Hemijska ravnoteža: šta je to, kako promijeniti

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Ravnoteža se obično shvata kao posebno stanje sistema ili tela, kada se svi uticaji koji se vrše na njega međusobno kompenzuju. Ili potpuno odsutan. U hemiji se koncept ravnoteže primjenjuje na reakcije koje se dešavaju između različitih supstanci, odnosno na uslove za njihovo odvijanje.

Koncept ravnoteže

Kemijske reakcije imaju mnogo klasifikacija prema različitim kriterijumima, ali kada govorimo o hemijskoj ravnoteži, treba zapamtiti šta su reverzibilne i ireverzibilne reakcije.

Ako se kao rezultat reakcije formiraju proizvodi koji ne stupaju u interakciju jedni s drugima, govore o nepovratnim reakcijama, odnosno idu samo u smjeru naprijed. Obično je jedan od proizvoda u njima gasovito, blago disocirajuće ili netopivo jedinjenje. Na primjer:

Pb(NO₃)₂ + 2ΗCl PbCl₂↓ + 2HNO 3

Na₂CO₃ + 2ΗCl 2NaCl + CO₂↑ + Η 2_O

NaOΗ + ΗCl NaCl + Η₂O

Proizvodi reverzibilnih reakcija su u stanju da stupe u interakciju jedni sa drugima, formirajući tako početne supstance, tj.dvije suprotno usmjerene reakcije odvijaju se istovremeno. Ako je u nekom trenutku, pod određenim uslovima, brzina reakcije naprijed jednaka brzini obrnute, tada se uspostavlja hemijska ravnoteža.

Treba napomenuti da je ovakva ravnoteža okarakterisana kao dinamička. Drugim riječima, obje reakcije se nastavljaju, ali koncentracije svih njenih učesnika ostaju nepromijenjene i nazivaju se ravnotežom.

Matematički, ovo stanje se izražava pomoću konstante ravnoteže (Kp). Neka postoji interakcija supstanci opisana jednačinom aΑ + bB sS + dD. Za suprotne reakcije mogu se napisati formule za izračunavanje njihovih brzina putem zakona djelujućih masa. Pošto će ove brzine biti jednake u stanju ravnoteže, moguće je izraziti omjer konstanti brzina dvije suprotne reakcije. Ovdje će ona biti numerički jednaka konstanti ravnoteže.

Vrijednost K_r pomaže da se utvrdi kompletnost tekućih reakcija. Ako K_p<1, tada reakcija u smjeru naprijed gotovo da se ne odvija. Ako K_r>1, tada se ravnoteža pomjera na proizvode.

Vrste ravnoteže

Hemijska ravnoteža je istinita, prividna i lažna. Znakovi za pravu ravnotežu su:

• Ako nema spoljašnjeg uticaja, onda je nepromenjen u vremenu.
• Ako se spoljni uticaji promene (ovo se odnosi na temperaturu, pritisak, itd.), tada se menja i stanje sistema. Ali treba samo vratiti početne vrijednosti uslova,ravnoteža se odmah uspostavlja.
• Stanje prave ravnoteže može se postići kako sa strane proizvoda hemijske reakcije, tako i iz polaznih supstanci.

Ako barem jedan od ovih uslova nije zadovoljen, onda kažemo da je takva ravnoteža prividna (metastabilna). Ako se stanje sistema počne nepovratno mijenjati kada se vanjski uvjeti promijene, tada se takva ravnoteža naziva lažna (ili inhibirana). Primjer potonjeg je reakcija željeza sa kisikom.

Koncept ravnoteže je nešto drugačiji u smislu termodinamike i kinetike. Termodinamička ravnoteža se podrazumijeva kao minimalna vrijednost Gibbsove energije za određeni sistem. Pravu ravnotežu karakteriše ΔG=0. A o stanju za koje su stope reakcije naprijed i nazad izjednačene, to jest, v₁=v_{2, kažu, šta je ravnoteža - kinetička.}

Le Chatelier princip

Henri Le Chatelier proučavao je obrasce pomeranja ravnoteže u 19. veku, ali je sažeo sve ove radove i kasnije formulisao princip pokretne ravnoteže Karl Brown:

ako se na ravnotežni sistem djeluje izvana, tada će se ravnoteža pomjeriti u smjeru smanjenja proizvedenog udara

Drugim rečima, ako postoji bilo kakav uticaj na ravnotežni sistem, on ima tendenciju da se promeni na takav način da je taj uticaj minimalan.

Equilibrium shift

Razmotrimo posljedice Le Chatelierovog principa koristeći primjer jednačinereakcije:

N₂+ 3Η₂2NΗ₃+ Q.

Ako povećate temperaturu, tada će se ravnoteža pomjeriti prema endotermnoj reakciji. U ovom primjeru se oslobađa toplina, što znači da je direktna reakcija egzotermna, a ravnoteža će se pomjeriti na početne supstance.

Ako povećate pritisak, to će dovesti do pomaka u ravnoteži na manje količine gasovitih materija. U gornjem primjeru, postoje 4 mola plinovitih polaznih materijala i 2 mola plinovitih proizvoda, što znači da će se ravnoteža pomjeriti na produkte reakcije.

Ako povećate koncentraciju polazne supstance, ravnoteža će se pomeriti u pravcu direktne reakcije i obrnuto. Dakle, ako povećate koncentraciju N₂ ili Η₂, tada će se ravnoteža pomjeriti u smjeru naprijed, a ako amonijak - onda u suprotnom smjeru.