Stan równowagi chemicznej

Transkrypt

1 Stan równowagi hemiznej

2 Równowaga hemizna to taki stan układu złożonego z roduktów i substratów dowolnej reakji odwraalnej, w którym szybkość owstawania roduktów jest równa szybkośi ih rozadu Odwraalność reakji hemiznej to możliwość równozesnego jej rzebiegu w dwóh rzeiwnyh kierunkah

3 Równanie kinetyzne aa bb C dd Równanie kinetyzne jest matematyznym zaisem wiążąym szybkość reakji ze stężeniami reagentów. v k b a A B lub v k [A] a [B] b k - stała szybkośi reakji, A, B / [A], [B]- stężenia substratów A i B, a, b - zazwyzaj wsółzynniki stehiometryzne z reakji a+b = rząd reakji.

4 a A + b B v 1 v 2 C + d D v 1 = k 1 [A] a [B] b v 2 = k 2 [C] [D] d v 1 i v 2 odowiednio szybkość owstawania i rozadu roduktów reakji k 1 i k 2 stałe szybkośi tyh reakji W stanie równowagi v 1 = v 2 zyli: k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] [D] d k k 1 2 K [C] [A] a [D] [B] d b v 1 v 2 N. 2NO 2 2NO + O 2 2NO + O 2 2NO 2 v 1 = k 1 [NO 2 ] 2 v 2 = k 2 [NO] 2 [O 2 ] k 1 [NO 2 ] 2 =k 2 [NO] 2 [O 2 ] k k 1 2 K 2 [NO] [O [NO ] ]

5 Czym zajmuje się kinetyka hemizna? Badaniem szybkośi reakji hemiznyh orzez analizę ekserymentalną i teoretyzną. Zdefiniowanie równania kinetyznego dla danej reakji wymaga danyh ekserymentalnyh dotyząyh głównie zależnośi między stężeniem reagentów a szybkośią reakji. Wływem różnyh zmiennyh na szybkość reakji, takih jak temeratura zy obeność katalizatorów. Zebrane dane ekserymentalne, oddawane są analizie teoretyznej w elu ustalenia mehanizmu, stehiometrii reakji oraz doasowania odowiedniego równania kinetyznego.

6 Ois reakji hemiznej mehanizm reakji oisuje jak ząstezki reagują z sobą, które wiązania kolejno ulegają zerwaniu lub tworzeniu. Jest to zęsto zbiór elementarnyh reakji, które składają się na ałość rzemiany definiują jej mehanizm. stehiometria reakji określa ilośiowe zależnośi reagentów; jaka ilość moli danego substratu otrzebna jest do otrzymania określonej ilośi moli roduktu. rzędowość reakji oisuje zależność szybkośi reakji od stężenia substratu.

7 Czynniki wływająe na kinetykę reakji Każda reakja hemizna w określonyh warunkah ma swoją śiśle określona szybkość reakji wyrażaną orzez stałą kinetyzną. szybkość reakji zależna jest od natury reagentów. Czynniki wływająe na szybkość reakji kontrolowane odzas jej rzebiegu: - Stężenie molekuły reagująyh substanji muszą się ze sobą zderzać. - Stan skuienia molekuły muszą być ze sobą zmieszane by doszło do zderzeń. - Temeratura molekuły muszą się zderzać z odowiednią energią by doszło do rekji. - Użyie katalizatora.

8 Wływ zmian stężenia na stan równowagi A B C D K [C][D] [A][B] 1. Wrowadzenie substratów do roztworu Nastęuje zwiększenie wartośi mianownika, onieważ stała K w danej temeraturze nie ulega zmianie musi zwiększyć się wartość liznika. Wniosek: Przy zwiększeniu stężenia substratów w roztworze nastęuje rzesunięie równowagi w kierunku owstawania roduktów ( w rawo). 2. Wrowadzenie roduktów do roztworu ( lub usuwanie substratów) Nastęuje zwiększenie wartośi liznika, onieważ stała K nie ulega zmianie musi nastąić zwiększenie wartośi mianownika. Wniosek: rzy zwiększeniu stężenia roduktów w roztworze nastęuje rzesunięie równowagi w kierunku substratów( w lewo).

9 Wływ zmian temeratury na stan równowagi Wzrost temeratury rzesuwa ołożenie równowagi hemiznej, w myśl reguły rzekory i równoześnie zmienia wartość stałej równowagi K, w odróżnieniu od zmian stężenia, które rzesuwają równowagę rzy zahowaniu tej samej wartośi K. Jeżeli reakja jest endotermizna tzn. towarzyszy jej ohłanianie ieła to wzrost temeratury w myśl reguły rzekory rzesuwa równowagę w kierunku komensaji tej zmiany, zyli w kierunku ohłaniania ieła ( tj. z lewej strony na rawą). Wzrost temeratury w rzyadku reakji egzotermiznej egzoenergetyznej (takiej której towarzyszy wydzielanie ieła) rzesuwa ją w kierunku odwrotnym (z rawej strony na lewą). Katalizator a równowaga Katalizator nie wływa na ołożenie stanu równowagi. Katalizator w jednakowym stoniu zmienia szybkośi reakji w lewo i w rawo. Działanie katalizatora olega na skróeniu zasu otrzebnego do osiągnięia stanu równowagi.

10 Wływ zmian iśnienia na stan równowagi Zmiana iśnienia wywołuje zmiany w układzie jedynie wtedy, gdy lizba moli roduktów reakji jest różna od lizby substratów (zmienia się objętość roduktów w stosunku do objętośi zajmowanej rzez substraty). 3H NH 2 N2 2 3 Z 4 moli substratów owstaje 2 mole roduktów. Reakji rzebiegająej z lewa na rawo, towarzyszy zmniejszenie ilośi moli. Wzrost iśnienia w układzie, w którym zahodzi reakja syntezy amoniaku, sowoduje rzesunięie równowagi w kierunku komensaji iśnienia, zyli w kierunku zmniejszenia ilośi moli (tzn. w kierunku syntezy) N 2O4 2NO2 Wzrost iśnienia owoduje rzesunięie równowagi w lewo w kierunku tworzenia N 2 O 4 tj. w kierunku zmniejszenia ilośi moli. N O 2NO 2 2 Zmiana iśnienia nie wywołuje żadnyh zmian w układzie znajdująym się w stanie równowagi.

11 Jak włynie odwyższenie iśnienia, rzy stałej temeraturze, na równowagę nastęująyh reakji: 2CO O CO Odowiedź: równowaga rzesunie się w rawo Reakja omiędzy stałym węglem a dwutlenkiem węgla jest reakją endotermizną: C CO 2CO 2 W którą stronę rzesunie się równowaga od wływem wzrostu temeratury? Odowiedź: Równowaga rzesunie się w rawo.

12 Wływ warunków zewnętrznyh na stan równowagi REGUŁA LE CHATELIERA I BRAUNA (1887 r.) Jeżeli układ będąy w stanie równowagi zostanie oddany działaniu zynnika zaburzająego, to zahodzą w nim zmiany, które minimalizują działanie tego zynnika. Czynniki wływająe na stan równowagi to: stężenie reagentów iśnienie temeratura

13 a A + b B C + d D STĘŻENIE REAGENTA rzesunięie równowagi wrowadzenie substratu : usunięie substratu : wrowadzenie roduktu : usunięie roduktu :

14 CIŚNIENIE (reakje w fazie gazowej) Gdy zwiększa się iśnienie, równowagowy skład mieszaniny zmienia się w ten sosób, by zmalała lizba ząstek w fazie gazowej. (1) V rod. = V sub. n. H 2 + J 2 = 2HJ rzesunięie równowagi wzrost iśnienia : nie wływa obniżenie iśnienia (2) V rod. < V sub. n. N 2 + 3H 2 = 2NH 3 : nie wływa wzrost iśnienia obniżenie iśnienia : : rzesunięie równowagi (3) V rod. > V sub. n. N 2 O 4 = 2NO 2 wzrost iśnienia obniżenie iśnienia : : rzesunięie równowagi

15 TEMPERATURA (1) reakje egzotermizne a A + b B C + d D + Q rzesunięie równowagi wzrost temeratury : obniżenie temeratury : (2) reakje endotermizne a A + b B + Q C + d D rzesunięie równowagi wzrost temeratury : obniżenie temeratury : W reakjah egzotermiznyh wzrost temeratury srzyja tworzeniu substratów, natomiast w reakjah endotermiznyh wzrost temeratury srzyja tworzeniu roduktów.

16 SPOSOBY WYRAŻANIA STAŁEJ RÓWNOWAGI REAKCJI a A + b B C + d D b B a A d D C K,,, D C B A - iśnienia ząstkowe reagentów w stanie równowagi b B a A d D C K,,, D C B A - stężenia molowe reagentów w stanie równowagi n (RT) K K n różnia lizby moli roduktów i substratów

17 Dla Q>K a A + b B K K C + d D G > 0 G < 0 Q' 1 Q K' 1 K G Q' R T ln K' K R T ln Q STAŁA RÓWNOWAGI REAKCJI ( K ) definija Dla reakji odwraalnej, w stanie równowagi, w stałej temeraturze i od stałym iśnieniem, stosunek ilozynu stężeń molowyh roduktów (odniesionyh do odowiednih otęg wynikająyh ze stehiometrii równania reakji) do ilozynu stężeń molowyh substratów (odniesionyh do odowiednih otęg wynikająyh ze stehiometrii równania reakji) jest wielkośią stałą i nosi nazwę stałej równowagi reakji.

18 Stała równowagi reakji: jest wielkośią harakterystyzną dla danej reakji, zależy od iśnienia i temeratury (izobara van t Hoffa), a nie zależy od składu roztworu jest miarą wydajnośi reakji Na wartość stałej równowagi nie ma wływu obeność katalizatora!!! Katalizator wływa na szybkość (reakji) z jaką stan równowagi zostanie osiągnięty.