The Chemical Equilibrium

2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12

Definicija: Javlja se kada je, u reverzibilnoj reakciji, brzina reakcije naprijed jednaka brzini reverzne reakcije. Jednom kada se postigne ravnotežno stanje, koncentracije reaktanata i produkata ostaju konstantne. Razmotrite generičku jednačinu:

gdje:

– v₁ je stopa reakcije naprijed, a v_{2 je stopa obrnute reakcije.}

A princip v₁ je maksimum jer koncentracije A i B imaju maksimalne vrijednosti, dok je v₂ jednako nuli, jer C i D još nisu formirani. Kako se reakcija javlja, A i B se smanjuju, a C i D povećavaju, tako da v₁ opada i v₂ raste, sve dok se te dvije brzine su jednaki. U trenutku kada je v₁=v₂, možemo reći da sistem postiže ravnotežno stanje.

Kada se postigne ravnotežno stanje, hemijska reakcija nastavlja da se odvija (mikroskopski nivo) u oba smera, istom brzinom i stoga koncentracije reaktanata i produkata ostaju konstantne. Stoga možemo reći da je ravnoteža dinamička ravnoteža.

Kada se posmatra sistem kao celina (makroskopski nivo), reakcija je očigledno stala, jer koncentracije reaktanata i produkata ostaju nepromenjene na neodređeno vreme.

Za stanje koje treba postićistanje, potrebno je da:

– sistem je u datiranom kontejneru;

– temperatura ostaje konstantna.

Grafički možemo predstaviti:

Ocjena

Hemijske ravnoteže se mogu klasificirati na homogene i heterogene.

Homogena ravnoteža

Je li onaj u kojem su svi učesnici u pojedinačnoj fazi. Stoga klasifikujemo sistem kao homogen.

H₂(g) + I_{2(g) 2HI(g)}

HCN(aq) H⁺(aq) + CN^–(aq)

Heterogena ravnoteža

Je onaj u kojem su učesnici u više od jedne faze. Stoga klasifikujemo sistem kao heterogen.

C(s) + O₂(g) CO_2(g)

Stepen ravnoteže (α)

Označava procenat u molovima date vrste koji je reagovao da uspostavi ravnotežu. Možemo predstavljati:

Primjer

Razmatramo reakciju x → y + z, u kojoj, u početku, nalazimo 2,00 mola x, a u ravnoteži 0,80 mola nereagiranog x. Zaključujemo, dakle, da je reagovalo 2,00 – 0,80=1,20 mola x. Stepen ravnoteže ostaje:

Zaključujući, možemo reći da što je veća vrijednost α u ravnoteži, nalazimo manje ostataka reaktanata u većoj količini proizvoda. Što je niža vrijednost α u ravnoteži, nalazimo mnogoostatak reagensa i malo proizvoda.

Konstanta ravnoteže u terminima molarne koncentracije (Kc)

S obzirom na bilo kakvu reverzibilnu reakciju:

Primjenjujući Guldberg-Waage zakon masovne akcije, imamo:

• za reakciju naprijed:

v₁=K₁ [A]^a [B ^b

• za obrnutu reakciju:

v₂=K₂ [C]^c [D ^d

Balansiranje: v₁=v₂

K₁ [A]^a [B]^b=K ₂ [C]^c [D]^d

Odnos k1/k2 je konstantan i naziva se konstanta ravnoteže u smislu molarne koncentracije (K_c):

Konstanta ravnoteže K_{c je stoga omjer koncentracija produkta reakcije i koncentracija reaktanata reakcije, sve podignuto na eksponente koji odgovaraju koeficijentima reakcije.}

Primjedbe

a) Konstanta ravnoteže K_{c varira s temperaturom;}

b) Što je veća vrijednost K_c, veći je prinos reakcije, jer u brojiocu imamo proizvode, a u nazivniku reaktante. Stoga, upoređivanjem vrijednosti K_{c na dvije različite temperature, možemo znati na kojoj od njih je reakcijadirektno ima bolje performanse;}

c) Numerička vrijednost K_{c zavisi od toga kako je hemijska jednačina napisana.}

Na primjer:

Iz tog razloga moramo uvijek napisati hemijsku jednačinu zajedno sa vrijednošću K_c.

d) Konstanta ravnoteže je bezdimenzionalna, odnosno nema jedinicu.

Konstanta ravnoteže u smislu parcijalnih pritisaka (Kp)

Kada su komponente ravnoteže gasovite supstance, pored konstante K_c, možemo izraziti konstantu ravnoteže u terminima parcijalnih pritisaka (K_p).

Za reakciju:

konstanta ravnoteže može biti:

konstanta ravnoteže u smislu molarne koncentracije K_{c ó}

konstanta ravnoteže u smislu parcijalnih pritisaka K_p

Dakle, zaključujemo da je K_{p odnos proizvoda parcijalnih pritisaka gasovitih produkata i proizvoda parcijalnih pritisaka gasovitih reaktanata, gde su svi pritisci podignuti na eksponente jednake odgovarajućim koeficijentima, u uravnoteženoj hemijskoj jednačini.}

Na primjer:

H_2(g) + I_2(g) 2HI (g)

Primjedba

Za ravnotežu u heterogenom sistemu, čvrsto stanje nijeučestvuje u izrazima K_p i K_c, tečno stanje učestvuje samo u K_{c, a tečno stanje gasa učestvuje u oba izraza.}