Хімічна рівновага. Принцип Ле – Шательє

Необоротні реакції після завершення реакції не можуть утворювати вихідні речовини Zn + 2HNO₃  Zn (NO₃)₂ + H₂. Більшість відомих реакцій є оборотними.

N₂ + 3H₂  2NH₃

На початку швидкість прямої реакції (V₁) велика, a V₂ = 0, з часом V₁ зміщується, a V₂ збільшується. Коли V₁ = V₂ ( при t = const) наступає хімічна рівновага.

V₁ = k₁ [N₂] [H₂]³

V₂ = k₂ [NH₃]²

При рівновазі:

V₁ = V₂

k₁ [N₂] [H₂]³ = k₂ [NH₃]²

- константа хімічної рівноваги

mA + nB = pС + qD

- математичний вираз закону діючих мас.

Хімічна рівновага в оборотних реакціях при Т=const встановлюється тоді, коли відношення добутку концентрацій речовин що вступили в реакцію, дорівнює концентрації речовин, утворених в результаті хімічної реакції.

Направлення зміщення рівноваги в загальному вигляді визначається

принципом Ле - Шатальє. Якщо змінити одну з умов, при яких система знаходиться в рівновазі, то рівновага буде змінюватися у напрямку реакцій, протилежних зовнішніх дій.

Вплив концентрації реагуючих речовин, температури та тиску

Збільшення концентрації реагуючих вихідних речовин зміщує рівновагу вправо, продукт реакції зміщує рівновагу вліво. Підвищення температури приводить до взаємодії частинок, які мають підвищену енергію. Ця енергія називається енергією активації. Зовнішніми джерелами активації можуть бути теплота, світлове опромінення, електрична енергія.

Залежність const швидкості ( k ) хімічної реакції від температури виражається рівнянням Арреніуса:

де, k_о - предекспоненціальний множувач ko = zp

z - число ударів за секунду

р - стеричний фактор, який виражає ступінь найбільш вигідної орієнтації частинок при ударах

l- основа натурального логарифма

Е - енергія активації

R - універсальна газова const

Т - абсолютна температура

Тиск впливає на хімічну рівновагу тільки для тих хімічних реакцій в яких є гази, підвищення тиску буде змінювати хімічну рівновагу в напрямку менших об’ємів.

Лекція № 9

Тема: Кінетична класифікація хімічних реакцій, реакції першого та другого порядку, енергія активації.

Мета: Вивчити класифікацію хімічних реакцій: молекулярні реакції, сполучені, ланцюгові та каталітичні.

Типи хімічних реакцій

Молекулярність та порядок реакції

Молекулярність визначається mіn числом молекул.

Мономолекулярні І₂  І +І; N₂O₅  2NO₂ + 1/2O₂

Одна молекула А  В + С ... V = kC

Біомолекулярні Н₂ + І₂ = 2НІ ∙ СН₃СООН + C₂H₅OH  CH₃COO C₂H₅ + Н₂О

2 молекули А + В  АВ V = kC₁C₂

Тримолекулярні 4NO + O₂ + 3H₂  NO₂ + N₂O + 3H₂O

3 молекули А + В + С = Д + Е + FV = kC₁C₂C₃

Порядок реакції визначають сумою показників ступенів концентрацій у математичному виразі закону діючих мас.

Дуже рідко зустрічаються тримолекулярні реакції, а більш високого порядку взагалі не відомі. Вони протікають через ряд стадій. Якщо швидкості окремих стадій реакції різні, то загальна швидкість визначається самою повільною лімітуючою реакцією.

Порядок реакції дорівнює сумі ступенів концентрації в кінетичному рівнянні. Реакції, що протікають в декілька стадій, та швидкість визначається найбільш повільною елементарною стадією.

Сполучені реакції - чи індуцировані реакції. Деякі хімічні взаємодії не протікають за сумарним рівнянням, а проходять через ряд проміжних процесів.

HBrO₃ + 3H₂SO₃ = 3H₂SO₄ + HBr

HBrO₃ + H₂SO₃ = H₂SO₄ + HBrO₂

HBrO₂ + H₂SO₃ = H₂SO₄ + HBrO

HBrO + H₂SO₃ = H₂SO₄ + HBr

HBrO₄ - актор

H₂SO₃ - індуктор

в окислювальне - відновних процесах

Ланцюгові реакції: протікають через ряд зв'язаних між собою елементарних процесів. Кожний такий процес викликається активною часткою (збуджена молекула, вільний атом, радикал, позитивний чи негативний - іон.) Довжина ланцюга вимірюється числом ланок.

Швидкість реакції збільшується, може привести до вибуху, горіння:

СІ₂ + nV = СІ^. + СІ^.

СІ^. + Н₂ = НСІ + Н^.

Н^. + СІ₂ = КСІ + СІ^.

СІ^. + СІ^. = СІ₂

Н^. + Н^. = Н₂

Каталітична реакція

Каталізатором називається речовина, яка прискорює реакцію, беручи участь в елементарній стадії, але виходить з такої взаємодії хімічно незмінною.

Радикальні реакції перебігають через проміжне утворення вільних радикалів та атомів. Вільними радикалами є частинки, які характеризуються наявністю неспарених електронів. Вільними радикалами можуть бути вільні атоми (Н, СІ∙), а також молекули NO, NO₂.

Фотохімічні реакції – хімічні реакції, зумовлені поглинанням реагуючими речовинами світлової енергії. Фотохімічною реакцією є реакція утворення озону з кисню. Також прикладом фотохімічної реакції є реакція синтезу хлороводню з водню та хлору; синтез рослинами складних органічних речовин в процесі їх життєдіяльності (фотосинтез).