80243 s che 12

Na podstawie wcześniejszej zależności możemy napisać: kr (A]"[B]^k = k, [Mr- [N]°

a stąd:

*. ML-M _K

Kr m-w

Stosunek stałych szybkości reakcji k_x i kj nosi nazwę stałej równowagi chemicznej K. Zależność U nosi nazwę prawa działania mas lub równowagi chemicznej.

Z powyższego wyrażenia wynika, że w stałej temperaturze w każdym procesie odwracalnym znaj dującym się w stanie równow agi, stosunek iloczynu stężeń molowych produktów do iloczynu stężeń molowych substratów-jest wielkością stalą.

Stan równowagi może trwać dowolnie długo, jeśli układ pozostaje w niezmienionych warunkach. Zmiana temperatury lub stężenia jednej z reagujących substancji, a także zmiana ciśnienia w przypadku niektórych reakcji w fezie gazowej, powoduje naruszenie stanu równowagi w następstwie zwiększenia szybkości jednej z reakcji w stosunku do drugiej. Natomiast obecność katalizatora nie zmienia stanu równowagi, gdyż jego wpływ na szybkość obu reakcji jest zawsze jednakowy

W przypadku, gdy stan równowagi zostaje naruszony i np. szybkość reakcji l jest większa niż reakcji 2(vj > v₂), wówczas równowaga przesuwa się w prawo, natomiast gdy (vt < Vj), to równowaga przesuwa się w lewo.

Kierunek przesunięcia równowagi układu pod wpływem zmiany stężenia, temperatury lub ciśnienia W' układzie jest określony na podstawie reguły przekory Le Chateliera-Brauna. Reguła ta stwierdza, że: równowaga układu przesuwa się zawsze w kierunku tej reakcji, która warunkuje osłabienie czynnika naruszającego stan równowagi.

Zmiana stężenia którejkolwiek substancji w układne powoduje odpowiednią zmianę szybkości jednej z reakcji, a zatem zasadniczy warunek równowagi (vi - v₂) nie będzie wówczas spełniony

Rozpatrując wpływ temperatury na stan równowagi, należy wziąć pod uwagę efekty cieplne obu reakcji. Jeśli jedna z reakcji procesu odwracalnego przebiega 2 wydzieleniem ciepła (egzotermiczna), to druga zachodzi z pobraniem ciepła (endoterraiczna). Zmiana temperatury powoduje zróżnicowanie (zwiększenie lub zmniejszenie) szybkości obu reakcji, co prowadzi do naruszenia stanu równowagi.

Korzystając z reguły przekory można stwierdzić, że wzrost temperatury' spowoduje przesunięcie równowagi w kierunku reakcji endotcrmicznej, natomiast obniżenie temperatury - w kierunku reakcji egzotermicznej. Wzrost temperatury bowiem w większym stopniu zwiększa szybkość reakcji endotermicznej i analogicznie - obniżenie temperatury zmniejsza bardziej szybkość reakcji endotermicznej niż egzotermicznej

Zmiana ciśnienia ma istotny w-pływ na stan równowagi w przypadku reakcji zachodzących w fezie gazowej tylko wówczas, gdy liczba cząsteczek substratów nie równa się liczbie cząsteczek produktów, np. w syntezie amoniaku:

Ni + 3 H₂ ^ 2 NHi

Następstwem zmiany ciśnienia jest odpowiednia zmiana stężeń reagujących gazów, co powoduje przesunięcie równowagi w kierunku reakcji o większej szybkości Zgodnie z regułą przekory wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku mniejszej objętości układu, a obniżenie ciśnienia odwrotnie - w kierunku zwiększenia objętości układu (reagentów).

Przykład 1.

Jak wpłynie dodatek azotu na stan równowagi układu:

N₂ + 3H2^2NH3

W stanie równowagi Vi = v₂, a stosunek szybkości

^vt _ fr]    _ |

Po n-krotnym zwiększeniu stężenia azotu

Ł.yWW.n.,

V₂ k,[NH,r

i stąd vi = n * V2

Szybkość reakcji 1 wzrasta n-krotnie w stosunku do szybkości reakcji 2, a zatem równowaga układu przesunie się w prawo

Przykład 2.

Jak wpłynie zwiększenie ciśnienia na stan równowagi układu:

N₂ + 3 Hj ^ 2 Nłi*

Licżba cząsteczek substratów i produktów jest różna (zmiana objętości).

W stanic równowagi:

vi= k,-[N*HH₂)³, v₂ = k₂ • [NHj]²

Po n-krotnym zwiększeniu ciśnienia;

V| = kr n • [N₂] n^J • [H₂f = n* • ki - (N_zl • [Hi]’ = n⁴ ’ _Vj yj-kj-n²- [NHs] - n\₂

2 *'

v₂ n

Reakcja pierwsza zachodzi z większą szybkością niż druga. Powoduje to, że równowaga układu przesuwa się w prawo, a więc w kierunku mniejszej objętości reagentów.

Przykład 3.

Jak wpłynie wzrost temperatury na stan równowag układów:

1.2 HjS 2Hi + Sj-Q

2 PCI* + Cb PCI5 + Q

69