Προβλήματα Χημικής Ισορροπίας

Η ισορροπία είναι η κατάσταση της διαδικασίας όταν οι ιδιότητες του συστήματος όπως η συγκέντρωση, η πίεση και η θερμοκρασία το κάνουν δεν εμφανίζεται καμία αλλαγή με την πάροδο του χρόνου.

Με άλλα λόγια, η ισορροπία είναι μια κατάσταση του σώματος όπου ούτε η εσωτερική ενέργεια ούτε η κίνηση του το σώμα αλλάζει με το χρόνο. Είναι το σημείο όπου η καθαρή επιφανειακή δύναμη και η ροπή που εργάζεται στο σώμα γύρω από το COM ή οποιοδήποτε άλλο σημείο είναι μηδέν.

Η ισορροπία κατηγοριοποιείται ως ασταθής, σταθερή και ουδέτερη ισορροπία.

Σταθερή ισορροπία:Ένα παράδειγμα σταθερής ισορροπίας είναι μια μπάλα που βρίσκεται στο κάτω μέρος ενός ημισφαιρίου.

Ασταθής ισορροπία:Αν θεωρήσουμε μια μπάλα κρατημένη πάνω από μια σφαίρα, είναι παράδειγμα ασταθούς ισορροπία. Η μπάλα θα κυλήσει μακριά από το ανώτατο σημείο αν τη σύρουμε.

Ουδέτερη ισορροπία:Αναφέρεται στην κατάσταση κατά την οποία το σώμα δεν μετακινείται προς ή μακριά από το σημείο ισορροπίας . 

Χημική Ισορροπία

Πριν πάμε στην ισορροπία στις φυσικές διεργασίες, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε την ισορροπία στις χημικές διεργασίες. Σε τέτοιες διαδικασίες, οι δύο αντίθετες διαδικασίες συμβαίνουν με ίσο ρυθμό. Το μείγμα αντιδρώντων και προϊόντων σε κατάσταση ισορροπίας είναι το μείγμα ισορροπίας. Αντιπροσωπεύεται ως:

aA + bB =xX + yY

Εδώ,

Α, Β είναι αντιδραστήρια

X, Y είναι προϊόντα

χημική ισορροπία, κατάσταση κατά τη διάρκεια μιας αναστρέψιμης χημικής αντίδρασης στην οποία δεν υπάρχει καθαρή μεταβολή στις ποσότητες αντιδρώντα και προϊόντα.

Τύποι χημικής ισορροπίας

Ο νόμος της χημικής ισορροπίας είναι δύο ειδών:ομογενής ισορροπία και ετερογενής ισορροπία.

Ομοιογενής ισορροπία

Όταν όλα τα προϊόντα και τα αντιδρώντα της χημικής ισορροπίας βρίσκονται σε παρόμοια φάση, είναι γνωστή ως ομοιογενής ισορροπία. Επιπλέον, υπάρχουν δύο τύποι ομοιογενούς ισορροπίας:

1. Αντιδράσεις στις οποίες η ποσότητα των μορίων στα αντιδρώντα είναι ίση με τον αριθμό των μορίων στα προϊόντα. Για παράδειγμα:O2 (g) + N2 (g) ⇌ 2NO (g)

2. Αντιδράσεις στις οποίες η συνολική ποσότητα των αντιδρώντων μορίων δεν είναι ίση με τον αριθμό των μορίων στα προϊόντα. Για παράδειγμα:Cl2 (g) + CO (g) ⇌ COCl2(g)

 

Ετερογενής Ισορροπία

Όταν τα προϊόντα και τα αντιδρώντα της χημικής ισορροπίας υπάρχουν σε διαφορετικές φάσεις, είναι γνωστή ως ετερογενής ισορροπία. Για παράδειγμα:  

CO2 (ζ) +  CaO (s)⇌CaCO3 (s)

Επομένως , οι διάφοροι τύποι χημικής ισορροπίας βασίζονται στις φάσεις των προϊόντων και των αντιδρώντων.

Παραδείγματα χημικής ισορροπίας

Σε μια χημική αντίδραση, τα αντιδρώντα είναι άλλαξε στα προϊόντα. Μετά την έναρξη της αντίδρασης, ο ρυθμός των αντιδράσεων προς τα πίσω και προς τα εμπρός μπορεί να είναι παρόμοιος. Στη συνέχεια, τα αντιδρώντα που μετατράπηκαν πάλι γίνονται με την αντίστροφη αντίδραση. Ως αποτέλεσμα, τα προϊόντα και τα αντιδρώντα βρίσκονται σε χημική ισορροπία.

• H2 + N2 ⇌ 2NH3

• PCl2 + PCl3 ⇌ PCl5

• 2NO2 ⇌ N2O4

Μονάδες σταθεράς ισορροπίας:

 Το K δεν έχει μονάδα για αντίδραση όπου τα αντιδρώντα και τα προϊόντα είναι ισομοριακά.

Γενικά, μονάδα του K =[M]∆n

Όπου, M=mol litre-1 και ∆n=αριθμός γραμμομορίων αερίων προϊόντων- αριθμός mole αέριων αντιδραστηρίων.

Ομοίως, η μονάδα του Kp =[atm]∆n

 Προβλήματα στη χημική ισορροπία

Πρόβλημα-1:Στους 300K, 6,00 moles PCl5 αφέθηκαν να φτάσουν σε ισορροπία σε κλειστό 1 L δοχείο αντίδρασης. Πρέπει να προσδιορίσετε τη σύνθεση του μείγματος σε κατάσταση ισορροπίας. Δεδομένου ότι το Kc της αντίδρασης είναι ένα,

❖     Βήμα 1:Δημιουργήστε μια ισορροπημένη αντίδραση με τη συγκέντρωση που θέλετε να προσδιορίσετε.

PCl5(g)  ⇋ PCl3(g)+ Cl2(g)

❖ Βήμα 2:Υπολογίστε τη μοριακότητα. Η ποσότητα του PCl5 που χρησιμοποιείται πριν από την απόκριση είναι 6 moles και η χωρητικότητα του δοχείου αντίδρασης είναι 1 L. Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση PCl5 είναι 6/1 mole/litre =6 M.

❖     Βήμα 3:Καταγράψτε την αποτελεσματική συγκέντρωση. Στη συνέχεια, προσδιορίζοντας τις συγκεντρώσεις των άλλων ουσιών σε σχέση με x.

❖     Βήμα 4:Συμπληρώστε τις τιμές της συγκέντρωσης ισορροπίας.

❖     Βήμα 5:Βρείτε την τιμή του X. Με άλλα λόγια, η χημικά σημαντική τιμή του X είναι επιλεγμένο.

 

X2 + X -6 =0

 

Η εξίσωση αποδίδει είτε X =2 είτε X =-3.

 

❖     Βήμα 6:Χρησιμοποιώντας την τιμή του x, υπολογίστε τις τιμές συγκέντρωσης ισορροπίας για κάθε χημικό.

Σαν αποτέλεσμα,

 

[PCl5] =6–X =6–2 =4 M

X =2 M =[PCl3] =[Cl2].

Πρόβλημα-2:Υπολογίστε △G για τήξη πάγου στους -10 °C. 

Λύση- T =-10 ° C + 273 =263 K 

△G =△H – △TS 

=6,01 k Jmol – (263 K) 0,022 k J mol 

=6,01 k Jmol – 5,79 k Jmol

=0,022 k J mol 

Ως εκ τούτου, στους -10 ° C, △G =0,022 k J mol 

Συμπέρασμα

Σε αυτό το άρθρο, συζητήσαμε την έννοια της ισορροπίας και των αντιδράσεων ισορροπίας, καθώς και τις ταξινομήσεις τους. Μάθαμε ότι η ισορροπία αναφέρεται σε μια κατάσταση στη χημεία που δεν δείχνει καθαρή αλλαγή στις συγκεντρώσεις των προϊόντων ή των αντιδρώντων. Επιπλέον, μια αντίδραση ισορροπίας είναι μια χημική αντίδραση μεταξύ των αντιδρώντων πριν και μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης (δηλαδή, μια κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας). Ένα παράδειγμα αντίδρασης ισορροπίας είναι το νερό που εξατμίζεται για να σχηματίσει ατμό. Συζητήσαμε επίσης την έννοια της χημικής ισορροπίας και τους παράγοντες που επηρεάζουν τη χημική ισορροπία.