Химийн тэнцвэр. Массын үйл ажиллагааны хууль

1 . PCl 5 тэгшитгэлийн дагуу явагдах фосфорын пентахлоридын диссоциацийн үйл явцын химийн тэнцвэрийн тогтмолыг тодорхойлно уу.<=>PCl 3 + Cl 2,

K C-ийн тэнцвэрийн концентраци болон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэсэгчилсэн даралтаар K R. 500 К-ийн температурт тэнцвэрт байдал үүсэх үед PCl 5-ийн 54% нь 1 моль/ анхны концентрацитай харьцуулахад урвалд орсон нь мэдэгдэж байна. л.

Шийдэл. Химийн тэнцвэрт байдалд зориулж массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу

K C = :.

Энэ илэрхийлэлийг тэгшитгэлдээ ашигласнаар бид олж авна

K C = C μ (PCl 3) C μ (Cl 2)/C μ (PCl 5).

Энэ илэрхийлэлд урвалд орж буй бодис ба бүтээгдэхүүний тэнцвэрт концентраци орно. Тэднийг тооцоолъё.

Хэрэв тэнцвэрт байдал үүсэх үед фосфорын пентахлоридын 54% нь урвалд орсон бол 46% нь системд хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь PCl 5-ийн тэнцвэрийн концентраци дараах байдалтай тэнцүү байна: C μ (PCl 5) = C 0 (PCl). 5) 0.46 = 1 0, 46 = 0.46 (моль / л).

Урвал эхлэхээс өмнө урвалын орон зайд ямар ч бүтээгдэхүүн байгаагүй тул тэдгээрийн тэнцвэрт байдал нь хэрэглэсэн урвалжийн харьцаагаар тодорхойлогддог (урвалын тэгшитгэлийг үзнэ үү), өөрөөр хэлбэл. C μ (PCl 3) = C μ (Cl 2) = 0.54 моль/л.

Олдсон утгыг KC-ийн илэрхийлэлд орлуулж, тооцоо хийцгээе.

K C = (0.54)· (0.54)/(0.46) = 0.63 (моль/л).

Хийн системийн хэсэгчилсэн даралттай харьцах тэнцвэрийн тогтмолыг тэгшитгэлээр тодорхойлно: K P = K C · (RT) Δ n, энэ тохиолдолд Δn = Σn cont – Σn урвалд орох нь химийн тэгшитгэлээс Δn байна = 2 – 1 = 1 моль.

Олдсон болон мэдэгдэж буй утгыг KP-ийн илэрхийлэлд орлуулж, тооцооллыг хийцгээе: KP = (0.63)·(8.31·500) 1 = 2617 (Па/л·К) = 2.62 (кПа/л·К ).

Хариулах: K C = 0.63 моль/л; K P = 2.62 кПа/л·К.

2 . Системийн тэнцвэрт байдалд байна

CO 2 (г) + H 2 (г)<=>CO(g) + H 2 O(г)

урвалын хольц нь дараах эзэлхүүний найрлагатай байсан: 22% CO 2, 41% H 2, 17% CO ба 20% H 2 O. 1900 К, 98,501 Па даралт дахь энэ тэнцвэрт байдалд K P ба K S-ийг тодорхойлно.

Шийдэл. Холимог дахь хий бүрийн эзэлхүүний фракцаас тэдгээрийн хэсэгчилсэн даралтыг тодорхойлж, аливаа хийн хольц дахь нийт даралт нь энэ хольцыг бүрдүүлдэг хийн хэсэгчилсэн даралтын нийлбэртэй тэнцүү гэдгийг мэдэж болно.

P = P(CO 2) + P(H 2) + P(CO) + P(H 2 O).

Тэгээд Р(СО 2) = 0.22·Р = 0.22·98 501 = 21 670 (Па);

Р(Н 2) = 0.41·98 501 = 40 385 (Па);

Р(СО) = 0.17·98 501 = 16 745 (Па); P(H 2 O) = 0.2 98 501 = 19 700 (Па).

Бид хийн хэсэгчилсэн даралтын олсон утгыг процессын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэсэгчилсэн даралтаас тэнцвэрийн тогтмол байдлын хамаарлыг тогтоосон тэгшитгэлд оруулав.

К Р = Р(СО)·Р(Н 2 О)/Р(СО 2)·Р(Н 2);

K P = 16745·19700/21670·40385 = 0.38.

Бид K C = K P · (RT) -Δ n тэгшитгэлийг ашиглан K C урвалжуудын тэнцвэрийн концентрацитай холбоотой тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолно. Манай тохиолдолд Δn = 2 – 2 = 0, тиймээс коэффициент (RT) -Δ n = (RT) 0 = 1. тэгээд K C = K P = 0.38.

Хариулах: K C = K P = 0.38.

3 . Нэг төрлийн систем дэх тэнцвэрт байдал

4HCl(г) + O2(г)<=>2H 2 O (г) + 2Cl 2 (г)

урвалд орох бодисын дараах концентраци (моль/л) дээр тогтоогдсон: C μ (H 2 O) = 0.14; C μ (Cl 2) = 0.14; C μ (HCl) = 0.20; C μ (O 2) = 0.32. Энэ урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолж, устөрөгчийн хлорид ба хүчилтөрөгчийн анхны концентрацийг тодорхойлно.

Шийдэл. Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу урвалжуудын концентрацийн химийн тэнцвэрийн тогтмолыг манай тохиолдлын хувьд дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлно.

K C = [C μ 2 (H 2 O) · C μ 2 (Cl 2)]/[C μ 4 (HCl) · C μ (O 2)].

Тэнцвэрийн концентрацийн утгыг түүнд орлуулж, тооцооллыг хийснээр бид дараахь зүйлийг олж авна.

K C = (0.14) 4 / (0.20) 4 · (0.32) = 0.75 (л/моль).

Урвалын химийн тэгшитгэл нь бодисууд хоорондоо ямар харьцаатай харьцаж байгааг харуулж байна: 4 моль HCl ба 1 моль O 2-аас H 2 O ба Cl 2 тус бүр 2 моль үүсдэг. Энэ нь 0.14 моль урвалын бүтээгдэхүүн үүсэхэд ΔС μ (HCl) = 2·0.14 = 0.28 моль/л ба ΔС μ (О 2) = ½·0.14 = 0.07 моль/л зарцуулсан гэсэн үг юм.

Устөрөгчийн хлорид ба хүчилтөрөгчийн анхны концентраци дараах байдалтай тэнцүү байна.

C μ 0 (HCl) = C μ (HCl) + ΔC μ (HCl), C μ 0 (HCl) = (0.20 + 0.28) моль/л = 0.48 моль/л;

C μ 0 (O 2) = C μ (O 2) + ΔC μ (O 2), C μ 0 (O 2) = (0.32 + 0.07) моль/л = 0.39 моль/л.

Хариулах: энэ урвалын тэнцвэрийн тогтмол K C = 0.75 л/моль; урвалжуудын анхны концентраци C μ 0 (HCl) = 0.48 моль/л; C μ 0 (O 2) = 0.39 моль/л.

4 . Урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг тодорхойлно уу

2NO(г) + Cl 2 (г)<=>2NOCl(г)

298 К-ийн температурт түүний оролцогчдын формацийн стандарт энтальпи ба энтропийн утгын дагуу.

Шийдэл. Химийн урвалын тэнцвэрийн тогтмол байдлын температураас хамаарах хамаарлыг Кирхгофын тэгшитгэлийн дагуу тодорхойлно.

ΔH˚ тэнцүү ΔS˚ тэнцүү

ℓnК Р = – – + – .

Хавсралт No1-ийн хүснэгтийн лавлагаа өгөгдлийг ашиглан стандарт нөхцлөөр ΔH˚ тэнцүү ба ΔS˚ тэнцүү гэж тооцъё.

ΔH˚ тэнцүү = 2ΔH 0 (NOCl) - 2ΔH 0 (NO),

ΔS˚ тэнцүү = 2S 0 (NOCl) – 2S 0 (NO) – S 0 (Cl 2), дараа нь

ΔH˚ тэнцүү = 2·53.55 кЖ/моль - 2·90.37 кЖ/моль = - 73.64 кЖ/моль = - 73640 Ж/моль;

ΔS˚ тэнцүү = 2·263.6(Дж/моль·К) - 2·210.62(Ж/моль·К) – 223.0(Ж/моль·К) = - 117.04 Ж/моль·К.

Олдсон утгыг Кирхгофын тэгшитгэлд орлуулж, тооцооллыг хийцгээе.

ℓnК Р = - (- 73640)/8.31·298 + (-117.04/8.31) = 29.74 – 14.08 = 15.66.

Тэгвэл K P = e 15.66 = 5.7 10 6.

Хариулах: урвалын тэнцвэрийн тогтмол K P = 5.7·10 6.

5 . Урвалын хувьд H 2 (г) + Br 2 (г)<=>2HBr(g) тодорхой температурт тэнцвэрийн тогтмол нь нэгдэлтэй тэнцүү байна. Анхны хольц нь 3 моль устөрөгч, 2 моль бромоос бүрдсэн бол тэнцвэрт хийн урвалын хольцын найрлагыг (эзэлхүүний хувиар) тодорхойл.

Шийдэл. Системийн тэнцвэрт байдлын массын үйл ажиллагааны хуулийн илэрхийлэлийг бичье.

Kr = C 2 μ (HBr)/C μ (H 2) C μ (Br 2) = 1.

Системд тэнцвэр тогтох үед урвал явагдсан гэж үзье X H 2 ба Br 2-ийн моль. Дараа нь тэдгээрийн тэнцвэрийн концентраци тэнцүү байх болно: C μ (H 2) = (3 -) X) моль, C μ (Br 2) = (2 –) X) мэнгэ. Үүний дагуу энэ мөчид 2 Xустөрөгчийн бромидын моль, i.e. μ(HBr) = 2 байна Xмэнгэ.

Тэнцвэрийн концентрацийн эдгээр утгыг тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийлэлд орлуулж, бид нэг үл мэдэгдэх тэгшитгэлийг олж авна: (2) X) 2 /(3-X)·(2- X) = 1.

Үүнтэй холбоотойгоор шийдсэн X, бид авна: 3 X 2 - 5X - 6 = 0;

X 1.2 = (-5±√25+72)/6 = (-5±10)/6. Эндээс X= 0.75 моль.

Тиймээс тэнцвэрийг бий болгох үед хольц нь: 2.25 моль H 2, 1.25 моль Br 2 ба 1.50 моль HBr агуулсан бөгөөд энэ нь 45% устөрөгч, 25% бром, 30% устөрөгчийн бромид нийцдэг.

Хариулах: тэнцвэрт байдалд хийн холимогт 45% H 2, 25% Br 2, 30% HBr орсон байна.

Лекц 3

Химийн тэнцвэр. Массын үйл ажиллагааны хууль. Химийн тэнцвэрийн тогтмол ба түүнийг илэрхийлэх арга.

Химийн тэнцвэрт байдал

Ихэнх тохиолдолд химийн урвалууд тийм ч гүнзгий явагддаггүй тул урвалд орсон бодисууд бүрэн бүтээгдэхүүн болж хувирдаг. Урвал нь тэнцвэрт байдалд шилждэг бөгөөд энэ үед систем нь бүтээгдэхүүн болон урвалд ороогүй эхлэлийн бодисыг хоёуланг нь агуулж байгаа бөгөөд цаашид тэдгээрийн концентрацийг өөрчлөх хандлага ажиглагддаггүй. Заримдаа тэнцвэрт холимог дахь бүтээгдэхүүний хэмжээ нь урвалд ороогүй анхны материалын хэмжээнээс хамаагүй их байдаг тул практик талаас нь авч үзвэл урвал бүрэн гүйцэд болдог. Зөвхөн урвалын бөмбөрцөгөөс дор хаяж нэг бүтээгдэхүүнийг зайлуулсан (жишээлбэл, тунадас үүсгэдэг эсвэл уусмалаас хий хэлбэрээр ялгардаг) урвалууд бараг дуусдаг. Гэхдээ олон чухал тохиолдолд тэнцвэрт байдалд байгаа урвалын хольц нь бүтээгдэхүүн болон эхлэл материалын аль алиных нь ихээхэн концентрацийг агуулдаг.

Химийн тэнцвэрт байдалнь шууд ба урвуу химийн урвал явагдах боломжтой систем дэх термодинамик тэнцвэр юм.

Химийн тэнцвэрт байдлын термодинамик ба кинетик шалгуурууд байдаг. Кинетикийн үүднээс авч үзвэл химийн тэнцвэрт байдалд хоёр эсрэг чиглэлд явагдах бүх урвалын хурд нь хоорондоо тэнцүү байдаг тул системд макроскопийн параметрүүд, түүний дотор урвалжуудын концентрацид өөрчлөлт ороогүй болно.

Термодинамикийн үүднээс авч үзвэл химийн тэнцвэрт байдал нь Гиббсын энергийн (эсвэл Гельмгольцын энерги) хамгийн бага ба цаг хугацааны инвариант утгад хүрэх замаар тодорхойлогддог.

Химийн тэнцвэрт байдлыг судлах үндсэн хуулиудыг мэдэх нь химич-технологичдод зайлшгүй шаардлагатай. Аж үйлдвэрт, жишээлбэл, химийн болон эмийн үйлдвэрүүдэд термодинамикийн тооцоолол нь урвал "буруу" чиглэлд явагдах хандлагатай байгааг харуулж байвал тодорхой бодис үйлдвэрлэх цогц байгууламж барих нь ашиггүй юм. Түүнчлэн, үйлдвэрлэлийн үр ашиг, ашигт ажиллагааг тодорхойлохдоо зорилтот бүтээгдэхүүний хамгийн их ургацыг хэрхэн авах талаар мэдэх шаардлагатай.

Урагш болон урвуу урвалын бодит механизм нь ихэнх тохиолдолд нарийн төвөгтэй байдаг бөгөөд ихэнхдээ нарийн эсвэл бүрэн мэдэгддэггүй. Аз болоход химичүүдийн хувьд химийн процесс үүсэх талаар зөв дүгнэлт гаргахын тулд бодит урвалын механизмыг мэдэх шаардлагагүй юм.

Химийн урвалын чиглэлийг урьдчилан таамаглах, түүнчлэн анхны найрлага, температур, даралтаас хамааран түүний бүтээгдэхүүний онолын тэнцвэрийн гарц, тэнцвэрийн урвалын хольцын найрлагыг тооцоолох нь химийн тэнцвэрт байдлын судалгааны үндсэн ажил юм.

Тэнцвэрийн тогтмол

Дурын урвуу химийн урвалыг дараах хэлбэрийн тэгшитгэлээр тодорхойлж болно.

aA + bB Û dD + eE

Массын үйл ажиллагааны хуульд заасны дагуу хамгийн энгийн тохиолдолд шууд урвалын хурдыг тэгшитгэлийн дагуу эхлэлийн бодисын концентрацитай холбоно.

vpr = к pr ХАМТ Аа ХАМТ Bb,

ба урвуу урвалын хурд - тэгшитгэлийн дагуу бүтээгдэхүүний концентрацитай

vorr = кобр ХАМТ Өд ХАМТ Ээ.

Тэнцвэрт хүрэхэд эдгээр хурдууд хоорондоо тэнцүү байна:

vpr = vorr

Урагш ба урвуу урвалын хурдны тогтмолуудын харьцаа тэнцүү байна тэнцвэрийн тогтмол:

Энэ илэрхийлэл нь урвалд орох бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний хэмжээг харгалзан үзэхэд үндэслэсэн тул энэ нь хуулийн математик дүрслэл юм. урвуу урвалын үүрэг гүйцэтгэдэг масс.

Урвалж буй бодисын концентрациар илэрхийлэгдэх тэнцвэрийн тогтмолыг концентрацийн тогтмол гэж нэрлэдэг ба үүнийг тэмдэглэнэ. KS . Илүү нарийвчлалтай авч үзэхийн тулд концентрацийн оронд бодисын термодинамик үйл ажиллагааг ашиглах хэрэгтэй А = fC (Хаана е - үйл ажиллагааны коэффициент). Энэ тохиолдолд бид термодинамикийн тэнцвэрийн тогтмол гэж нэрлэгддэг зүйлийн тухай ярьж байна

Бага концентрацитай үед анхдагч бодис, бүтээгдэхүүний үйл ажиллагааны коэффициентүүд нэгдмэл байх үед; KS Тэгээд Ка бараг хоорондоо тэнцүү.

Хийн үе шатанд үүсэх урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг хэсэгчилсэн даралтаар илэрхийлж болно r урвалд оролцдог бодисууд:

хооронд Кр Тэгээд KS ингэж гаргаж болох харилцаа бий. Менделеев-Клапейроны тэгшитгэлийг ашиглан бодисын хэсэгчилсэн даралтыг концентрациар нь илэрхийлье.

pV = nRT ,

хаана х = (n /В )RT = CRT .

Дараа нь ерөнхий хэлбэрийн урвалын хувьд хэсэгчилсэн даралтыг концентрациар сольсны дараа бид олж авна

(d + c) - (a + b) илэрхийллийг тэнцүү нэгээр сольж байна Д n , бид эцсийн илэрхийлэлийг авна

Кр = KS (RT )Д n эсвэл KS = Кр (RT )-Д n ,

Хаана Д n - урвалын явцад хийн бодисын моль тоо өөрчлөгдөх:

Д n = å ни бүтээгдэхүүн (г) - å ни ref (g) ).

Хэрэв Д n = 0, өөрөөр хэлбэл үйл явц нь хийн бодисын молийн тоог өөрчлөхгүйгээр явагддаг. Кр = KS .

Жишээлбэл, хийн үе шатанд тохиолддог этиленийг чийгшүүлэх урвалын хувьд:

C2H4 (г) + H2O (г) Û C2H5OH (г),

Энэ тохиолдолд Д n = 1 - (1 + 1) = -1. Энэ нь тогтмолуудын хоорондын хамаарлыг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлж болно гэсэн үг юм.

Кр = KS (RT )- 1 эсвэл KS = Кр RT .

Тиймээс мэдэх Кр Энэ урвалын аль ч температурт бид утгыг тооцоолж болно KS мөн эсрэгээр.

Тэнцвэрийн тогтмолыг ашиглан тооцоо хийх

Тэнцвэрийн тогтмол хэмжигдэхүүнийг үндсэндээ дараах асуултуудад хариулахад ашигладаг.

1. Тодорхой нөхцөлд урвал аяндаа явагдах ёстой юу?

2. Системд тэнцвэрт байдал тогтоосны дараа бүтээгдэхүүний концентраци (тэнцвэрийн гарц) ямар байх вэ?

Урвуу урвалын чиглэлийг тодорхойлох

Тэнцвэрийн тогтмол нь шууд ба урвуу урвалын хурдны тогтмолуудын харьцаа тул түүний утга нь үйл явцын чиглэлийг илэрхийлдэг. Тиймээс, тэнцвэрийн тогтмол нь нэгдлээс их байвал эдгээр нөхцөлд шууд урвал аяндаа үүснэ, харин нэгээс бага бол урвуу урвал явагдана.

Ле Шательегийн зарчмын дагуу урвал явагдах нөхцөл өөрчлөгдөхөд тэнцвэрийн байрлалыг өөрчилж болно. Тиймээс ерөнхий тохиолдолд урвалд оролцож буй бодисын анхны хэмжээний харьцаа өөрчлөгдөх үед тэнцвэрийн шилжилтийг тооцоолох боломжтой. Хэрэв эхний мөчид урвалд орж буй бодисын концентрацийн харьцааг тэмдэглэсэн бол П :

дараа нь харьцааны дагуу З Тэгээд KS Туршилтын өгөгдсөн нөхцөлд урвалын чиглэлийг урьдчилан таамаглах боломжтой.

цагт П < К шууд хариу үйлдэл нь аяндаа үүсдэг;

цагт П > К урвуу урвал аяндаа үүсдэг;

цагт П = К систем тэнцвэрт байдалд байна.

Тэнцвэрийн тогтмолын утга нэгдмэл байдлаас их байх тусам урвалын тэнцвэр харгалзах тал руу (баруун тийш) шилжинэ. TO > 1 ба зүүн талд байх үед TO < 1).

Тэнцвэрт нөлөөлөх хүчин зүйлүүд. Ле Шательегийн зарчим-

Бор

Тэнцвэрт байх үед урагшлах болон урвуу урвалууд бие биенээ бүрэн тасалдаг. Гэхдээ энэ нөхөн олговор нь урвалын нөхцлийн өөрчлөлтөд хэр мэдрэмтгий байдаг вэ? Та тэнцвэрийн төлөвийг хэрхэн өөрчлөх вэ? Ашигтай урвалын бүтээгдэхүүн, жишээлбэл, эмийн бодисын гарцыг нэмэгдүүлэх, эсвэл эсрэгээр нь хүсээгүй бүтээгдэхүүний гарцыг бууруулах шаардлагатай бол эдгээр асуултууд маш чухал ач холбогдолтой юм.

Хэрэв бүтээгдэхүүнийг урвалын хольц (уусмал) -аас хий, тунадас хэлбэрээр, түүнчлэн хөлдөөх, угаах гэх мэт технологийн үйлдлүүдийн тусламжтайгаар тасралтгүй зайлуулах боломжтой бол урвалын систем нь байнга байж болно. тэнцвэргүй, тэнцвэргүй байдалд хадгалагдана. Ийм нөхцөлд байнга шинэ хэмжээний урвалж шаардлагатай болж, бүтээгдэхүүн тасралтгүй үүсдэг. Хүссэн бүтээгдэхүүнийг олж авах чиглэлд тэнцвэрийг алдагдуулах энэ аргыг тэнцвэрийн тогтмолыг өөрчлөхгүйгээр гүйцэтгэдэг. Гэхдээ тэнцвэрийн тогтмолыг нэмэгдүүлэх замаар бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлэх боломжтой байдаг.

Тэнцвэрийн тогтмолыг нэмэгдүүлэх нэг арга бол температурыг өөрчлөх явдал юм. Ихэнх тохиолдолд шууд болон урвуу урвалын хурд нь үүнээс хамаардаг Т , тэнцвэрийн тогтмол нь мөн температураас хамааралтай байгааг харуулж байна. Хатуухан хэлэхэд температурын өөрчлөлт нь урагшлах болон урвуу урвалын хурдыг нэгэн зэрэг өөрчилдөг. Гэхдээ температурын өсөлт нь урвуу урвалаас илүү урагшлах урвалыг хурдасгах юм бол тэнцвэрийн тогтмол хэмжээ нэмэгдэх болно.

Тэнцвэрийн байрлалын температурын хамаарал нь хөдөлгөөнт химийн тэнцвэрт байдлын ерөнхий зарчмын нэг жишээ юм. Ле Шательегийн зарчим(эсвэл Ле Шателье - Браун):

Хэрэв химийн тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны нөлөөлөл үзүүлэх юм бол тэнцвэрийн байрлал нь энэ нөлөөллийн нөлөөг эсэргүүцэх чиглэлд шилжинэ. .

Ле Шательегийн зарчим нь тэнцвэрт байдалд нөлөөлөх бусад аргууд, жишээлбэл, даралтын өөрчлөлтөд ч хамаатай боловч энэ нь чанарын шинж чанартай байдаг. Янз бүрийн хүчин зүйлээс урвалын тэнцвэрийн тогтмолын тоон хамаарлыг Ж.Вант Хоффын гаргаж авсан химийн урвалын изотерм, изобар, изохорын тэгшитгэлээр илэрхийлнэ.

Урвалын анхны найрлагын тэнцвэрт үзүүлэх нөлөө

холимог. Химийн урвалын изотермийн тэгшитгэл

Тогтмол температур, даралттай үед хийн үе шатанд явагдах урвалын хамгийн их ажил нь анхны хэсэгчилсэн даралтаас тэнцвэрт байдалд шилжих үед урвалд оролцож буй бүх бодисын гүйцэтгэсэн ажлын алгебрийн нийлбэр юм.

Тэгшитгэлээр ерөнхий хэлбэрээр илэрхийлэгдсэн хийн урвалыг авч үзье

aA + bB Û dD + eE.

Даралт r Менделеев-Клапейроны тэгшитгэлийг ашигласан системд эзлэхүүнээр илэрхийлж болно В ба температур Т :

х = nRT /В ,

бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийт моль 1-тэй тэнцүү гэж үзвэл бид өргөтгөлийн ажилд авна.

pdV = (RT /В )dV ,

Хамгийн их ашиг тустай ажлыг дараах илэрхийллийг нэгтгэн тооцоолж болно: V2

Макс = ò pdV ,

бид авдаг

ба түүнээс хойш Макс = -Д Гр ,

Дараа нь бид бичиж болно:

Тогтмол эзэлхүүнтэй үйл явцын хувьд ижил төстэй илэрхийлэлийг олж авч болно, үүнд хамгийн их ажил болон урвалын үед Гельмгольцын энергийн өөрчлөлт орно. Энэ тохиолдолд хэсэгчилсэн даралтыг бодисын анхны концентрациар солино.

Ж.Вант Хоффын гаргаж авсан (4.1) - (4.4) тэгшитгэлийг нэрлэнэ химийн урвалын изотермийн тэгшитгэл. Эдгээр нь тогтмол температурт урвалын хольцын өгөгдсөн найрлагад авч үзэх нөхцлийн дагуу ямар чиглэлд, ямар хэмжээгээр урвал явагдаж болохыг тодорхойлох боломжийг олгодог.

Стандарт нөхцлийн хувьд урвалд оролцож буй бүх бодисын анхны хэсэгчилсэн даралт (эсвэл анхны концентраци эсвэл үйл ажиллагаа) нэгдмэл хэмжээтэй тэнцүү байх үед изотермийн тэгшитгэл нь дараах байдалтай байна.

А 'макс = RT ln Kp ; Д Гор = - RT ln Kp (4.5)

А хамгийн их = RT ln К -тай ; Д А о r = - RT ln К -тай .

Үүнээс үзэхэд стандарт утгыг тодорхойлохдоо Д Гор эсвэл Д А о r урвалын хувьд түүний тэнцвэрийн тогтмолыг хялбархан тооцоолж болно.

Эзлэхүүний өөрчлөлтийн тэнцвэрт гарцад үзүүлэх нөлөө

ба урвалын хольцын даралт

Хийн үе шатанд явагдах урвалын хувьд урвалын хольцын эзэлхүүний өөрчлөлтийг урвалд орох бодисын молийн тооны өөрчлөлтөөр шүүж болно.

Д n = å ни бүтээгдэхүүн - å ни ref

Өөр өөр төрлийн химийн урвалд тохирсон гурван тохиолдол байж болно.

A) Д n < 0 (реакция идет с уменьшением объёма). Например, реакция синтеза аммиака :

N2 (г) + 3Н2 (г) Û 2NH3 (г) ; Д n = 2 - (1 + 3) = -2

Ле Шательегийн зарчмын дагуу эзэлхүүний бууралт (даралт ихсэх үед) энэ болон үүнтэй төстэй урвалын тэнцвэрийг баруун тийш, эзэлхүүний өсөлт (даралт буурах үед) тэнцвэрийг зүүн тийш шилжүүлнэ. .

б) Д n > 0 (эзэлхүүн ихсэх үед урвал үүсдэг). Жишээлбэл, метанолын задралын урвал:

CH3OH (г) Û CO (г) + 2Н2 (г); Д n = (1 + 2) - 1 = 2

Энэ тохиолдолд эзлэхүүний бууралт (эсвэл даралт ихсэх) нь тэнцвэрийг зүүн тийш, эзлэхүүний өсөлт (даралт буурах) нь тэнцвэрийг баруун тийш шилжүүлэх болно.

V) Д n = 0 (урвал нь эзлэхүүн өөрчлөгдөхгүйгээр явагдана). Жишээлбэл, хлорын бромидын устөрөгчийн урвал:

Cl2 (г) + 2HBr (г) Û Br2 (г) + 2HCl (г) ; Д n = (1 + 2) - (1 + 2) = 0

Урвалын хольцын эзэлхүүний (даралт) өөрчлөлт нь ийм урвалын бүтээгдэхүүний гарцад нөлөөлөхгүй.

Гетероген систем дэх химийн тэнцвэрт байдал

Өмнө дурьдсан загварууд нь гол төлөв нэгэн төрлийн урвалд, өөрөөр хэлбэл ижил физик төлөвт байгаа бодисуудтай - хий хэлбэрээр эсвэл уусмал хэлбэрээр явагдах урвалуудтай холбоотой байдаг. Хоёр ба түүнээс дээш физик төлөвт байгаа бодисууд (жишээлбэл, шингэн эсвэл хатуу биетэй хий) оролцдог тэнцвэрийг гетероген тэнцвэрт байдал гэж нэрлэдэг.

Жишээлбэл, эмийн санд антацид (хүчиллэгийг бууруулах) болгон ашигладаг кальцийн карбонат CaCO3-ийн задралыг авч үзье. Энэ нь хийн бүтээгдэхүүн үүсэхэд хүргэдэг янз бүрийн хатуу бодис, түүний дотор эмийн задралыг авч үзэх тохиромжтой загвар юм.

CaCO3 (t) Û CaO (t) + CO2 (г)

Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу энэ урвалын тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийлэлийг дараах байдлаар бичиж болно.

Хийн үе дэх CaO ба CaCO3-ийн хэсэгчилсэн даралт нь нэгдүгээрт, маш бага, хоёрдугаарт, урвалын аль ч үед бараг тогтмол хэвээр байна. Энэ нь хатуу CaCO3 ба CaO хийтэй харьцаж байгаа цагт тэдгээрийн тэнцвэрт үзүүлэх нөлөө өөрчлөгдөхгүй гэсэн үг юм. Энэ тохиолдолд тэнцвэрийн тогтмол нь хатуу фазын хэмжээнээс хамаарахгүй. Тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийллийн хоёр талыг бид хэмжигдэхүүнээр хувааж болно х CaO/ х CaCO3 ба үүнийг тооцно

К ’ х = х CO2,

Хаана К ’ х = Kp х CaC03/ х CaO - өөрчлөгдсөн тэнцвэрийн тогтмол; энэ тохиолдолд CaCO3 ба CaO-ийн хэсэгчилсэн даралтыг утгад оруулна К ’ х далд хэлбэрээр.

Хэрэв өгөгдсөн температурт CaCO3-аас дээш CO2-ийн хэсэгчилсэн даралт нь утгаас бага байвал К ’ х , дараа нь бүх CaCO3 CaO болон CO2 болж хувирна; хэрэв хэсэгчилсэн даралт х -аас илүү CO2 К ’ х , дараа нь бүх CaO CaCO3 болж хувирна. CO2-ийн тэнцвэрт хэсэгчилсэн даралт, тэнцүү К ’ х өгөгдсөн температурт гэж нэрлэдэг диссоциацийн даралт.

CO2-ийн даралт 1 атм хүрэхэд энэ урвалын тэнцвэрт байдал нь CaCO3 задрах, өөрөөр хэлбэл кальцийн карбонатын задрал руу шилждэг. Энэ нь 897 ° C температурт тохиолддог:

Үүнтэй төстэй үндэслэл, диссоциацийн даралтын тухай ойлголтыг хатуу биеттэй холбоотой бусад гетероген урвалуудад өргөжүүлж болно. Эмийн бодис (нунтаг, шахмал хэлбэрээр) агаарт байгаа хийтэй (H2O, O2, CO2) урвалд орж, ялгарах үед задрах боломжтой тохиолдолд агуулах дахь эдгээр хий, уурын хэсэгчилсэн даралтыг баталгаажуулах шаардлагатай. агаар мандал нь диссоциацийн даралтаас бага (эсвэл тэнцвэрийн тогтмол). К ’ х ).

Олон тооны химийн урвалууд буцах боломжтой, i.e. хоёр чиглэлд нэгэн зэрэг урсах боломжтой - урагш ба урвуу. Хэрэв хаалттай системд буцах урвал явагдах юм бол хэсэг хугацааны дараа систем химийн тэнцвэрт байдалд хүрнэ - бүх урвалд орж буй бодисын концентраци цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхөө болино. Системийн тэнцвэрт байдалд хүрэх нь үйл явцыг зогсоох гэсэн үг биш гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй; химийн тэнцвэрт байдал нь динамик, өөрөөр хэлбэл. ижил хурдтай эсрэг чиглэлд үйл явц нэгэн зэрэг явагдахтай тохирч байна. Химийн тэнцвэрт байдал нь хөдөлгөөнт - тэнцвэрийн системд үзүүлэх аливаа гадаад нөлөөлөл нь системийн төлөв байдалд хязгааргүй бага өөрчлөлтийг үүсгэдэг; Гадны нөлөөлөл дууссаны дараа систем анхны төлөвтөө буцаж ирдэг. Химийн тэнцвэрийн өөр нэг чухал шинж чанар бол систем нь хоёр эсрэг талаасаа тэнцвэрт байдалд аяндаа хүрч чаддаг явдал юм. Өөрөөр хэлбэл, тэнцвэрийн төлөвтэй зэргэлдээх аливаа муж тогтвортой биш бөгөөд тэнцвэрт төлөвөөс түүнд шилжих нь гаднаас ажил зарцуулах хэрэгцээтэй үргэлж холбоотой байдаг.

Химийн урвуу урвалууд нь эхэн үеийн бодисууд хоорондоо харилцан үйлчилснээр нэг чиглэлд явагддаг. Урвалын бүтээгдэхүүнүүд хуримтлагдах тусам бие биетэйгээ харилцан үйлчилж, эхлэлийн бодисыг үүсгэдэг.

Бодис бүрийн урвалын дараалал нь стехиометрийн коэффициенттэй давхцах урвуу урвалыг авч үзье.

А(A) + б(B) = в(C) + г(D)

Урвуу химийн процессын шууд (V 1) ба урвуу (V 2) урвалын хурдны графикийн хамаарал.

Үүний үр дүнд системд химийн тэнцвэрт байдал бий болж, анхны болон эцсийн бодисын концентраци өөрчлөгдөхөө болино. Маш удаан явагдах урвалын үед бодисын концентраци цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөггүй. Гэхдээ ийм төлөв нь жинхэнэ химийн тэнцвэр биш юм. Жинхэнэ химийн тэнцвэрийн шинж тэмдэг :

1. системийн төлөв байдал нь гадны нөлөөлөл байхгүй үед цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөөгүй хэвээр байх;

2. системийн төлөв байдал нь гадны нөлөөний нөлөөн дор бага ч гэсэн өөрчлөгддөг;

3. системийн төлөв байдал нь тэнцвэрт аль талдаа ойртож байгаагаас хамаарахгүй.

Химийн тэнцвэрийн байрлал- энэ нь тухайн төлөвт өөрчлөгдөөгүй тэнцвэрт байдалд хүрсэн урвалд орж буй бодисын концентрацийн харьцаа юм. Химийн тэнцвэрийн тоон шинж чанар нь тэнцвэрийн тогтмол байдал бөгөөд үүнийг тэнцвэрийн концентраци C ба хэсэгчилсэн даралт P-ээр илэрхийлж болно.

Химийн тэнцвэрт байдлын төлөвийг хуулиар тодорхойлдог идэвхтэй масс .

Тэнцвэрт хүрэх үед урвалын бүтээгдэхүүний концентрацийн (хэсэгчилсэн даралт) бүтээгдэхүүний стехиометрийн коэффициенттэй харгалзах градусын эхлэлийн бодисын концентрацийн бүтээгдэхүүнд мөн стехиометрийн коэффициенттэй тохирох градусын харьцаа тогтмол байна. Энэ нь зөвхөн урвалд орох бодисын шинж чанар, температураас хамаарна.Тогтмолыг тэнцвэрийн концентрациар илэрхийлнэ C бигэж тэмдэглэсэн Кс ба хэсэгчилсэн даралтаар илэрхийлнэ П и – К r.

Нэг төрлийн үйл явцын хувьд

А(A) + б(B) = г(D) + к(К)

К c = эсвэл К p = .

Нэг төрлийн бус үйл явцын хувьд

А(A) + б(B) = -тай[C] + г(D)

К c = эсвэл К p = .

С бодисын концентраци харилцан үйлчлэлийн явцад өөрчлөгддөггүй тул тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийлэлд ороогүй болно (C нь үр дүнтэй масс биш).

K c ба K p-ийн илэрхийлэл нь буцах процесст хамаарах массын үйл ажиллагааны хуулийн математик илэрхийлэл юм.

Менделеев-Клапейроны тэгшитгэлийг ашиглан РV= (m / M) RT, хувиргалт нь

Kc ба Kr хоорондын холболтыг өгдөг:

K p = K s (RT) D n,

Dn нь үүссэн хийн бүтээгдэхүүний хэмжээ ба анхны хийн бодисын хэмжээ хоорондын зөрүү юм.

Химийн тэнцвэрийн тогтмолын утгыг үндэслэн тэнцвэрт хүрэх мөчид үйл явцын гүнийг шүүж болно.

Тэнцвэрийн тогтмолыг ашиглахтай холбоотой тооцоололд К-тэй, санал болгож буй асуудлуудад тэнцвэрийн болон анхны концентраци, концентрацийн өөрчлөлтийн тухай ойлголтыг ашигласан болно. Химийн тэнцвэрт байдалд байгаа урвалжуудын тэнцвэрт концентрацийг ( ХАМТ), урвал эхлэхээс өмнө тодорхойлсон бодисын анхны концентрацийг харгалзан үзнэ ( ХАМТ 0). Урвалжийн тэнцвэрт концентраци ( ХАМТ) нь тэдний анхны концентрацтай холбоотой ( ХАМТ 0) тэгшитгэл ХАМТ = ХАМТ 0–D ХАМТ, хаана Д ХАМТ- тэнцвэрт байдалд хүрэхээс өмнө урвалд орсон анхны бодисын хэмжээ.

Жишээ 1. 2(NO) + (O 2) = 2(NO 2) урвалын тэнцвэрийг дараах урвалжуудын концентрацид тогтоов. C NO = 0.02 моль/л; ХАМТ O = 0.01 моль/л; ХАМТ NO = 0.01 моль/л. Тэнцвэрийн тогтмол ба NO ба O 2-ын анхны концентрацийг тооцоол.

Шийдэл. Химийн тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолохын тулд бид урвалд орж буй бүх бодисын тэнцвэрийн концентрацийн утгыг илэрхийлэлд орлуулна. К-тэй:

К-тэй = = = 0,25.

NO ба O 2-ийн анхны концентрацийг хамаарлаас олъё ХАМТ 0 = ХАМТ+Д ХАМТ. Бодис бүрийн анхны концентрацийг тодорхойлохын тулд та D-ийн утгыг тооцоолох хэрэгтэй ХАМТ. Урвалын тэгшитгэлээс харахад урвалын үр дүнд 2 моль NO-ээс 2 моль NO 2 үүсдэг тул тэнцвэрт байдал үүсэхэд 0.01 моль NO 2 зарцуулагдаж, 0.01 моль NO 2 үүссэн. NO-ийн тэнцвэрт концентраци нь 0.02 моль/л гэсэн үг C 0(NO) = 0.02 + 0.01 = 0.03 моль/л. Үүнтэй адил үндэслэлээр бид D утгыг олж авна ХАМТ O = 0.005 моль/л, учир нь урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль NO 2 үүсэхэд 1 моль O 2 зарцуулагдана. C 0(O) = 0.01 + 0.005 = 0.015 моль/л.

Жишээ 2. Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV) ба устөрөгчийн анхны концентраци нь 6 моль/л ба 4 моль/л байна. Процессын тэнцвэрийн тогтмол (CO 2) + (H 2) = (CO) + (H 2 O) 0.5 байна. Бүх бодисын тэнцвэрт концентрацийг тооцоол.

Шийдэл

К-тэй = .

D гэж тэмдэглэе ХАМТ CO, тэнцвэрийн агшинд урвалд орсон CO 2-ийн концентраци X. Дараа нь ХАМТ CO = 6 - X. 1 моль H2 нь 1 моль CO2-тэй урвалд ордог тул урвалд орсон устөрөгчийн хэмжээ мөн x болно. ХАМТ H = 4 - X.

Урвалын тэгшитгэлээс харахад 1 моль CO 2-аас 1 моль CO, 1 моль устөрөгчөөс 1 моль H2O үүсдэг тул үүссэн бодисын концентраци тэнцүү байх болно. X(моль/л).

Тэнцвэрийн концентрацийн утгыг тогтмолын илэрхийлэл болгон орлуулж, бид үүнийг шийднэ X:

0,5 = , хаана X= 2 моль/л.

Энэ нь урвалд орсон CO 2 ба H 2 ба үүссэн CO ба H 2 O-ийн хэмжээ 2 моль/л байна гэсэн үг юм.

CO 2 ба H 2-ийн тэнцвэрт концентраци нь дараах байдалтай байна.

6 – 2 = 4 моль/л ба 4 – 2 = 2 моль/л.

Жишээ 3. (A) = 2(B) систем дэх А бодисын анхны концентраци 2 моль/л байна. Эхлэлийн материалын 20% нь урвалд ороход тэнцвэр тогтсон. Процессын тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоол.

Шийдэл. Тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийлэлийг бичье.

К-тэй = .

А ба В бодисын тэнцвэрт концентрацийн утгыг тооцоод үзье. Асуудлын нөхцлөөс харахад урвалд орсон А бодисын хэмжээ нь анхны дүнгийн 20%, өөрөөр хэлбэл D. ХАМТ A = = 0.2 × 2 = 0.4 моль/л. А бодисын тэнцвэрт концентрацийг зөрүүгээр тодорхойлно ХАМТ 0(A) – D ХАМТ A = 2 – 0.4 = 1.6 моль/л. 1 моль А-аас 2 моль В үүснэ, тэгвэл тэнцвэр тогтох үед 0.4 моль/л А бодис үүснэ ХАМТ B = 0.8 моль/л.

Тэнцвэрийн концентрацийн утгыг тэнцвэрийн тогтмолын илэрхийлэл болгон орлуулж, тогтмолын утгыг олж авцгаая.

К-тэй = = 1,6.

ENTROPY

Химийн процесс аяндаа үүсэх боломжийг хоёр хүчин зүйлээр тодорхойлдог: системийн экзотермик урвалын улмаас дотоод энергийг багасгах хүсэл (-D). Х) болон дулааны хөдөлгөөний улмаас бөөмсийн зохион байгуулалтанд эмх замбараагүй байдлыг нэмэгдүүлэх системийн хүсэл. Бага температурт эрчим хүчийг багасгах хандлага давамгайлдаг. Өндөр температурт бодисын бөөмсийн эмх замбараагүй хөдөлгөөн эрчимжиж байгаатай холбоотойгоор эмх замбараагүй байдлыг нэмэгдүүлэх хүчин зүйл гол үүрэг гүйцэтгэж эхэлдэг бөгөөд үүний хэмжүүр нь энтропи гэж нэрлэгддэг төрийн функц юм.

энтропи ( S) нь системийн төлөв байдлыг түүхээс үл хамааран өвөрмөц байдлаар тодорхойлдог термодинамик функц юм. Энэ нь эмх замбараагүй байдлын тоон үзүүлэлт юм системүүд,эмх замбараагүй хөдөлгөөн ба бөөмсийн харьцангуй байрлалын хэмжүүр . Энтропи нь бодисын шинж чанар, түүний хэмжээ (концентрал), даралт, температураас хамаарна. Дотоод энерги ба энтальпээс ялгаатай нь энтропийн үнэмлэхүй утгыг тодорхойлж болно.

Тусгаарлагдсан системд (байгаль орчинтой энерги, масс солилцох боломжгүй) процессууд зөвхөн энтропи нэмэгдэх чиглэлд аяндаа явагддаг. (термодинамикийн хоёр дахь хууль). Тэдгээр. тусгаарлагдсан системд энтропийн өөрчлөлтийг ашиглан үйл явцын аяндаа үүсэх чиглэлийг тодорхойлж болно.

Тодорхой төлөвт (өгөгдсөн параметрүүдтэй) бодисыг нэгтгэх (хий, шингэн, хатуу) дахь энтропи нь энэ төлөвт байгаа бодисыг олох термодинамик магадлалын логарифмтай пропорциональ байна (Больцманы тэгшитгэл):

S = k log W,

Энд k = R / N A , W нь тухайн макро төлөвийг хэрэгжүүлэх боломжтой микро төлөвийн тоогоор тодорхойлогддог төлөв байдлын термодинамик магадлал юм.

Абсолют тэг T=0K үед идеал талст хөдөлгөөн зогсч, бөөмсийн байрлал өөрчлөгдөөгүй хэвээр байх ба системийн төлөв байдлын ганц л магадлал байж болно. Үүний үр дүнд абсолют тэг дэх идеал болорын энтропи S=0 байна.

Термодинамикийн гурав дахь хууль 0 К температурт цэвэр идеал талст биетийн энтропи тэг байна гэж заасан.

СтандартЭнтропийг стандарт нөхцөлд (1 атм (101.32 кПа) даралт ба 298 К (25 О С) температур) 1 моль бодис тутамд тооцно. Ихэнх химийн нэгдлүүдийн энтропийн стандарт утгыг лавлах номонд үзүүлэв. Энтропийн хэмжилтийн нэгж нь ихэвчлэн байдаг Моль Келвин тутамд Жоуль(J/(моль К)).

Химийн тэнцвэрт байдал нь буцах боломжтой химийн урвалын төлөв юм.

aA+ б B= в C+ г D,

цаг хугацааны явцад урвалын хольц дахь урвалжийн концентраци өөрчлөгддөггүй. Химийн тэнцвэрийн төлөв байдал тодорхойлогддог химийн тэнцвэрийн тогтмол:

Хаана C би- бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци тэнцвэрт байдалтөгс хольц.

Тэнцвэрийн тогтмолыг мөн тэнцвэрийн моль фракцаар илэрхийлж болно X iбүрэлдэхүүн хэсгүүд:

Хийн үе шатанд явагдах урвалын хувьд тэнцвэрийн тогтмолыг тэнцвэрийн хэсэгчилсэн даралтаар илэрхийлэх нь тохиромжтой. П ибүрэлдэхүүн хэсгүүд:

Хамгийн тохиромжтой хийн хувьд П и = C i RTТэгээд П и = X би П, Хаана Пнийт даралт, тиймээс КП, K CТэгээд К Xдараах хамаарлаар холбогдоно.

K P = K C (RT) c+d–a–b = K X P c+d–a–b. (9.4)

Тэнцвэрийн тогтмол нь хамааралтай rG o химийн урвал:

(9.5)

(9.6)

Өөрчлөх rGэсвэл r Fөгөгдсөн (тэнцвэрт байх албагүй) хэсэгчилсэн даралтын үед химийн урвалд П иэсвэл концентраци C биБүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тэгшитгэлийг ашиглан тооцоолж болно химийн урвалын изотермууд (Вант Хоффын изотермууд):

. (9.7)

. (9.8)

дагуу Ле Шательегийн зарчим, Хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд гадны нөлөөлөл үзүүлэх юм бол тэнцвэрт байдал өөрчлөгддөг тул гадны нөлөөллийн нөлөөг бууруулна. Тиймээс даралтын өсөлт нь тэнцвэрийг хийн молекулуудын тоо буурах тал руу шилжүүлдэг. Тэнцвэрийн холимогт ямар нэгэн урвалын бүрэлдэхүүнийг нэмэх нь тэнцвэрийг энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн хэмжээг бууруулах тал руу шилжүүлдэг. Температурын өсөлт (эсвэл буурах) нь тэнцвэрийг дулаан шингээх (суллах) үед үүсэх урвал руу шилжүүлдэг.

Температураас тэнцвэрийн тогтмол байдлын тоон хамаарлыг тэгшитгэлээр тодорхойлно химийн урвалын изобарууд (вант Хофф изобарууд)

(9.9)

Тэгээд химийн урвалын изохорууд (вант Хофф изохорес)

. (9.10)

гэсэн таамаглалаар тэгшитгэлийг (9.9) нэгтгэх r Hурвал нь температураас хамаардаггүй (энэ нь нарийн температурын хязгаарт үнэн байдаг), дараахь зүйлийг өгдөг.

(9.11)

(9.12)

Хаана C -интеграцийн тогтмол. Иймээс хамаарал нь ln К 1-ээс P /Тшугаман байх ёстой ба шулуун шугамын налуу нь – r H/Р.

Дотор нь нэгтгэх К 1 , К 2, ба Т 1, Т 2 өгдөг:

(9.13)

(9.14)

Энэ тэгшитгэлийг ашиглан хоёр өөр температурт тэнцвэрийн тогтмолыг мэдэж, бид тооцоолж болно r Hурвалууд. Үүний дагуу мэдэж байгаа r Hурвал ба тэнцвэрийн тогтмолыг нэг температурт, та өөр температурт тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолж болно.

ЖИШЭЭ

CO(g) + 2H 2 (г) = CH 3 OH(г)

500 K дээр. ф Г о 500 К-ийн CO(g) ба CH 3 OH(g)-ийн хувьд -155.41 кЖ-тэй тэнцүү байна. моль –1 ба –134.20 кЖ. моль –1 тус тус.

Шийдэл. Г охариу үйлдэл:

r Г о= ф Г о(CH 3 OH) - ф Г о(CO) = –134.20 – (–155.41) = 21.21 кЖ. моль –1.

= 6.09 10 –3 .

Жишээ 9-2. Урвалын тэнцвэрийн тогтмол

тэнцүү байна К P = 1.64 10 –4 400 o C. N 2 ба H 2-ийн эквимоляр хольцод нийт ямар даралт хийх шаардлагатай бөгөөд ингэснээр N 2-ийн 10% NH 3 болж хувирна? Хий нь хамгийн тохиромжтой гэж тооцогддог.

Шийдэл. Нэг моль N 2 урвалд орно. Дараа нь

Тиймээс, К X = Тэгээд K P = K X. П –2 = .

Үүссэн томъёонд = 0.1-ийг орлуулбал бидэнд байна

1.64 10 –4 =, хаана П= 51.2 атм.

Жишээ 9-3. Урвалын тэнцвэрийн тогтмол

CO(g) + 2H 2 (г) = CH 3 OH(г)

500 К-тэй тэнцүү байна К P = 6.09 10 –3 . 1 моль CO, 2 моль H 2, 1 моль инертийн хий (N 2) -аас бүрдэх урвалын хольцыг 500 К хүртэл халааж, нийт даралт нь 100 атм байна. Тэнцвэрийн хольцын найрлагыг тооцоол.

Шийдэл. Нэг моль CO-г урвалд оруулъя. Дараа нь

Тиймээс, К X = Тэгээд K P = K X. P–2 = .

Тиймээс 6.09 10 –3 = .

Энэ тэгшитгэлийг шийдэж = 0.732 болно. Үүний дагуу тэнцвэрийн хольц дахь бодисын моль фракцууд нь: = 0.288, = 0.106, = 0.212 ба = 0.394-тэй тэнцүү байна.

Жишээ 9-4. Урвалын хувьд

N 2 (г) + 3Н 2 (г) = 2NH 3 (г)

298 K К P = 6.0 10 5, a f H o(NH 3) = -46.1 кЖ. моль –1. 500 К-д тэнцвэрийн тогтмолын утгыг тооцоол.

Шийдэл. Урвалын стандарт молийн энтальпи нь

r H o= 2f H o(NH 3) = -92.2 кЖ. моль –1.

(9.14) тэгшитгэлийн дагуу =

Ln (6.0 10 5) + = –1.73, хаанаас К 2 = 0.18.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр экзотермик урвалын тэнцвэрийн тогтмол нь буурдаг болохыг анхаарна уу, энэ нь Ле Шательегийн зарчимтай тохирч байна.

ДААЛГАВАР

1. 1273 К ба тэнцвэрт хольц дахь нийт даралт 30 атм байна

CO 2 (г) + C(tv) = 2CO(г)

17% (эзэлхүүнээр) CO 2 агуулдаг. Нийт 20 атм даралттай хийд хэдэн хувь CO 2 агуулагдах вэ? Ямар даралтанд хий 25% CO 2 агуулах вэ?

2. 2000 oС, нийт даралт 1 атм байх үед усны 2% нь устөрөгч болон хүчилтөрөгч болж задардаг. Урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоол

Эдгээр нөхцөлд H 2 O (g) = H 2 (g) + 1/2O 2 (г) байна.

3. Урвалын тэнцвэрийн тогтмол

CO(g) + H 2 O (g) = CO 2 (г) + H 2 (г)

500 хэмд тэнцүү байна Kp= 5.5. 1 моль CO ба 5 моль H 2 O-аас бүрдсэн хольцыг энэ температурт халаасан. Тэнцвэрийн хольц дахь H 2 O-ийн моль фракцыг тооцоол.

4. Урвалын тэнцвэрийн тогтмол

N 2 O 4 (г) = 2NO 2 (г)

25 хэмд тэнцүү байна Kp= 0.143. Энэ температурт 1 г N 2 O 4 байрлуулсан 1 литр эзэлхүүнтэй саванд бий болох даралтыг тооцоол.

5. 1.79 10-2 моль I 2 агуулсан 3 литрийн багтаамжтай савыг 973 К хүртэл халаасан. Тэнцвэрт байх үед савны даралт 0.49 атм байна. Хийнүүдийг хамгийн тохиромжтой гэж үзвэл урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг 973 К-д тооцоол

I 2 (g) = 2I (g).

6. Урвалын хувьд

250 хэмд rG o = –2508 Ж моль –1. 250 ° C-д PCl 5-ийг PCl 3 ба Cl 2 болгон хувиргах зэрэг нь нийт ямар даралтанд 30% байх вэ?

7. Урвалын хувьд

2HI(г) = H 2 (г) + I 2 (г)

тэнцвэрийн тогтмол К P = 1.83 10 –2 698.6 K. Гурван литрийн багтаамжтай саванд 10 г I 2 ба 0.2 г Н 2-ийг энэ температурт халаахад хэдэн грамм HI үүсэх вэ? H 2, I 2 ба HI-ийн хэсэгчилсэн даралтууд юу вэ?

8. 0.341 моль PCl 5 ба 0.233 моль N 2 агуулсан 1 литрийн багтаамжтай савыг 250 ° C хүртэл халаасан. Тэнцвэрт байгаа савны нийт даралт 29.33 атм байна. Бүх хий хамгийн тохиромжтой гэж үзвэл саванд үүсэх урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг 250 ° C-д тооцоол.

PCl 5 (г) = PCl 3 (г) + Cl 2 (г)

9. Урвалын тэнцвэрийн тогтмол

CO(g) + 2H 2 (г) = CH 3 OH(г)

500 К-тэй тэнцүү байна К P = 6.09 10 –3 . CO ба H2-ийг 1:2 харьцаагаар авсан тохиолдолд 90%-ийн гарцтай метанол үйлдвэрлэхэд шаардагдах нийт даралтыг тооцоол.

10. 25 хэмд ф Г о(NH 3) = -16.5 кЖ. моль –1. rGТооцоол
11. N 2, H 2 ба NH 3-ийн хэсэгчилсэн даралтын үед NH 3 үүсэх урвал 3 атм, 1 атм ба 4 атм-тай тэнцүү байна. Эдгээр нөхцөлд урвал аяндаа ямар чиглэлд явагдах вэ?

CO(g) + 2H 2 (г) = CH 3 OH(г)

Экзотермик урвал Т 500 К ба 10 бар дээр тэнцвэрт байна. Хэрэв хийнүүд нь хамгийн тохиромжтой бол метанолын гарцад дараах хүчин зүйлс хэрхэн нөлөөлөх вэ: a) нэмэгдэх П; б) тушаал дэвших В; в) инерт хийг нэмэх үед П= const; Пг) инертийн хий нэмэх үед

12. = const; e) H 2-г нэмэх
13. = const?

Борнеол (C 10 H 17 OH) изомержих хийн фазын урвалын тэнцвэрийн тогтмол нь 503 К-д 0.106 байна. 7.5 г борнеол ба 14.0 г изоборнеолын хольцыг 5 литрийн багтаамжтай саванд хийж хадгалсан. тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл 503 К.

Тэнцвэрийн хольц дахь борнеол ба изоборнеолын моль фракц ба массыг тооцоол. r Г оУрвалын тэнцвэр

14. 400 ° C-д эзлэхүүний 10% NH 3 агуулсан тэнцвэрт хольцыг авахын тулд 3 хэсэг H 2 ба 1 хэсэг N 2 холимогт хэрэглэх нийт даралтыг тооцоол. Урвалын тэнцвэрийн тогтмол

N 2 (г) + 3Н 2 (г) = 2NH 3 (г)

400 хэмд тэнцүү байна К = 1.60 10 –4 .

15. 250 ° C, нийт даралт 1 атм байх үед PCl 5 нь урвалаар 80% задардаг.

PCl 5 (г) = PCl 3 (г) + Cl 2 (г).

Хэрэв азотын хэсэгчилсэн даралт 0.9 атм байхаар системд N 2 нэмбэл PCl 5-ийн диссоциацийн зэрэг ямар байх вэ?

16. Нийт даралтыг 1 атм-д хадгална.

Урвалын хувьд 2000 хэмд

N 2 (г) + O 2 (г) = 2NO (г)

17. K p = 2.5 10 –3 .
    Нийт 1 бар даралттай N 2, O 2, NO, инертийн хийн тэнцвэрийн холимог нь 80% (эзэлхүүнээр) N 2 ба 16% O 2 агуулдаг.
18. Эзлэхүүний хэдэн хувь нь NO вэ? Инерцийн хийн хэсэгчилсэн даралт гэж юу вэ?

Тэнцвэрийн тогтмол байх урвалын стандарт энтальпийг тооцоол К = –1.04 –1088 /Т +1.51 10 5 /Т 2 .

a) 2 дахин өснө, б) температур 298 К-аас 308 К хүртэл өөрчлөгдөхөд 2 дахин буурна.

2C 3 H 6 (g) = C 2 H 4 (g) + C 4 H 8 (g) урвалын тэнцвэрийн тогтмол байдлын 300 К-ээс 600 К-ийн хоорондох температураас хамаарах хамаарлыг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

ln

1885 онд Францын физикч, химич Ле Шателье, 1887 онд Германы физикч Браун химийн тэнцвэрт байдлын хууль ба химийн тэнцвэрийн тогтмолыг үндэслэж, янз бүрийн гадаад хүчин зүйлийн нөлөөллөөс хамаарлыг судалжээ.

Химийн тэнцвэрийн мөн чанар

Химийн массын үйл ажиллагааны хуулийг химичүүд урвалын хурдыг зөв тооцоолоход ашигладаг. Хэрэв энэ нь хаалттай системд явагдах юм бол аль нь ч дуусахгүй гэдгийг тодорхой харуулж байна. Үүссэн бодисын молекулууд нь тогтмол бөгөөд санамсаргүй хөдөлгөөнтэй байдаг бөгөөд удалгүй урвуу урвал үүсч, анхны материалын молекулууд сэргээгдэх болно.

Аж үйлдвэрт нээлттэй системийг ихэвчлэн ашигладаг. Химийн урвал явагддаг сав, аппарат болон бусад савнууд түгжээгүй хэвээр байна. Эдгээр процессын явцад хүссэн бүтээгдэхүүнийг гаргаж авах, хэрэгцээгүй урвалын бүтээгдэхүүнээс ангижрах боломжтой байхын тулд энэ нь зайлшгүй шаардлагатай. Жишээлбэл, нүүрсийг задгай зууханд шатааж, цементийг задгай зууханд үйлдвэрлэдэг, домен зуух нь тогтмол агаараар ажилладаг, аммиакийг өөрөө тасралтгүй зайлуулж аммиакийг нэгтгэдэг.

Эргэж болох ба эргэлт буцалтгүй химийн урвалууд

Нэр дээр үндэслэн бид зохих тодорхойлолтыг өгч болно: даралтын уналт, температурын хэлбэлзлээс үл хамааран дуусч байгаа, чиглэлээ өөрчилдөггүй, өгөгдсөн траекторийн дагуу явагддаг урвалыг эргэлт буцалтгүй гэж үзнэ. Тэдний өвөрмөц онцлог нь зарим бүтээгдэхүүн нь урвалын талбайг орхиж болно. Тиймээс, жишээлбэл, хий (CaCO 3 = CaO + CO 2), тунадас (Cu(NO 3) 2 + H 2 S = CuS + 2HNO 3) эсвэл бусад зүйлийг олж авах боломжтой хэрэв процессын явцад их хэмжээний дулааны энерги ялгарвал, жишээ нь: 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 + Q.

Байгальд тохиолддог бараг бүх урвалууд буцах боломжтой байдаг. Даралт, температур зэрэг гадаад нөхцөл байдлаас үл хамааран бараг бүх процессууд янз бүрийн чиглэлд нэгэн зэрэг явагддаг. Химийн массын үйл ажиллагааны хуульд шингэсэн дулааны хэмжээ нь ялгарах хэмжээтэй тэнцүү байх бөгөөд энэ нь хэрэв нэг урвал экзотермик байсан бол хоёр дахь (урвуу) нь эндотермик болно гэсэн үг юм.

Химийн тэнцвэр: химийн тэнцвэрийн тогтмол

Урвал нь химийн "үйл үг" буюу химичүүдийн судалдаг үйл ажиллагаа юм. Олон урвал явагдаж дуусч, дараа нь зогсдог, өөрөөр хэлбэл урвалд орж буй бодисууд анхны төлөвтөө буцаж орохгүйгээр бүрэн бүтээгдэхүүн болж хувирдаг. Зарим тохиолдолд урвал нь үнэхээр эргэлт буцалтгүй байдаг, жишээлбэл, шаталт нь физик болон химийн аль алиныг нь өөрчилдөг боловч эхний урвалын бүтээгдэхүүн хоёр дахь урвалд ордог тул энэ нь зөвхөн боломжтой төдийгүй тасралтгүй үргэлжлэх олон нөхцөл байдаг. .

Урвалж буй бодис ба бүтээгдэхүүний концентраци тогтмол хэвээр байх динамик төлөвийг тэнцвэрт байдал гэж нэрлэдэг. Тодорхой химийн бодис үйлдвэрлэх зардлыг бууруулахыг эрэлхийлж буй үйлдвэрүүдэд хамаарах тодорхой хуулиудыг ашиглан бодисын зан төлөвийг урьдчилан таамаглах боломжтой. Химийн тэнцвэрийн тухай ойлголт нь хүний ​​эрүүл мэндийг хамгаалах эсвэл аюул учруулж болзошгүй үйл явцыг ойлгоход бас хэрэгтэй. Химийн тэнцвэрийн тогтмол нь ионы хүч ба температураас хамаарах урвалын хүчин зүйлийн утга бөгөөд уусмал дахь урвалд орох бодис ба бүтээгдэхүүний концентрацаас үл хамаарна.

Тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолох

Энэ хэмжигдэхүүн нь хэмжээсгүй, өөрөөр хэлбэл тодорхой тооны нэгжгүй байдаг. Хэдийгээр тооцоолол нь ихэвчлэн хоёр урвалж, хоёр бүтээгдэхүүнд зориулагдсан байдаг ч энэ нь ямар ч тооны урвалд оролцогчдод ажилладаг. Тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолох, тайлбарлах нь химийн урвал нь нэгэн төрлийн эсвэл гетероген тэнцвэрт байдалд хамаарах эсэхээс хамаарна. Энэ нь урвалд орох бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь цэвэр шингэн эсвэл хий байж болно гэсэн үг юм. Нэг төрлийн бус тэнцвэрт байдалд хүрэх урвалын хувьд дүрмээр бол нэг үе шат биш, харин дор хаяж хоёр үе шат байдаг. Жишээлбэл, шингэн ба хий эсвэл хоёулаа шингэн.

Тэнцвэрийн тогтмол утга

Аливаа өгөгдсөн температурын хувьд тэнцвэрийн тогтмол хэмжигдэхүүний хувьд зөвхөн нэг утга байдаг бөгөөд энэ нь урвал явагдах температур нэг чиглэлд эсвэл өөр чиглэлд өөрчлөгдсөн тохиолдолд л өөрчлөгддөг. Тэнцвэрийн тогтмол нь их эсвэл бага эсэхээс хамаарч химийн урвалын талаар зарим таамаглал дэвшүүлэх боломжтой. Хэрэв үнэ цэнэ нь маш том бол тэнцвэр нь баруун тийш урвалд орохыг дэмжиж, урвалд орсон бодисоос илүү их бүтээгдэхүүнийг олж авдаг. Энэ тохиолдолд урвалыг "бүрэн" эсвэл "тоон" гэж нэрлэж болно.

Хэрэв тэнцвэрийн тогтмолын утга бага байвал энэ нь урвалд орох бодисын хэмжээ үүссэн бүтээгдэхүүнээс их байсан зүүн тийш урвалыг дэмждэг. Хэрэв энэ утга тэг болох хандлагатай байвал урвал явагдахгүй гэж үзэж болно. Хэрэв шууд ба урвуу урвалын тэнцвэрийн тогтмолын утга бараг ижил байвал урвалд орох бодис ба бүтээгдэхүүний хэмжээ бараг ижил байх болно. Энэ төрлийн урвалыг буцаах боломжтой гэж үздэг.

Тодорхой урвуу урвалыг авч үзье

Иод, устөрөгч гэх мэт хоёр химийн элементийг авч үзье, тэдгээр нь холилдоход шинэ бодис - устөрөгчийн иодид өгдөг.

Урьдчилсан урвалын хурдыг v 1, урвуу урвалын хурдыг v 2, тэнцвэрийн тогтмолыг k гэж авцгаая. Массын үйл ажиллагааны хуулийг ашиглан бид дараах илэрхийлэлийг олж авна.

v 1 = k 1 * c(H 2) * c(I 2),

v 2 = k 2 * c 2 (HI).

Иод (I 2) ба устөрөгч (H 2) молекулуудыг холих үед тэдгээрийн харилцан үйлчлэл эхэлдэг. Эхний үе шатанд эдгээр элементүүдийн концентраци хамгийн их байх боловч урвалын төгсгөлд шинэ нэгдэл - устөрөгчийн иодид (HI) -ийн концентраци хамгийн их байх болно. Үүний дагуу урвалын хурд өөр байх болно. Хамгийн эхэнд тэд хамгийн их байх болно. Цаг хугацаа өнгөрөхөд эдгээр утгууд тэнцүү байх мөч ирдэг бөгөөд энэ нь химийн тэнцвэрт байдал гэж нэрлэгддэг төлөв юм.

Химийн тэнцвэрийн тогтмолын илэрхийлэлийг ихэвчлэн дөрвөлжин хаалт ашиглан тэмдэглэнэ: , , . Тэнцвэрт хурдууд тэнцүү байх тул:

k 1 = k 2 2 ,

Энэ нь химийн тэнцвэрийн тогтмол байдлын тэгшитгэлийг бидэнд өгдөг.

k 1 /k 2 = 2 / = K.

Ле Шателье-Браун зарчим

Дараахь загвар байдаг: хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд тодорхой нөлөө үзүүлбэл (жишээлбэл, температур эсвэл даралтыг өөрчлөх замаар химийн тэнцвэрийн нөхцлийг өөрчлөх) өөрчлөлтийн үр нөлөөг хэсэгчлэн эсэргүүцэхийн тулд тэнцвэрт байдал өөрчлөгдөнө. Энэ зарчим нь химигээс гадна эм зүй, эдийн засгийн салбарт арай өөр хэлбэрээр үйлчилдэг.

Химийн тэнцвэрийн тогтмол ба түүнийг илэрхийлэх арга

Тэнцвэрийн илэрхийлэлийг бүтээгдэхүүн ба урвалжуудын концентрациар илэрхийлж болно. Шингэн ба хатуу бодисын концентраци өөрчлөгддөггүй тул зөвхөн усан ба хийн фаз дахь химийн бодисуудыг тэнцвэрийн томъёонд оруулсан болно. Химийн тэнцвэрт байдалд ямар хүчин зүйл нөлөөлдөг вэ? Хэрэв цэвэр шингэн эсвэл хатуу бодис оролцсон бол түүнийг K = 1 гэж үздэг бөгөөд өндөр концентрацитай уусмалаас бусад тохиолдолд үүнийг тооцохоо болино. Жишээлбэл, цэвэр усны идэвхжил нь 1.

Өөр нэг жишээ бол нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба нүүрстөрөгчийг үүсгэхийн тулд хоёр нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн молекулын урвалаар үүсч болох хатуу нүүрстөрөгч юм. Тэнцвэрт нөлөөлж болох хүчин зүйлүүд нь урвалж эсвэл бүтээгдэхүүнийг нэмэх (концентрацийн өөрчлөлт нь тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөг) орно. Урвалжуулагчийг нэмснээр химийн тэгшитгэлийн баруун талд бүтээгдэхүүний илүү олон хэлбэр гарч ирэх тэнцвэрт байдал бий болно. Илүү олон төрлийн урвалжууд бэлэн болсон тул бүтээгдэхүүнийг нэмэх нь зүүн талд тэнцвэрт байдалд хүргэдэг.

Хоёр чиглэлд явагдаж буй урвал нь бүтээгдэхүүн ба урвалжуудын тогтмол харьцаатай байх үед тэнцвэрт байдал үүсдэг. Бүтээгдэхүүн ба урвалд орох бодисын тоон харьцаа тогтмол байдаг тул химийн тэнцвэрт байдал нь ерөнхийдөө статик юм. Гэсэн хэдий ч сайтар ажиглавал тэнцвэр нь үнэндээ маш динамик процесс бөгөөд урвал нь хоёр чиглэлд ижил хурдтай явагддаг.

Динамик тэнцвэр нь тогтвортой төлөвийн функцийн жишээ юм. Тогтвортой төлөвт байгаа системийн хувьд одоо ажиглагдаж буй зан төлөв ирээдүйд ч үргэлжилнэ. Тиймээс урвал тэнцвэрт байдалд хүрмэгц урвал үргэлжилж байгаа ч бүтээгдэхүүн ба урвалжийн концентрацийн харьцаа ижил хэвээр байх болно.

Хэрхэн нарийн төвөгтэй зүйлийн талаар энгийнээр ярих вэ?

Химийн тэнцвэр, химийн тэнцвэрийн тогтмол гэх мэт ойлголтуудыг ойлгоход нэлээд хэцүү байдаг. Амьдралаас жишээ авъя. Та хоёр хотын хоорондох гүүрэн дээр гацаж, найдваргүй түгжрэлд орж байхад нөгөө чиглэлийн хөдөлгөөн жигд, жигд байгааг анзаарч байсан уу? Энэ сайн биш.

Машинууд хоёр талдаа жигд, ижил хурдтай хөдөлвөл яах вэ? Хоёр хотын автомашины тоо тогтмол хэвээр байх уу? Хоёр хотод орох, гарах хурд ижил, хот бүрийн автомашины тоо цаг хугацааны хувьд тогтвортой байвал энэ нь бүх үйл явц динамик тэнцвэрт байдалд байна гэсэн үг юм.