Erklärung des chemischen Gleichgewichts, Faktoren, Typen, Beispiele

Er chemischer Gleichgewicht Es ist ein Zustand, der die reversiblen chemischen Reaktionen erreicht, in denen keine Variation von Konzentrationen oder Reagenzien oder der beteiligten Produkte hergestellt wird. Es ist gekennzeichnet, indem es dynamisch und nicht statisch ist; Das heißt, die Moleküle oder Atome reagieren weiter.

Ein ähnliches Gleichgewicht wird auch in Phasenveränderungen dargestellt, obwohl es keine Verbindungsunterbrechungen gibt. Zum Beispiel kann eine Flüssigkeit mit ihren Dämpfen sowie als Feststoff im Gleichgewicht sein. Ebenso schafft ein Feststoff ein Gleichgewicht mit den Gewässern, die es umgeben, wenn er ausgefällt oder kristallisiert ist.

In der chemischen Industrie ist Kenntnis des chemischen Gleichgewichts wichtig, um eine Synthese mit besseren Ausbeuten zu erhalten. Quelle: pxhere.

Sobald das chemische Gleichgewicht festgelegt ist, ist es nicht möglich, mehr Änderungen oder Antworten zu erhalten, es sei denn. In der Synthese eines Produkts werden daher mehrere Parameter wie Druck, Volumen oder Temperatur modifiziert, so dass die maximale Produktmenge im Gleichgewicht erzeugt wird.

Andernfalls ist in Saldo die Produktionsmengen unbefriedigend; Das heißt, es wird eine schlechte Reaktionsleistung geben. Deshalb ist das chemische Gleichgewicht für die chemische Industrie von entscheidender Bedeutung und im Allgemeinen für jede Synthese unabhängig von ihrer Skala.

Im chemischen Gleichgewicht kann es mehr Produkte oder mehr Reagenzien geben. Es hängt alles davon ab, wo das Gleichgewicht vertrieben wird. Unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren können Sie eine Balance zu einer der beiden Richtungen des Doppelpfeiles in der reversiblen Reaktion verschieben.

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Erklärung des chemischen Gleichgewichts

Vor dem Gleichgewicht

Beispiel dafür, wie sich eine Reaktion ihrem Gleichgewicht nähert. Quelle: openStax/cc by (https: // createRecommons.Org/lizenzen/bis/4.0)

Um zu verstehen, was der chemische Gleichgewicht ist, berücksichtigen Sie die folgende reversible Reaktion:

N₂ENTWEDER₄(g) ⇌ Nein₂(G)

Das Gas n₂ENTWEDER₄ Es ist farblos, während das Gas nicht tut₂ präsentiert eine braune oder braune Färbung. Wenn eine bestimmte Menge N in einen kleinen Fläschchen oder einen kleinen Behälter injiziert wird₂ENTWEDER₄, Dies wird farblos sein, bis das Gleichgewicht hergestellt ist.

Links vom oberen Bild ist zu sehen, dass fast alle Moleküle von n sind₂ENTWEDER₄ und dass die Konzentration von NO₂ Es ist Null.

Zeigen Sie auch zwei Diagramme an, die darstellen, wie der Trend im Gleichgewicht ist, wobei die gepunktete Linie zu der Zeit zeigt, dass nur der N injiziert wird₂ENTWEDER₄. Ein Diagramm entspricht der Konzentration vs. Zeit (Downst Hand) und der andere entspricht der Grafik mit Geschwindigkeit vs. Zeit (rechte Hand).

Die Konzentration von n₂ENTWEDER₄, [N₂ENTWEDER₄] (blaue Linie) nimmt allmählich ab, da ein Teil davon dissoziieren wird, Moleküle von NO zu produzieren₂. So ist die Konzentration von NO₂, [NEIN₂] (rote Linie), die zu Beginn gleich Null ist, wird bald zunehmen, wie der n₂ENTWEDER₄ Dissoziieren.

Es ist jedoch eine reversible Reaktion: ein Teil der NO -Moleküle₂ Sie werden sich der Form n anschließen₂ENTWEDER₄. Es wird daher zwei Reaktionen geben, die direkte und die Umkehrung mit jeweils eigene Geschwindigkeit.

Quelle: Slideshare.Netz

Reaktionsgeschwindigkeiten

Zunächst die Verbrauchsgeschwindigkeit von n₂ENTWEDER₄ ist größer als die Verbrauchsgeschwindigkeit von NO₂. Offensichtlich nur n mit n₂ENTWEDER₄, die wenigen Moleküle, die von nein gebildet werden₂ Sie können kaum reagieren. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Fläschchen orange zu kribbeln, weil es eine Mischung aus n gibt₂ENTWEDER₄ und nicht₂.

Nach und nach, da es mehr Moleküle von nein gibt₂ Auf der Straße und dass die N -Moleküle₂ENTWEDER₄ Sie dissoziieren, die Geschwindigkeiten der beiden Reaktionen stimmen überein, auch wenn sich die Konzentrationen voneinander unterscheiden. Das heißt, nein₂] ist tendenziell größer als [n)₂ENTWEDER₄], deshalb liegt die rote Linie über der bläulichen Linie.

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Beachten Sie, dass die Geschwindigkeit zu DC/DT wird, dh die Konzentrationsänderung in Bezug auf die Zeit. Deshalb die beiden C vs. t und V vs. T sind nicht identisch.

In Balance

Einmal das Paar n₂ENTWEDER₄-NEIN₂ Setzen Sie das Gleichgewicht, die Geschwindigkeiten beider Reaktionen werden übereinstimmen und die folgenden mathematischen Ausdrücke werden erhalten:

V_Direkte = k₁[N₂ENTWEDER₄]

V_umkehren = k_-1[NEIN₂]²

V_Direkte = V_umkehren

k₁[N₂ENTWEDER₄] = k_-1[NEIN₂]²

k₁/k_-1 = [Nein₂]²/ [N₂ENTWEDER₄]

K_Gl = [Nein₂]²/ [N₂ENTWEDER₄]

Zu diesem Zeitpunkt wird die Straße noch mehr als Brown gefärbt, da das Gleichgewicht mehr in Richtung der Bildung von [nein ist₂]. Das heißt, k_Gl, Die Gleichgewichtskonstante muss mehr als 1 unter Berücksichtigung der höheren Beziehung sein [Nein₂]²/ [N₂ENTWEDER₄].

In Gleichgewichtskonzentrationen [n₂ENTWEDER₄] und nicht₂] Sie bleiben konstant, wobei beide Reaktionen mit der gleichen Geschwindigkeit auftreten: Eine bestimmte Menge von N wird nur dissoziiert₂ENTWEDER₄, Die gleiche Menge wird sofort erzeugt, da eine bestimmte Menge von NO reagiert₂.

Aus diesem Grund wird gesagt, dass das chemische Gleichgewicht dynamisch ist: die Moleküle n₂ENTWEDER₄ und nicht₂ Sie nehmen immer noch an Reaktionen teil, auch wenn sich ihre Konzentrationen nicht verändert haben.

Und die gleichen Reaktionsgeschwindigkeiten für beide Sinne, die rote und bläuliche Linie in der Grafik V vs. T auf einer horizontalen Linie spielen.

Gleichgewichtskonstante

Die Gleichgewichtskonstante für die vorherige Reaktion wird bei einer bestimmten Temperatur immer gleich sein, unabhängig davon, wie viel n n₂ENTWEDER₄ wird am Anfang in die Straße injiziert. Dies ist so, dass eine Mischung aus n direkt injiziert wird₂ENTWEDER₄ und nicht₂, dann links in Ruhe gelassen, bis das Gleichgewicht erreicht.

Wenn das Gleichgewicht erreicht ist und die Konzentrationen gemessen werden [n)₂ENTWEDER₄] und nicht₂], die Beziehung [nein₂]²/ [N₂ENTWEDER₄] wird dem k das gleichen geben_Gl Für diese Reaktion. Je größer es ist (Keq >> 1), desto mehr Produkte werden sich in Balance befinden. Und die kleineren (keq << 1), más reactivos habrá en el equilibrio.

Konzentrationen [n₂ENTWEDER₄] und nicht₂] sie werden nicht immer. Wenn beispielsweise kleine Volumina in den Fläschchen injiziert werden oder im Gegenteil, dass sie Torrents dieser Gase in einen Reaktor injiziert werden, variieren die Größen erheblich. Jedoch k_Gl Es bleibt die gleiche, sofern die Temperatur in beiden Prozessen gleich ist.

K_Gl Es ist anfällig für Temperaturänderungen: Bei einer höheren Temperatur wird ein höherer Wert sein. Das heißt, bei einer höheren Temperatur wird es im Gleichgewicht zur Bildung von mehr Produkten tendieren. Dies ist so, es sei denn, die Reaktion ist exotherm, wie im folgenden Abschnitt erklärt wird.

Faktoren, die das chemische Gleichgewicht beeinflussen

Die Faktoren, die den chemischen Gleichgewicht in einer reversiblen Reaktion beeinflussen, sind: Konzentration, Druck und Temperatur.

- Konzentration

In einer reversiblen Reaktion nach dem Prinzip von Le Chatlier wird durch Erhöhen der Konzentration eines Reagenz.

Im Gegenteil, wenn ein Produkt zur Reaktion hinzugefügt wird, bewegt sich das chemische Gleichgewicht nach links, um die Konzentration der Reagenzien zu erhöhen. Wenn die folgende Reaktion als Beispiel angenommen wird:

C (s) +o₂(g) ⇌ 2 co (g)

Durch Erhöhen der Konzentration der Reagenzien (c und o₂), Der Gleichgewicht wird nach rechts, dh zur Bildung des Kohlenmonoxidprodukts (CO) (CO), dh zur Bildung von Kohlenmonoxid (CO). Eine Zunahme der CA -Konzentration führt jedoch zu einer Verschiebung des Gleichgewichts nach links, um die Konzentration von C und O zu erhöhen₂.

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- Druck

In einer in der Gasphase entwickelten Reaktion wird eine Variation des Volumens oder des auf den beteiligten Gasen ausgeübten Drucks zu einer Veränderung des Gleichgewichts führen, abhängig von der Anzahl der Mol der Reagenzien und der Produkte.

Wenn die Komponenten einer Reaktion (Reagenzien und Produkte) Unterschiede in der Anzahl der an einer Reaktion beteiligten Maulwürfe aufweisen, beispielsweise die Dimerisierung von Stickstoffdioxid (nein₂):

2 Nr₂(g) ⇌₂ENTWEDER₄(G)

Ein Anstieg des Drucks, der in einer Gasphase auf die Reaktion ausgeübt wird. In diesem Beispiel: Produkt n₂ENTWEDER₄.

Im Gegenteil, eine Abnahme des Drucks führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichts an der Seite der Reaktion, die die größte Anzahl von Gasmolen besitzt. In dem gegebenen Beispiel wird es sich in Richtung der Reagenzien bewegen (nein₂), Um der Druckabnahme entgegenzuwirken.

Wenn in einer Soda -Phasenreaktion die Mol der Reagenzien gleich den Mol der Produkte entsprechen, wirken sich die Druckänderungen nicht auf das chemische Gleichgewicht aus.

- Temperatur

Endotherme Reaktion

Bei einer endothermen Reaktion kann Wärme als Reagenz angesehen werden, da seine Versorgung erforderlich ist, damit die Reaktion auftritt:

A +q ⇌ b

Q = Wärme geliefert

Daher bewegt sich in einer endothermen Reaktion, wenn die Temperatur zunimmt. In der Zwischenzeit bewegt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur abnimmt, nach links.

Die Wärme ist Teil der Reagenzien, um sie in b zu verwandeln.

Exotherme Reaktion

In einer exothermen Reaktion wird Wärme erzeugt, was ein Produkt der Reaktion ist:

A ⇌ b +q

Bei einer exothermen Reaktion, wenn die Temperatur zunimmt. Wenn die Temperatur abnimmt, bewegt sich das Gleichgewicht nach rechts (Produkte).

Die Wärme ist Teil der Produkte, wenn die Temperatur zunimmt. Und daher wird das Gleichgewicht versuchen, zusätzliche Wärme zu nutzen, um mehr Reagenzien zu erzeugen. In diesem Fall mehr als.

Chemische Gleichgewichtstypen

Abhängig vom physikalischen Zustand der Reaktionskomponenten kann das chemische Gleichgewicht homogen oder heterogen sein.

Homogenes Gleichgewicht

In dieser Art von Gleichgewicht, alle Reagenzien und Produkte haben den gleichen Phase oder den gleichen Flüssigkeitsstatus. Zum Beispiel:

N₂(g) +3 h₂(g) ⇌ 2 NH₃(G)

Hier ist so₂, wie h₂ und der NH₃ Sie sind gasförmige Substanzen.

Heterogenes Gleichgewicht

Existiert wann nicht alle Reagenzien und Produkte haben die gleiche Phase oder körperliche Verfassung. Zum Beispiel:

2 Nahco₃(s) ⇌ na₂CO₃(s) +co₂(g) +h₂O (g)

Hier haben wir den Nahco₃ und na₂CO₃ als Feststoffe und der CO₂ und h₂Oder als Gase oder Dämpfe.

Beispiele für chemische Gleichgewicht

Dissoziation von Essigsäure in Wasser

Essigsäure, Cho₃COOH, dissoziiert in Wasser, in dem ein Gleichgewicht hergestellt wird:

CH₃Cooh (ac) + h₂Oder (l) ⇌ Cho₃Gurren^-(Ac) + h₃ENTWEDER⁺(Ac)

Reaktion, deren Gleichgewichtskonstante als Säurekonstante bezeichnet wird.

Isomerisierungentwedern der Butan

Das Gas N-Butano kann gemäß der folgenden reversiblen Reaktion isomerisiert werden, um das Isomer -Isomer zu erzeugen:

CH₃CH₂CH₂CH₃(g) ⇌ Cho₃Ch (Ch₃)₂(G)

Stickoxidbildung in der Atmosphäre

In der Atmosphäre kann Stickoxid, wenn auch sehr kaum, aus Stickstoff- und Luftsauerstoff gebildet werden:

N₂(g) + oder₂(g) ⇌ 2no (g)

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Das K_Gl Aus dieser Reaktion lautet 2 · 10^-31 Bei 25 ° C wird ein verabscheuungswürdiger Teil von NO gebildet.

ReaktionentwederN der Silberkomproduktion mit AmonYoAC

Silberionen, AG⁺, Sie können mit dem Ammoniak gemäß der folgenden reversiblen Reaktion abgeschlossen werden:

Ag⁺(Sonne) + 2nh₃(L) ⇌ [AG (NH₃)₂]⁺(Sonne)

Gelöste Übungen

Übung 1

Welche Art des chemischen Gleichgewichts entspricht der folgenden Reaktion?

2nocl (g) ⇌ 2no (g) + cl₂(G)

Diese Reaktion entspricht einem homogenen Gleichgewicht, da alle beteiligten Substanzen Nocl, NO und CL₂, Sie sind Gase.

Übung 2

Für die gleiche Reaktion von oben ist die Veränderung des Gleichgewichts zu erwarten, wenn der Druck plötzlich zunahm?

Zählen wir die Maulwürfe der Reagenzien:

2nocl

Wir haben 2 Mol Nocl. Erzählen wir nun die Maulwürfe der Produkte:

2no + cl₂

Wir haben drei Maulwürfe: zwei von NO und einer von CL₂. Es gibt mehr gasförmige Maulwürfe an der Seite der Produkte. Daher führt ein Druckerhöhung dazu. Auf diese Weise versucht das System, die Auswirkungen des Drucks zu mildern, was die Bildung von NOCL und nicht von NO und CL bevorzugt₂.

Übung 3

Nehmen wir für die gleiche Reaktion von oben an, dass plötzlich ein beträchtliches Volumen von CL injiziert wird₂. Was wird mit dem Gleichgewicht passieren?

Beim Hinzufügen von Cl₂ Zum Reaktor oder Behälter nimmt seine Konzentration als Produkt der Reaktion zu. Und deshalb wird das Gleichgewicht nach links zurückkehren, um mehr NOCL zu bilden.

Übung 4

Wenn die Dissoziation von NOCL bei 227 ºC eine 4 -Gleichgewichtskonstante von 4 hat.5 · 10^-4, In welcher Richtung ist das Gleichgewicht verschoben??

Wieder k sein k_Gl Weniger als 1 (4).5 · 10^-4 < 1), en el equilibrio se espera que haya más NOCl que NO o Cl₂, da es nach links vertrieben wird.

Übung 5

Nach der folgenden Reaktion im Gleichgewicht:

[CO (oh₂)₆]²⁺(Ac) +4cl^-(Ac) +q ⇌ [cocl₄]^2-(Ac) +6h₂Oder (l)

Und zu wissen, dass der Komplex [CO (OH)₂)₆]²⁺ Es ist rosa und der Komplex ist [cocl₄]^2- Es ist bläulich, welche Änderungen würden Sie erwarten zu sehen, ob Sie einen Behälter mit [CO (OH₂)₆]²⁺? Was würden Sie erwarten zu sehen, wenn ich nach dem Erhitzen des Behälters ihn mit Eis in ein Badezimmer platzieren würde?

Die Reaktion ist endotherm, da sie Wärme absorbiert, die als Reagenz. Daher beim Erhitzen des Behälters mit [CO (OH)₂)₆]²⁺, Das Gleichgewicht wird nach rechts in Richtung der Bildung von [cocl₄]^2-. Eine bläuliche Veränderung der rosa Färbung wird sein.

Dann, wenn der bläuliche Farbbehälter mit [COCl₄]^2- Es wird in ein Badezimmer mit Eis gelegt, die Reaktion wird nun nach links in Richtung der Bildung von CO (OH "bewegt₂)₆]²⁺:

[Cocl₄]^2-(Ac) +6h₂Oder (l) ⇌ [co (oh₂)₆]²⁺(Ac) +4cl^-(Ac) +q

Dies liegt daran, dass die umgekehrte Reaktion exotherm ist und die Wärme als Produkt hat. Daher beim Abkühlen des Behälters mit [COCL₄]^2- Blau, der Komplex [CO (OH (OH)₂)₆]²⁺, Und die rosa Farbe taucht wieder auf.

Verweise

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