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.

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.

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

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).

Каталіз.

Зміну швидкості хімічної реакції у присутності додаткових речовин – каталізаторів, називають каталізом.

Каталізатором називається речовина, яка прискорює реакцію, беручи участь в елементарній стадії, але виходить з такої взаємодії хімічно незмінною. Каталізатори частіше за все прискорюють реакцію. У цьому випадку каталіз називають позитивним. Каталізатори, які уповільнюють хід хімічного процесу, називають інгібіторами.

Каталізатор відрізняються вибірковою дією, тому їх називають специфічними, тому що даний каталізатор може впливати тільки певний вид реакції.

Три види каталізу:

При гомогенному каталізі реагуючі речовини і каталізатор знаходяться в одній фазі. Дія каталізатора заклечається в тому, що він з вхідними речовинами утворює нестійкі проміжні сполуки. Наприклад:

А + В = АВ

в присутності каталізатора К можна представити як процес, який протікає по наступним стадіям:

1. А + К = АК (проміжна сполука);

2. АК + В = АВ + К.

Приклад утворення складного ефіру: С₂Н₅ОН + СН₃СООН = СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О йде роки. Якщо використовувати розчинену НСІ чи H₂SO₄ + t, то реакція відбувається в 2 - 3 години.

При гетерогенному каталізі реакції протікають на поверхні каталізатора площа поверхневого шару каталізатора та його будова визначає активність каталізатора. Для збільшення площі поверхневого шару каталізатора звичайно придають пористу структуру або його наносять тонким шаром на другу хімічно нейтральну речовину (пензу, азбест). Каталізатори другого типу називають нанесеними, а нейтральну речовину - носієм. Каталітичною активністю володіє не вся площа, а тільки її активні центри. Наявність активних центрів на поверхні каталізатора підтверджується високою чутливістю каталізатора. Весь каталітичний процес розбивають на 5 послідовно протікаючи стадій:

1. дифузія молекул реагуючих речовин до поверхні каталізатора;

2. адсорбція молекул реагуючих речовин на поверхні каталізатора;

3. хімічна реакція;

4. десорбція молекул продуктів реакції;

5. дифузія молекул продуктів реакції з поверхні каталізатора в рідку або газову фазу.

Всі ці стадії можуть відбуватися з різними швидкостями, тому швидкість всього каталітичного процесу визначається його найбільш повільною стадією. Наприклад: контактний спосіб отримання H₂SO₄ (SO₂ окислюють О₂ за участю V₂ O₅ в суміші з H₂SO₄ ).

Ферментативний каталіз - під дією ферментів. Наприклад: обмін речовин в організмі.

Для каталізаторів характерна специфічність дії: кожний каталізатор здатний впливати не на будь-яку реакцію, а лише на певну, або на групу реакцій, схожих за механізмом.