Je chemická rovnováha systém: 7 faktů, které byste měli vědět

V tomto článku bychom se měli dozvědět o chemické rovnováze jakékoli reakce a Le Chatelierův princip je chemická rovnováha systému.

Někdy všechny reakce nebyly dokončeny, pokud jsou na ně aplikovány vhodné podmínky. Po nějaké době se reakce zastaví ponecháním určitého množství reaktantu. Ve skutečnosti jdou do určité míry a pak se zastavily, protože v této fázi se zastavily, již dosáhly stavu rovnováhy. Takže při použití podmínek se reakce nemění a nejdou dopředu ani dozadu, pak musíme použít různé experimentální podmínky.

Rychlost reakce vpřed i vzad je v rovnovážném stavu stejná. Povaha rovnováhy je pro chemickou rovnováhu dynamická. Následující body je třeba poznamenat, že chemická rovnováha je systém.

1. rovnováha je dynamická
2. rovnovážného stavu lze dosáhnout z obou směrů.

1. Co je chemická rovnováha?

Uvažujme vratnou reakci, ke které dochází v uzavřené nádobě za podmínek konstantní teploty;

Rychlost této chemické reakce při konstantní teplotě závisí pouze na relativním množství nebo koncentraci reaktantů. Zvýšení koncentrace zvyšuje rychlost reakce, zatímco snížení koncentrace rychlost reakce snižuje.

Na začátku reakční systém neobsahuje ani C ani D, ale obsahuje A a B. Reakce tedy probíhá pouze v dopředném směru. V této situaci je koncentrace reaktantů vysoká, takže rychlost reakce se stává maximální v chemické rovnováze systému.

Jakmile se C a D začnou tvořit v dopředné reakci, interagují spolu, aby znovu vytvořily A a B. Na začátku reakce je koncentrace C a D velmi nízká, takže rychlost zpětné reakce je také zanedbatelná, v tu chvíli je chemická rovnováha systému.

Ale jak se koncentrace C a D s časem zvyšuje, zvyšuje se také rychlost zpětné reakce. Na druhou stranu, s rostoucí koncentrací C a D koncentrace A a B postupně klesají. V důsledku toho se rychlost dopředné reakce postupně snižuje. Po absolvování tohoto procesu, kdy nastává okamžik, kdy se rychlost dopředné a zpětné reakce v rovnovážném stavu vyrovná, je chemická rovnováha systémem.

Rovnovážný stav existuje v jakékoli reakci pouze tehdy, když se rychlost dopředné reakce a rychlost zpětné reakce rovná. V tomto stavu reakce nedosáhne stavu totální stagnace. Dopředná i zpětná reakce probíhají současně stejnou rychlostí reakce pro konkrétní reakci.

V rovnováze se nazývá koncentrace různých složek přítomných v reakčním systému rovnovážná koncentrace a celá směs je známá jako rovnovážná směs. Pokud jsou podmínky reakce (tj. teplota, tlak atd.) udržovány konstantní, relativní množství různých složek přítomných v reakčním systému se nemění s časem, pokud je systém v chemické rovnováze.

Definice chemické rovnováhy

Při dané teplotě a tlaku, při jakékoli vratné chemické reakci, se rychlost dopředné reakce a rychlost zpětné reakce rovná zpětné reakci a relativní množství různých složek přítomných v reakčním systému se s časem nemění. , pak se tento konkrétní stav nazývá stav chemické rovnováhy této konkrétní reakce je chemická rovnováha a systém.

Po ustavení rovnováhy jakékoli reverzibilní chemické reakce, pokud je reakční systém ponechán stát po neomezenou dobu při konstantní teplotě a tlaku, pak relativní množství reaktantů a produktů zůstane nezměněno, je chemická rovnováha systému.

Toto pozorování vede k dojmu, že reakce se úplně zastaví v rovnováze je chemická rovnováha systém.

Experimentálně však bylo prokázáno, že reakce neustala, spíše dopředná i zpětná reakce probíhají současně stejnou rychlostí.  

To je proč chemická rovnováha se označuje jako dynamický rovnováha.

2.    Proč je chemická rovnováha systém?

Než začneme, proč je chemická rovnováha systémem, měli bychom probrat faktor ovlivňující chemickou rovnováhu.

Stálost chemické rovnováhy

Nedochází k žádné změně v jeho rovnováze, pokud fyzikální a chemické podmínky této reakce zůstávají nezměněny, tj. rovnováha je charakterizována stálostí koncentrace reaktantů a také produktů. Ale změna stavu reakce může změnit stav rovnováhy je chemická rovnováha systému.

Dynamický charakter rovnováhy

I po dosažení rovnováhy, chemické reakce neustávají. Při stejné nebo stejné rychlosti probíhají reakce vpřed a vzad současně.

Když se rychlost dopředné reakce a rychlost zpětné reakce při jakékoli reverzibilní chemické reakci vyrovná, teprve potom reakce dosáhne rovnováhy nebo v tu chvíli můžeme říci, že reakce existuje ve svém rovnovážném stavu. Takže v rovnováze, pokud se některá z dopředných a zpětných reakcí stane 100% dokončena, samotná rovnováha ztratí svou existenci. Aby tedy rovnováha existovala, reakce obou směrů musí být neúplné, pokud je chemická rovnováha systému.

Dosažitelnost rovnováhy z obou směrů

Když je za určitých podmínek zahájena reverzibilní chemická reakce, buď s reaktanty nebo produkty této reakce, bude dosaženo stejné rovnováhy, tj. nezáleží na tom, zda jsou výchozími materiály reaktanty nebo produkty, za předpokladu, že experimentální podmínky jsou shodné v obou případech je chemická rovnováha a systém.

Katalyzátor nemůže změnit stav rovnováhy

Rovnovážný stav dosažený v případě jakékoli reverzibilní chemické reakce v přítomnosti nebo nepřítomnosti katalyzátoru je vždy shledán stejný, za předpokladu, že podmínky během reakcí jsou totožné. Jinými slovy, relativní množství reaktantu a produktu zůstává stejné, bez ohledu na to, zda je katalyzátor použit nebo ne, je chemická rovnováha systému.

Katalyzátory mohou pouze urychlit rychlost reakce, ale udržet rovnováhu.

3.    Když je systém v chemické rovnováze?

Když jsou v jakékoli reakci koncentrace reaktantů a koncentrace produktů stejné při aplikaci teploty nebo tlaku nebo dokonce koncentrace, pak je systém v rovnováze.

Existují dva systémy, kde je chemická rovnováha a systém se vyskytuje

Homogenní rovnováha

Rovnováha jakékoli chemické reakce, ve které jsou všechny látky, reaktanty i produkty ve stejné fázi nebo stejném fyzikálním stavu, je známá jako homogenní rovnováha.

N₂(g) + 3H₂(g) = 2NH₃(G)

Heterogenní rovnováha

Rovnováha jakékoli chemické reakce, ve které jsou reaktanty a produkty v různých fázích nebo různém fyzikálním stavu, je známá jako heterogenní rovnováha.

Zloděj₃(s) = CaO(s) + CO₂(G)

4.    Je chemická rovnováha uzavřeným systémem?

V uzavřený systém, jakákoli vratná reakce dosáhne stavu rovnováhy. Ve skutečnosti v uzavřené nádobě dochází k chemické rovnováze systému.

Reverzibilní reakce je známá jako reakce, kdy se produkty získávají interakcí mezi reaktanty, reagují mezi sebou za vzniku reaktantů a mezi reaktanty a produkty se za podmínek reakce ustaví rovnováha.

V uzavřené nádobě dochází k tepelnému rozkladu NH₄Cl je vratná reakce je chemická rovnováha systému.

Když se NH4Cl zahřívá v uzavřené nádobě na 350 °C⁰C, podléhá tepelnému rozkladu za vzniku plynů NH3 a HCl. Ale i po delší době bylo pozorováno, že kromě plynů NH3 a HCl zůstávají v nádobě nerozložené páry NH4Cl. To dokazuje, že rozklad Pára NH4Cl se působením tepla nikdy nedokončí je chemická rovnováha systém.

V další uzavřené nádobě se ekvimolární směs plynů NH3 a HCl zahřívá na 350⁰C po delší dobu a bylo zjištěno, že nádoba obsahuje páry NH4Cl spolu s plyny NH3 a HCl. To je reakce mezi NH3 a Plyny HCl v uzavřené nádobě se nikdy nedokončí je chemická rovnováha systém.

Lze tedy vyvodit závěr, že pára NH4Cl se zahříváním rozkládá za vzniku plynného NH3 a HCl, které spolu opět částečně reagují za vzniku plynného NH4Cl za daných podmínek reakce. Jinými slovy, tepelný rozklad par NH4Cl je vratná reakce.

Charakteristika reverzibilní reakce

Hlavní a jedinou charakteristikou reverzibilní reakce je, že dopředná a zpětná reakce probíhají současně. V dopředné reakci mezi sebou reaktanty reagují za vzniku produktů, zatímco produkty spolu vzájemně reagují za vzniku reaktantů ve zpětné reakci je chemická rovnováha systému.

Vzhledem k neúplnosti reverzibilní reakce se reaktanty při takových reakcích nikdy nevyčerpají.

V takových reakcích, rovnovážný stav existuje pouze tehdy, když se rychlost dopředné reakce a rychlost zpětné reakce v této konkrétní reakci vyrovnají a nedojde k žádné změně.

Pro vratnou reakci, v rovnovážném stavu je změna Gibbsovy volné energie nulová.

5.    Může v otevřeném systému nastat chemická rovnováha?

Abychom ukázali, zda reakce zůstává v chemické rovnováze v otevřeném systému, uvažujeme reakci. Většina reakcí je nevratná, pokud jsou prováděny v otevřených nádobách, ale pokud jsou stejné reakce prováděny v uzavřených nádobách, zdá se, že jde o vratné reakce.

Při pevném CaCO₃ se zahřívá v otevřené nádobě

Pokud se zahřívání provádí v exponovaném stavu, CO₂ plyn uniká z nádoby do vzduchu a zůstává pouze pevný CaO jako zbytek. V tomto případě je reaktant zcela vyčerpán. Reakce je tedy považována za nevratnou reakci a není pozorována žádná chemická rovnováha jako chemická rovnováha systému.

Takže v koncentraci produktů neexistuje žádná rovnováha, takže v otevřeném systému neexistuje chemická rovnováha. Hmota i teplo jsou zde vlastně úniky.

6.    Jak najít chemickou rovnováhu systému

Na základě zákona o působení hmoty můžeme předpovědět rovnováhu chemické reakce, která následuje po stechiometrickém výpočtu. V detailu můžeme místo chemické rovnováhy reakcí vypočítat rovnovážnou konstantu. Zákony hmotnostního působení lze definovat v závislosti na rychlosti reakce na koncentraci reaktantu stechiometrické reakce.

uvažujme následující chemickou reakci, kdy jeden grammol A reaguje s jedním grammolem b za vzniku jednoho grammolu C: A+B = C

Takže podle zákona hromadného působení je při určité teplotě v určitém okamžiku rychlost reakce chemická rovnováha systému.

  r α [A][B] nebo r =k[A][B]

kde k je konstanta úměrnosti, známá jako rychlostní konstanta. [A] a [B] jsou aktivní hmotnosti nebo molární koncentrace A a B v daném okamžiku.

Nyní přichází v různé rychlostní rovnovážné konstantě závisí na koncentraci, tlaku a molární koncentraci.

K_c – pokud jsou aktivní hmotnosti složek účastnících se jakékoli vratné chemické reakce v rovnováze vyjádřeny jako molární koncentrace, pak se získaná rovnovážná konstanta nazývá k_c.

aA+bB = dD+eE

k_c = [D]^d*[E]^e/[A]^a*[B]^b kde [A], [B], [D], [E] jsou molár koncentrace různých složek v rovnováze.

K_p – Pokud jsou aktivní hmotnosti složek účastnících se jakékoli vratné plynné reakce v rovnováze vyjádřeny jako parciální tlak, pak je takto získaná rovnovážná konstanta známá jako k_p.

aA(g)+bB(g) = dD(g)+eE(g)

K_p = str^d_D*p^e_E/p^a_A*p^b_B kde p_A, str_B, p_D, str_E  jsou parciální tlaky různých složkových plynů v rovnováze.

K_x – rovnovážná konstanta jakékoli reverzibilní chemické reakce, získaná vyjádřením molární koncentrace reaktantů a produktů pomocí jejich molárního zlomku, se označuje jako k_x.

aA+bB = dD+eE

k_x=x^d_D*x^e_E/x^a_A*x^b_B kde x_A, X_B,x_d,x_E jsou molární zlomky A, B, D a E v tomto pořadí v rovnováze.

7.    Le Chatelierův princip

Pokud je rovnovážný systém vystaven změně tlaku, teploty nebo koncentrace nebo jiných fyzikálních parametrů, pak se rovnováha sama posune takovým způsobem, že neutralizuje účinek této změny.

Faktory ovlivňující Le Chatelierův princip,

• Vliv zvyšování a snižování tlaku
• Vliv zvýšení a snížení teploty
• Vliv katalyzátoru na rovnováhu
• Vliv přídavku inertního plynu na rovnováhu

Proč investovat do čističky vzduchu?

Každá vratná reakce se snaží dosáhnout rovnovážného stavu. Tento rovnovážný stav nastává v důsledku přítomnosti teploty, tlaku, koncentrace reaktantů a dokonce i katalyzátorů.

Biswarup Chandra Dey

Ahoj……já jsem Biswarup Chandra Dey, dokončil jsem magisterské studium chemie na Central University of Punjab. Mým oborem je anorganická chemie. Chemie není jen o čtení řádek po řádku a memorování, je to koncept, kterému lze snadno porozumět, a zde s vámi sdílím koncept chemie, který se učím, protože o znalosti stojí za to se o ně podělit.