Εξέταση συγκέντρωσης

Η συγκέντρωση παίζει ζωτικό ρόλο σε οποιαδήποτε αντίδραση. Κάθε αντίδραση προχωρά με ρυθμό που υπαγορεύεται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Η κερδοφορία και η βιωσιμότητα μιας αντίδρασης εξαρτώνται επίσης από τη συγκέντρωση του προϊόντος που παράγεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης.

Επομένως, όταν μια αντίδραση πρέπει να γίνει σε μεγάλη κλίμακα, οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και του τελικού προϊόντος παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο. Χωρίς λόγους συγκέντρωσης, οι βιομηχανίες δεν θα είχαν τρόπο να πουν εάν η αντίδραση που κάνουν θα τους αποφέρει κέρδη ή όχι.

Τι είναι η συγκέντρωση;

Η συγκέντρωση αναφέρεται στην ποσότητα μιας συγκεκριμένης οντότητας που υπάρχει σε μια δεδομένη περιοχή. Αυτή η ποσότητα μπορεί να εκφραστεί με διάφορους όρους, όπως mole, χιλιόγραμμα, κ.λπ. Η συγκέντρωση μιας οντότητας συνήθως αναφέρεται σε ένα διάλυμα ή μείγμα κάποιου είδους. Όσον αφορά τις αντιδράσεις, όταν γίνεται λόγος για τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, αναφέρεται στη συγκέντρωση των αντιδρώντων στο μίγμα των αντιδρώντων.

Η αρχή του Le Chatelier για τη συγκέντρωση

Η σημασία της εξέτασης της συγκέντρωσης δεν μπορεί να εκφραστεί σωστά χωρίς να ληφθεί υπόψη η επίδρασή της σε οποιαδήποτε ισορροπία. Όλες οι αντιδράσεις συμβαίνουν για να φτάσουν σε μια ισορροπία, αλλά οι περισσότερες βιομηχανίες αναλαμβάνουν ορισμένες πρακτικές για να ανατρέψουν την ισορροπία υπέρ τους. Για να συμβεί αυτό, η αρχή του Le Chatelier χρησιμοποιείται σε σύζευξη με τη συγκέντρωση των αντιδρώντων.

Κάθε αντίδραση μπορεί να γίνει κατανοητή από την άποψη του αριθμού των moles μιας οντότητας. Όταν λέμε A + B → C, εδώ αναφερόμαστε στις συγκεντρώσεις καθώς 1 mole A αντιδρά με 1 mole B για να παραχθεί 1 mole C. Εάν αυτή η αντίδραση έρθει σε ισορροπία, ίση ποσότητα προϊόντος θα σπάσει κάτω για την παραγωγή του αντιδρώντος σε σύγκριση με την ποσότητα του αντιδρώντος που θα καταναλωθεί για τη δημιουργία του προϊόντος.

Για να ανατραπεί αυτή η ισορροπία ώστε να παραχθεί περισσότερο προϊόν, η συγκέντρωση των αντιδρώντων στο μίγμα των αντιδρώντων θα πρέπει να αλλάξει. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, όταν ο αριθμός των γραμμομορίων των αντιδρώντων είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των γραμμομορίων του προϊόντος, τότε η αύξηση του αριθμού των γραμμομορίων αντιδρώντων θα δώσει περισσότερο προϊόν. Αυτό συμβαίνει επειδή, σε κατάσταση ισορροπίας, η πίεση του αντιδρώντος και των μιγμάτων προϊόντος γίνεται σταθερή. Αλλά η προσθήκη περισσότερων αντιδραστηρίων στο αντιδρών μίγμα θα αυξήσει την πίεσή του σε σύγκριση με το μείγμα του προϊόντος. Επομένως, για να σταθεροποιηθούν οι πιέσεις, θα παραχθούν περισσότερα προϊόντα και έτσι η ισορροπία θα κινηθεί προς τα εμπρός.

Το αντίστροφο αυτής της θεώρησης είναι ότι εάν λιγότερα moles αντιδρώντων παράγουν μεγαλύτερο αριθμό γραμμομορίων προϊόντος, η αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδραστηρίων θα μειώσει την ποσότητα του παραγόμενου προϊόντος. Για να καταστεί μια αντίδραση κερδοφόρα, λαμβάνονται υπόψη ζητήματα συγκέντρωσης σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier. Αυτό δίνει στις βιομηχανίες μια ακριβή εκτίμηση των αλλαγών που απαιτούνται για να αποδώσουν μια κερδοφόρα αντίδραση.

Τι είναι η εξέταση συγκέντρωσης;

Ένα από τα πιο σημαντικά παραδείγματα εξέτασης της συγκέντρωσης στις βιομηχανίες βρίσκεται στη διαδικασία επαφής. Το δεύτερο βήμα στη διαδικασία επαφής είναι η μετατροπή του διοξειδίου του θείου σε τριοξείδιο του θείου.

Αφού το προϊόν του διοξειδίου του θείου βρίσκεται στη διαδικασία επαφής, παράγεται τριοξείδιο του θείου από το διοξείδιο του θείου. Αυτή η αντίδραση είναι σημαντική καθώς το τριοξείδιο του θείου είναι η πρώτη ύλη για το σχηματισμό ελαίου από το οποίο μπορεί να παραχθεί θειικό οξύ.

Λόγω της σημασίας αυτού του βήματος, είναι επιτακτική ανάγκη η απόδοση τριοξειδίου του θείου να μεγιστοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο. Για να γίνει αυτό, παίζουν διάφοροι παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η συγκέντρωση των αντιδρώντων. Επομένως, η συγκέντρωση των αντιδρώντων είναι πολύ σημαντική αφού έχει λόγο για τη συνολική ποσότητα τριοξειδίου του θείου που θα παραχθεί.

Η αντίδραση της μετατροπής του διοξειδίου του θείου σε τριοξείδιο του θείου δίνεται ως

2SO2 + O2 ⇒ 2SO3

Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, εάν αυξηθεί ο αριθμός των γραμμομορίων αντιδρώντων στην αριστερή πλευρά της ισορροπίας, θα αυξηθεί και ο αριθμός των γραμμομορίων προϊόντων που σχηματίζονται στη δεξιά πλευρά. Δηλαδή, η ισορροπία θα ωθηθεί προς την πλευρά του προϊόντος.

Ωστόσο, αυτό μας φέρνει σε δίλημμα σχετικά με μια οικονομική λύση. Η ποσότητα του διοξειδίου του θείου που παράγεται εξαρτάται από το πρώτο βήμα της διαδικασίας επαφής. Για παράδειγμα, η ποσότητα του διοξειδίου του θείου μπορεί να αυξηθεί με το ψήσιμο περισσότερου θειούχου μετάλλου ή την καύση περισσότερου θείου, κανένα από τα οποία δεν μπορεί να αυξηθεί πέρα ​​από μια ορισμένη υποχρεωτική ποσότητα.

Επομένως, η οικονομική λύση θα ήταν η αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου στην πλευρά των αντιδρώντων. Η αύξηση της συγκέντρωσης του οξυγόνου είναι ευκολότερη καθώς υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο στον αέρα και η διέλευση περισσότερου αέρα θα αυξήσει αυτόματα τη συγκέντρωση οξυγόνου.

Η αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου θα οδηγήσει σε μετατροπή μεγαλύτερης ποσότητας διοξειδίου του θείου. Αλλά ταυτόχρονα, το αέριο που περνά πάνω από τον καταλύτη πεντοξείδιο του βαναδίου θα έχει περισσότερο οξυγόνο με το οποίο δεν έχει τίποτα να αντιδράσει.

Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και με μεγαλύτερη ποσότητα διοξειδίου του θείου που μετατρέπεται, η ποσότητα τριοξειδίου του θείου που παράγεται καθημερινά θα είναι μικρότερη, καθώς η συγκέντρωση του διοξειδίου του θείου στο αντιδρών μίγμα δεν θα είναι αρκετή για τον καταλύτη για να πραγματοποιήσετε τη μετατροπή.

Συμπέρασμα

Η αναλογία αντιδρώντων 1:1 αποδίδει την υψηλότερη ποσότητα τριοξειδίου του θείου, καθώς βρίσκει μια δίκαιη ισορροπία μεταξύ της μετατροπής του διοξειδίου του θείου με χρήση οξυγόνου και της δυνατότητας στον καταλύτη να μετατοπίσει την αντίδραση στη δεξιά πλευρά της ισορροπίας.

Η παραγωγή θειικού οξέος είναι μια πολύ σημαντική εργασία και η συγκέντρωση κάθε αντιδρώντος παίζει σημαντικό ρόλο σε αυτό. Ως εκ τούτου, είναι επιτακτική ανάγκη να επικεντρωθούν τα ζητήματα συγκέντρωσης στη διαδικασία επαφής κατά την προετοιμασία για την παραγωγή θειικού οξέος.