Cum mutat echilibrul reacției exoterme
Natura nu-i place să se schimbe
Dzhoziya Uillard Gibbs a introdus știința conceptelor fundamentale ale entropiei și entalpie, rezumând proprietatea de inerție pentru toate fenomenele generale în natură. esența lor este aceasta: totul în natură rezistă nici un impact, astfel încât lumea ca un întreg tinde la echilibru și haos. Dar, din cauza inerției soldului imediat nu poate stabilit, iar piesele de haos, care interacționează, generează anumite structuri, care este ordinea insulelor. Ca rezultat, al dublei mondială, și haotică și ordonat, în același timp.
Principiul Le Chatelier lui
Principiile Gibbs imediat urmează principiul menținerii echilibrului reacțiilor chimice, formulate în anul 1894 de către Henri Louis Le Chatelier: un sistem în echilibru chimic, cu orice impact asupra ei își schimbă starea ca să se apere de impact (offset).
Care este echilibrul chimic
„Equilibrium“ nu înseamnă că sistemul (de exemplu, un amestec de hidrogen și vapori de iod într-un vas închis) nu se întâmplă nimic. În acest caz, există întotdeauna două reacții: H2 + I2 = 2HI și 2HI = H2 + I2. Chimiștii un astfel de proces reprezintă o singură formulă, în care semnul egal este înlocuit cu o săgeată dublă sau două săgeți orientate opus: H2 + I2 2HI. Astfel de reacții sunt numite reversibile. Principiul Le Chatelier este valabilă numai pentru ei.
Într-un sistem de echilibru al ratei directe (dreapta) și înapoi (stânga-dreapta), reacțiile sunt egale, concentrația materiilor prime - de iod și hidrogen - și produsul de reacție al iodhidric, rămân neschimbate. Dar atomii si moleculele lor tot timpul în jurul valorii de graba, ciocnească între ele și parteneri în schimbare.
Sistemul nu poate fi una, și câteva perechi de reactanți. Ele pot fi, de asemenea, reacții complexe, atunci când interacțiunea dintre trei sau mai mulți reactivi și reacția catalitică. În acest caz, sistemul este în echilibru atunci când concentrația tuturor substanțelor nu se schimba. Aceasta înseamnă că viteza de reacție directă este egală cu rata de revers corespunzătoare.
reacții exoterme și endoterme
Reacțiile chimice Majoritatea are loc sau eliberarea de energie, care este transformată în căldură, sau prin absorbția căldurii din mediul înconjurător și utilizarea de energie pentru reacție. Prin urmare, ecuația de mai sus ar fi scrie corect, astfel: H2 + I2 2HI + Q, unde Q - cantitatea de energie implicată în reacția (căldură). Pentru calcularea corectă a energiei în joule indică în mod direct, de exemplu: FeO (t) + CO (g) Fe (t) + CO2 (g) + 17 kJ. Literele din paranteze (t), (f) sau (g) a spus în ce fază - solidă, lichidă sau gazoasă - este reactiv.
Constanta de echilibru
Parametrul principal al sistemului este echilibrul chimic constant Kc. Este raportul dintre pătratul concentrației (proporția) din produsul final la produsul din concentrațiile inițiale ale componentelor. Concentrația substanței poate fi desemnat indexul frontal sau (claritatea), pentru a încheia desemnarea sa în paranteze pătrate.
Pentru exemplul de mai sus obținem o expresie Kc = [HI] ^ 2 / ([H2] * [I2]). La 20 de grade Celsius (293 K) și presiunea atmosferică, valorile corespunzătoare sunt: [H2] = 0025, [I2] = 0.005 și [HI] = 0,09. Din aceasta vom obține, în condiții specificate, Kc = 64,8. nevoie substitut HI, în schimb 2HI, deoarece moleculele iodhidric nu se leagă unul de altul, și fiecare există în sine.
condițiile de reacție
Mai sus a spus minune „în condiții predeterminate.“ Constanta de echilibru depinde de o combinație de factori, cu care să reacționeze. În condiții normale, prezintă trei dintre toate: concentrația substanțelor, presiune (în cazul în care cel puțin unul dintre reactanți implicați în reacție în faza gazoasă) și temperatura.
concentrare
Să presupunem că au fost amestecate într-un vas (reactor) materiile prime A și B (poz. 1a în figură). (. Punctul 1b) În cazul în care produsul este îndepărtat în mod continuu reacționat cu, balanța nu va funcționa: reacția va, toate încetinind, în timp ce A și B nu sunt transformate complet în S. chimistul va spune, ne-am mutat balanța spre dreapta, la produsul final. Deplasarea echilibrului chimic la stânga înseamnă un decalaj față de materialul de pornire.
Dacă nu se face nimic, atunci când așa-numita concentrație de echilibru C procesului pare să se oprească (1c Pos.): Viteză de deplasare înainte și reacții egale invers. Acest fapt complică industria chimică, deoarece este foarte dificil de a obține o, materii prime fără reziduuri, produs finit curat.
Acum, să presupunem că A și B din noi (x), și C - (g). Apoi, dacă presiunea din reactor nu se schimbă (de exemplu, este foarte mare, poz. 2b), reacția va avea loc înainte de sfârșitul, atât Pos. 1b. Dacă presiunea se datorează alocarea de C va crește, vine mai devreme sau mai târziu, balanța (Poz. 2b). De asemenea, se interferează cu producția chimică, ci pentru a face față dificultăților mai ușor, deoarece C poate fi pompat.
Cu toate acestea, în cazul în care gazul final se obține mai puțin decât de pornire (2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) + 113 kJ, de exemplu), apoi din nou confruntat cu dificultăți. În acest caz - a materiilor prime este necesară, în general 3 moli, iar produsul final obținut prin 2 moli. Poate fi reacționat menținând presiunea în reactor, dar tehnic este dificil, și rămâne problema purității produsului.
temperatură
În cele din urmă, presupunem că reacția noastră este exotermă. În cazul în care căldura în mod continuu dissipatable ca în Poz. 3b, atunci, în principiu, se poate face să reacționeze A și B complet și a obține un perfect curat C. Cu toate acestea, timpul ar avea nevoie de un număr infinit, dar dacă reacția este exotermă, înseamnă posibilă tehnic pentru a obține produsul final orice puritate dorită. De aceea, chimiștii, inginerii încearcă să aleagă materiile prime astfel încât reacția a fost exotermă.
Dar dacă ai pus pe izolația termică a reactorului (poz. 3b), reacția vin repede la echilibru. Dacă este endotermă, atunci este nevoie de reactor pentru a încălzi pentru o mai bună claritate. Această metodă este, de asemenea, utilizat pe scară largă în tehnologia chimică.
Important de știut
Constanta de echilibru nu depinde de căldura de reacție și în prezența unui catalizator. Încălzire / răcire a reactorului sau introducerea catalizatorului, se poate accelera doar atingerea echilibrului. Dar puritatea produsului final furnizează metode discutate mai sus.