Ετερογενής Χημική Ισορροπία

Η ετερογενής χημική ισορροπία περιγράφει τη συμπεριφορά ενός μείγματος χημικών ουσιών όπου η σύνθεση του μείγματος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η διαδικασία είναι διαφορετική από την ομογενή ισορροπία, στην οποία η σύνθεση ενός διαλύτη είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Σκεφτείτε ένα ποτήρι με νερό και δύο ποτήρια με απορρυπαντικό. Το νερό στο ποτήρι θα διαλύσει το απορρυπαντικό, και ως αποτέλεσμα, το απορρυπαντικό θα αραιωθεί. Σε ετερογενή χημική ισορροπία, οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων μπορούν να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου και του χώρου.

Η ετερογενής χημική ισορροπία είναι η ισορροπία μεταξύ των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων και των προϊόντων μιας χημικής αντίδρασης σε μία μόνο φάση. Αυτό σημαίνει ότι η χημική ισορροπία συμβαίνει σε ένα μόνο σύνολο συγκεντρώσεων τόσο για τα αντιδρώντα όσο και για τα προϊόντα.

Ομοιογενής χημική ισορροπία έναντι ετερογενούς χημικής ισορροπίας:

Η ετερογενής χημική ισορροπία είναι ένα σύστημα στο οποίο υπάρχουν διαφορετικά χημικά είδη σε διαφορετικές ποσότητες, ή στοιχειομετρικά, το ένα σε σχέση με το άλλο. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την ομοιογενή χημική ισορροπία, στην οποία όλα τα χημικά είδη υπάρχουν στην ίδια ποσότητα, ή ομοιογενώς, το ένα ως προς το άλλο. Σε ομοιογενή χημική ισορροπία, δεν συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις. Αντίθετα, σε ετερογενή χημική ισορροπία, συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις στις οποίες ένα αντιδραστήριο μετατρέπεται σε προϊόν, με την αντίστροφη αντίδραση να λαμβάνει χώρα για να μετατραπεί εκ νέου το αντιδρών σε αντιδραστήριο.

Παράγοντες που ελέγχουν την ετερογενή χημική ισορροπία:

Σταθερά ισορροπίας:

Ο πρώτος παράγοντας που ελέγχει την ετερογενή χημική ισορροπία είναι η σταθερά ισορροπίας. Η σταθερά ισορροπίας είναι ο λόγος των προϊόντων προς τα αντιδρώντα και είναι ίση με το πηλίκο της συγκέντρωσης των προϊόντων και της συγκέντρωσης των αντιδρώντων. Η σταθερά ισορροπίας μπορεί να καθορίσει το ποσοστό των προϊόντων στο μείγμα σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Μπορεί επίσης να καθορίσει την ελεύθερη ενέργεια Gibbs ή την αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Θερμοκρασία:

Ο πιο κρίσιμος παράγοντας για την επίτευξη ετερογενούς χημικής ισορροπίας είναι η θερμοκρασία. Η σταθερά ισορροπίας είναι ευθέως ανάλογη της θερμοκρασίας. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η σταθερά ισορροπίας μειώνεται.

Η θερμοκρασία έχει μια ιδιαίτερα ισχυρή επίδραση στην ελεύθερη ενέργεια μιας ετερογενούς ισορροπίας, καθώς προκαλεί τα μόρια να δονούνται ταχύτερα. Ως αποτέλεσμα, οι ενέργειές τους εξαπλώνονται ευρύτερα.

Συγκέντρωση:

Σε ετερογενή χημική ισορροπία, οι συγκεντρώσεις των χημικών ουσιών σε ένα διάλυμα είναι ίσες, αλλά τα μείγματα όχι. Για παράδειγμα, το μείγμα γίνεται πιο ετερογενές όταν προστίθεται αλάτι στο νερό. Το νερό του συνδυασμού εξακολουθεί να έχει την ίδια συγκέντρωση, αλλά το μείγμα δεν είναι πλέον ομοιογενές. Αυτό μπορεί να φανεί από το σχηματισμό μικρών λευκών συστάδων στο νερό.

Ρυθμός αντίδρασης:

Σε ετερογενή χημική ισορροπία, μια αντίδραση λαμβάνει χώρα σε μια θέση ενώ τα προϊόντα και τα αντιδρώντα κατανέμονται σε όλο το διάλυμα. Ο ρυθμός αντίδρασης σε ένα ομοιογενές διάλυμα είναι πολύ μεγαλύτερος από τον ρυθμό αντίδρασης σε ένα ετερογενές διάλυμα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αντιδρώντα και τα προϊόντα κατανέμονται ομοιόμορφα σε όλο το διάλυμα σε ένα ομοιογενές διάλυμα, επομένως η διάχυση των αντιδρώντων και των προϊόντων είναι πολύ ταχύτερη από τη διάχυση των αντιδρώντων και των προϊόντων σε ένα ετερογενές διάλυμα.

Ποσότητα αντιδρώντων:

Σε ετερογενή χημική ισορροπία, οι ποσότητες των αντιδρώντων και των προϊόντων δεν είναι ίδιες σε κάθε περιοχή. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα και τα μόρια σε μια χημική αντίδραση διαχέονται ή κινούνται σε όλο το σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι η συγκέντρωση μιας ουσίας θα είναι συχνά υψηλότερη σε ένα σημείο του συστήματος από μια άλλη.

Παραδείγματα ετερογενούς χημικής ισορροπίας:

1. Η ισορροπία μεταξύ νερού και υδρατμών είναι μια ετερογενής χημική ισορροπία. Σε μια τέτοια αντίδραση, τα αντιδρώντα δεν αναμειγνύονται και δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.
2. Όταν δύο είδη αντιδρούν σε ένα διάλυμα και τα προϊόντα της αντίδρασης χωρίζονται σε διακριτές φάσεις, η συνολική αντίδραση λέγεται ότι είναι ετερογενής. Η αντίδραση θα ολοκληρωθεί μόνο εάν ο ρυθμός προς τα εμπρός αντίδρασης είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, θα δημιουργηθεί η ισορροπία.
3. Το υδατικό διάλυμα οξικού χαλκού δίνει ένα πορφυρό ίζημα ανθρακικού χαλκού ως το κυρίαρχο προϊόν.

Συμπέρασμα:

Σε ετερογενή χημική ισορροπία, οι ουσίες που εμπλέκονται στην αντίδραση δεν κατανέμονται ομοιόμορφα στο αντιδρών μίγμα. Σε ετερογενή χημική ισορροπία, οι ενώσεις διαχέονται προς μια κοινή κατανομή από την αλληλεπίδραση χημικών αντιδράσεων και κίνησης. Αυτό το φαινόμενο παίζει σημαντικό ρόλο σε φυσικές διεργασίες όπως η φωτοσύνθεση και παρατηρείται επίσης στην ατμόσφαιρα όταν οι ρύποι διαχέονται στον αέρα.

Η μαθηματική μορφή της ετερογενούς χημικής ισορροπίας ανακαλύφθηκε από τον Πολωνό επιστήμονα Stanislas Dehmel, ο οποίος ενδιαφέρθηκε να μελετήσει την απορρόφηση αερίου του CO2 από το νερό.