Химиялық тепе-теңдік
Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы. Ле-шателье ережесі
жүктеу/скачать 101,78 Kb.
|
Лекция№5 каз
| 4. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы. Ле-шателье ережесі
Химиялық тепе-теңдіктің теңдеулерінен жүйедегі кез келген заттың (А, В, С немесе Д) қоюлығын өзгертсек, тепе-теңдіктің ығысатынын (оңға немесе солға) байқауға болады. Мысалы, А, В заттардыңқоюлықтарының көбеюі тепе-теңдікті реакция өнімдерін түзетін (С, Д) жаққа қарай ығыстырады. Өйткені 20, 20а-теңдеулеріндегі бөлшек бөлімінің артуы оның алымының да артуына әкеп соқтырады, себебі олардыңқарым-қатынасы - берілген жағдайда тұрақты шама. С, Д заттарыныңқоюлықтарыныңөзгеруі де тепе-теңдікті өзгертеді. Қысым мен температурада тепе-теңдіктің ығысуын өзгертеді екен. Тепе-теңдіктің ығысуы жаңадан қайта бір тепе-теңдік жағдайға алып келеді. Жүйенің бір тепе-теңдіктен екінші тепе-теңдік жағдайына өзгеру нәтижесіне байланысты ауысуы химиялық тепе-теңдіктің ығысуы деп аталады. Жүйенің сыртқы жағдайда байланысты тепе-теңдікке әсері Лө-Шателье ережесімен (принципімен) анықталады. Ол химиялық тепе-теңдіктің ығысу ережесі деп те аталады. 1884 ж. Лө-Шателье былай тұжырымдаған болатын: егер тепе-теңдік күйіндегі жүйеге сырттан әсер етсе (қоюлықты, қысымды температураны өзгертсе), онда жүйенің ішінде сол әсерді әлсірететін өздігінен жүретін процестер пайда болады. Жоғарыда химиялық тепе-теңдік кезінде тура және кері процестердің жылдамдықтары тең болады дегенбіз. Сондықтан сыртқы әсер екі жылдамдыққа бірдей әсер етпейді және жылдамдықтардың теңдігі бұзылады да, химиялық тепе-теңдік бір жаққақарай ығысады. Біраз уақыт өткен соң жүйе жаңа тепе-теңдік күйге келіп, тағы да кері және тура процестердің жылдамдықтары өзара теңеседі, бірақ ол жылдамдықтар бастапқы тепе-теңдік күйінің жылдамдығынан өзгеше болады. Жоғарыда көрсеткен аммиактың синтезделу реакциясын ескере отырып: N2+ 3H2←→2NH3 осы реакцияға қатысатын ең негізгі сыртқы факторлардың (қысым, температура, қоюлық) әсерлерін қарастырайық. 1. Температура өзгерісінің тепе-теңдікке әсері. Аммиактың синтезделу процесі - экзотермиялық процесс, яғни процесс барысында жылу бөлініп шығады. Керісінше, аммиактың ыдырауы - эндотермиялық процесс. Жоғарыда айтылған Лө-Шателье ережесі бойынша егер жүйені қыздырсақ, яғни температураны арттырсақ,химиялық тепе-теңдік сол температураны төмендететін жаққа (аммиактың ыдырауына) қарай ығысуы керек. Керісінше, егер температураны азайтса, химиялық тепе-теңдік аммиактың түзілу жағына қарай ығыстырады, ал сыртқы әсер әлсізденеді. Сонымен температураның артуы эндотермиялық реакцияны, ал температураның төмендеуі экзотермиялық реакцияны қуаттайды екен, оны сұлба түрінде былайша көрсетуге болады: экзотермиялық процесс N2+ 3H2←→2NH3 + 92 кдж. эндотермиялық процесс 2. Қоюлық өзгерісінің тепе-теңдікке әсері Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы ережесіне сәйкес, егер бір заттың қоюлығы артса, онда тепе-теңдік сол заттың қоюлығын кемітетін жаққа қарай ығысады. Керісінше, егер заттың қоюлығы кемісе, онда тепе-теңдік сол заттың қоюлығын арттыратын жаққа қарай ығысады. Аммиактың синтезделу процесінде азоттың қоюлығын кемітуден тепе-теңдік аммиактың ыдырау жағына - кері процесс жағына қарай ығысады. Дәл осы сияқты реакция жүйесіндегі басқа заттардың (сутек, аммиак) қоюлық өзгерістері тепе-теңдікті қалай ығыстыратынын да айтуға болады. 3. Қысымның тепе-теңдікке әсері. Тағы да аммиактың синтезделу реакциясын мысалға алып, қысымның тепе-теңдікке әсерін қарастырайық. Қысымның әсерін білу үшін алдымен көлемнің өзгеруін білу керек. Аммиактың синтезделу реакциясында тепе-тендік жүйеде жалпы молекулалар саны (2) азаяды. Керісінше, аммиактың ыдырау процесінде жалпы молекулалар саны (4) көбейеді. Аммиак түзілу кезінде көлем азаяды, өйткені 4 моль алғашқы заттардан (оның бір молі азот, үш мольі сутек) 2 моль аммиак түзіледі. Егер жүйенің қысымын көбейтсек (әрине тұрақты температура мен заттардың тұрақты қоюлықтарында), онда тепе-теңдік осы қысым азайтылған жаққа яғни аммиактың түзілу жағына қарай ығысады. Сонымен қысымның көбеюі аммиактың түзілуіне, ал қысымның азаюы, керісінше, аммиактың ыдырауына әкеп соғады. Жалпы алғанда-қысымның көбеюі тепе-теңдік жағдайда аз көлем алатын заттардың түзілуін, ал қысымның азаюы көп көлем алатын заттардың түзілуін қамтамасыз етеді. Әрине, қысымның әсері сол реакцияда газ заттары болғанда ғана білінеді. Егер әрекеттесуші заттар сұйық немесе қатты болса, онда қысымның тепе-теңдікке әсері шамалы-ақ болады немесе тіпті болмайды да. Егер қайтымды реакциялар кезінде жалпы молекулалар саны өзгермесе, онда да қысымның тепе-теңдікке әсері болмайды. Мысалы, H2+J2←→2HJ реакциясында молекулалардың саны өзгермейді. Сол себепті қысымның бірнеше рет өзгергеніне қарамастан, йодты сутектің диссоциациялау (ыдырау) дәрежесі тұрақты болып қалады. Жоғарыда біз химиялық тепе-теңдіктің ығысу ережесін біртекті гомогендік жүйелер үшін қарастырдық. Бұл ережені әртекті (гетерогендік) жүйелерде де пайдалануға болады. Мысал үшін кальций карбонатының ыдырауын қарастырайық. Жабық кеңістікте, жоғары температурада кальций карбонаты кальций оксиді мен көміртек (IV) оксидіне диссоциацияланады. СаСО3←→СаО + СО2 Бұл реакция әрі қатты фаза (СаСО3, СаО), әрі газ фазаларынан (СО2) тұратындықтан, гетерогендік жүйеге жатады. Бұл реакция экзотермиялық реакция болғандықтан, температураны арттыру - тепе-теңдікті кальций карбонатының ыдырау жағына қарай ығыстырса, керісінше жүйені салқындату, яғни температураны азайту - тепе-теңдікті кері процесс жағына қарай ығыстырады. Қысымды арттырудан тепе-теңдік - солға, ал қысымды азайтудан тепе-теңдік оңға қарай ығысады. Егер кальций карбонатының ыдырауы гомогендік реакция сияқты тек газ фазасында жүрсе, біз мынадай өрнек жазған болар едік: Кр=РCаО∙РСО2 /РСаСО3 Мұндағы Р РСаСО3>РCаО, РСО2 - СаСО3, СО2 және СаО буларының қысымы. Алайда қатты денелердің (СаСО3 және СаО) бу қысымдары тұрақты шама. Сондықтан: аО/РСаСО3 = К1 Ендеше Кр= К1 РСО2 болады. (22) Бұдан: РСО2= Кр / К1 = Кґр (23) 23-теңдеу диссоциациялану қысымы, яғни РСО2қысымы берілген температурада тұрақты бір мәнге сәйкес келеді, ол жүйедегі СаСО3, СаО концентрацияларына тәуелсіз болады. Егер жүйені газдың бір құрамдас бөлігінің фазасында, ал қалғандары конденсацияланған (қатты немесе сұйық) фазаларда болса, онда мұндай мәлімет басқа да гетерогендік жүйелерден байқалады. Егер гетерогендік жүйеде химиялық реакция газ фазаларының мольдер санын өзгертпесе, онда жалпы қысымныңөзгеруі тепе-теңдікке әсер етпейді, яғни тепе-теңдікті ығыстырмайды. Мысалы, төменгі реакция үшін ҒеО+СО= Ғе+СО2қысым тепе-тендікті өзгертпейді. Тағы айта кететін бір жайт, ол-катализаторлардыңәсері жөнінде. Катализатор тепе-теңдікті ығыстырмайды. Оның себебі: катализатор қатысында тура және кері реакциялардыңжылдамдықтары бірдей өзгеріп, тепе-теңдік еш жаққа да ығыспайды. жүктеу/скачать 101,78 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|