Συγκέντρωση Ισορροπίας
Εισαγωγή:-
Όταν μιλάμε για μια ισορροπημένη χημική αντίδραση, εννοούμε ότι κάθε στοιχείο και στις δύο πλευρές της εξίσωσης έχει τον ίδιο αριθμό ατόμων. Η έννοια της συγκέντρωσης ισορροπίας βασίζεται σε αυτές τις ισορροπημένες χημικές αντιδράσεις. Όταν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα μιας χημικής ουσίας δεν εξαρτώνται από το χρόνο, λέμε ότι βρίσκεται σε συγκέντρωση ισορροπίας. Η χημική ισορροπία, γνωστή και ως συγκέντρωση ισορροπίας, εμφανίζεται όταν ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης σε μια χημική διεργασία ισούται με τον ρυθμό της προς τα πίσω αντίδρασης. Ταυτόχρονα, τα προϊόντα και τα αντιδρώντα παραμένουν αμετάβλητα, υποδεικνύοντας ότι η αντίδραση έχει σταματήσει.
Σταθερά ισορροπίας:-
Για να κατανοήσετε πώς να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση συγκέντρωσης ισορροπίας για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ισορροπίας, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε τον τύπο της σταθεράς ισορροπίας Kc . Η σταθερά ισορροπίας είναι η αναλογία των προϊόντων προς τα αντιδρώντα όταν η χημική ουσία βρίσκεται σε ισορροπία. Εξετάστε την ακόλουθη χημική αντίδραση:
aA + bB ———–› cC + dD.
Η σταθερά ισορροπίας(Kc) για την παραπάνω εξίσωση ως εξής:
Υπολογισμός συγκέντρωσης ισορροπίας :-
Η χρήση του πίνακα ICE για την εύρεση της εξίσωσης συγκέντρωσης ισορροπίας είναι η ευκολότερη μέθοδος. Είναι ένας καλά οργανωμένος πίνακας που δείχνει πόσο από κάθε προϊόν και αντιδραστήριο δίνεται και πόσα πρέπει να βρεθεί. Όταν εξετάζουμε τον τρόπο υπολογισμού της συγκέντρωσης ισορροπίας, η σταθερά ισορροπίας και ο πίνακας θα είναι χρήσιμοι. Η αρχική συγκέντρωση συμβολίζεται με το γράμμα «I.» Το γράμμα «C» σημαίνει αλλαγή συγκέντρωσης. Η συγκέντρωση ισορροπίας συμβολίζεται με το γράμμα «E.»
Για να προσδιοριστεί η συγκέντρωση ισορροπίας μιας χημικής διαδικασίας, πρέπει να ακολουθηθούν μερικά βήματα. Η διαδικασία είναι η εξής.
- Το πρώτο βήμα είναι να καταγράψετε την ισορροπημένη εξίσωση της χημικής αντίδρασης ως
aA + bB ———–› cC + dD.
- Το δεύτερο βήμα είναι να μετατραπούν οι συγκεντρώσεις των προϊόντων και των αντιδρώντων σε μονάδες Molarity.
- Ο σχηματισμός του πίνακα ICE και ο προσδιορισμός των ποσοτήτων που δίνονται και του τι πρέπει να βρεθεί είναι το τρίτο στάδιο.
Αρχή του Le-Chatelier:-
Ο νόμος της ισορροπίας, κοινώς γνωστός ως η αρχή του Le Chatelier, είναι μια αρχή στη χημεία που προβλέπει την επίδραση μιας αλλαγής των συνθηκών στη χημική ισορροπία. Η αρχή πήρε το όνομά της από τον Γάλλο επιστήμονα Henry Louis Le Chatelier, ωστόσο ο Karl Ferdinand Braun πιστώνεται συχνά ότι την ανακάλυψε ανεξάρτητα. Μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
Όταν ένα σύστημα που βρίσκεται σε ισορροπία για μεγάλο χρονικό διάστημα υποβάλλεται σε αλλαγή στη συγκέντρωση, τη θερμοκρασία, τον όγκο ή την πίεση,
(1) μετατοπίζεται σε μια νέα ισορροπία και
(2) αυτή η μετατόπιση αντισταθμίζει εν μέρει την εφαρμοζόμενη αλλαγή.
Είναι σύνηθες να σκεφτόμαστε την ιδέα με όρους μιας ευρύτερης παρατήρησης συστημάτων, όπως
- Όταν διακόπτεται ένα καλά εδραιωμένο σύστημα, θα προσαρμοστεί για να μειώσει τον αντίκτυπο της αλλαγής.
Η έννοια της συστημικής διατήρησης μιας κατάστασης ισορροπίας παρά τις διαταραχές είναι γνωστή με μια ποικιλία ονομάτων, ανάλογα με τον κλάδο (για παράδειγμα, στη βιολογία, η ομοιόσταση είναι ένας όρος που περιλαμβάνει την έννοια) και έχει μελετηθεί σε ποικίλα πλαίσια, κυρίως στις φυσικές επιστήμες. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται στη χημεία για να αλλάξει τις αποκρίσεις των αναστρέψιμων διεργασιών, συνήθως για να αυξήσει την απόδοσή τους. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η δέσμευση των συνδετών με τους υποδοχείς μπορεί να τροποποιήσει την ισορροπία στη φαρμακολογία, εξηγώντας τις διάφορες διαδικασίες ενεργοποίησης και απευαισθητοποίησης των υποδοχέων. Η έννοια έχει γενικευθεί στα οικονομικά για να βοηθήσει στην εξήγηση της ισορροπίας τιμών σε αποτελεσματικά οικονομικά συστήματα.
Σε συστήματα αυτού του τύπου, μπορεί να συμβούν φαινόμενα που φαίνεται να αψηφούν την αρχή του Le Chatelier.
Επίδραση της αλλαγής της πίεσης:-
Η υγρή και η στερεά φάση δεν επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις της πίεσης. Η πίεση, από την άλλη πλευρά, έχει σημαντικό αντίκτυπο στην αέρια φάση. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η αύξηση της πίεσης ωθεί την ισορροπία προς την πλευρά της αντίδρασης με μικρότερα mol αερίου, ενώ η μείωση των πιέσεων ωθεί την ισορροπία προς την πλευρά της αντίδρασης με περισσότερα mol αερίου. Η πίεση δεν επηρεάζει εάν η ποσότητα των γραμμομορίων αερίου και στις δύο πλευρές της αντίδρασης είναι η ίδια.
Επίδραση της αλλαγής της θερμοκρασίας:-
Το είδος της αντίδρασης καθορίζει αν είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. Θυμηθείτε ότι ενδόθερμος σημαίνει ότι μια χημική διαδικασία απορροφά ενέργεια, ενώ εξώθερμη σημαίνει ότι η αντίδραση απελευθερώνει ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια μπορεί να θεωρηθεί είτε ως αντιδρών είτε ως προϊόν μιας αντίδρασης:
Ενδόθερμος: ενέργεια + αντιδρόν ————-› προϊόν
Εξώθερμο: αντιδρόν ————-› προϊόν + ενέργεια
Η αυξημένη θερμοκρασία μπορεί να θεωρηθεί ότι προσθέτει ενέργεια επειδή η θερμοκρασία είναι ένα από τα μέτρα μέτρησης της ενέργειας του συστήματος. Η αντίδραση θα ενεργήσει σαν να εισάγεται ένα αντιδραστήριο ή ένα προϊόν, μετατοπίζοντας στην αντίθετη πλευρά ως αποτέλεσμα. Όταν η θερμοκρασία μιας ενδόθερμης αντίδρασης αυξάνεται, προσθέτει αποτελεσματικά ένα αντιδραστήριο, μετατοπίζοντας την ισορροπία προς τα προϊόντα. Όταν χαμηλώνετε τη θερμοκρασία, μειώνετε ένα αντιδραστήριο (σε ενδόθερμες διεργασίες) ή ένα προϊόν (σε εξώθερμες αντιδράσεις) και η ισορροπία προσαρμόζεται αντίστοιχα.
Συμπέρασμα:-
Η αρχή του Le Chatelier μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει πώς ένα στρες, όπως η αλλαγή της συγκέντρωσης, θα επηρεάσει ένα σύστημα απόκρισης ισορροπίας. Όταν η συγκέντρωση ενός είδους αντίδρασης αυξάνεται (σε σταθερά V και T), το σύστημα ισορροπίας μετατοπίζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, μειώνοντας τη συγκέντρωση αυτού του είδους.
