23.Химиялық тепе-тендік. Тепе-тендік константасы. Тепе-тендік ығысу жағдайлары Ле-Шетель принципі

Химиялық тепе теңдік

Кез келген химиялық реакция 2 бағытта жүреді . Мысалы, гомогенді фазада өтетін А+В ↔ С+Д.Химиялық реакция нәтижесінде жаңа өнімнің алынуы - оң жаққа қарай жүретін реакцияға жатады.Тура реакцияның жылдамдығы: υT=Кт[А]•[В] теңдеуімен беріледі. Реакцияның бастапқы кезінде тура реакцияның жылдамдығы жоғары, яғни өнімдердің түзілуі қарқынды өтеді. Біраз уақыттан соң, яғни реакция өнімдері (С,Д) қажетті мөлшерде жиналғанда, кері реакцияның, демек бастапқы заттардың түзілу де едәуір артады.υT=Кт[C]•[D] Реакция қайтымды болғандықтан, белгілі мезеттен соң химиялық тепе-теңдік орнайды. Бұл жағдайда қоспа құрамы (конценрациялары, қалыпты қысымдары) тұрақты болады, тура және кері реакцияның жылдамдықтары теңеседі. Химиялық тепе-теңдік жағдайында болатын, тура және кері бағытта өтетін реакциялар қайтымды реакциялар деп аталады.Термодинамикалық тұрғыдан химиялық тепе-теңдік кезінде изобаралы-изотермалы потенциалдың мәні өзгермейді (G = соnsт, G=0). Химиялық реакцияға қатысатын барлық заттардың Гиббс энергиясының өзгеруі химиялық ынтықтылық мөлшерін көрсетеді. Демек, изобаралы - изотермалы потенциалдың өзгерісі үдерістің қозғаушы күші ретінде саналады. G=0 болған сайын, жүйе тепе-теңдік күйден алшақтау және соғұрлым реакцияласуға қабілетті.

2.1. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы.

Химиялық тепе-теңдіктің теңдеуіне сәйкес, тепе-теңдікте тұрған жүйедегі кез келген зат концентрациясының өзгерісі тепе-теңдіктің қандай да бір ығысуына әкеледі. Бастапқы заттардың концентрацияларының артуы реакция өнімдері ағымының өсуіне әкеледі, ал реакция өнімдерінің концентрациясының артуы бастапқы заттардың түзілу ықтималдылығының арттырады. Химиялық тепе-теңдікке температура мен қысым өзгерісі де әсер етеді. Демек, химиялық тепе-теңдік күйі сыртқы жағдайлар (концентрация, қысым, температура) өзгеріссіз болғанда сақталады. Бұл Сыртқы шарттардың өзгерісі тепе-теңдік күйді бұзады. Сыртқы жағдайларға байланысты жүйенің бір тепе-тендік күйден екіншісіне өтуін химиялық тепе-теңдіктің ығысуы деп аталады.

Әр түрлі сыртқы жағдайлардың өзгерісінің тепе-теңдіктің бағытына әсері Ле-Шателье (1885ж.), Браузи (1886ж.) ережесімен беріледі. Егер термодинамикалық тепе-теңдікте тұрғын күйеге сырттан әсер етіп, тепе-тендікті анықтайтын қандайда бір сыртқы шартты (концентрация, қысым,

температура) онда жүйеде осы әсерді әлсіретуге тырысатын өздігінен жүретін үдерістер пайдаболады.

Концентрацияөзгеруініңәсері.Бастапқызаттардыңбіреуініңконцентрациясынарттыруреакцияөнімдерініңшығымыныңартуынаықпалетеді, алреакцияөнімдерініңконцентрациясынарттьгрубастапқызаттардыңтүзілуін, яғникеріреакцияныңжылдамдығынарттырады.

Тепе теңдік константасы

Реакцияласушы жүйенің бір тепе-теңдік күйден басқа басқа тепе-теңдік күйге ауысуынхимиялық тепе-теңдіктің ығысуы дейді. Химиялық тепе-теңдік орнаған кездегі реакцияға қатысқан әр заттың концентрациясы тепе-теңдік концентрациясы деп аталады. Химиялық тепе-теңдікті сан жағынан сипаттайтын көрсеткіш тепе-теңдік константасы (тұрақтысы) (К) деп аталады: aA+bB=pP+qQ, мұндағы бас әріптер — заттардың формулалары, кіші әріптер — реакциядағы молекула сандарын көрсететін коэффициенттер. Тепе-теңдік константасы тура және кері реакциялардың жылдамдық константаларының (k1,k2) қатынасы деп те аталады: K=k1/k2. К — белгілі температурада тура реакция өнімдері мен реакциясы алынған заттардың мольдік көбейтінділерінің қатынасын көрсететін тұрақты шама. Тепе-теңдік константасының теңдеуі реакцияға қатысқан заттардың тепе-теңдік концентрацияларының бір-біріне тәуелділігін көрсетеді.

Ле Шателье прирнципі

Ле Шателье-Браун принципі, Ле Шателье — Браун принципі, тепе-теңдіктің ығысу принципі — жүйені термодинамикалық тепе-теңдік күйден ауытқытатын сыртқы әсердің салдарынан сол жүйедегі тепе-теңдік осы әсерді әлсірететін (немесе оған қарсы әсер ететін) реакция бағытына қарай ығысатындығын тұжырымдайтын принцип. Жүйедегі тепе-теңдіктің ығысуына реагенттер мен өнімдердің концентрацияларының, қысымның (газдар үшін) және температураның өзгеруі әсер етеді. Мысалы, аммиактыHӘ=–46кДж/моль.Dсинтездеу реакциясы: N2+3H22NH3,

Тепе-теңдік күйге келген жүйеде тура және кері реакциялардың жылдамдықтары бірдей болады. Жүйедегі азот немесе сутектіңконцентрациясын арттырғанда Ле Шателье принципі бойынша тепе-теңдік олардың концентрациясын кемітетін, яғни аммиак түзілетін бағытқа қарай ығысады. Керісінше, жүйедегі аммиак концентрациясын арттырғанда тепе-теңдік аммиактың концентрациясын азайтатын, яғни сутек пен азот түзілетін реакция бағытына қарай ығысады. Тура реакция жылу бөле жүретін болғандықтан жүйенің температурасын жоғарылатқанда тепе-теңдік Ле Шателье принципі бойынша сол әсерді бәсеңдететін, яғни жылу сіңіре жүретін реакция бағытына, яғни сутек пен азоттың түзілу реакциясы бағытына қарай ығысады. Керісінше жүйенің температурасын төмендеткенде тепе-теңдік жылу бөле жүретін реакция бағытына қарай ығысады.

Қысымның тепе-теңдікке әсерін болжау үшін реакция теңдеуінің сол және оң жақтарындағы молекулалар сандарын салыстыру керек. Қысымды ұлғайтқанда Ле Шателье принципі бойынша тепе-теңдік молекулалар саны азаятын, яғни аммиак түзілу реакциясы бағытына қарай ығысады. Керісінше қысымды кеміткенде тепе-теңдік молекулалар саны көбейетін жаққа ығысады. Егер қайтымды реакция теңдеуінің оң және сол жақтарындағы молекулалар саны бірдей болса, онда қысымның өзгеруі тепе-теңдіктің ығысуына әсер етпейді. Ле Шателье принциін 1885 ж. А. Ле Шателье (1850 — 1936) тұжырымдап, ал теорилық тұрғыдан 1887 ж.К.Ф. Браун (1850 — 1918) негіздеген