Premiana produktów v2 = k2 " cEe " cDd
1
2010-01-22
Gdy temperatura T reagującego
układu jest stała w czasie procesu
zmiany szybkości reakcji v1 i v2 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.
" v1 = k1 " cAa " cBb = k2 " cEe " cDd
" Po przekształceniu równania otrzymamy.
" k1/k2 = cEe " cDd /cAa " cBb = Kc
" Iloraz dwóch stałych szybkości reakcji k1 i k2 jest w
danej temperaturze stały.
Stała równowagi reakcji
" Stała Kc w równaniu nazywa się stałą
równowagi chemicznej, odniesioną do stężeń
molowych reagentów
Zmiana stężenia produktów i substratów reakcji
" Kc = k1/k2
10
9
8
7
6
produkty
5
substraty
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10
czas
2
stężenie
2010-01-22
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
3
2010-01-22
Stała równowagi Kc
Nie zależy od
" stężenia wyjściowego substratów
" ani od zastosowania katalizatora
Zależy od
- rodzaju reagujących substancji
- temperatury.
Przykład
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2
Kc = CCaCl2xCH2O/CCaCO3 x CHCl
Stała stężeniowa
3H2 + N2 = 2 NH3
Kp = p2NH3 / pN2 " p3H2
Stała ciśnieniowa
4
2010-01-22
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 bodz
ca
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.
5
2010-01-22
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.
6
2010-01-22
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
" N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)
" p,T = const, Vp < Vs
" - 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.
7
2010-01-22
z jednego substratu powstaje
kilka produktów
" CH3-CH2-CH3(g) <=> CH2=CH-CH3(g) + H2(g)
" Efekt wzrostu ciśnienia jest odwrotny niż w
reakcji I typu - stan równowagi zostaje
przesunięty na korzyść substratów.
nie następuje zmiana objętości
" CO(g) + H2O(g) <=> CO2(g) + H2(g)
" Zmiany ciśnienia nie wywierają żadnego
wpływu na położenie stanu równowagi.
" Dla roztworów ciekłych - umiarkowane
zmiany ciśnienia nie wpływają na położenie
stanu równowagi reakcji.
8