สมดุลทางเคมี: สมดุลเคมีอย่างต่อเนื่องและวิธีการในการแสดงออก

ในปี 1885 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสและนักเคมี Le Chatelier เปิดตัวและในปี 1887 นักฟิสิกส์เยอรมันสีน้ำตาลธรรมกฎหมายของสมดุลเคมีและสมดุลเคมีอย่างต่อเนื่องและการศึกษาการพึ่งพาอิทธิพลของปัจจัยภายนอกต่างๆ

สาระสำคัญของสมดุลเคมี

สมดุล - รัฐแบบไดนามิกซึ่งหมายความว่าสิ่งที่มักจะย้าย ผลิตภัณฑ์สลายตัวเมื่อสารเคมีและสารตั้งต้นจะรวมกันในผลิตภัณฑ์ สิ่งที่กำลังจะย้าย แต่ความเข้มข้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ปฏิกิริยาจะถูกบันทึกไว้ด้วยลูกศรคู่แทนเท่ากับแสดงให้เห็นว่ามันสามารถย้อนกลับได้

รูปแบบคลาสสิก

แม้จะอยู่ในศตวรรษที่ผ่านมานักเคมีได้ค้นพบบางอย่างที่กฎหมายให้เป็นไปได้ของการเปลี่ยนทิศทางของการเกิดปฏิกิริยาในกำลังการผลิตเดียวกัน ความรู้ในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างเหลือเชื่อสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการและการผลิตภาคอุตสาหกรรม ในขณะเดียวกันความสำคัญอย่างยิ่งคือความสามารถในการควบคุมปรากฏการณ์เหล่านี้ทั้งหมด มันเป็นธรรมชาติของมนุษย์ที่จะแทรกแซงในกระบวนการทางธรรมชาติจำนวนมากโดยเฉพาะที่เกี่ยวกับการพลิกกลับแล้วจะใช้พวกเขาเพื่อประโยชน์ของตน จากความรู้ของปฏิกิริยาเคมีจะเป็นประโยชน์มากขึ้นถ้าคำสั่งที่สมบูรณ์แบบของการควบคุม

กฎหมายของการกระทำมวลในทางเคมีที่ใช้โดยนักเคมีอย่างถูกต้องคำนวณความเร็วของปฏิกิริยา มันทำให้ความคิดที่ชัดเจนของสิ่งใด ๆ กระบวนการทางเคมี จะไม่ถูกนำไปยังจุดสิ้นสุดถ้ามันจะจัดขึ้นในระบบปิด โมเลกุลของสารที่เกิดขึ้นและอยู่ในการเคลื่อนไหวแบบสุ่มอย่างต่อเนื่องและเร็ว ๆ นี้อาจเกิดขึ้นปฏิกิริยาย้อนกลับในการที่จะกู้คืนได้โมเลกุลของสารตั้งต้น

ในอุตสาหกรรมที่ใช้กันมากที่สุดระบบโอเพนซอร์ส เรือยานพาหนะและภาชนะอื่น ๆ ที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่จะปลดล็อค นี้เพื่อให้แน่ใจว่าในระหว่างกระบวนการเหล่านี้สามารถถอดออกและสินค้าที่ต้องการที่จะกำจัดของผลิตภัณฑ์ที่ไร้ประโยชน์ของการเกิดปฏิกิริยา ยกตัวอย่างเช่นถ่านหินถูกเผาในเตาเผาเปิดเตาเผาปูนซีเมนต์ทำในเตาหลอมเปิดชนิดดำเนินการกับอากาศคงที่และแอมโมเนียสังเคราะห์อย่างต่อเนื่องกับการกำจัดของแอมโมเนีย

ปฏิกิริยาทางเคมีพลิกกลับและกลับไม่ได้

เป็นชื่อของคุณสามารถให้คำนิยามที่สอดคล้องกัน: ปฏิกิริยากลับไม่ได้นำไปยังจุดสิ้นสุดโดยไม่ต้องเปลี่ยนทิศทางและไหลไปตามเส้นทางที่กำหนดไว้โดยไม่คำนึงถึงความแตกต่างของความดันและความผันผวนของอุณหภูมิ ลักษณะเด่นของพวกเขาคือความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์บางอย่างสามารถออกจากขอบเขตของการเกิดปฏิกิริยา ดังนั้นสำหรับตัวอย่างเช่นสามารถรับก๊าซ (CaCO ₃ = CaO + CO ₂₎ เร่งรัด (Cu (NO _{3) 2} + H ₂ S = ยูเอส + 2HNO _{3) หรือสารอื่น} ๆ ปฏิกิริยายังจะได้รับการพิจารณากลับไม่ได้ถ้าเป็นจำนวนมากของความร้อนจะถูกปล่อยออกในระหว่างกระบวนการตัวอย่างเช่น: 4P + ₂ = 5o 2P ₂ O ₅ + Q.

เกือบปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในธรรมชาติย้อนกลับ โดยไม่คำนึงถึงสภาพภายนอกเช่นอุณหภูมิและความดันแทบทุกขั้นตอนอาจจะเกิดขึ้นพร้อมกันในทิศทางที่แตกต่างกัน ในฐานะที่เป็นกฎหมายของการกระทำมวลในวิชาเคมีปริมาณของความร้อนที่ดูดซึมได้เท่ากับจำนวนที่จัดสรรซึ่งหมายความว่าถ้ามีใครปฏิกิริยาคายความร้อนที่สอง (ย้อนกลับ) bude สัตว์เลือดอุ่น

สมดุลทางเคมี: สมดุลเคมีอย่างต่อเนื่อง

ปฏิกิริยา - เป็น "กริยา" เคมี - กิจกรรมที่ตรวจสอบเคมี หลายปฏิกิริยาไปเสร็จสิ้นแล้วหยุดซึ่งหมายความว่าสารตั้งต้นจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์โดยไม่มีความสามารถที่จะกลับมาสู่สภาพเดิม ในบางกรณีเกิดปฏิกิริยากลับไม่ได้จริงๆเช่นการเผาไหม้ของการเปลี่ยนแปลงทั้งทางร่างกายและทางเคมี คุณสมบัติของสาร แต่มีกรณีอื่น ๆ อีกมากมายซึ่งในฟันเฟืองเป็นไปไม่ได้เท่านั้น แต่ยังให้การอย่างต่อเนื่องเช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาแรกที่มีสารเคมีเป็นครั้งที่สอง

รัฐแบบไดนามิกที่มีความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์คงที่เรียกว่าสมดุล มันเป็นไปได้ที่จะคาดการณ์พฤติกรรมของวัสดุที่มีกฎหมายบางอย่างที่นำไปใช้ในภาคที่กำลังมองหาเพื่อลดต้นทุนการผลิตของสารเคมีที่เฉพาะเจาะจง เพื่อให้เข้าใจถึงกระบวนการที่รักษาหรืออาจเป็นภัยคุกคามต่อสุขภาพของคนที่ยังมีประโยชน์เป็นแนวคิดของสมดุลเคมี สมดุลเคมีอย่างต่อเนื่องเป็นค่าปัจจัยของการเกิดปฏิกิริยาซึ่งจะขึ้นอยู่กับความแรงของอิออนและอุณหภูมิและไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในการแก้ปัญหา

การคำนวณค่าคงที่สมดุล

ปริมาณนี้เป็นมิติกล่าวคือไม่ได้มีจำนวนที่แน่นอนของหน่วย แม้ว่าการคำนวณมักจะถูกเขียนขึ้นสำหรับทั้งสองสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ทั้งสองจะทำงานได้หมายเลขใด ๆ ของผู้เข้าร่วมในการทำปฏิกิริยา การคำนวณและการแปลความหมายของค่าคงที่สมดุลขึ้นอยู่กับว่าปฏิกิริยาทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับความสมดุลเหมือนกันหรือแตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบทั้งหมดตอบสนองอาจจะเป็นของเหลวหรือก๊าซบริสุทธิ์ สำหรับปฏิกิริยาที่เข้าถึงสมดุลต่างกันมักจะมีมากกว่าหนึ่งเฟสและอย่างน้อยสอง ยกตัวอย่างเช่นของเหลวและก๊าซหรือของแข็งและของเหลว

ค่าของค่าคงที่สมดุล

สำหรับอุณหภูมิใดก็ตามสมดุลคงมีเพียงหนึ่งค่าซึ่งการเปลี่ยนแปลงเฉพาะในกรณีที่อุณหภูมิที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นแตกต่างกันไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง มันเป็นไปได้ที่จะทำให้การคาดการณ์บางอย่างเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี, ขึ้นอยู่กับว่าสมดุลคงมีขนาดใหญ่หรือเล็ก ถ้าค่ามีขนาดใหญ่มากสมดุลโปรดปรานปฏิกิริยาไปทางขวาและเปลี่ยนผลิตภัณฑ์มากกว่าจะน้ำยา ปฏิกิริยาในกรณีนี้สามารถเรียกว่า "เต็ม" หรือ "ปริมาณ"

ถ้าค่าของค่าคงที่สมดุลที่มีขนาดเล็กมันเป็นปฏิกิริยาที่ดีไปทางซ้ายซึ่งปริมาณของสารเคมีได้มากขึ้นกว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น หากค่านี้ใกล้ศูนย์ก็สามารถสันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้น ถ้าค่าของค่าคงที่สมดุลสำหรับไปข้างหน้าและย้อนกลับปฏิกิริยาเกือบเดียวกันปริมาณของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จะยังเกือบจะเหมือนกัน ประเภทของปฏิกิริยานี้จะถือเป็นแบบพลิกกลับได้

พิจารณาเฉพาะการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้

ใช้เวลาสององค์ประกอบทางเคมีเช่นไอโอดีนและไฮโดรเจนซึ่งเมื่อผสมให้สารตัวใหม่ - ไอโอไดด์ไฮโดรเจน

H ₂ + ₂ = ฉัน 2HI

ในระหว่างการใช้โวลต์ ₁ จากปฏิกิริยาโดยตรงความเร็วด้วย v ₂ - อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ k - สมดุลอย่างต่อเนื่อง การใช้กฎหมายของการกระทำมวลการแสดงออกต่อไปนี้:

โวลต์ ₁ = ₁ k * ค (H ₂₎ * ค (I ₂₎

โวลต์ ₂ = k ₂ * ค ² (ฮาวาย)

เมื่อผสมไอโอดีนโมเลกุล (ฉัน ₂₎ และไฮโดรเจน (H ₂₎ การมีปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาเริ่มต้น ในระยะเริ่มต้นที่ความเข้มข้นสูงสุดขององค์ประกอบเหล่านี้ แต่ตอนท้ายของการตอบสนองสูงสุดคือความเข้มข้นของสารประกอบใหม่ - ไอโอไดด์ไฮโดรเจน (ฮาวาย) ดังนั้นจะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ในการเริ่มต้นที่พวกเขาจะได้รับการขยาย ในที่สุดก็มีมาเวลาเมื่อค่าเหล่านี้มีค่าเท่ากันและมันเป็นสภาพที่เรียกว่าสมดุลทางเคมี

ค่าคงที่สมดุลเคมีแสดงออกที่กำหนดโดยทั่วไปกับวงเล็บ: [H _2], [I _2], [HI] ตั้งแต่เท่ากันแล้วความเร็วสมดุล:

k ₁ [H _2] [I _2] = k ₂ [HI] ²

เราจึงได้รับสมการของค่าคงที่สมดุลทางเคมี:

k ₁ k / ₂ = [HI] ² / [H _2] [I _2] = เค

หลักการของ Le Chatelier สีน้ำตาล

มีกฎต่อไปนี้คือถ้าระบบที่อยู่ในความสมดุลในการผลิตผลบางอย่าง (เปลี่ยนแปลงของสภาพสมดุลเคมีโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิหรือความดันเป็นต้น) สมดุลจะเปลี่ยนไปบางส่วนรับมือกับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ในการเคมีหลักการนี้ยังนำไปใช้ในหลายรูปแบบที่แตกต่างกันในด้านของการเภสัชวิทยาและเศรษฐศาสตร์

เคมีคงที่สมดุลและวิธีการในการแสดงออก

การแสดงออกสมดุลอาจจะแสดงออกในแง่ของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น สารเคมีเฉพาะในช่วงน้ำและก๊าซจะรวมอยู่ในสูตรของสมดุลเนื่องจากความเข้มข้นของของเหลวและของแข็งที่จะไม่เปลี่ยนแปลง ปัจจัยอะไรที่ส่งผลกระทบต่อความสมดุลของสารเคมีหรือไม่ ถ้ามันเกี่ยวข้องกับของเหลวหรือของแข็งบริสุทธิ์ก็ถือว่าว่ามี K = 1 และตามไม่ถูกนำมาพิจารณาด้วยข้อยกเว้นของการแก้ปัญหาที่มีความเข้มข้นสูง ยกตัวอย่างเช่นน้ำบริสุทธิ์ไม่มีกิจกรรมของ 1

อีกตัวอย่างหนึ่งคือคาร์บอนที่เป็นของแข็งซึ่งสามารถเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของสองโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในรูปแบบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซคาร์บอน ปัจจัยที่อาจมีผลต่อความสมดุลรวมถึงการเพิ่มขึ้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ (เปลี่ยนแปลงความเข้มข้นมีผลกระทบต่อความสมดุล) เพิ่มสารอาจนำไปสู่การที่ถูกต้องในสมการทางเคมีสมดุลที่มีรูปแบบอื่น ๆ ของผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำไปสู่ความสมดุลซ้ายเป็นมากขึ้นจะกลายเป็นรูปแบบน้ำยา

สมดุลเกิดขึ้นเมื่อเกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางก็มีอัตราความคงที่ของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ โดยทั่วไปสมดุลเคมีเป็นแบบคงที่เนื่องจากสัดส่วนของผลิตภัณฑ์และสารเคมีที่มีอย่างต่อเนื่อง แต่มองใกล้พบว่ายอดเงินในความเป็นจริงเป็นกระบวนการแบบไดนามิกมากเป็นปฏิกิริยาย้ายในทั้งสองทิศทางในอัตราเดียวกัน

สมดุลแบบไดนามิกเป็นตัวอย่างของการทำงานของความมั่นคงของรัฐ สำหรับระบบในความมั่นคงของรัฐที่สังเกตในช่วงเวลาปัจจุบันพฤติกรรมอย่างต่อเนื่องในอนาคต ดังนั้นเมื่อเกิดปฏิกิริยาสมดุลถึงอัตราส่วนของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ความเข้มข้นยังคงเหมือนเดิมแม้ว่าปฏิกิริยา

ในฐานะที่เป็นเพียงแค่บอกเกี่ยวกับความซับซ้อนหรือไม่

แนวคิดเช่นสมดุลเคมีและสมดุลเคมีคงค่อนข้างยากที่จะเข้าใจ นำตัวอย่างของชีวิต คุณเคยได้รับการติดอยู่บนสะพานระหว่างสองเมืองและให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าการเคลื่อนไหวในทิศทางอื่น ๆ ได้อย่างราบรื่นและวัดขณะที่คุณอยู่อย่างไร้ความหวังติดอยู่ในการจราจร? นี้ไม่ดี

เกิดอะไรขึ้นถ้าเครื่องวัดและย้ายที่ความเร็วเท่ากันทั้งสองข้าง? มันยังคงอยู่กับจำนวนของรถยนต์ในเมืองทั้งสองอย่างถาวรหรือไม่ เมื่อรายการและความเร็วทางออกในเมืองทั้งสองจะเหมือนกัน แต่จำนวนของรถยนต์ในแต่ละเมืองที่มีเสถียรภาพในช่วงเวลาซึ่งหมายความว่ากระบวนการทั้งหมดจะอยู่ในภาวะสมดุลแบบไดนามิก