Kjemisk balanseforklaring, faktorer, typer, eksempler

Han Kjemisk balanse Det er en tilstand som når de reversible kjemiske reaksjonene der ingen variasjon av konsentrasjoner, eller reagenser, heller ikke av de involverte produktene. Det er preget av å være dynamisk og ikke statisk; det vil si at molekylene eller atomene fortsetter å reagere, men opprettholder de samme konsentrasjonene i løpet av tiden.

En lignende balanse er også presentert i faseendringer, selv om det ikke er noen koblingspauser. For eksempel kan en væske være i balanse med damper, så vel som et faststoff. På samme måte etablerer et fast stoff en balanse med vannet som omgir det når det har utfelt eller krystallisert.

I den kjemiske industrien er kunnskap om den kjemiske balansen viktig for å oppnå syntese med bedre utbytte. Kilde: Pxhere.

Når den kjemiske balansen er etablert, er det ikke mulig å få flere endringer eller svar med mindre den blir avbrutt eller påvirket av eksterne handlinger. Det er således i syntesen av et produkt.

Ellers i balanse vil mengden av produkter være utilfredsstillende; det vil si at det vil være dårlig reaksjonsytelse. Det er grunnen til at den kjemiske balansen er viktig for den kjemiske industrien, og generelt for enhver syntese uavhengig av skalaen.

I kjemisk balanse kan det være flere produkter, eller flere reagenser. Alt avhenger av hvor balansen er fortrengt. Når du tar hensyn til flere faktorer, kan du flytte en balanse mot hvilken som helst av de to retningene til den doble pilen i den reversible reaksjonen.

[TOC]

Forklaring av kjemisk balanse

Før balanse

Eksempel på hvordan en reaksjon nærmer seg balansen. Kilde: OpenStax/CC av (https: // creativeCommons.Org/lisenser/av/4.0)

Å forstå hva den kjemiske balansen er vurderer følgende reversible reaksjoner:

N₂ENTEN₄(g) ⇌ nei₂(g)

Gassen n₂ENTEN₄ Det er fargeløs, mens gassen ikke gjør det₂ presenterer en brun eller brun farge. Hvis en spesifikk mengde n blir injisert i et lite hetteglass eller beholder₂ENTEN₄, Dette vil være fargeløst til balansen er etablert.

Til venstre for det øvre bildet kan det sees at nesten alle molekylene er av n₂ENTEN₄ og at konsentrasjonen av NO₂ Det er null.

Vis også to grafer som representerer hvordan trenden i balansen er, med den stiplede linjen som peker posisjonen på det tidspunktet at bare n blir injisert₂ENTEN₄. En graf tilsvarer konsentrasjon vs. Tid (nede) og den andre tilsvarer grafen med hastighet Vs. Tid (ned høyre hånd).

Konsentrasjonen av n₂ENTEN₄, [N₂ENTEN₄] (blå linje) vil gradvis avta, siden en del av den vil dissosiere for å produsere molekyler av NO₂. Dermed å være konsentrasjonen av NO₂, [NEI₂] (rød linje) lik null i begynnelsen, vil snart øke som n₂ENTEN₄ Dissosiate.

Imidlertid er det en reversibel reaksjon: en del av ingen molekyler₂ De vil bli med for å danne n₂ENTEN₄. Det vil derfor være to reaksjoner, direkte og inverse, hver med sine egne hastigheter.

Kilde: Slideshare.nett

Reaksjonshastigheter

Til å begynne med forbrukshastigheten til n₂ENTEN₄ er større enn forbrukshastigheten til NO₂. Åpenbart å ha bare n₂ENTEN₄, de få molekylene dannet av NO₂ De kan knapt finne seg i å reagere. På dette tidspunktet vil hetteglasset begynne å prikke oransje, fordi det er en blanding av n₂ENTEN₄ og ikke₂.

Litt etter litt, ettersom det er flere molekyler av nei₂ I veien og at N -molekylene₂ENTEN₄ De dissosierer, hastighetene til de to reaksjonene vil samsvare, selv om konsentrasjonene er forskjellige fra hverandre. Det vil si nei₂] har en tendens til å være større enn [n₂ENTEN₄], og det er grunnen til at den røde linjen er over den blålige linjen.

Kan tjene deg: fysisk -kjemiske egenskaper

Merk at hastigheten blir DC/DT, det vil si konsentrasjonsendringen med hensyn til tid. Det er grunnen til at de to C vs. t og V vs. t er ikke identiske.

I balanse

Når paret n₂ENTEN₄-NEI₂ Angi balansen, hastighetene til begge reaksjonene vil bli matchet, og følgende matematiske uttrykk vil bli oppnådd:

V_direkte = k₁[N₂ENTEN₄]

V_omvendt = k_-1[NEI₂]²

V_direkte = V_omvendt

k₁[N₂ENTEN₄] = k_-1[NEI₂]²

k₁/k_-1 = [Nei₂]²/ [N₂ENTEN₄]

K_Eq = [Nei₂]²/ [N₂ENTEN₄]

På dette tidspunktet vil veien bli farget enda mer enn brun, siden balansen er mer fortrengt mot dannelsen av [nei₂]. Det vil si k_Eq, Likevektskonstanten må være større enn 1 under hensyntagen til det høyere forholdet, [nei₂]²/ [N₂ENTEN₄].

I balansekonsentrasjoner [n₂ENTEN₄] og ikke₂] De forblir konstante, med begge reaksjonene som skjer i samme hastighet: en viss mengde n er bare dissosiert₂ENTEN₄, Det samme beløpet vil bli produsert umiddelbart på grunn av reaksjonen fra en viss mengde NO₂.

Av denne grunn sies det at den kjemiske balansen er dynamisk: molekylene n₂ENTEN₄ og ikke₂ De deltar fortsatt i reaksjoner selv når det ikke er noen endring i konsentrasjonene.

Og å være like reaksjonshastigheter for begge sanser, den røde og blålige linjen i grafikken V vs. T Spill på en horisontal linje.

Likevektskonstant

Likevektskonstanten for den forrige reaksjonen vil alltid være den samme, ved en viss temperatur, uavhengig av hvor mye n₂ENTEN₄ injiseres i begynnelsen av veien. Dette vil være slik selv om en blanding av N blir direkte injisert₂ENTEN₄ og ikke₂, deretter igjen i ro til balansen når.

Når balansen er nådd og konsentrasjoner måles [n₂ENTEN₄] og ikke₂], forholdet [nei₂]²/ [N₂ENTEN₄] vil gi det samme til K_Eq For denne reaksjonen. Jo større det er (keq >> 1), jo flere produkter vil det være i balanse. Og de mindre (keq << 1), más reactivos habrá en el equilibrio.

Konsentrasjoner [n₂ENTEN₄] og ikke₂] De vil ikke alltid. For eksempel, hvis små volumer blir injisert i hetteglasset, eller hvis tvert imot blir injisert torrenter av disse gassene i en reaktor, vil mengdene variere betydelig. Imidlertid k_Eq Det vil forbli den samme så lenge temperaturen er den samme i begge prosesser.

K_Eq Det er utsatt for temperaturendringer: Ved en høyere temperatur vil større verdi være. Det vil si ved en høyere temperatur, i balanse vil det ha en tendens til dannelsen av flere produkter. Dette er slik med mindre reaksjonen er eksotermisk, som vil bli forklart i følgende avsnitt.

Faktorer som påvirker kjemisk balanse

Faktorene som påvirker den kjemiske balansen i en reversibel reaksjon er: konsentrasjon, trykk og temperatur.

- Konsentrasjon

I en reversibel reaksjon, i henhold til Le Chatliers prinsipp, vil det ved å øke konsentrasjonen av et reagens være en forskyvning av den kjemiske balansen til høyre for å øke konsentrasjonen av reaksjonsproduktene.

Tvert imot, hvis et produkt blir lagt til reaksjonen, vil den kjemiske balansen bevege seg til venstre for å øke konsentrasjonen av reagensene. Hvis følgende reaksjon blir tatt som et eksempel:

C (S) +O₂(g) ⇌ 2 CO (g)

Ved å øke konsentrasjonen av reagensene (C og O₂), Vil balansen bevege seg til høyre, det vil si mot dannelsen av karbonmonoksid (CO) -produktet (CO). Men en økning i konsentrasjonen av Ca vil gi en forskyvning av balansen til venstre for å øke konsentrasjonen av C og O₂.

Det kan tjene deg: karbonylgruppe: egenskaper, egenskaper, nomenklatur, reaktivitet

- Press

I en reaksjon utviklet i gassfasen vil en variasjon i volumet eller i trykket som utøves på gassene som er involvert i den, gi en endring i balansen, avhengig av antall mol av reagensene og produktene.

Hvis komponentene i en reaksjon (reagenser og produkter) har forskjeller i antall føflekker som er involvert i en reaksjon, for eksempel dimerisering av nitrogendioksid (nei₂):

2 nei₂(g) ⇌₂ENTEN₄(g)

En økning i trykket som utøves på reaksjonen i en gassfase, en konsekvens av en reduksjon eller ikke av reaksjonsvolumet, vil føre til en forskyvning av den kjemiske balansen på siden som har mindre gassmohese. I dette eksemplet: Produkt n₂ENTEN₄.

Tvert imot, en reduksjon i trykk vil gi en forskyvning av balanse til siden av reaksjonen som har det største antallet mol gass. I det gitte eksemplet vil det bevege seg mot reagensene (nei₂), For å motvirke reduksjonen i trykk.

Hvis molene til reagensene er i en brus -reaksjon, er lik molene til produktene, vil endringene i trykket ikke påvirke den kjemiske balansen.

- Temperatur

Endoterm reaksjon

I en endoterm reaksjon kan varme betraktes som et reagens, siden tilførselen er nødvendig for at reaksjonen skal oppstå:

A +Q ⇌ B

Q = levert varme

Derfor, i en endotermisk reaksjon når temperaturen øker, vil balansen bevege seg til høyre. I mellomtiden, når temperaturen avtar, beveger balansen seg til venstre.

Varmen er en del av reagensene, for å konsumere den for å transformere seg til B.

Eksoterm reaksjon

I en eksoterm reaksjon genereres varme, dette er et produkt av reaksjonen:

A ⇌ B +Q

I en eksoterm reaksjon når temperaturen øker, vil balansen bevege seg til venstre (reagenser), siden varmeproduksjonen øker. I mellomtiden, når temperaturen avtar, vil balansen bevege seg til høyre (produkter).

Varmen er en del av produktene, når temperaturen øker vil det ikke være behov for å bidra med mer varme til miljøet. Og derfor vil balansen søke å dra nytte av ekstra varme for å produsere flere reagenser; I dette tilfellet, mer enn.

Kjemiske balansetyper

Avhengig av den fysiske tilstanden til reaksjonskomponentene, kan kjemisk balanse være homogen eller heterogen.

Homogen balanse

I denne typen balanser, alle Reagenser og produkter har samme fase eller væskestatus. For eksempel:

N₂(g) +3 h₂(g) ⇌ 2 nh₃(g)

Her er det₂, som h₂ og NH₃ De er gassformige stoffer.

Heterogen balanse

Eksisterer når ikke alle Reagenser og produkter har samme fase eller fysiske tilstand. For eksempel:

2 Nahco₃(S) ⇌ Na₂Co₃(S) +CO₂(g) +h₂O (g)

Her har vi Nahco₃ og na₂Co₃ som faste stoffer, og CO₂ og h₂Eller som gasser eller damper.

Eksempler på kjemisk balanse

Dissosiasjon av eddiksyre i vann

Eddiksyre, cho₃COOH, dissosierer i vann som etablerer en balanse:

Ch₃COOH (AC) + H₂Eller (l) ⇌ cho₃COO^-(AC) + H₃ENTEN⁺(AC)

Reaksjon hvis likevektskonstant kalles surhetskonstant.

Isomeriseringentenn av butanen

Gassen n-Butano kan isomeriseres i henhold til følgende reversible reaksjon for å produsere isomerisomeren:

Ch₃Ch₂Ch₂Ch₃(g) ⇌ cho₃Ch (Ch₃)₂(g)

Nitrogenoksiddannelse i atmosfæren

I atmosfæren kan nitrogenoksid dannes, selv om det knapt, fra nitrogen og luftoksygen:

N₂(g) + eller₂(g) ⇌ 2no (g)

Det kan tjene deg: Hva er miljøet? (Beregningseksempler)

K_Eq Fra denne reaksjonen er 2 · 10^-31 ved 25 ºC, så en foraktelig mengde NO vil bli dannet.

ReaksjonentenN av sølvkomproduksjon med amonYoAc

Sølvioner, AG⁺, De kan fullføres med ammoniakk i henhold til følgende reversible reaksjoner:

AG⁺(Sol) + 2nh₃(L) ⇌ [AG (NH₃)₂]⁺(sol)

Løste øvelser

Oppgave 1

Hvilken type kjemisk likevekt tilsvarer følgende reaksjon?

2nocl (g) ⇌ 2no (g) + cl₂(g)

Denne reaksjonen tilsvarer en homogen likevekt, siden alle stoffene som er involvert, NOCL, NO og CL₂, De er gasser.

Oppgave 2

For den samme reaksjonen ovenfra, hvilken endring i balanse kan forventes hvis trykket plutselig økte?

La oss telle molene til reagensene:

2nocl

Vi har 2 mol NOCL. La oss nå fortelle molene til produktene:

2no + Cl₂

Vi har tre føflekker: to av nei, og en av CL₂. Det er flere gassformige føflekker på siden av produktene. Derfor vil en økning i trykk føre til at balansen beveger seg til venstre, mot dannelsen av NOCL. På denne måten søker systemet å myke opp effekten av trykk som favoriserer dannelsen av NOCL og ikke av NO og CL₂.

Øvelse 3

Anta at et betydelig volum av CL plutselig injiseres for den samme reaksjonen ovenfra₂. Hva vil skje med balanse?

Når du legger til CL₂ For reaktoren eller beholderen øker konsentrasjonen som et produkt av reaksjonen. Og derfor vil balansen bevege seg tilbake til venstre for å danne mer NOCL.

Oppgave 4

Hvis dissosiasjonen av NOCL ved 227 ºC har en 4 likevektskonstant på 4.5 · 10^-4, Hvilken retning blir balansen fortrengt?

Igjen, å være k_Eq Mindre enn 1 (4.5 · 10^-4 < 1), en el equilibrio se espera que haya más NOCl que NO o Cl₂, Siden det er fortrengt til venstre.

Oppgave 5

I henhold til følgende reaksjon i balanse:

[CO (åh₂)₆]²⁺(AC) +4Cl^-(AC) +Q ⇌ [COCL₄]^2-(AC) +6H₂Eller (l)

Og å vite at komplekset [co (oh₂)₆]²⁺ Det er rosa, og at komplekset er [cocl₄]^2- Det er blåaktig, hvilke endringer vil du forvente å se om du varmer en beholder med [CO (OH₂)₆]²⁺? Hva kan du forvente å se om jeg etter oppvarming av beholderen ville plassere den på et bad med is?

Reaksjonen er endotermisk, ettersom den absorberer varme som som et reagens. Derfor, når du varmer opp beholderen med [CO (OH₂)₆]²⁺, Balansen vil bevege seg til høyre, mot dannelsen av [COCL₄]^2-. En blåaktig rosa fargeendring vil være.

Deretter, hvis den blålige fargebeholderen med [COCL₄]^2- Den er plassert på et bad med is, reaksjonen vil nå bevege seg til venstre, mot dannelsen av CO (OH₂)₆]²⁺:

[Cocl₄]^2-(AC) +6H₂Eller (l) ⇌ [co (oh₂)₆]²⁺(AC) +4Cl^-(AC) +Q

Dette er fordi den omvendte reaksjonen er eksotermisk, og har varmen som et produkt. Derfor, når du avkjøler beholderen med [COCL₄]^2- Blå, komplekset [CO (OH (OH₂)₆]²⁺, Og den rosa fargen vil dukke opp igjen.

Referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). Cengage Learning.
2. Emedical prep. (s.F.). Typer balanse. Gjenopprettet fra: emedicprep.com
3. Lumen grenseløs kjemi. (s.F.). Faktorer som gir kjemisk balanse. Gjenopprettet fra: kurs.Lumenarning.com
4. Wikipedia. (2020). Kjemisk balanse. Hentet fra: i.Wikipedia.org
5. Kjemi librettexts. (24. mai 2020). Equiquibrium -beregninger - Sub illustrerende eksempler. Gjenopprettet fra: Chem.Librettexts.org
6. Meyers Amy. (2020). Likevekt: kjemisk og dynamisk. Studere. Gjenopprettet fra: Studie.com
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (11. februar 2020). Kjemisk balanse i kjemiske reaksjoner. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com