Ας εξετάσουμε μια γενική αντίδραση ανατροφοδότησης
Πειραματικές μελέτες δείχνουν ότι η ακόλουθη σχέση πληρούται σε κατάσταση ισορροπίας:
(οι τετράγωνες αγκύλες δείχνουν συγκέντρωση). Η παραπάνω αναλογία είναι μια μαθηματική έκφραση του νόμου της δράσης μάζας ή του νόμου της χημικής ισορροπίας, σύμφωνα με τον οποίο, σε κατάσταση χημικής ισορροπίας σε μια ορισμένη θερμοκρασία, το γινόμενο των συγκεντρώσεων των προϊόντων αντίδρασης σε δυνάμεις, δείκτες
που είναι ίσοι με τους αντίστοιχους συντελεστές στη στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης, διαιρούμενοι με παρόμοιο γινόμενο των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων στις αντίστοιχες δυνάμεις, είναι σταθερή τιμή. Αυτή η σταθερά ονομάζεται σταθερά ισορροπίας. Η έκφραση της σταθεράς ισορροπίας ως προς τις συγκεντρώσεις προϊόντων και αντιδρώντων είναι χαρακτηριστική για αντιδράσεις σε διαλύματα.
Σημειώστε ότι η δεξιά πλευρά της έκφρασης για τη σταθερά ισορροπίας περιέχει μόνο τις συγκεντρώσεις των διαλυμένων ουσιών. Δεν πρέπει να περιλαμβάνει όρους που σχετίζονται με τα καθαρά στερεά, τα καθαρά υγρά, τους διαλύτες που συμμετέχουν στην αντίδραση, καθώς αυτοί οι όροι είναι σταθεροί.
Για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αέρια, η σταθερά ισορροπίας εκφράζεται με όρους μερικών πιέσεων των αερίων και όχι ως προς τις συγκεντρώσεις τους. Σε αυτή την περίπτωση, η σταθερά ισορροπίας συμβολίζεται με το σύμβολο .
Η συγκέντρωση ενός αερίου μπορεί να εκφραστεί ως προς την πίεσή του χρησιμοποιώντας την εξίσωση κατάστασης ιδανικού αερίου (βλ. Ενότητα 3.1):
Από αυτή την εξίσωση προκύπτει
όπου είναι η συγκέντρωση αερίου, η οποία μπορεί να συμβολιστεί ως [αέριο]. Δεδομένου ότι είναι μια σταθερή τιμή, μπορούμε να το γράψουμε σε μια δεδομένη θερμοκρασία
Ας εκφράσουμε τη σταθερά ισορροπίας για την αντίδραση μεταξύ υδρογόνου και ιωδίου ως προς τις μερικές πιέσεις αυτών των αερίων.
Η εξίσωση αυτής της αντίδρασης έχει τη μορφή
Επομένως, η σταθερά ισορροπίας αυτής της αντίδρασης δίνεται από το
Ας δώσουμε προσοχή στο γεγονός ότι οι συγκεντρώσεις ή μερικές πιέσεις των προϊόντων, δηλαδή οι ουσίες που υποδεικνύονται στη δεξιά πλευρά της χημικής εξίσωσης, αποτελούν πάντα έναν αριθμητή και οι συγκεντρώσεις ή μερικές πιέσεις των αντιδραστηρίων, δηλαδή των ουσιών που υποδεικνύεται στην αριστερή πλευρά της χημικής εξίσωσης, να σχηματίζετε πάντα τον παρονομαστή της παράστασης για τη σταθερά ισορροπίας.
Μονάδες για τη σταθερά ισορροπίας
Η σταθερά ισορροπίας μπορεί να αποδειχθεί διαστατική ή αδιάστατη ποσότητα, ανάλογα με τον τύπο της μαθηματικής της έκφρασης. Στο παραπάνω παράδειγμα, η σταθερά ισορροπίας είναι αδιάστατη επειδή ο αριθμητής και ο παρονομαστής του κλάσματος έχουν τις ίδιες διαστάσεις. Διαφορετικά, η σταθερά ισορροπίας έχει μια διάσταση που εκφράζεται σε μονάδες συγκέντρωσης ή πίεσης.
Ποια είναι η διάσταση της σταθεράς ισορροπίας για την ακόλουθη αντίδραση;
Επομένως, έχει τη διάσταση (mol-dm-3)
Άρα, η διάσταση της θεωρούμενης σταθεράς ισορροπίας ή dm3/mol.
Ποια είναι η διάσταση της σταθεράς ισορροπίας για την ακόλουθη αντίδραση;
Η σταθερά ισορροπίας αυτής της αντίδρασης προσδιορίζεται από την έκφραση
Επομένως, έχει τη διάσταση
Άρα, η διάσταση αυτής της σταθεράς ισορροπίας: atm ή Pa.
Ετερογενείς ισορροπίες
Μέχρι στιγμής, έχουμε δώσει παραδείγματα μόνο ομοιογενών ισορροπιών. Για παράδειγμα, στην αντίδραση σύνθεσης υδροϊωδίου, τόσο το προϊόν όσο και τα δύο αντιδρώντα βρίσκονται σε αέρια κατάσταση.
Ως παράδειγμα αντίδρασης που οδηγεί σε ετερογενή ισορροπία, λάβετε υπόψη τη θερμική διάσταση του ανθρακικού ασβεστίου
Η σταθερά ισορροπίας αυτής της αντίδρασης δίνεται από το
Σημειώστε ότι αυτή η έκφραση δεν περιλαμβάνει όρους που αναφέρονται στα δύο στερεά που συμμετέχουν στην αντίδραση. Στο παράδειγμα που φαίνεται, η σταθερά ισορροπίας είναι η πίεση διάστασης του ανθρακικού ασβεστίου. Δείχνει ότι εάν το ανθρακικό ασβέστιο θερμαίνεται σε ένα κλειστό δοχείο, τότε η πίεση διάστασής του σε μια σταθερή θερμοκρασία δεν εξαρτάται από την ποσότητα του ανθρακικού ασβεστίου. Στην επόμενη ενότητα, θα μάθουμε πώς η σταθερά ισορροπίας αλλάζει με τη θερμοκρασία. Στο υπό εξέταση παράδειγμα, η πίεση διάστασης υπερβαίνει το 1 atm μόνο σε θερμοκρασία μεγαλύτερη.
σταθερός (από το λατ. constans, genus n.constantis - σταθερό, αμετάβλητο), - ένα τέτοιο αντικείμενο σε μια ορισμένη θεωρία, η έννοια του οποίου σε αυτήν τη θεωρία (ή, μερικές φορές, στενότερη θεώρηση) θεωρείται πάντα η ίδια. Οι Κ. αντιτίθενται σε τέτοια αντικείμενα, οι τιμές των οποίων αλλάζουν (από μόνες τους ή ανάλογα με την αλλαγή στις τιμές άλλων αντικειμένων). Η παρουσία του Κ. στην έκφραση πολλών. νόμοι της φύσης και η κοινωνία αντανακλά σχετίζεται. το αμετάβλητο ορισμένων πτυχών της πραγματικότητας, που εκδηλώνεται με την παρουσία προτύπων. Μια σημαντική ποικιλία του Κ. είναι το Κ., που σχετίζεται με τον αριθμό των φυσικών. ποσότητες, όπως μήκος, χρόνος, δύναμη, μάζα (για παράδειγμα, η μάζα ηρεμίας ενός ηλεκτρονίου) ή πιο πολύπλοκα μεγέθη που εκφράζονται αριθμητικά ως προς τους λόγους μεταξύ αυτών των K. ή των δυνάμεών τους, όπως όγκος, ταχύτητα, έργο, κλπ. .Π. (π.χ. η επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης). Αυτά από Κ. αυτού του είδους, to-rye θεωρούνται στα σύγχρονα. φυσικής (στο πλαίσιο των αντίστοιχων θεωριών της) σχετικής με ολόκληρο το παρατηρήσιμο τμήμα του σύμπαντος, που ονομάζεται. κόσμος (ή καθολικός) Κ.; Παραδείγματα τέτοιων κβαντικών είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό, η κβαντική σταθερά του Planck (δηλαδή η τιμή του λεγόμενου κβαντικού δράσης), η σταθερά της βαρύτητας και άλλα. 20ος αιώνας Ταυτόχρονα, κάποιοι ξένοι επιστήμονες (Άγγλος φυσικός και αστρονόμος A. Eddington, Γερμανός φυσικός Heisenberg, Αυστριακός φυσικός A. March κ.λπ.) προσπάθησαν να τους δώσουν ιδεαλιστές. ερμηνεία. Έτσι, ο Έντινγκτον είδε στο σύστημα του κόσμου κ. μια από τις εκδηλώσεις αυτάρκειας. η ύπαρξη ιδανικών μαθηματικών μορφές που εκφράζουν την αρμονία της φύσης και των νόμων της. Στην πραγματικότητα, η καθολική Κ. αντανακλούν όχι μια φανταστική αυτάρκεια. είναι (εκτός των πραγμάτων και της γνώσης) των υποδεικνυόμενων μορφών και (συνήθως εκφράζονται μαθηματικά) θεμελιώδεις κανονικότητες της αντικειμενικής πραγματικότητας, ειδικότερα, κανονικότητες που σχετίζονται με τη δομή της ύλης. βαθιά διαλεκτική. Η έννοια της παγκόσμιας κβαντικής μηχανικής αποκαλύπτεται στο γεγονός ότι μερικές από αυτές (η κβαντική σταθερά του Planck, η ταχύτητα του φωτός στο κενό) είναι ένα είδος κλίμακας που οριοθετεί διάφορες κατηγορίες διεργασιών που προχωρούν με θεμελιωδώς διαφορετικούς τρόπους. ταυτόχρονα τέτοια Κ. δηλώνουν την παρουσία ορισμένου. συνδέσεις μεταξύ των φαινομένων αυτών των τάξεων. Έτσι, η σύνδεση μεταξύ των νόμων της κλασικής. και η σχετικιστική μηχανική (βλ. Θεωρία της Σχετικότητας) μπορεί να καθοριστεί από την εξέταση μιας τέτοιας περιοριστικής μετάβασης των εξισώσεων κίνησης της σχετικιστικής μηχανικής στις εξισώσεις κίνησης της κλασικής. μηχανική, η οποία συνδέεται με την εξιδανίκευση, η οποία συνίσταται στην απόρριψη της ιδέας της ταχύτητας του φωτός στο κενό ως πεπερασμένο Κ. και στην κατανόηση της ταχύτητας του φωτός ως απείρως μεγάλη. με μια άλλη εξιδανίκευση, που συνίσταται στο να θεωρήσουμε το κβάντο δράσης ως απειροελάχιστο μέγεθος, οι εξισώσεις κίνησης της κβαντικής θεωρίας περνούν στις εξισώσεις κίνησης της κλασικής. μηχανική κλπ. Εκτός από αυτά τα σημαντικότερα Κ., καθορίζονται καθαρά φυσικά και εμφανίζονται στα σκευάσματα πολλών βασικών. οι νόμοι της φύσης χρησιμοποιούνται ευρέως στον ίδιο χώρο και τέτοιοι, που ορίζονται καθαρά μαθηματικά, το Κ., όπως ο αριθμός 0. 1; ? (ο λόγος της περιφέρειας προς τη διάμετρο). e (βάση φυσικών λογαρίθμων). Η σταθερά του Euler και άλλες. Όχι λιγότερο συχνά χρησιμοποιούνται και τα Κ., τα οποία είναι αποτελέσματα γνωστών μαθηματικών. πράξεων στο υποδεικνυόμενο Κ. Αλλά όσο πιο δύσκολο είναι να εκφραστεί το συχνά χρησιμοποιούμενο Κ. μέσω πιο απλά ορισμένου Κ. (ή απλούστερου Κ. όπως το 0 και 1) και γνωστών πράξεων, τόσο πιο ανεξάρτητη είναι η συμμετοχή του στις διατυπώσεις αυτών νόμους και σχέσεις, σε το-ρυχ συμβαίνει, τόσο πιο συχνά εισάγεται ένα ειδικό για αυτό. προσδιορισμό, υπολογίστε ή μετρήστε το όσο το δυνατόν ακριβέστερα. Μερικές από τις ποσότητες εμφανίζονται σποραδικά και είναι Κ. μόνο στο πλαίσιο της εξέτασης ενός συγκεκριμένου προβλήματος, και μπορεί ακόμη και να εξαρτώνται από την επιλογή των συνθηκών (τιμών παραμέτρων) του προβλήματος, γίνονται Κ. μόνο όταν αυτές οι συνθήκες είναι σταθερά. Τέτοια Κ. συχνά υποδηλώνονται με τα γράμματα C ή K (χωρίς να συνδέουν αυτές τις ονομασίες μια για πάντα με το ίδιο K.) ή απλώς γράφουν ότι αυτή και αυτή η τιμή \u003d συνιστούν. A. Kuznetsov, I. Lyakhov. Μόσχα. Σε περιπτώσεις όπου οι συναρτήσεις παίζουν το ρόλο των αντικειμένων που εξετάζονται στα μαθηματικά ή τη λογική, τα K. ονομάζονται τέτοια από αυτά, η τιμή των οποίων δεν εξαρτάται από τις τιμές των ορισμάτων αυτών των συναρτήσεων. Για παράδειγμα, Κ. είναι η διαφορά x–x ως συνάρτηση του x, επειδή για όλες τις (αριθμητικές) τιμές της μεταβλητής x, η τιμή της συνάρτησης x–x είναι ο ίδιος αριθμός 0. για όλες τις πιθανές τιμές του ορίσματός του Α, έχει (στο πλαίσιο της συνήθους, κλασικής άλγεβρας της λογικής) την ίδια τιμή 1 (η οποία χαρακτηρίζεται από τη λογική τιμή "αληθής" που προσδιορίζεται υπό όρους με αυτήν). Παράδειγμα πιο σύνθετου Κ. από την άλγεβρα της λογικής είναι η συνάρτηση (ΑΒ? ΒΑ). Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια συνάρτηση της οποίας η τιμή είναι σταθερή ταυτίζεται με αυτήν την ίδια την τιμή. Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή της συνάρτησης εμφανίζεται ήδη ως Κ. (ακριβέστερα ως συνάρτηση που είναι Κ.). Ορίσματα σε αυτή τη συνάρτηση μπορούν να είναι οποιεσδήποτε επιλεγμένες κυριολεκτικές μεταβλητές (π.χ., A, B, x, y, κ.λπ.), επειδή πάντως δεν εξαρτάται από αυτούς. Σε άλλες περιπτώσεις, μια τέτοια αναγνώριση μιας συνάρτησης, που είναι κλειδί, δεν γίνεται με την τιμή της, δηλ. διάκριση μεταξύ τέτοιων δύο Κ., εκ των οποίων το ένα έχει μια μεταβλητή ανάμεσα στα επιχειρήματά του, ενώ το άλλο δεν έχει. Αυτό καθιστά δυνατό, για παράδειγμα, να ορίσουμε μια συνάρτηση ως τον πίνακά της και επίσης απλοποιεί το σχηματικό. ορισμός ορισμένων πράξεων σε συναρτήσεις. Μαζί με τέτοιες σταθερές, οι τιμές των οποίων είναι αριθμοί (πιθανόν να ονομάζονται) ή χαρακτηρίζονται από αριθμούς, υπάρχουν και άλλες σταθερές. το σύνολο όλων των ακεραίων είναι μη αρνητικό. αριθμοί. Η τιμή της συνάρτησης, που είναι Κ., μπορεί επίσης να είναι αντικείμενο οποιασδήποτε φύσης. Για παράδειγμα, λαμβάνοντας υπόψη συναρτήσεις μιας τέτοιας μεταβλητής Α της οποίας οι τιμές είναι υποσύνολα της φυσικής σειράς, μπορεί κανείς να προσδιορίσει μία από αυτές τις συναρτήσεις της οποίας η τιμή για όλες τις τιμές της μεταβλητής Α είναι το σύνολο όλων των πρώτων αριθμών. Εκτός από τη φυσική ποσότητες και συναρτήσεις στο ρόλο τέτοιων αντικειμένων, μερικά από τα οποία αποδεικνύεται ότι είναι Κ., συχνά (ειδικά στη λογική και τη σημασιολογία) θεωρούν τα σημεία και τους συνδυασμούς τους: λέξεις, προτάσεις, όρους, τύπους κ.λπ. αυτές, οι έννοιες των οποίων δεν αναφέρονται συγκεκριμένα, οι σημασιολογικές τους σημασίες (εάν υπάρχουν). Ταυτόχρονα αποκαλύπτονται νέα Κ. Άρα στην αριθμητική. έκφραση (όρος) 2 + 3–2 Κ. δεν είναι μόνο οι αριθμοί 2 και 3 και τα αποτελέσματα των πράξεων σε αυτούς, αλλά και τα σημεία + και -, οι τιμές των οποίων είναι οι πράξεις πρόσθεσης και αφαίρεσης. Αυτά τα σημάδια, όντας Κ. εντός του θεωρητικού θεώρηση της συνηθισμένης σχολικής αριθμητικής και της άλγεβρας παύουν να είναι Κ. όταν μπούμε στην ευρύτερη περιοχή του σύγχρονου. άλγεβρα ή λογική, όπου το σύμβολο + σε ορισμένες περιπτώσεις έχει την έννοια της πράξης της συνήθους πρόσθεσης αριθμών, σε άλλες περιπτώσεις (για παράδειγμα, στην άλγεβρα της λογικής) - προσθήκη modulo 2 ή Boolean πρόσθεση, σε άλλες περιπτώσεις - άλλη πράξη . Ωστόσο, με στενότερες εκτιμήσεις (για παράδειγμα, κατά την κατασκευή ενός συγκεκριμένου αλγεβρικού ή λογικού συστήματος), οι έννοιες των σημείων των πράξεων καθορίζονται και αυτά τα πρόσημα, σε αντίθεση με τα πρόσημα των μεταβλητών, γίνονται Κ. Η επιλογή του λογικού. Ο Κ. παίζει ιδιαίτερο ρόλο όταν εφαρμόζεται σε αντικείμενα από τη φύση. Γλώσσα. Στο ρόλο του λογικού Κ. στα ρωσικά. η γλώσσα περιλαμβάνει, για παράδειγμα, συνδέσμους όπως "και", "ή", κ.λπ., ποσοτικές λέξεις όπως "όλα", "οποιοδήποτε", "υπάρχει", "κάποια" κ.λπ., όπως συνδετικά ρήματα, όπως " είναι», «ουσία», «είναι» κ.λπ., καθώς και πιο σύνθετες φράσεις όπως «αν…, τότε», «αν και μόνο αν», «υπάρχει μόνο ένα», «αυτό που» , "τέτοιο αυτό", "ισοδύναμο με αυτό" κ.λπ. Με την επισήμανση λογικών. Κ. στη φύση. Η γλώσσα είναι η αναγνώριση της ομοιότητας του ρόλου τους σε έναν τεράστιο αριθμό περιπτώσεων συμπερασμάτων ή άλλων συλλογισμών, που καθιστά δυνατό τον συνδυασμό αυτών των περιπτώσεων σε ένα ή άλλο ενιαίο σχήμα (λογικός κανόνας), στο οποίο αντικείμενα που διαφέρουν από αυτά που διακρίνονται από Κ. αντικαθίστανται από τις αντίστοιχες μεταβλητές. Όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των σχημάτων που μπορούν να καλύπτουν όλες τις περιπτώσεις συλλογιστικής που εξετάζονται, τόσο πιο απλά είναι αυτά τα σχήματα και όσο περισσότερο είμαστε εγγυημένοι για την πιθανότητα λανθασμένου συλλογισμού σε αυτά, τόσο πιο δικαιολογημένη είναι η επιλογή των λογικών που εμφανίζονται σε αυτά τα σχήματα. ΠΡΟΣ ΤΗΝ. A. Kuznetsov. Μόσχα. Λιτ.: Eddington;., Χώρος, χρόνος και βαρύτητα, μετάφρ. from English, Ο., 1923; Τζιν, Δ., Το σύμπαν γύρω μας, μτφρ. from English, L.–M., 1932; Γεννημένος Μ., Μυστηριώδης αριθμός 137, στο Σάββ.: Ουσπέχη νατ. Sciences, τ. 16, αρ. 6, 1936; Heisenberg W., Philos. προβλήματα ατομικής φυσικής, Μ., 1953; το δικό του, το Planck's Discovery και το DOS. φιλοσοφία ερωτήσεις του δόγματος των ατόμων, "Problems of Philosophy", 1958, No 11; δικό του, Physics and Philosophy, Μ., 1963; Σάβ. Τέχνη. με μαθηματικά. η λογική και οι εφαρμογές της σε ορισμένα ζητήματα της κυβερνητικής, στο: Τρ. μαθηματικά. in-ta, τ. 51, Μ., 1958; Kuznetsov IV, Τι είναι σωστό και τι λάθος ο Werner Heisenberg, "Problems of Philosophy", 1958, No 11; Uspensky V. ?., Lectures on computable functions, Moscow, 1960; Kay J. and Laby T., Tables of nat. και χημ. μόνιμη, ανά. from English, 2nd ed., M., 1962; Kurosh A. G., Lectures on General Algebra, M., 1962; Svidersky V.I., Για τη διαλεκτική των στοιχείων και της δομής στον αντικειμενικό κόσμο και στη γνώση, Μ., 1962, κεφ. 3; ?ddington A. St., New pathways in Science, Camb., 1935; δική του, Θεωρία της Σχετικότητας των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων, L., 1936; δικό του, Η φιλοσοφία της φυσικής επιστήμης, N. Y.–Camb., 1939; Louis de Broglie, physicien et penseur, P., ; Μάρτιος;., Die physikalische Erkenntnis und ihre Grenzen, 2 Aufl., Braunschweig, 1960.
Ας επιστρέψουμε στη διαδικασία παραγωγής αμμωνίας, η οποία εκφράζεται με την εξίσωση:
N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g)
Όντας σε κλειστό όγκο, το άζωτο και το υδρογόνο συνδυάζονται και σχηματίζουν αμμωνία. Πόσο καιρό θα πάρει αυτή η διαδικασία; Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι μέχρι να τελειώσει κάποιο από τα αντιδραστήρια. Ωστόσο, στην πραγματική ζωή αυτό δεν είναι απολύτως αλήθεια. Το γεγονός είναι ότι λίγο καιρό μετά την έναρξη της αντίδρασης, η προκύπτουσα αμμωνία θα αποσυντεθεί σε άζωτο και υδρογόνο, δηλ. θα ξεκινήσει η αντίστροφη αντίδραση:
2NH 3 (g) → N 2 (g) + 3H 2 (g)
Στην πραγματικότητα, δύο ακριβώς αντίθετες αντιδράσεις θα πραγματοποιηθούν σε έναν κλειστό όγκο ταυτόχρονα. Επομένως, αυτή η διαδικασία γράφεται ως εξής:
N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2NH 3 (g)
Το διπλό βέλος δείχνει ότι η αντίδραση γίνεται προς δύο κατευθύνσεις. Η αντίδραση του συνδυασμού αζώτου και υδρογόνου ονομάζεται άμεση αντίδραση. Η αντίδραση αποσύνθεσης της αμμωνίας - Αντίκτυπος.
Στην αρχή της διαδικασίας, ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης είναι πολύ υψηλός. Αλλά με την πάροδο του χρόνου, οι συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων μειώνονται και η ποσότητα της αμμωνίας αυξάνεται - ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης μειώνεται και ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης αυξάνεται. Έρχεται μια στιγμή που συγκρίνονται οι ρυθμοί των άμεσων και των αντίστροφων αντιδράσεων - εμφανίζεται χημική ισορροπία ή δυναμική ισορροπία. Σε κατάσταση ισορροπίας, συμβαίνουν και οι μπροστινές και οι αντίστροφες αντιδράσεις, αλλά οι ρυθμοί τους είναι οι ίδιοι, επομένως οι αλλαγές δεν είναι αισθητές.
Σταθερά ισορροπίας
Διαφορετικές αντιδράσεις προχωρούν με διαφορετικούς τρόπους. Σε ορισμένες αντιδράσεις, ένας αρκετά μεγάλος αριθμός προϊόντων αντίδρασης σχηματίζεται πριν από την έναρξη της ισορροπίας. σε άλλα, πολύ λιγότερο. Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι μια συγκεκριμένη εξίσωση έχει τη δική της σταθερά ισορροπίας. Γνωρίζοντας τη σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η σχετική ποσότητα των αντιδρώντων και των προϊόντων αντίδρασης στην οποία εμφανίζεται η χημική ισορροπία.
Ας περιγραφεί κάποια αντίδραση με την εξίσωση: aA + bB = cC + dD
- a, b, c, d - συντελεστές εξίσωσης αντίδρασης.
- A, B, C, D - χημικοί τύποι ουσιών.
Σταθερά ισορροπίας:
[C] c [D] d K = ———————— [A] a [B] β
Οι αγκύλες δείχνουν ότι οι μοριακές συγκεντρώσεις ουσιών εμπλέκονται στον τύπο.
Τι σημαίνει η σταθερά ισορροπίας;
Για τη σύνθεση αμμωνίας σε θερμοκρασία δωματίου K=3,5·10 8 . Αυτός είναι ένας αρκετά μεγάλος αριθμός, υποδεικνύοντας ότι η χημική ισορροπία θα συμβεί όταν η συγκέντρωση αμμωνίας είναι πολύ μεγαλύτερη από τις υπόλοιπες πρώτες ύλες.
Στην πραγματική παραγωγή αμμωνίας, το καθήκον του τεχνολόγου είναι να επιτύχει τον υψηλότερο δυνατό συντελεστή ισορροπίας, δηλ. έτσι ώστε η άμεση αντίδραση να πάει στο τέλος. Πώς μπορεί να επιτευχθεί αυτό;
Η αρχή του Le Chatelier
Η αρχή του Le Chatelierδιαβάζει:
Πώς να το καταλάβετε; Όλα είναι πολύ απλά. Υπάρχουν τρεις τρόποι για να σπάσετε την ισορροπία:
- αλλαγή της συγκέντρωσης της ουσίας·
- αλλαγή της θερμοκρασίας
- αλλάζοντας την πίεση.
Όταν η αντίδραση σύνθεσης αμμωνίας βρίσκεται σε ισορροπία, μπορεί να απεικονιστεί ως εξής (η αντίδραση είναι εξώθερμη):
N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g) + Θερμότητα
Αλλαγή συγκέντρωσης
Εισάγουμε μια επιπλέον ποσότητα αζώτου σε ένα ισορροπημένο σύστημα. Σε αυτήν την περίπτωση, η ισορροπία θα διαταραχθεί:
Η προς τα εμπρός αντίδραση θα αρχίσει να προχωρά πιο γρήγορα επειδή η ποσότητα του αζώτου έχει αυξηθεί και περισσότερο αντιδρά. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, η χημική ισορροπία θα έρθει ξανά, αλλά η συγκέντρωση του αζώτου θα είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση του υδρογόνου:
Όμως, είναι δυνατό να «λοξοδρομήσετε» το σύστημα προς την αριστερή πλευρά με άλλο τρόπο - «διευκολύνοντας» τη δεξιά πλευρά, για παράδειγμα, να αφαιρέσετε την αμμωνία από το σύστημα καθώς σχηματίζεται. Έτσι, η άμεση αντίδραση του σχηματισμού αμμωνίας θα κυριαρχήσει και πάλι.
Αλλάξτε τη θερμοκρασία
Η δεξιά πλευρά της «ζυγαριάς» μας μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας τη θερμοκρασία. Για να "ξεπεράσει" η αριστερή πλευρά, είναι απαραίτητο να "ελαφρύνετε" τη δεξιά πλευρά - για να μειώσετε τη θερμοκρασία:
Αλλάξτε την πίεση
Η διακοπή της ισορροπίας στο σύστημα με τη βοήθεια της πίεσης είναι δυνατή μόνο σε αντιδράσεις με αέρια. Υπάρχουν δύο τρόποι για να αυξήσετε την πίεση:
- μείωση του όγκου του συστήματος.
- εισαγωγή αδρανούς αερίου.
Καθώς η πίεση αυξάνεται, ο αριθμός των μοριακών συγκρούσεων αυξάνεται. Ταυτόχρονα, η συγκέντρωση των αερίων στο σύστημα αυξάνεται και οι ρυθμοί των μπροστινών και των αντίστροφων αντιδράσεων αλλάζουν - η ισορροπία διαταράσσεται. Για να αποκαταστήσει την ισορροπία, το σύστημα «προσπαθεί» να μειώσει την πίεση.
Κατά τη σύνθεση της αμμωνίας από 4 μόρια αζώτου και υδρογόνου, σχηματίζονται δύο μόρια αμμωνίας. Ως αποτέλεσμα, ο αριθμός των μορίων αερίου μειώνεται - η πίεση πέφτει. Κατά συνέπεια, για να επιτευχθεί ισορροπία μετά από μια αύξηση της πίεσης, ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης αυξάνεται.
Συνοψίζω.Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η παραγωγή αμμωνίας μπορεί να αυξηθεί με:
- αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδραστηρίων.
- μείωση της συγκέντρωσης των προϊόντων αντίδρασης.
- μείωση της θερμοκρασίας της αντίδρασης.
- αυξάνοντας την πίεση στην οποία συμβαίνει η αντίδραση.
