Kémiai egyensúlyok, Krugosvet enciklopédia
kémiai egyensúly
Kémiai egyensúly - állapotban a kémiai rendszer, amelyben lehetséges reakciókat futó azonos sebességgel ellentétes irányban. Amikor kémiai egyensúlyi koncentrációja a reagensek, a hőmérséklet és egyéb paraméterek a rendszer nem változik az időben.
Visszafordíthatatlan és reverzibilis reakciók.
Ha a lecsepegtetett megoldások a sav és lúg, só és víz képződik, például
HCl + NaOH = nátrium-klorid + H2 O, és ha az anyagokat vett megfelelő arányban, az oldat semleges reakció, és ez nem is nyomokban sósav és nátrium-hidroxid. Ha valaki megpróbálja elvégezni a reakció oldatban között képződött anyag - nátrium-klorid és a víz, majd a változás nem találtak. Ilyen esetekben azt mondjuk, hogy a reakció a sav és lúg visszafordíthatatlan, azaz holtjáték nem. Gyakorlatilag irreverzibilis szobahőmérsékleten, sok reakciót, például,
Sok reakció reverzibilis már normális körülmények között ez azt jelenti, hogy jelentős mértékben a fordított reakció játszódik le. Például, ha megpróbáljuk, hogy semlegesítse a lúgos vizes oldatot hipoklórossav nagyon gyenge, úgy tűnik, hogy a semlegesítés a reakció nem megy a végén, és az oldatot erősen lúgos közegben. Ez azt jelenti, hogy a reakció HCIO + NaOH NaCIO + H2 O megfordítható, azaz a E reakció termékeit, reagáltatjuk egymással részlegesen át az eredeti vegyület. A kapott oldatot lúgos. Váltvaforgató-észter-képződés reakció (fordított reakciót nevezik szappanosítás): RCOOH + R'OH RCOOR „+ H2 O, számos más folyamat.
Mint sok más fogalom a kémia, a koncepció reverzibilitási nagyrészt önkényes. Általában tekinthető irreverzíbilis reakció, ami után a koncentrációja a kiindulási anyagok teljes olyan kicsi, hogy nem lehet kimutatni (természetesen ez függ az érzékenysége a elemzési módszerek). Amikor a körülmények változnak (különösen a hőmérséklet és nyomás) irreverzíbilis reakció reverzibilis lehet, és fordítva. Így, légköri nyomáson és a hőmérséklet 1000 ° C alatti, a reakciót 2H2 + O2 = 2H2 O továbbra is tekinthetünk irreverzibilis, mivel hőmérsékleten 2500 ° C, és a víz felett disszociál hidrogén és oxigén mintegy 4%, és hőmérsékleten 3000 ° C - már 20%.
Végén a 19. században. Német vegyész Maks Bodenshteyn (1871-1942) vizsgálták részletesen a folyamatok kialakulásának és termikus disszociációja hidrogén-jodid: H2 + I2 2HI. A hőmérséklet változtatásával, ez csak elérni kitüntetett áramlási vonal vagy csak a fordított reakció, de általában, mindkét reakció egyidejűleg ellentétes irányban. Ilyenek például sok. Az egyik ismert - ammónia szintézis reakciót 3H2 + N2 2NH3; és sok más reverzibilis reakciók, például oxidációját kén-dioxid 2SO2 + O2 2SO3. reakciót szerves savak alkoholokkal, stb
A reakció sebessége és az egyensúly.
Tegyük fel, van egy reverzibilis reakció A + BC + D. Feltételezve, hogy a forward és reverz reakciók zajlanak egy lépésben, a reakciók sebessége egyenesen arányos lesz a koncentráció a reagensek: a sebességet a közvetlen reakció v1 = k1 [A], [B], a reverz reakció sebességét v2 = k2 [C] [D] (zárójelben a moláris koncentrációja a reagensek). Látható, hogy mivel az áramlás a közvetlen reakció koncentrációja a kiindulási anyagok A és B megfelelően kell csökkenteni csökken, és az arány az előre reakció. A sebesség a fordított reakció, hogy a kezdeti idő nulla (nincs termékek C és D) fokozatosan növekszik. Előbb-utóbb eljön az idő, amikor a sebesség előre és hátra reakciókat vált egyenlő. Ezt követően, a koncentráció az összes anyag - A, B, C és D nem változik az időben. Ez azt jelenti, hogy a reakció elérte az egyensúlyi helyzet és anyagok koncentrációi nem változik az idővel az úgynevezett egyensúlyi. De, ellentétben a mechanikai egyensúly, amelyben minden mozgás megáll kémiai egyensúly mindkét reakciót - a direkt és fordított - folyamatosan megy, de a sebesség egyenlő, és úgy tűnik, hogy nincs változás a rendszerben bekövetkezik.
Bizonyítsuk be áramló előre és hátra reakciók után az egyensúly elérése lehet a legkülönfélébb módokon. Például, ha a keverék a hidrogén, nitrogén és az ammónia, amely az egyensúlyi helyzetben, bevezetni kis izotóp hidrogén - deutérium D2. majd azonnal érzékeny vizsgálat kimutatja a deutérium atomok a molekulák ammónia. Ezzel szemben, ha bevezetjük a rendszerbe bites deuterált ammónia NH2 D, a deutérium azonnal megjelenik a kiindulási anyagok formájában HD, és D2 molekulák. Tovább látványos kísérletet végeztünk a Kémia Tanszék Moszkvai Állami Egyetemen. Az ezüst lemezt helyezünk egy ezüst-nitrát oldatot, miáltal nem figyeltünk meg változást. Aztán be egy kis mennyiségű radioaktív ezüstionok oldatban, amely után az ezüst lemez volt radioaktív. Ez a radioaktivitás nem „mossa le” vagy öblítés a lemezt vízzel vagy mosással sósavval. Csak salétromsav maratás vagy megmunkálása a felületet finom csiszolópapírral így inaktív. Ahhoz, hogy magyarázza ezt a kísérletet lehet egyedileg: a fém és az oldatot folyamatosan cserélt ezüst atomok, azaz A rendszer egy reverzibilis reakciót Ag (S) - e - = Ag +. Ezért, a mellett a radioaktív ionok Ag +, egy oldathoz, vezetett a „végrehajtása” a rekord formájában elektroneutrális de még mindig radioaktív atomok.
Így, nem csak az egyensúlyi kémiai reakciók között gázok vagy oldatok, hanem a folyamatok feloldjuk a fémek, üledékek. Például, a szilárd anyag feloldódik leggyorsabban, ha elhelyezni a tiszta oldószerrel, amikor a rendszer egyensúlytól távoli, ebben az esetben - egy telített oldat. Fokozatosan, a kioldódási sebesség csökken, és ezzel egyidejűleg növeli a fordított folyamat sebessége - az átmeneti anyag az oldatból kristályos csapadék válik ki. Amikor az oldat telítetté válik, a rendszer eléri az egyensúlyi állapotot, az oldódás sebességét és kristályosítás egyenlő, és a súlya üledék idővel nem változik.
Az egyensúlyi állandó.
A legfontosabb paraméter jellemző megfordítható kémiai reakció - egyensúlyi állandó K. Ha a rekordot a figyelembe vett reverzibilis reakció A + DC + D egyenlő sebességek állapotban a forward és reverz reakciót az egyensúlyi állapotban - K1 [A] egyenlő [B] eq = k2 [C] [ D] ekv. ahol a [C] egyenlő [D] eq / [A] egyenlő [B] eq = K1 / K2 = K értéke K az egyensúlyi állandó a kémiai reakció.