Kémiai egyensúly
Ha egy cinkdarabot híg sósavval töltött kémcsőbe dob, hidrogén keletkezik, amely a kémcsőből távozik és mérőhengerbe gyűjthető. A kapott termék elveszik a rendszerben, tehát a nyitott rendszer. Ez a reakció visszafordítható lenne, ha a hidrogén- és cink-klorid termékeket magas hőmérsékleten és nagy nyomáson egy lezárt tartályba zárnák. Ezután kap egy zárt rendszer. Zárt rendszerekben kémiai egyensúly alakul ki egy idő után.
Kifelé irányuló reakció: H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g) Δ HR = −10 kJ/mol
aA + bB cC + dD
Amikor a végső anyagok koncentrációinak és a kiindulási anyagok koncentrációinak szorzatának hányadosa eléri az állandó értéket, akkor elérjük az egyensúlyi állapotot. Guldberg és Waage 1867-ben erre a törvényre hivatkoztak A tömeges cselekvés törvénye .
Számítási példa
Ha a jód és a hidrogén hidrogén-jodidot képez, 3,531 mol/l hidrogén-jodid koncentrációt kapunk egy bizonyos hőmérsékleten. Ugyanakkor a kiindulási anyagok koncentrációja 0,4789 mol/l. Most a koncentrációkat beillesztjük a tömeghatás törvényének egyenletébe:
A K = 54,36 állandó egy bizonyos hőmérsékletre vonatkozik, és a hőmérséklet csökkenésével nő.
A kémiai egyensúly befolyásolása
Több tényezőtől függ, hogy az egyensúly helyzete inkább a termékek oldalán, vagy inkább az alapanyagokon áll. Az egyensúlyi állandók nagyon nagy értéke esetén az egyensúly túlnyomórészt a termékek oldalán, nagyon kis értékeknél a kiindulási anyagok oldalán fekszik.
1.) A hőmérséklet változása az egyensúly eltolódásához vezet. Ezt a nitrogén-dioxid és dinitrogén-tetroxid egyensúlyi reakciójával kell szemléltetni:
A hőmérséklet növekedése kedvez az endoterm parciális reakciónak, az egyensúly balra tolódik. A jobb oldali részleges reakció az exoterm reakció, a bal oldali részleges reakció az endoterm reakció. Ezért a hőmérséklet emelkedésével több barna nitrogén-dioxid (NO2) képződik.
A hőmérséklet csökkentése kedvez az exoterm parciális reakciónak. Amikor a hőmérséklet csökken, a barna szín ismét csökken és több színtelen dinitrogén-tetroxid képződik, az egyensúly jobbra tolódik.
2.) Ha gázok vannak benne, a nyomásváltozás a kémiai egyensúlyt is eltolja. Ha a nyomás növekszik az anyagok zárt rendszerében, az egyensúly eltolódik abban az irányban, amelyben az anyagok kisebb térfogatot vesznek fel. Példa: Az ammóniaszintézis során a nitrogén térfogatrésze három térfogatrész hidrogénnel reagálva két térfogatrész ammóniagázt képez:
1884-ben Henry Louis Le Châtelier (1850-1936) francia vegyész megpróbált megfogalmazni egy törvényt, amely általában leírja, hogyan változik az egyensúly, amikor a külső körülmények, például a hőmérséklet és a nyomás megváltoznak. A törvény olyan Le Chatelier elve vagy mint A kényszer elől való menekülés elve ismert:
Ha a külső körülmények megváltoztatásával egyensúlyban lévő rendszerre kényszer kerül kifejtésre, az egyensúly oly módon elmozdul, hogy elkerülje a kényszert. Csökkentett kényszerrel új egyensúly alakul ki.
Noha az elv semmilyen mennyiségi megállapítást nem tehet, a laboratóriumok vegyi termékeinek gyártásában és a technológiában elengedhetetlen állításokat tesz.
A hőmérséklet és a nyomás változása mellett az érintett anyagok koncentrációjának változása az egyensúly eltolódását is okozza. A hányados szerint
Összegzés
Ha egy szintézisben a lehető legnagyobb hozamot szeretné elérni, akkor
- az egyik úgy változtatja meg a hőmérsékletet és a nyomást, hogy az egyensúlyi rendszer elkerülje a termékek felé irányuló nyomást,
- az egyik növeli a kiindulási anyag koncentrációját,
- egy terméket folyamatosan elvisz, vagy katalizátort ad hozzá. Ez azonban nem változtatja meg az egyensúlyi állandót, hanem felgyorsítja az egyensúly beállítását.
Ammónia szintézis
Készítsen saját könyvet: Alapszöveg Kémiai egyensúly