Le të shqyrtojmë reagimin e përgjithshëm të kundërt
Studimet eksperimentale tregojnë se në një gjendje ekuilibri ekziston marrëdhënia e mëposhtme:
(kllapat katrore tregojnë përqendrimin). Marrëdhënia e mësipërme është një shprehje matematikore e ligjit të veprimit të masës, ose ligjit të ekuilibrit kimik, sipas të cilit, në një gjendje ekuilibri kimik në një temperaturë të caktuar, produkti i përqendrimeve të produkteve të reaksionit në fuqi, eksponentë.
të cilët janë të barabartë me koeficientët përkatës në ekuacionin e reaksionit stekiometrik, pjesëtuar me një produkt të ngjashëm të përqendrimeve të reaktantëve në fuqitë përkatëse, paraqet një vlerë konstante. Kjo konstante quhet konstante e ekuilibrit. Shprehja e konstantës së ekuilibrit për sa i përket përqendrimeve të produkteve dhe reagentëve është tipike për reaksionet në tretësirë.
Vini re se ana e djathtë e shprehjes për konstantën e ekuilibrit përmban vetëm përqendrimet e substancave të tretura. Ai nuk duhet të përfshijë asnjë term që lidhet me lëndët e ngurta të pastra, lëngjet e pastra ose tretësit që marrin pjesë në reaksion, pasi këto terma janë konstante.
Për reaksionet që përfshijnë gazra, konstanta e ekuilibrit shprehet në terma të presioneve të pjesshme të gazeve dhe jo në terma të përqendrimeve të tyre. Në këtë rast, konstanta e ekuilibrit shënohet me simbolin.
Përqendrimi i një gazi mund të shprehet në termat e presionit të tij duke përdorur ekuacionin ideal të gjendjes së gazit (shih seksionin 3.1):
Nga ky ekuacion del
ku është përqendrimi i gazit, i cili mund të shënohet si [gaz]. Meqenëse - është një vlerë konstante, mund ta shkruajmë atë në një temperaturë të caktuar
Le të shprehim konstantën e ekuilibrit për reaksionin ndërmjet hidrogjenit dhe jodit në terma të presioneve të pjesshme të këtyre gazeve.
Ekuacioni për këtë reaksion ka formën
Prandaj, konstanta e ekuilibrit të këtij reaksioni jepet nga
Le të vërejmë se përqendrimet ose presionet e pjesshme të produkteve, d.m.th., substancat e treguara në anën e djathtë të ekuacionit kimik, formojnë gjithmonë numëruesin, dhe përqendrimet ose presionet e pjesshme të reaktantëve, d.m.th., substancat e treguara në anën e majtë të kimikatit. ekuacioni, formojnë gjithmonë emëruesin e shprehjes për konstantën e ekuilibrit.
Njësitë matëse për konstantën e ekuilibrit
Konstanta e ekuilibrit mund të jetë një sasi dimensionale ose pa dimension, në varësi të llojit të shprehjes së saj matematikore. Në shembullin e mësipërm, konstanta e ekuilibrit është një madhësi pa dimension, sepse numëruesi dhe emëruesi i thyesës kanë të njëjtat dimensione. Përndryshe, konstanta e ekuilibrit ka një dimension të shprehur në njësi të përqendrimit ose presionit.
Sa është dimensioni i konstantës së ekuilibrit për reaksionin e mëposhtëm?
Prandaj, ai ka një dimension (mol-dm-3)
Pra, dimensioni i konstantës së ekuilibrit në shqyrtim është ose dm3/mol.
Sa është dimensioni i konstantës së ekuilibrit për reaksionin e mëposhtëm?
Konstanta e ekuilibrit të këtij reaksioni përcaktohet nga shprehja
Prandaj, ajo ka dimension
Pra, dimensioni i kësaj konstante ekuilibri është: atm ose Pa.
Ekuilibri heterogjen
Deri më tani kemi dhënë shembuj vetëm të ekuilibrave homogjenë. Për shembull, në reaksionin e sintezës së jodidit të hidrogjenit, si produkti ashtu edhe të dy reaktantët janë në gjendje të gaztë.
Si shembull i një reaksioni që çon në ekuilibër heterogjen, merrni parasysh ndarjen termike të karbonatit të kalciumit
Konstanta e ekuilibrit të këtij reaksioni jepet nga
Vini re se kjo shprehje nuk përfshin asnjë term që lidhet me dy trupat e ngurtë të përfshirë në reagim. Në shembullin e dhënë, konstanta e ekuilibrit përfaqëson presionin e disociimit të karbonatit të kalciumit. Tregon se nëse karbonati i kalciumit nxehet në një enë të mbyllur, atëherë presioni i tij i disociimit në një temperaturë fikse nuk varet nga sasia e karbonatit të kalciumit. Në pjesën tjetër, do të mësojmë se si ndryshon konstanta e ekuilibrit me temperaturën. Në shembullin në shqyrtim, presioni i disociimit kalon 1 atm vetëm në një temperaturë më të lartë.
konstante (nga latinishtja constans, gen. konstantis - konstante, e pandryshueshme) - një nga objektet në një teori të caktuar, kuptimi i të cilit në kuadrin e kësaj teorie (ose, ndonjëherë, konsideratë më i ngushtë) konsiderohet gjithmonë i njëjtë. K. janë në kontrast me objekte të tilla, kuptimet e të cilave ndryshojnë (në vetvete ose në varësi të ndryshimeve në kuptimet e objekteve të tjera). Prania e K. kur shprehet shumës. pasqyron ligjet e natyrës dhe të shoqërisë. pandryshueshmëria e disa aspekteve të realitetit, e manifestuar në praninë e modeleve. Një varietet i rëndësishëm i K. është K., i cili klasifikohet si fizik. sasi, të tilla si gjatësia, koha, forca, masa (për shembull, masa e mbetur e një elektroni), ose sasi më komplekse, të shprehura numerikisht përmes marrëdhënieve midis këtyre sasive ose fuqive të tyre, si vëllimi, shpejtësia, puna, etj. .P. (p.sh., nxitimi i gravitetit në sipërfaqen e Tokës). Ato nga K. të këtij lloji, që konsiderohen në kohët moderne. fizikës (në kuadrin e teorive të saj përkatëse) që janë domethënëse për të gjithë pjesën e vëzhgueshme të Universit, e quajtur. botërore (ose universale) K.; Shembuj të këtyre parametrave kuantikë janë shpejtësia e dritës në vakum, konstanta kuantike e Planck-ut (d.m.th., vlera e të ashtuquajturës kuantike e veprimit), konstanta gravitacionale, etj. Shkenca tërhoqi vëmendjen për rëndësinë e madhe të konstanteve kuantike botërore në 20-30. Shekulli 20 Në të njëjtën kohë, disa shkencëtarë të huaj (fizikani dhe astronomi anglez A. Eddington, fizikani gjerman Heisenberg, fizikani austriak A. March etj.) u përpoqën t'u jepnin atyre një qasje idealiste. interpretimi. Kështu, Eddington pa në sistemin e kozmosit botëror një nga manifestimet e pavarësisë. ekzistenca e matematikës ideale forma që shprehin harmoninë e natyrës dhe ligjet e saj. Në fakt, K. universale nuk pasqyrojnë një vetvete imagjinare. ekzistenca (jashtë sendeve dhe njohurive) e formave të treguara, dhe (zakonisht e shprehur matematikisht) ligjet themelore të realitetit objektiv, në veçanti ligjet që lidhen me strukturën e materies. Dialektik i thellë. Kuptimi i parimeve të botës zbulohet në faktin se disa prej tyre (konstanta kuantike e Plankut, shpejtësia e dritës në vakum) janë një lloj peshore që kufizon klasa të ndryshme procesesh që vazhdojnë në mënyra thelbësisht të ndryshme; në të njëjtën kohë, K. e tillë tregojnë praninë e një përkufizimi. lidhjet ndërmjet dukurive të këtyre klasave. Kështu, lidhja midis ligjeve të klasike dhe mekanika relativiste (shih Teorinë e relativitetit) mund të përcaktohet duke marrë parasysh një kalim të tillë kufizues të ekuacioneve të lëvizjes së mekanikës relativiste në ekuacionet e lëvizjes së klasikes. mekanika, e cila lidhet me idealizimin, e cila konsiston në braktisjen e idesë së shpejtësisë së dritës në zbrazëti si një K e fundme. dhe në kuptimin e shpejtësisë së dritës si pafundësisht e madhe; me një idealizim tjetër, i cili konsiston në konsiderimin e kuantit të veprimit si një madhësi infiniteminale, ekuacionet e lëvizjes së teorisë kuantike shndërrohen në ekuacionet e lëvizjes të teorisë klasike. mekanike etj. Përveç këtyre K. më të rëndësishme, të përcaktuara thjesht fizikisht dhe që shfaqen në formulimet e shumë parimeve bazë. ligjet e natyrës, ato të përcaktuara thjesht matematikisht, K., si numrat 0, përdoren gjerësisht atje; 1; ? (raporti i perimetrit me diametrin); e (baza e logaritmeve natyrore); Jo më pak përdoren konstanta e Euler-it etj. K., të cilat janë rezultate të studimeve të njohura matematikore. operacione në komplekse të specifikuara Por sa më e vështirë të jetë të shprehet një kompleks i përdorur shpesh përmes komplekseve të përcaktuara më thjeshtë (ose komplekseve më të thjeshta si 0 dhe 1) dhe operacioneve të njohura, aq më e pavarur është pjesëmarrja e tij në formulimet e atyre ligjeve dhe marrëdhëniet sa më shpesh të ndodhë, aq më shpesh futen barna të veçanta për të. përcaktimi, llogaritja ose matja e tij sa më saktë që të jetë e mundur. Disa nga sasitë ndodhin herë pas here dhe janë Q. vetëm në kuadër të shqyrtimit të një problemi të caktuar, madje mund të varen nga zgjedhja e kushteve (vlerat e parametrave) të problemit, duke u bërë Q. vetëm kur këto kushte rregullohen. Madhësi të tilla shpesh shënohen me shkronjat C ose K (pa i lidhur këto emërtime njëherë e përgjithmonë me të njëjtën sasi) ose thjesht shkruajnë se një sasi e tillë = konst. A. Kuznetsov, I. Lyakhov. Moska. Në rastet kur në matematikë ose logjikë roli i objekteve në shqyrtim luhet nga funksione, ato quhen ato, vlera e të cilave nuk varet nga vlerat e argumenteve të këtyre funksioneve. Për shembull, K. është ndryshimi x–x në funksion të x, sepse për të gjitha vlerat (numerike) të ndryshores x, vlera e funksionit x–x është i njëjti numër 0. Një shembull i një funksioni algjebër logjik që është një K. është A/A (konsiderohet si funksion i “deklarata e ndryshueshme” A), pasi për të gjitha vlerat e mundshme të argumentit të tij A ka (brenda kuadrit të algjebrës së zakonshme, klasike të logjikës) të njëjtën vlerë 1 (e cila karakterizohet nga vlera logjike "e vërteta" e identifikuar në mënyrë konvencionale me të). Një shembull i një funksioni më kompleks nga algjebra e logjikës është funksioni (AB?BA). Në disa raste, një funksion, vlera e të cilit është konstante, identifikohet me vetë këtë vlerë. Në këtë rast, vlera e funksionit shfaqet si një K. (më saktë, si një funksion që është një K.). Çdo ndryshore e zgjedhur e shkronjave (për shembull, A, B, x, y, etj.) mund të konsiderohet si argumente për këtë funksion, pasi ajo gjithsesi nuk varet prej tyre. Në raste të tjera, një identifikim i tillë i një funksioni që është një K. nuk bëhet me kuptimin e tij, d.m.th. të dallojë dy argumente, njëri prej të cilëve ka një variabël midis argumenteve të tij, të cilin tjetri jo. Kjo lejon, për shembull, të përcaktojë një funksion si tabelën e tij, dhe gjithashtu thjeshton skemën. përcaktimi i operacioneve të caktuara në funksione. Krahas kodeve të tilla, vlerat e të cilave janë numra (ndoshta të emërtuar) ose karakterizohen me numra, ka edhe kode të tjera. Për shembull, në teorinë e grupeve, një kod i rëndësishëm është seria natyrore N, d.m.th. bashkësia e të gjithë numrave të plotë jo negativë. numrat. Vlera e një funksioni, i cili është një K., mund të jetë gjithashtu një objekt i çdo natyre. Për shembull, duke marrë parasysh funksionet e një ndryshoreje të tillë A, vlerat e së cilës janë nëngrupe të serisë natyrore, mund të përcaktohet një nga këto funksione, vlera e të cilit për të gjitha vlerat e ndryshores A do të jetë bashkësia e të gjithë numrave të thjeshtë. Përveç fizike sasitë dhe funksionet në rolin e objekteve të tilla, disa prej të cilave rezultojnë të jenë simbole, ata shpesh (sidomos në logjikë dhe semantikë) i konsiderojnë shenjat dhe kombinimet e tyre: fjalët, fjalitë, termat, formulat etj., dhe si kuptim ato të kuptimet e të cilëve nuk diskutohen veçanërisht, kuptimet e tyre semantike (nëse ka). Në të njëjtën kohë zbulohen K-të e reja Pra, në aritmetikë. Shprehja (termi) 2+3–2 K përmban jo vetëm numrat 2 dhe 3 dhe rezultatet e veprimeve mbi to, por edhe shenjat + dhe –, kuptimet e të cilave janë veprimet e mbledhjes dhe zbritjes. Këto shenja, duke qenë K. në kuadër të teorisë konsideratat e aritmetikës së zakonshme të shkollës dhe algjebrës pushojnë së qeni K. kur hyjmë në zonën më të gjerë të shkencës moderne. algjebër ose logjikë, ku shenja + në disa raste ka kuptimin e veprimit të mbledhjes së zakonshme të numrave, në raste të tjera (për shembull, në algjebrën e logjikës) - moduli i mbledhjes 2 ose shtimi Boolean, në raste të tjera - një operacion tjetër . Megjithatë, gjatë konsideratave më të ngushta (për shembull, kur ndërtohet një sistem specifik algjebrik ose logjik), kuptimet e shenjave të veprimeve fiksohen dhe këto shenja, në ndryshim nga shenjat e ndryshoreve, bëhen K. Izolimi i logjikës. K. luan një rol të veçantë kur aplikohet në objekte natyrore. gjuhe. Në rolin e logjikës K. në rusisht gjuha, për shembull, lidhëza të tilla si "dhe", "ose", etj., fjalë të tilla sasiore si "të gjithë", "të gjithë", "ekzistojnë", "disa", etj., folje të tilla lidhëse, si "është". ", "thelb", "është", etj., si dhe fraza të tilla më komplekse si "nëse ..., atëherë", "nëse dhe vetëm nëse", "ka vetëm një", "ai që" , “e tillë”, “ekuivalente me atë” etj. Me anë të nënvizimit të logjikës. K. në natyrore gjuha është njohja e ngjashmërisë së rolit të tyre në një numër të madh rastesh konkluzione ose arsyetime të tjera, gjë që bën të mundur kombinimin e këtyre rasteve në një ose një tjetër skemë të vetme (rregull logjik), në të cilin objekte të ndryshme nga ato të identifikuara nga parimet zëvendësohen nga variablat përkatës. Sa më i vogël të jetë numri i skemave që mund të mbulojnë të gjitha rastet e konsideruara të arsyetimit, aq më të thjeshta janë vetë këto skema dhe sa më shumë të jemi të garantuar ndaj mundësisë së arsyetimit të gabuar bazuar në to, aq më e justifikuar është zgjedhja e logjikave logjike që shfaqen. në këto skema. TE. A. Kuznetsov. Moska. Lit.: Eddington?., Hapësira, Koha dhe Graviteti, përkth. nga anglishtja, O., 1923; Jeans D., Universi rreth nesh, përkth. nga anglishtja, Leningrad–M., 1932; I lindur M., numri misterioz 137, në: Përparimet në fizikë. Shkenca, vëll 16, nr. 6, 1936; Heisenberg W., Philos. problemet e fizikës atomike, M., 1953; tij, zbulimi dhe bazat e Planck-ut. filozof pyetjet e doktrinës së atomeve, "Problemet e filozofisë", 1958, nr. 11; ai, Fizikë dhe filozofi, M., 1963; Shtu. Art. në matematikë logjika dhe aplikimet e saj në çështje të caktuara të kibernetikës, në librin: Tr. matematikë. Instituti, t.51, M., 1958; Kuznetsov I.V., Çfarë është e drejtë dhe çfarë është e gabuar Werner Heisenberg, “Pyetje të filozofisë”, 1958, nr. 11; Uspensky V.?., Leksione mbi funksionet e llogaritshme, M., 1960; Kaye, J. dhe Laby, T., Phys. Tables. dhe kimi. i përhershëm, trans. nga anglishtja, botimi i dytë, M., 1962; Kurosh A. G., Leksione mbi algjebrën e përgjithshme, M., 1962; Svidersky V.I., Mbi dialektikën e elementeve dhe strukturës në botën objektive dhe në njohuri, M., 1962, kap. 3; ?ddington A. St., Rrugë të reja në shkencë, Camb., 1935; tij, Teoria e relativitetit të protoneve dhe elektroneve, L., 1936; nga ai, Filozofia e shkencave fizike, N. Y.–Camb., 1939; Louis de Broglie, physicien et penseur, P., ; Mars?., Die physikalische Erkenntnis und ihre Grenzen, 2 Aufl., Braunschweig, 1960.
Le të kthehemi te procesi i prodhimit të amoniakut, i shprehur me ekuacionin:
N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g)
Duke qenë në një vëllim të mbyllur, azoti dhe hidrogjeni bashkohen dhe formojnë amoniak. Sa do të zgjasë ky proces? Është logjike të supozohet se derisa të mbarojë ndonjë prej reagentëve. Sidoqoftë, në jetën reale kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Fakti është se disa kohë pasi të ketë filluar reagimi, amoniaku që rezulton do të fillojë të dekompozohet në azot dhe hidrogjen, d.m.th., do të fillojë një reagim i kundërt:
2NH 3 (g) → N 2 (g) + 3H 2 (g)
Në fakt, në një vëllim të mbyllur, dy reagime, drejtpërdrejt të kundërta me njëri-tjetrin, do të ndodhin menjëherë. Prandaj, ky proces shkruhet nga ekuacioni i mëposhtëm:
N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2NH 3 (g)
Një shigjetë e dyfishtë tregon se reagimi po shkon në dy drejtime. Reaksioni i kombinimit të azotit dhe hidrogjenit quhet reagimi i drejtpërdrejtë. Reagimi i dekompozimit të amoniakut - reagim i kundërt.
Në fillim të procesit, shkalla e reagimit të drejtpërdrejtë është shumë e lartë. Por me kalimin e kohës, përqendrimet e reagentëve zvogëlohen, dhe sasia e amoniakut rritet - si rezultat, shkalla e reagimit përpara zvogëlohet, dhe shkalla e reagimit të kundërt rritet. Vjen një moment kur ritmet e reaksioneve të përparme dhe të kundërta krahasohen - ndodh ekuilibri kimik ose ekuilibri dinamik. Në ekuilibër, ndodhin si reaksionet e përparme ashtu edhe ato të kundërta, por shpejtësia e tyre është e njëjtë, kështu që nuk vërehen ndryshime.
Konstanta e ekuilibrit
Reagimet e ndryshme zhvillohen në mënyra të ndryshme. Në disa reaksione, një numër mjaft i madh i produkteve të reaksionit formohen përpara se të ndodhë ekuilibri; në të tjerët - shumë më pak. Kështu, mund të themi se një ekuacion i veçantë ka konstanten e vet të ekuilibrit. Duke ditur konstantën e ekuilibrit të një reaksioni, është e mundur të përcaktohen sasitë relative të reaktantëve dhe produkteve të reaksionit në të cilat ndodh ekuilibri kimik.
Le të përshkruhet ndonjë reagim me ekuacionin: aA + bB = cC + dD
- a, b, c, d - koeficientët e ekuacionit të reaksionit;
- A, B, C, D - formula kimike të substancave.
Konstanta e ekuilibrit:
[C] c [D] d K = ———————— [A] a [B] b
Kllapat katrore tregojnë se formula përfshin përqendrime molare të substancave.
Çfarë thotë konstanta e ekuilibrit?
Për sintezën e amoniakut në temperaturën e dhomës K = 3,5·10 8. Ky është një numër mjaft i madh, që tregon se ekuilibri kimik do të ndodhë kur përqendrimi i amoniakut është shumë më i madh se materialet e mbetura fillestare.
Në prodhimin aktual të amoniakut, detyra e teknologut është të marrë koeficientin më të lartë të mundshëm të ekuilibrit, d.m.th., në mënyrë që reagimi i drejtpërdrejtë të vazhdojë deri në përfundim. Si mund të arrihet kjo?
Parimi i Le Chatelier
Parimi i Le Chatelier lexon:
Si ta kuptojmë këtë? Gjithçka është shumë e thjeshtë. Ka tre mënyra për të prishur ekuilibrin:
- ndryshimi i përqendrimit të substancës;
- ndryshimi i temperaturës;
- duke ndryshuar presionin.
Kur reaksioni i sintezës së amoniakut është në ekuilibër, ai mund të përshkruhet si më poshtë (reagimi është ekzotermik):
N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g) + Nxehtësia
Ndryshimi i përqendrimit
Le të futim azot shtesë në një sistem të ekuilibruar. Kjo do të prishë ekuilibrin:
Reagimi përpara do të fillojë të vazhdojë më shpejt sepse sasia e azotit është rritur dhe më shumë prej tij reagon. Pas ca kohësh, ekuilibri kimik do të ndodhë përsëri, por përqendrimi i azotit do të jetë më i madh se përqendrimi i hidrogjenit:
Por, është e mundur që sistemi të "ankohet" në anën e majtë në një mënyrë tjetër - duke "ndriçuar" anën e djathtë, për shembull, duke hequr amoniakun nga sistemi siç formohet. Kështu, reagimi i drejtpërdrejtë i formimit të amoniakut do të mbizotërojë përsëri.
Ndryshimi i temperaturës
Ana e djathtë e "peshores" tonë mund të ndryshohet duke ndryshuar temperaturën. Në mënyrë që ana e majtë të "peshojë", është e nevojshme të "ndriçoni" anën e djathtë - ulni temperaturën:
Ndryshimi i presionit
Është e mundur të prishet ekuilibri në një sistem duke përdorur presionin vetëm në reaksionet me gazrat. Ka dy mënyra për të rritur presionin:
- zvogëlimi i vëllimit të sistemit;
- futja e gazit inert.
Ndërsa presioni rritet, numri i përplasjeve molekulare rritet. Në të njëjtën kohë, përqendrimi i gazeve në sistem rritet dhe ritmet e reaksioneve të përparme dhe të kundërta ndryshojnë - ekuilibri është i shqetësuar. Për të rivendosur ekuilibrin, sistemi "përpiqet" të zvogëlojë presionin.
Gjatë sintezës së amoniakut, dy molekula të amoniakut formohen nga 4 molekula të azotit dhe hidrogjenit. Si rezultat, numri i molekulave të gazit zvogëlohet - presioni bie. Si pasojë, për të arritur ekuilibrin pas rritjes së presionit, shpejtësia e reaksionit përpara rritet.
Përmblidhni. Sipas parimit të Le Chatelier, prodhimi i amoniakut mund të rritet me:
- rritja e përqendrimit të reagentëve;
- zvogëlimi i përqendrimit të produkteve të reaksionit;
- ulja e temperaturës së reagimit;
- duke rritur presionin në të cilin ndodh reaksioni.
