عوامل موثر بر تعادل شیمیایی

هنگامی که غلظت واکنش دهنده ها و محصولات در طول زمان تغییر نمی کند، گفته می شود که در حالت تعادل هستند. برای شناسایی این حالت می توان از پایداری برخی ویژگی های قابل مشاهده مانند فشار، چگالی و غیره استفاده کرد. تعادل فیزیکی تعادلی است که در فرآیندهای فیزیکی ایجاد می شود. تعادل شیمیایی حالت تعادل در یک فرآیند شیمیایی است.

دما، فشار و غلظت سیستم همگی عواملی هستند که بر تعادل تأثیر می گذارند. هنگامی که یکی از این عوامل تغییر می کند، تعادل سیستم مختل می شود و سیستم خود را دوباره تنظیم می کند تا زمانی که به حالت تعادل بازگردد. بخش های زیر به برخی از اساسی ترین جنبه هایی که بر تعادل تأثیر می گذارند می پردازد.

تعادل شیمیایی

تعادل شیمیایی حالتی از سیستم است که در آن غلظت واکنش دهنده و غلظت محصولات در طول زمان تغییر نمی کند و خواص سیستم تغییر نمی کند. وقتی سرعت واکنش رو به جلو با سرعت واکنش معکوس برابر شود، سیستم به تعادل شیمیایی می رسد.

در تعادل شیمیایی، سرعت واکنش رو به جلو با سرعت واکنش به عقب برابر است. بنابراین به وضعیت سیستمی اطلاق می شود که در آن غلظت واکنش دهنده و محصول در طول زمان در نوسان نیست.

ویژگی های سیستم دیگر پس از آن تغییر نمی کند و ثابت می شود. سیستم در حالت تعادل دینامیکی در نظر گرفته می شود که غلظت واکنش دهنده ها و محصولات به دلیل نرخ برابر واکنش های رو به جلو و معکوس تغییر نکند.

عوامل موثر بر تعادل

شیمیدانان فرانسوی لو شاتلیه و براون تعمیم های خاصی را برای توضیح تأثیر تغییرات دما، غلظت یا فشار بر وضعیت یک سیستم تعادلی پیشنهاد کردند. هنگامی که یکی از این پارامترها تغییر می کند، تعادل سیستم مختل می شود و سیستم خود را دوباره تنظیم می کند تا زمانی که به حالت تعادل بازگردد. اصل Le-Chatelier نام تعمیم است.

اصل لوشاتلیه را می توان این طور توصیف کرد: «تغییر در هر یک از اجزایی که شرایط تعادل یک سیستم را تعیین می کند، تعادل را به گونه ای حرکت می دهد که اثر تغییر کاهش یا خنثی شود».

این اصل برای پیش بینی کیفی تأثیر تغییر در غلظت ، فشار یا دما در سیستم تعادل بسیار مفید است. تعادل شیمیایی و فیزیکی هم توسط این اصل اداره می شود. دما ، فشار و غلظت سیستم همه عواملی هستند که بر تعادل تأثیر می گذارند. بخش زیر برخی از مهمترین عواملی را که بر تعادل تأثیر می گذارد ، می گذرد.

تغییر در غلظت

هنگامی که غلظت هر یک از واکنش دهنده ها یا محصولات موجود در یک واکنش تعادل تغییر می یابد ، ترکیب مخلوط تعادل به منظور به حداقل رساندن تأثیر تغییر غلظت تغییر می کند. طبق اصل le-chatelier ،

• واکنشی که ماده ای را که اضافه می شود مصرف می کند ، غلظت واکنش دهنده ها یا محصولات اضافه شده را کاهش می دهد.
• واکنش در مسیری که ماده ای را که خارج می شود دوباره پر می کند ، غلظت واکنش دهنده ها یا محصولات حذف شده را کاهش می دهد.

ممکن است نتیجه گیری شود که افزایش غلظت یک یا تمام گونه های واکنش دهنده باعث می شود تعادل به جلو تغییر کند و در نتیجه ایجاد محصولات بیشتری ایجاد می شود. هنگامی که غلظت یک یا چند گونه محصول افزایش می یابد ، تعادل به عقب حرکت می کند و در نتیجه تشکیل واکنش دهنده های بیشتری ایجاد می شود. بنابراین ، ترکیب مخلوط در تعادل شیمیایی هنگام تغییر غلظت واکنش دهنده یا محصول تغییر می کند.

تغییر دما

مطابق اصل Le-Chatelier اگر دمای سیستم تعادل افزایش یابد ، یعنی هنگام تأمین گرما ، تعادل در جهت گرمای اضافه شده حرکت می کند. با افزایش دما ، تعادل در جهت واکنش اندوترمی حرکت می کند. از طرف دیگر ، کاهش دما ، تعادل را در جهت تولید گرما تغییر می دهد و به نفع واکنش های دفع گرمایی است. با توجه به اصل Le-Chatelier ، تأثیر دما بر تعادل شیمیایی با علامت واکنش ΔH تعیین می شود.

• با افزایش دما ، ثابت تعادل یک واکنش گرمازا کاهش می یابد.
• با افزایش دما ، ثابت تعادل یک واکنش درون گرمی افزایش می یابد.

میزان واکنش علاوه بر ثابت تعادل ، تحت تأثیر تغییرات دما قرار می گیرد.

تغییر در فشار

حجم تغییر می کند ، که باعث تغییر در فشار می شود. از آنجا که تعداد کل واکنش دهنده ها و محصولات گازی در حال حاضر متفاوت است ، تغییر در فشار می تواند بر واکنش گازی تأثیر بگذارد. اگر تعداد خال های واکنش دهنده های گازی و محصولات تغییر نکند ، فشار در تعادل تأثیر ندارد. براساس اصل Le- چتلیر ، تغییر فشار در هر دو مایعات و مواد جامد را می توان در تعادل شیمیایی ناهمگن مورد غفلت قرار داد ، زیرا حجم یک راه حل تقریباً مستقل از فشار است. در نتیجه ، تغییر حجم به روش زیر بر تعادل تأثیر می گذارد:

• با افزایش فشار ، واکنش معکوس می شود زیرا تعداد خال های گاز در طرف واکنش دهنده کاهش می یابد.
• هنگامی که فشار کاهش می یابد ، واکنش به جلو پیش می رود زیرا تعداد خال های گاز در سمت محصول کاهش می یابد.

تغییر در حجم

از آنجا که افزایش فشار منجر به کاهش حجم می شود ، تأثیر تغییر در حجم دقیقاً بر خلاف تغییر فشار خواهد بود. در نتیجه ، تغییر حجم تأثیر زیر را در تعادل دارد:

• هنگامی که حجم مخلوط گازی در تعادل کاهش می یابد ، تعادل در جهت تعداد کمتری از مولکول های گازی حرکت می کند.
• هنگامی که حجم مخلوط گازی در تعادل افزایش می یابد ، تعادل در جهت تعداد بیشتری از مولکول های گازی حرکت می کند.

تأثیر یک کاتالیزور

تعادل توسط کاتالیزور بی تأثیر است. این به این دلیل است که کاتالیزور به طور مساوی از واکنش های رو به جلو و عقب استفاده می کند. در نتیجه ، نسبت نرخ به جلو به معکوس بدون تغییر باقی می ماند و هیچ تغییر خالص در تعداد نسبی واکنش دهنده ها و محصولات موجود در تعادل وجود ندارد. بنابراین ، یک کاتالیزور هیچ تاثیری در موقعیت تعادل ندارد.

در نتیجه ، یک کاتالیزور هیچ تاثیری در تعادل شیمیایی ندارد. این به سادگی یک واکنش را تسریع می کند. یک کاتالیزور ، به طور کلی ، هر دو واکنش به جلو و معکوس را سرعت می بخشد. بنابراین ، واکنش سریعتر به تعادل می رسد.

در یک واکنش کاتالیز شده یا غیر کاتالیز شده ، همان تعداد واکنش دهنده ها و محصولات در تعادل وجود خواهد داشت. وجود یک کاتالیزور به سادگی با اجازه دادن به آن از طریق حالت انتقال انرژی کمتر از واکنش دهنده ها به محصولات ، به واکنش کمک می کند.

تأثیر افزودن گاز بی اثر

بسته به شرایط ، اضافه کردن گاز بی اثر به تعادل اثرات زیر را دارد.

• افزودن گاز بی اثر در حجم ثابت- هنگامی که حجم ثابت گاز بی اثر به سیستم تعادل اضافه می شود ، فشار کل افزایش می یابد. از طرف دیگر غلظت واکنش دهنده ها و محصولات بدون تغییر باقی می ماند. در نتیجه ، تحت این شرایط هیچ تاثیری در تعادل نخواهد داشت.
• افزودن گاز بی اثر در فشار ثابت- هنگامی که در فشار ثابت ، یک گاز بی اثر به سیستم تعادل اضافه می شود ، حجم افزایش می یابد. در نتیجه ، تعداد خال در واحد حجم واکنش دهنده ها و محصولات مختلف کاهش می یابد. بنابراین ، تعادل به نفع افزایش تعداد خال های گازها تغییر می کند.

س questions الات نمونه

سوال 1: در دمای 27 درجه سانتیگراد و 127 درجه سانتیگراد ، ثابت تعادل واکنش به ترتیب 1 0-3 × 1 0-3 و 1 0-2 7. 6 است. آیا این یک واکنش اندوترمیک یا گرمازدگی است؟

پاسخ:

با افزایش دما ، ثابت تعادل یک واکنش اندوترمیک افزایش می یابد. با توجه به اینکه ثابت تعادل با دما از 10 × 1 0-3 به 1 0-2 7. 6 7. 6 افزایش یافته است ، بنابراین واکنش در جهت رو به جلو است.

سوال 2: اهمیت اصطلاح "تعادل پویا" برای تعادل شیمیایی چیست؟

پاسخ:

مرحله تعادل به عنوان مرحله ای تعریف می شود که میزان پاسخ رو به جلو برابر با میزان واکنش عقب مانده است. تعداد مولکولهای واکنش دهنده تبدیل به محصولات و مولکول های محصول که به واکنش دهنده ها تبدیل می شوند در این مرحله یکسان است. تعادل شیمیایی پویا است زیرا همان تعادل را می توان با همان واکنش دهنده ها در شرایط یکسان در هر نقطه با تبادل مولکول مداوم بدست آورد.

سؤال 3: وقتی تعادل حاصل می شود ، چه اتفاقی برای نرخ واکنش رو به جلو و عقب می افتد؟

پاسخ:

با رسیدن تعادل ، میزان واکنش رو به جلو برابر با میزان واکنش عقب مانده است.

سوال 4: واکنش تعادل در حضور یک کاتالیزور کدام جهت را تغییر می دهد؟

پاسخ:

میزان واکنشهای رو به جلو و عقب به همان اندازه توسط یک کاتالیزور مورد حمایت قرار می گیرد. در نتیجه ، حضور یک کاتالیزور هیچ تاثیری در تعادل ندارد.

سوال 5: اگر دمای واکنش زیر افزایش یابد ، تعادل به کدام جهت تغییر می کند؟

پاسخ:

این فرآیند درون زا است زیرا گرمای واکنش داده شده مثبت است. بنابراین ، افزایش دما ، طبق اصل Le Chatelier ، تعادل را به سمت راست تغییر می دهد و تعداد بیشتری را تولید می کند₂.