Тэнцвэрийн тогтмол гэж юу вэ? Химийн тэнцвэрт байдал

Судлах асуултууд

1. Тэнцвэрийн байдал

Тэнцвэрийн тогтмол

Тэнцвэрийн концентрацийн тооцоо

Химийн тэнцвэрт байдалд шилжих. Ле Шательегийн зарчим

1. Тэнцвэрийн байдал

Ижил нөхцөлд эсрэг чиглэлд нэгэн зэрэг явагдах урвалыг урвуу гэж нэрлэдэг..

Хаалттай системд тохиолддог урвуу урвалыг авч үзье

Урагшлах урвалын хурдыг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

pr = к pr [A] [B],

Хаана pr - шууд урвалын хурд;

к pr нь урагшлах урвалын хурдны тогтмол юм.

Цаг хугацаа өнгөрөхөд урвалжуудын концентраци АТэгээд INбуурч, урвалын хурд буурдаг (Зураг 1, муруй pr).

хоорондын урвал АТэгээд INбодис үүсэхэд хүргэдэг CТэгээд Д, молекулууд мөргөлдөх үед дахин бодис өгч чаддаг АТэгээд IN.

Урвуу урвалын хурдыг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

arr = к arr [C] [D],

Хаана rev - урвуу урвалын хурд;

к rev – урвуу урвалын хурдны тогтмол.

Бодисын концентрацийн хувьд CТэгээд Днэмэгдэх тусам урвуу урвалын хурд нэмэгдэнэ (Зураг 1, муруй arr).

Зураг 1. Цаг хугацааны явцад урагшлах болон урвуу урвалын хурдны өөрчлөлт

Хэсэг хугацааны дараа Урагш ба урвуу урвалын хурд тэнцүү болно:

pr = арр.

Системийн энэ төлөвийг нэрлэдэг тэнцвэрийн байдал .

Тэнцвэрийн төлөв байдалд түүний бүх оролцогчдын концентраци цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхөө болино . Ийм концентрацийг нэрлэдэг тэнцвэрт байдал .

Химийн тэнцвэрт байдал – Энэ динамик тэнцвэр.Хаалттай системд агуулагдах бодисын концентрацийн өөрчлөгдөөгүй байдал нь тасралтгүй үргэлжилж буй химийн процессын үр дагавар юм. Урагш ба урвуу урвалын хурд 0-тэй тэнцүү биш боловч процессын ажиглагдсан хурд тэгтэй тэнцүү байна.

Урагш ба урвуу урвалын хурдны тэгш байдал нь химийн тэнцвэрт байдлын кинетик нөхцөл юм.

2. Тэнцвэрийн тогтмол

Урагш ба урвуу урвалын хурд тэнцүү байх үед

pr = арр.

тэгш байдал үнэн

к pr [A] [B] = к arr [C] [D],

Хаана [ А], [Б], [ХАМТ], [Д] – бодисын тэнцвэрт концентраци.

Хурдны тогтмолууд нь концентрацаас хамаардаггүй тул тэгш байдлыг өөрөөр бичиж болно.

Урагш ба урвуу урвалын хурдны тогтмолуудын харьцаа ( к pr / к арр. ) химийн тэнцвэрийн тогтмол гэж нэрлэдэг:

Жинхэнэ химийн тэнцвэрт байдал нь урвалын механизмын бүх анхан шатны үе шатууд тэнцвэрт байдалд байгаа тохиолдолд л бий болно. Шууд ба урвуу урвалын механизмууд хэчнээн төвөгтэй байсан ч тэнцвэрийн төлөвт тэд эхлэлийн бодисуудын урвалын бүтээгдэхүүн болон буцаж стехиометрийн шилжилтийг хангах ёстой. Энэ нь үйл явцын бүх үе шатуудын алгебрийн нийлбэр нь урвалын стехиометрийн тэгшитгэлтэй тэнцүү гэсэн үг юм. стехиометрийн коэффициентүүд нь механизмын бүх үе шатуудын молекулуудын нийлбэрийг илэрхийлдэг.

Нарийн төвөгтэй урвалын хувьд

aA + bB  cC + dD

Ижил температурын хувьд стехиометрийн коэффициентүүдтэй тэнцүү градусаар урвалын бүтээгдэхүүний тэнцвэрийн концентрацийн үржвэрийг стехиометрийн коэффициенттэй тэнцүү градусын эхлэлийн бодисын тэнцвэрийн концентрацийн бүтээгдэхүүнд харьцуулсан харьцаа нь тогтмол утга юм..

Энэ бол массын үйл ажиллагааны хуулийн хоёр дахь томъёолол юм.

Гетероген урвалын тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийлэлд зөвхөн шингэн эсвэл хийн фаз дахь бодисын концентрацийг багтаасан болно, учир нь хатуу бодисын концентраци нь дүрмээр бол тогтмол хэвээр байна.

Жишээлбэл, дараах урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг илэрхийлнэ

CO 2 (г) + C (тв)  2 CO (г)

ингэж бичсэн байна:

TO c =
.

Тэнцвэрийн тогтмол тэгшитгэл нь тэнцвэрийн нөхцөлд урвалд оролцож буй бүх бодисын концентраци хоорондоо хамааралтай болохыг харуулж байна. Тэнцвэрийн тогтмолын тоон утга нь урвалд орж буй бүх бодисын концентрацийн харьцаа тэнцвэрт байдалд ямар байх ёстойг тодорхойлдог.

Эдгээр бодисын аль нэгний концентрацийн өөрчлөлт нь бусад бүх бодисын концентраци өөрчлөгдөхөд хүргэдэг. Үүний үр дүнд шинэ концентраци үүсэх боловч тэдгээрийн хоорондын хамаарал нь тэнцвэрийн тогтмолтой дахин тохирч байна.

Тэнцвэрийн тогтмолын утга нь үүнээс хамаарна урвалд орох бодисын шинж чанар ба температур.

Урвалж буй бодисын молийн концентрациар илэрхийлэгдсэн тэнцвэрийн тогтмол ( TO-тай) ба тэнцвэрийн хэсэгчилсэн даралтаар илэрхийлэгдэх тэнцвэрийн тогтмол ( TOr) ("Химийн термодинамикийн үндсүүд" -ийг үзнэ үү) нь дараах хамаарлаар харилцан уялдаатай байдаг.

TOr= К-тайRT  , Кв = Кr / (RT)  ,

Энд  нь урвалын хийн мольуудын тооны өөрчлөлт юм.

Гиббсын энергийн стандарт өөрчлөлт нь

G T = - RT ln Кх,

G Т =  Х – Т  С.

Тэгшитгэлийн баруун талыг тэгшитгэсний дараа:

- RT ln Кх =  Х – Т  С

ln К r = -  Х / ( RT) +  С/ Р .

Тэгшитгэл нь тогтмол хэмжигдэхүүний температураас хамаарах хамаарлын төрлийг тогтоогоод зогсохгүй тогтмол нь урвалд орж буй бодисын шинж чанараар тодорхойлогддог болохыг харуулж байна.

Тэнцвэрийн тогтмол байдал нь концентраци (урвалын хурдны тогтмол гэх мэт), урвалын механизм, идэвхжүүлэх энерги, катализатор байгаа эсэхээс хамаардаггүй.. Жишээлбэл, катализаторыг нэвтрүүлэх үед механизмыг өөрчлөх нь тэнцвэрийн тогтмолын тоон утгад нөлөөлөхгүй, гэхдээ мэдээжийн хэрэг тэнцвэрт байдалд хүрэх хурдыг өөрчилдөг.

Химийн төлөв тэнцвэр- энэ нь үйл явцын стехиометрийг харгалзан бүтээгдэхүүн ба анхны бодисын химийн чадавхи бие биетэйгээ тэнцүү байх төлөв юм.

Хоёр нөхцөл хангагдсан тохиолдолд бид химийн тэнцвэрийн талаар ярьж болно.

Урагш ба урвуу урвалын хурд тэнцүү байна.

Гадны нөлөөлөл үзүүлж, дараа нь түүнийг арилгах үед систем анхны төлөвтөө буцаж ирдэг бол тэнцвэр бий болно.

11. Олон нийтийн үйл ажиллагааны хууль.

Тогтмол температурт химийн урвалын хурд нь урвалын тэгшитгэл дэх стехиометрийн коэффициенттэй тэнцүү хэмжээгээр авсан урвалж буй бодисын концентрацийн бүтээгдэхүүнтэй шууд пропорциональ байна.

Жишээлбэл, аммиакийн синтезийн урвалын хувьд:

N2 + 3H2 = 2NH3

массын үйл ажиллагааны хууль дараах хэлбэртэй байна.

Kc = 2 / 3

12. Нэг төрлийн систем дэх тэнцвэрийн тогтмол. Тэнцвэрийн тогтмолыг илэрхийлэх арга.

тэнцвэрийн тогтмолЭнэ нь стехиометрийн коэффициентүүдтэй харгалзах чадвараар авсан эцсийн болон анхны урвалын оролцогчдын тэнцвэрийн концентрацийн бүтээгдэхүүний харьцаатай тэнцүү тогтмол утга юм.

Нэг төрлийнНэг үе шатанд явагдах урвалыг хийн хольц, шингэн эсвэл заримдаа хатуу уусмал гэж нэрлэдэг.

Тэнцвэрийн тогтмолыг илэрхийлэх арга замууд

Хэрэв урвалд оролцож буй бодисын концентрацийг молийн молийн нэгжээр илэрхийлсэн бол i.e. моль/л-ээр ихэвчлэн Kc гэж тэмдэглэдэг

Нэг төрлийн хийн урвалын хувьд тэнцвэрийн тогтмолыг бодисын хэсэгчилсэн даралтаар илэрхийлэх нь илүү тохиромжтой.

Заримдаа тэнцвэрийн тогтмолыг хэсэгчилсэн даралт ба концентрациар бус, харин бодисын хэмжээгээр илэрхийлэх нь тохиромжтой байдаг.
эсвэл харгалзах моль фракцаар дамжуулан:

Ерөнхий тохиолдолд Kc, Kp, Kn, KN тэнцвэрийн тогтмолууд өөр байна.

13. Ле Шателье-Брауны зарчим .

Хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны нөлөөлөл үзүүлэх юм бол тэнцвэр нь гадны нөлөөллийг сулруулах чиглэлд шилждэг.

14. Вант Хоффын изобар тэгшитгэл.

Энэ илэрхийлэл нь Т-ийн тэнцвэрт байдал ба тэнцвэрийн тогтмол байдалд үзүүлэх нөлөөг чанарын хувьд үнэлэх боломжийг олгодог.

15.Үе шат.

үе шат гэж нэрлэдэг - гетероген системийн нэг төрлийн хэсэг, бодит интерфейстэй, дотор нь бүх шинж чанар нь тасралтгүй, түүгээр дамжин өнгөрөх үед өөрчлөгддөг.

16. Бүрэлдэхүүн хэсэг ба бүрэлдэхүүн хэсгүүд.

Бүрэлдэхүүн хэсэг гэж нэрлэдэг- системийн төлөв байдлыг тодорхойлоход хангалттай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамгийн бага тоо.

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдгэж нэрлэдэг -эмийн уламжлалт аргуудыг ашиглан тусгаарлаж болох системийн нэг хэсэг болох, системээс гадуур хүссэн үедээ оршин тогтнох боломжтой бодисууд.

17. Гиббсын фазын дүрэм .

Гадны хүчин зүйлсийн дунд зөвхөн температур ба даралт нөлөөлдөг тэнцвэрт термодинамик системийн чөлөөт байдлын зэрэг нь бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоотой тэнцүү байна. S=K-F+n(гадаад параметрийн тоо)

Фазын дүрмээс харахад эрх чөлөөний зэрэг нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоогоор нэмэгдэж, системийн фазын тоогоор буурдаг.

18. Систем дэх фазын тэнцвэрт байдлын нөхцөл.

Гетероген системд фазын хооронд дараах төрлийн тэнцвэрт байдал байгаа тохиолдолд фазын тэнцвэрт байдал бий болно.

Дулааны (температурын тэгш байдал)

Механик (даралтын тэгш байдал)

Химийн бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн хувьд

19.Клаузиус-Клаузиусын тэгшитгэл

Хаана, - Δ В- Эхний үе шатаас хоёр дахь үе рүү шилжих явцад бодисын эзлэхүүний өөрчлөлт; Т - шилжилтийн температур; Δ Х- 1 моль бодисын нэг фазаас нөгөөд шилжих үед бодисын энтропи ба энтальпийн өөрчлөлт

Энэ нь 2 параметр өөрчлөгдөхөд фазын шилжилтийн үед температур эсвэл даралт хэрхэн өөрчлөгдөхийг тооцоолох боломжийг танд олгоно.

20. усны төлөвийн диаграм

Системийн төлөв байдлыг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн ба систем дэх фазын өөрчлөлтүүдийн хоорондын хамаарал - хатуугаас шингэн рүү, шингэнээс хий рүү шилжих

21. Бодит шийдлүүд. Уусмалын концентрацийг илэрхийлэх арга замууд. Бодисын моляр ба массын хувь, уусмал дахь бодисын молийн концентрацийг тооцоолох.

Үнэн шийдэл- энэ нь ууссан бодисын ширхэгийн хэмжээ нь маш бага бөгөөд уусгагч хэсгүүдийн хэмжээтэй харьцуулахуйц уусмалын төрөл юм.

Шийдэл бий хий(хийн хольц), шингэнТэгээд хэцүү. Хийн уусмал нь агаар юм. Далайн ус нь усан дахь давсны холимог - шингэн уусмал юм. Хатуу уусмал - металлын хайлш. Уусмал нь уусгагч ба ууссан бодисоос бүрдэнэ.

Үүнийг шийдэл гэж нэрлэдэгхоёр буюу түүнээс дээш бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдсэн хатуу буюу шингэн нэгэн төрлийн систем.

Уусгагч гэж үздэг– уусмалын агрегацын төлөвийг тодорхойлох бодис буюу эзэлхүүн, массын хувьд илүү их бодис.

Уусмалын концентрацийг илэрхийлэх арга.

Уусмалын концентраци Уусмал эсвэл уусгагчийн тодорхой хэмжээ, масс эсвэл эзэлхүүн дэх ууссан бодисын масс эсвэл тоо хэмжээ.

1) Массын фракц ( wi ) нь 100 грамм уусмалд агуулагдах ууссан бодисын масс юм.

2) Молийн фракц (моль) - X би – 1 моль уусмалд агуулагдах бүрэлдэхүүн хэсгийн моль тоо.

3) Молын концентраци (моляри) ми – 1 кг уусгагчид агуулагдах ууссан бодисын молийн тоо [моль/кг].

4) Молийн концентраци ХАМТ би – 1 литр буюу 1 дм3 уусмалд агуулагдах ууссан бодисын молийн тоо [моль/л].

Тэнцвэрийн байрлалд гадаад нөхцөл байдлын өөрчлөлтийн нөлөөллийг тодорхойлно Ле Шательегийн зарчим (хөдөлгөөний тэнцвэрийн зарчим): Хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны аливаа нөлөөлөл үзүүлэх юм бол системд энэ нөлөөллийн нөлөөг сулруулж буй үйл явцын тэр чиглэл бэхжиж, тэнцвэрийн байрлал ижил чиглэлд шилжинэ.

Ле Шательегийн зарчим нь зөвхөн химийн процесст төдийгүй буцалгах, талстжих, уусах гэх мэт физик процессуудад ч хамаатай.

NO исэлдэлтийн урвалын жишээг ашиглан химийн тэнцвэрт байдалд янз бүрийн хүчин зүйлсийн нөлөөллийг авч үзье.

2 ҮГҮЙ (ж) + О 2(г) 2 ҮГҮЙ 2(г); H o 298 = - 113.4 кЖ/моль.

Температурын химийн тэнцвэрт байдалд үзүүлэх нөлөө

Температур нэмэгдэх тусам тэнцвэр нь эндотермик урвал руу, температур буурах тусам экзотермик урвал руу шилждэг.

Тэнцвэрийн шилжилтийн зэрэг нь дулааны эффектийн үнэмлэхүй утгаар тодорхойлогддог: урвалын энтальпийн үнэмлэхүй утга их байх тусам H, тэнцвэрт байдалд температурын нөлөө их байх болно.

Азотын ислийн нийлэгжилтийг авч үзэх урвалд (IV ) температурын өсөлт нь тэнцвэрийг эхлэлийн бодис руу шилжүүлнэ.

Даралтын химийн тэнцвэрт байдалд үзүүлэх нөлөө

Шахалт нь хийн бодисын эзэлхүүн багасч байгаа үйл явцын чиглэлд тэнцвэрийг шилжүүлж, даралт буурах нь тэнцвэрийг эсрэг чиглэлд шилжүүлдэг. Харж буй жишээн дээр тэгшитгэлийн зүүн талд гурван боть, баруун талд хоёр боть байна. Даралтын өсөлт нь эзэлхүүн буурахад тохиолддог процессыг дэмждэг тул даралт ихсэх тусам тэнцвэр баруун тийш шилжих болно, өөрөөр хэлбэл. урвалын бүтээгдэхүүн рүү - NO 2 . Даралтыг бууруулах нь тэнцвэрийг эсрэг чиглэлд шилжүүлэх болно. Хэрэв урвуу урвалын тэгшитгэлд баруун ба зүүн тал дахь хийн бодисын молекулуудын тоо тэнцүү байвал даралтын өөрчлөлт нь тэнцвэрийн байрлалд нөлөөлөхгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Химийн тэнцвэрт байдалд концентрацийн нөлөө

Харж байгаа урвалын хувьд тэнцвэрийн системд NO эсвэл O 2-ийн нэмэлт хэмжээг нэвтрүүлэх. Эдгээр бодисын концентраци буурах чиглэлд тэнцвэрт өөрчлөлтийг үүсгэдэг тул тэнцвэрт байдал үүсэх тал руу шилждэг.ҮГҮЙ 2 . Төвлөрөл нэмэгдсэнҮГҮЙ 2 тэнцвэрийг эхлэл бодис руу шилжүүлдэг.

Катализатор нь урагш болон урвуу урвалыг адилхан хурдасгадаг тул химийн тэнцвэрт байдалд нөлөөлөхгүй.

Тэнцвэрийн системд оруулах үед (P = const ) идэвхгүй хий, урвалжуудын концентраци (хэсэгчилсэн даралт) буурдаг. Боловсруулж буй исэлдэлтийн процессоос хойшҮГҮЙ эзлэхүүн багасч, дараа нь нэмэх үед явдаг

Химийн тэнцвэрийн тогтмол

Химийн урвалын хувьд:

2 ҮГҮЙ (g) + O 2 (g) 2 NO 2(г)

химийн урвалын тогтмол K c нь харьцаа:

(12.1)

Энэ тэгшитгэлд дөрвөлжин хаалтанд химийн тэнцвэрт байдалд тогтсон урвалд орж буй бодисын концентраци, өөрөөр хэлбэл. бодисын тэнцвэрт концентраци.

Химийн тэнцвэрийн тогтмол нь Гиббсын энергийн өөрчлөлттэй дараахь тэгшитгэлээр холбогдоно.

G T o = – RTlnK . (12.2).

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

Тодорхой температурт систем дэх тэнцвэрийн концентраци 2CO (g) + O 2(г)2CO 2 (г) нь: = 0.2 моль/л, = 0.32 моль/л, = 0.16 моль/л. Энэ температурын тэнцвэрийн тогтмол болон CO ба O-ийн анхны концентрацийг тодорхойлно 2 , хэрэв анхны хольц нь CO агуулаагүй бол 2 .

.

2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(г).

Хоёр дахь мөрөнд "прореакт" нь урвалд орсон анхны бодисын концентраци ба үүссэн CO 2-ийн концентрацийг хэлнэ. , ба, эхний = нь урвал + тэнцүү байна .

Лавлагаа өгөгдлийг ашиглан үйл явцын тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоол

3H 2 (G) + Н 2 (G) 2 NH 3 (G) 298 К.

G 298 o = 2·( - 16.71) кЖ = -33.42 10 3 Ж.

G T o = - RTlnK.

lnK = 33.42 10 3 /(8.314 × 298) = 13.489. K = 7.21× 10 5 .

Систем дэх HI-ийн тэнцвэрт концентрацийг тодорхойлно

Х 2(г) + I 2(г) 2HI (G),

Хэрэв тодорхой температурт тэнцвэрийн тогтмол нь 4, анхны концентраци H 2, I 2 байвал. ба HI нь 1, 2 ба 0 моль/л-тэй тэнцүү байна.

Шийдэл. Хэзээ нэгэн цагт х моль/л Н2 урвалд оруулъя.

.

Энэ тэгшитгэлийг шийдэж бид x = 0.67 болно.

Энэ нь HI-ийн тэнцвэрт концентраци 2 × 0.67 = 1.34 моль/л байна гэсэн үг юм.

Лавлагаа өгөгдлийг ашиглан процессын тэнцвэрийн тогтмол байх температурыг тодорхойлно: H 2 (г) + HCOH (г) CH3OH (г) 1-тэй тэнцүү болно. H o T » H o 298 ба S o T гэж үзье. "С o 298.

Хэрэв K = 1 бол G o T = байна - RTlnK = 0;

Г о Т » N тухай 298 - Т Д S o 298 . Дараа нь;

N ойролцоогоор 298 = -202 - (- 115.9) = -86.1 кЖ = - 86.1 × 10 3 Ж;

С o 298 = 239.7 – 218.7 – 130.52 = -109.52 Ж/К;

TO.

Урвалын хувьд SO 2(G) + Cl 2(G) SO 2 Cl 2(G) тодорхой температурт тэнцвэрийн тогтмол 4. SO 2 Cl 2-ийн тэнцвэрийн концентрацийг тодорхойлно уу. , хэрэв SO-ийн анхны концентраци 2, Cl 2 ба SO 2 Cl 2 2, 2 ба 1 моль/л-тэй тэнцүү байна.

Шийдэл. Хэзээ нэгэн цагт x моль/л SO 2 урвалд орно.

SO 2(G) + Cl 2(G) SO 2 Cl 2(G)

Дараа нь бид авна:

.

Энэ тэгшитгэлийг шийдэж, бид олно: x 1 = 3 ба x 2 = 1.25. Гэхдээ x 1 = 3 нь асуудлын нөхцөлийг хангахгүй байна.
Тиймээс = 1.25 + 1 = 2.25 моль/л.

Бие даан шийдвэрлэх асуудал

12.1. Дараах урвалуудын аль нь даралт ихсэх нь тэнцвэрийг баруун тийш шилжүүлэх вэ? Хариултаа зөвтгөөрэй.

1) 2 NH 3 (г) 3 H 2 (г) + Н 2 (гр)

2) ZnCO 3 (к) ZnO (k) + CO 2 (гр)

3) 2HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (w)

4) CO 2 (g) + C (графит) 2CO (г)

12.2.Тодорхой температурт систем дэх тэнцвэрийн концентраци

2HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (гр)

байсан: = 0.3 моль/л, = 0.6 моль/л, = 0.6 моль/л. Тэнцвэрийн тогтмол ба HBr-ийн анхны концентрацийг тодорхойлно.

12.3.Урвалын хувьд H 2(г)+С (г) H 2 S (г) тодорхой температурт тэнцвэрийн тогтмол нь 2. H 2-ийн тэнцвэрийн концентрацийг тодорхойлно уу. ба S, хэрэв H-ийн анхны концентраци 2, S ба H 2 S нь 2, 3 ба 0 моль/л-тэй тэнцүү байна.

Дараах тэгшитгэлээр илэрхийлсэн аммиакийн үйлдвэрлэлийн процесс руу буцъя.

N 2 (г) + 3Н 2 (г) → 2NH 3 (г)

Битүү эзэлхүүнтэй байх нь азот ба устөрөгчийг нэгтгэж аммиак үүсгэдэг. Энэ үйл явц хэр удаан үргэлжлэх вэ? Аль нэг урвалж дуусах хүртэл гэж үзэх нь логик юм. Гэсэн хэдий ч бодит амьдрал дээр энэ нь бүрэн үнэн биш юм. Баримт нь урвал эхэлснээс хойш хэсэг хугацааны дараа үүссэн аммиак нь азот, устөрөгч болж задарч эхэлнэ, өөрөөр хэлбэл урвуу урвал эхэлнэ.

2NH 3 (г) → N 2 (г) + 3Н 2 (г)

Үнэн хэрэгтээ хаалттай эзэлхүүнд бие биенээсээ шууд эсрэг хоёр урвал нэгэн зэрэг явагдана. Тиймээс энэ процессыг дараах тэгшитгэлээр бичнэ.

N 2 (г) + 3Н 2 (г) ↔ 2NH 3 (г)

Давхар сум нь урвал хоёр чиглэлд явж байгааг харуулж байна. Азот ба устөрөгчийг нэгтгэх урвалыг нэрлэдэг шууд хариу үйлдэл. Аммиак задрах урвал - хариу үйлдэл.

Үйл явцын хамгийн эхэнд шууд урвалын хурд маш өндөр байдаг. Гэвч цаг хугацаа өнгөрөхөд урвалжуудын концентраци буурч, аммиакийн хэмжээ нэмэгддэг - үр дүнд нь урагшлах урвалын хурд буурч, урвуу урвалын хурд нэмэгддэг. Урагш ба урвуу урвалын хурдыг харьцуулах цаг ирдэг - химийн тэнцвэрт байдал эсвэл динамик тэнцвэрт байдал үүсдэг. Тэнцвэрийн үед урагш болон урвуу урвал хоёулаа явагддаг боловч тэдгээрийн хурд нь ижил байдаг тул ямар ч өөрчлөлт ажиглагддаггүй.

Тэнцвэрийн тогтмол

Янз бүрийн хариу үйлдэл нь янз бүрийн аргаар явагддаг. Зарим урвалын үед тэнцвэрт байдал үүсэхээс өмнө нэлээд олон тооны урвалын бүтээгдэхүүн үүсдэг; бусад нь - хамаагүй бага. Тиймээс тодорхой тэгшитгэл нь өөрийн тэнцвэрийн тогтмолтой байдаг гэж хэлж болно. Урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг мэдэхийн тулд химийн тэнцвэрт байдал үүсэх урвалд орох бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний харьцангуй хэмжээг тодорхойлох боломжтой.

Зарим урвалыг тэгшитгэлээр тайлбарлая: aA + bB = cC + dD

• a, b, c, d - урвалын тэгшитгэлийн коэффициентүүд;
• A, B, C, D - бодисын химийн томъёо.

Тэнцвэрийн тогтмол:

[C] c [D] d K = ———————— [A] a [B] b

Дөрвөлжин хаалт нь томьёо нь бодисын молийн концентрацийг агуулж байгааг харуулж байна.

Тэнцвэрийн тогтмол нь юу хэлэх вэ?

Өрөөний температурт аммиакийн синтезийн хувьд K = 3.5·10 8. Энэ нь нэлээд том тоо бөгөөд аммиакийн концентраци үлдсэн анхны материалаас хамаагүй их байвал химийн тэнцвэрт байдал үүснэ гэдгийг харуулж байна.

Бодит аммиакийн үйлдвэрлэлд технологчийн даалгавар бол хамгийн их тэнцвэрийн коэффициентийг олж авах, өөрөөр хэлбэл шууд урвалыг дуусгах явдал юм. Үүнд хэрхэн хүрэх вэ?

Ле Шательегийн зарчим

Ле Шательегийн зарчимуншдаг:

Үүнийг яаж ойлгох вэ? Энэ нь маш энгийн. Тэнцвэрийг алдагдуулах гурван арга бий:

• бодисын концентрацийг өөрчлөх;
• температурыг өөрчлөх;
• даралтыг өөрчлөх.

Аммиакийн синтезийн урвал тэнцвэрт байдалд байх үед үүнийг дараах байдлаар дүрсэлж болно (урвал нь экзотермик):

N 2 (г) + 3Н 2 (г) → 2NH 3 (г) + Дулаан

Төвлөрөл өөрчлөгдөх

Нэмэлт азотыг тэнцвэртэй системд оруулъя. Энэ нь тэнцвэрийг алдагдуулна:

Азотын хэмжээ нэмэгдэж, илүү их хэмжээгээр урвалд ордог тул урагшлах урвал илүү хурдан явагдана. Хэсэг хугацааны дараа химийн тэнцвэрт байдал дахин үүснэ, гэхдээ азотын концентраци нь устөрөгчийн агууламжаас их байх болно.

Гэхдээ системийг зүүн тал руу нь өөр аргаар "гажих" боломжтой - баруун талыг нь "гэрэлтүүлэх", жишээлбэл, үүсэх явцад системээс аммиакийг зайлуулах замаар. Тиймээс аммиак үүсэх шууд урвал дахин давамгайлах болно.

Температурыг өөрчлөх

Температурыг өөрчлөх замаар бидний "масс" -ын баруун талыг өөрчилж болно. Зүүн талыг "илүү жинтэй" болгохын тулд баруун талыг "хөнгөлөх" шаардлагатай - температурыг бууруулна.

Даралтыг өөрчлөх

Зөвхөн хийтэй урвалд ороход даралтыг ашиглан систем дэх тэнцвэрийг алдагдуулж болно. Даралтыг нэмэгдүүлэх хоёр арга бий.

• системийн эзлэхүүнийг багасгах;
• инертийн хий нэвтрүүлэх.

Даралт ихсэх тусам молекулын мөргөлдөөний тоо нэмэгддэг. Үүний зэрэгцээ систем дэх хийн концентраци нэмэгдэж, шууд болон урвуу урвалын хурд өөрчлөгддөг - тэнцвэр алдагддаг. Тэнцвэрийг сэргээхийн тулд систем нь даралтыг бууруулахыг "оролдог".

Аммиакийн синтезийн явцад азот ба устөрөгчийн 4 молекулаас аммиакийн хоёр молекул үүсдэг. Үүний үр дүнд хийн молекулуудын тоо буурдаг - даралт буурдаг. Үүний үр дүнд даралтыг нэмэгдүүлсний дараа тэнцвэрт байдалд хүрэхийн тулд урагшлах урвалын хурд нэмэгддэг.

Дүгнэж хэлье.Ле Шательегийн зарчмын дагуу аммиакийн үйлдвэрлэлийг дараахь байдлаар нэмэгдүүлэх боломжтой.

• урвалжийн концентрацийг нэмэгдүүлэх;
• урвалын бүтээгдэхүүний концентрацийг бууруулах;
• урвалын температурыг бууруулах;
• урвал явагдах даралтыг нэмэгдүүлэх.