>> Kemia: Käännettävä ja peruuttamattomia reaktioita
CO2+ H2O = H2CO3
Anna syntyneen happoliuoksen seistä telineellä. Jonkin ajan kuluttua näemme, että liuos on muuttunut purppuraiseksi, kun happo on hajoanut alkuperäisiksi aineiksi.
Tämä prosessi voidaan suorittaa paljon nopeammin, jos liuos on kolmasosa hiilihappoa. Näin ollen reaktio hiilihapon valmistamiseksi tapahtuu sekä eteen- että päinvastaisessa suunnassa, eli se on palautuva. Reaktion palautuvuus osoitetaan kahdella vastakkain suunnatulla nuolella:
Tärkeimpien kemiallisten tuotteiden valmistuksen taustalla olevista palautuvista reaktioista mainitaan esimerkkinä rikki(VI)oksidin synteesin (yhdisteen) reaktio rikki(IV)oksidista ja hapesta.
1. Reversiibelit ja peruuttamattomat reaktiot.
2. Bertholletin sääntö.
Kirjoita kappaleen tekstissä käsiteltyjen palamisreaktioiden yhtälöt muistiin ja huomioi, että näiden reaktioiden seurauksena muodostuu alkuaineiden oksideja, joista alkuperäiset aineet on rakennettu.
Kuvaa kappaleen lopussa suunnitelman mukaan suoritettuja kolmea viimeistä reaktiota: a) reagenssien ja tuotteiden luonne ja lukumäärä; b) aggregaatiotila; c) suunta: d) katalyytin läsnäolo; e) lämmön vapautuminen tai imeytyminen
Mitä epätarkkuutta tehtiin kappaleen tekstissä ehdotetun kalkkikiven polton reaktion yhtälön kirjoittamisessa?
Kuinka totta on väite, että yhdistereaktiot ovat yleensä eksotermisiä reaktioita? Perustele näkemyksesi oppikirjan tekstissä annettujen tosiasioiden avulla.
Oppitunnin sisältö oppituntimuistiinpanot tukevat kehystunnin esityksen kiihdytysmenetelmiä interaktiivisia tekniikoita Harjoitella tehtäviä ja harjoituksia itsetestaus työpajat, koulutukset, tapaukset, tehtävät kotitehtävät keskustelukysymykset retorisia kysymyksiä opiskelijoilta Kuvituksia ääni, videoleikkeet ja multimedia valokuvat, kuvat, grafiikat, taulukot, kaaviot, huumori, anekdootit, vitsit, sarjakuvat, vertaukset, sanonnat, ristisanatehtävät, lainaukset Lisäosat abstrakteja artikkelit temppuja uteliaille pinnasängyt oppikirjat perus- ja lisäsanakirja muut Oppikirjojen ja oppituntien parantaminenkorjata oppikirjan virheet fragmentin päivittäminen oppikirjaan, innovaatioelementit oppitunnilla, vanhentuneen tiedon korvaaminen uudella Vain opettajille täydellisiä oppitunteja kalenterisuunnitelma vuodeksi metodologisia suosituksia keskusteluohjelmia Integroidut oppitunnitLukuisten reaktiotyyppien luokittelujen joukossa, esimerkiksi ne, jotka määräytyvät lämpövaikutuksen (eksoterminen ja endoterminen), aineiden hapetusasteen muutosten (redox), niihin osallistuvien komponenttien lukumäärän (hajoaminen, yhdisteet) perusteella ja niin edelleen, kahdessa keskinäisessä suunnassa tapahtuvat reaktiot, joita kutsutaan muuten käännettävä . Vaihtoehto palautuville reaktioille ovat reaktiot peruuttamaton, jonka aikana lopputuote (sakka, kaasumainen aine, vesi) muodostuu. Näiden reaktioiden joukossa ovat seuraavat:
Vaihtoreaktiot suolaliuosten välillä, joiden aikana muodostuu joko liukenematon sakka - CaCO 3:
Ca(OH)2 + K2CO3 → CaCO 3↓ + 2KON (1)
tai kaasumainen aine - CO 2:
3 K 2 CO 3 + 2H 3 RO 4 → 2K 3 RO 4 + 3 CO 2+ 3H 2O (2)
tai saadaan hieman dissosioituva aine - H 2 O:
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H 2O(3)
Jos tarkastellaan palautuvaa reaktiota, se ei etene vain eteenpäin (reaktioissa 1,2,3 vasemmalta oikealle), vaan myös vastakkaiseen suuntaan. Esimerkki tällaisesta reaktiosta on ammoniakin synteesi kaasumaisista aineista - vedystä ja typestä:
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (4)
Siten, Kemiallista reaktiota kutsutaan reversiibeliksi, jos se ei etene vain eteenpäin (→), vaan myös vastakkaiseen suuntaan (←) ja se on merkitty symbolilla (↔).
Pääominaisuus Tämäntyyppinen reaktio on se, että lähtöaineista muodostuu reaktiotuotteita, mutta samaan aikaan samoista tuotteista, päinvastoin, muodostuu lähtöreagenssit. Jos tarkastelemme reaktiota (4), niin suhteellisessa aikayksikössä, samanaikaisesti kahden ammoniakkimoolin muodostumisen kanssa, niiden hajoaminen tapahtuu, kun muodostuu kolme moolia vetyä ja yksi mooli typpeä. Merkitään suoran reaktion nopeutta (4) symbolilla V 1, jolloin tämän nopeuden lauseke saa muotoa:
V 1 = kˑ [Н 2 ] 3 ˑ , (5)
jossa arvo "k" määritellään tietyn reaktion nopeusvakioksi, arvot [H 2 ] 3 ja vastaavat lähtöaineiden pitoisuuksia, jotka on nostettu potenssiin, joka vastaa reaktioyhtälön kertoimia. Käänteisyyden periaatteen mukaisesti käänteisreaktion nopeus saa lausekkeen:
V 2 = kˑ 2 (6)
Alkuhetkellä eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus saa suurimman arvon. Mutta vähitellen lähtöreagenssien pitoisuudet pienenevät ja reaktionopeus hidastuu. Samaan aikaan käänteisen reaktion nopeus alkaa nousta. Kun myötä- ja taaksepäinreaktioiden nopeudet ovat samat (V 1 = V 2), tasapainotila , jolloin alkuperäisen ja tuloksena olevan reagenssin pitoisuudet eivät enää muutu.
On huomattava, että joitain peruuttamattomia reaktioita ei pidä ottaa kirjaimellisesti. Otetaan esimerkki useimmin mainitusta metallin vuorovaikutuksesta hapon, erityisesti sinkin ja suolahapon kanssa:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (7)
Itse asiassa sinkki liukenee happoon muodostaen suolaa: sinkkikloridia ja vetykaasua, mutta jonkin ajan kuluttua suoran reaktion nopeus hidastuu, kun suolapitoisuus liuoksessa kasvaa. Kun reaktio käytännössä pysähtyy, liuoksessa on tietty määrä sinkkikloridia. suolahappoa Siksi reaktio (7) on annettava seuraavassa muodossa:
2Zn + 2HCl = 2ZnНCl + H2 (8)
Tai jos muodostuu liukenematon sakka, joka saadaan yhdistämällä Na 2 SO 4 - ja BaCl 2 -liuoksia:
Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (9)
saostunut suola BaSO 4, vaikkakin pienessä määrin, dissosioituu ioneiksi:
BaSO 4 ↔ Ba 2+ + SO 4 2- (10)
Siksi peruuttamattomien ja peruuttamattomien reaktioiden käsitteet ovat suhteellisia. Mutta kuitenkin niin luonnossa kuin ihmisten käytännön toiminnassa näillä reaktioilla on suuri arvo. Esimerkiksi hiilivetyjen tai monimutkaisempien polttoprosessit orgaanista ainesta esimerkiksi alkoholi:
CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O (11)
2C 2H 5OH + 5O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O (12)
ovat täysin peruuttamattomia prosesseja. Ihmiskunnan onnellisena unelmana pidettäisiin, jos reaktiot (11) ja (12) olisivat palautuvia! Sitten olisi mahdollista syntetisoida kaasua ja bensiiniä ja alkoholia uudelleen CO 2:sta ja H 2 O:sta! Toisaalta palautuvat reaktiot, kuten (4) tai rikkidioksidin hapettuminen:
SO 2 + O 2 ↔ SO 3 (13)
ovat tärkeimmät ammoniumsuolojen, typpihapon, rikkihapon jne. tuotannossa, sekä epäorgaanisten että orgaaniset yhdisteet. Mutta nämä reaktiot ovat palautuvia! Ja lopputuotteiden: NH 3 tai SO 3 saamiseksi on käytettävä sellaisia teknisiä menetelmiä kuin: reagenssien pitoisuuksien muuttaminen, paineen muuttaminen, lämpötilan nostaminen tai laskeminen. Mutta tämä on jo seuraavan aiheen aihe: "Siirtymä kemiallisessa tasapainossa".
blog.site, kopioitaessa materiaalia kokonaan tai osittain, vaaditaan linkki alkuperäiseen lähteeseen.
Kaikki kemialliset reaktiot voidaan jakaa kahteen ryhmään: irreversiibelit ja palautuvat reaktiot. Peruuttamattomat reaktiot etenevät loppuun - kunnes yksi reagoivista aineista on kulunut kokonaan. Reversiibelit reaktiot eivät etene loppuun: palautuvassa reaktiossa mikään reagoivista aineista ei kulu kokonaan. Tämä ero johtuu siitä, että peruuttamaton reaktio voi edetä vain yhteen suuntaan. Kääntyvä reaktio voi tapahtua sekä eteen- että taaksepäin.
Katsotaanpa kahta esimerkkiä.
Esimerkki 1. Sinkin ja konsentraatin välinen vuorovaikutus typpihappo etenee yhtälön mukaan:
Riittävällä määrällä typpihappoa reaktio päättyy vasta, kun kaikki sinkki on liuennut. Lisäksi, jos yrität suorittaa tämän reaktion vastakkaiseen suuntaan - johtamalla typpidioksidia sinkkinitraattiliuoksen läpi, metallinen sinkki ja typpihappo eivät toimi - tämä reaktio ei voi edetä vastakkaiseen suuntaan. Siten sinkin vuorovaikutus typpihapon kanssa on peruuttamaton reaktio.
Esimerkki 2. Ammoniakin synteesi etenee yhtälön mukaisesti:
Jos sekoitat yhden moolin typpeä kolmeen mooliin vetyä, luot järjestelmään olosuhteet, jotka ovat suotuisat reaktion tapahtumiselle ja riittävän ajan kuluttua analysoit kaasuseoksen, analyysin tulokset osoittavat, että reaktio ei pelkästään järjestelmässä on tuotetta (ammoniakki), mutta myös lähtöaineita (typpi ja vety). Jos nyt samoissa olosuhteissa lähtöaineeksi ei aseteta typpi-vety-seosta, vaan ammoniakki, niin voidaan havaita, että osa ammoniakista hajoaa typeksi ja vedyksi, ja määrien lopullinen suhde. kaikista kolmesta aineesta on sama kuin siinä tapauksessa, kun lähdetään typen ja vedyn seoksesta. Siten ammoniakin synteesi on palautuva reaktio.
Reversiibelien reaktioiden yhtälöissä voidaan käyttää nuolia yhtäläisyysmerkin sijasta; ne symboloivat reaktiota, joka tapahtuu sekä eteen- että taaksepäin.
Kuvassa Kuva 68 esittää muutosta eteenpäin ja taaksepäin tapahtuvien reaktioiden nopeuksissa ajan kuluessa. Aluksi lähtöaineita sekoitettaessa eteenpäin reaktion nopeus on suuri ja käänteisen reaktion nopeus on nolla Reaktion edetessä lähtöaineet kuluvat ja niiden pitoisuudet laskevat.
Riisi. 63. Muutos eteenpäin- ja taaksepäinreaktioiden nopeudessa ajan myötä.
Tämän seurauksena eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus laskee. Samalla ilmaantuu reaktiotuotteita ja niiden pitoisuus kasvaa. Tämän seurauksena käänteinen reaktio alkaa tapahtua, ja sen nopeus kasvaa vähitellen. Kun myötä- ja käänteisten reaktioiden nopeudet ovat yhtä suuret, syntyy kemiallinen tasapaino. Siten viimeisessä esimerkissä luodaan tasapaino typen, vedyn ja ammoniakin välille.
Kemiallinen tasapaino kutsutaan dynaamiseksi tasapainoksi. Tämä korostaa sitä, että tasapainossa tapahtuu sekä eteenpäin- että käänteisiä reaktioita, mutta niiden nopeudet ovat samat, minkä seurauksena muutoksia järjestelmässä ei ole havaittavissa.
Kemiallisen tasapainon kvantitatiivinen ominaisuus on arvo, jota kutsutaan kemiallisen tasapainon vakioksi. Tarkastellaanpa sitä käyttämällä esimerkkiä jodidi-vety synteesireaktiosta:
Massatoiminnan lain mukaan eteenpäin ja taaksepäin tapahtuvien reaktioiden nopeudet ilmaistaan yhtälöillä:
Tasapainossa myötä- ja vastareaktioiden nopeudet ovat keskenään yhtä suuret
Eteenpäin ja taaksepäin suunnattujen reaktioiden nopeusvakioiden suhde on myös vakio. Sitä kutsutaan tämän reaktion tasapainovakioksi (K):
Täältä vihdoinkin
Tämän yhtälön vasemmalla puolella ovat ne vuorovaikutuksessa olevien aineiden pitoisuudet, jotka määritetään tasapaino-tasapainopitoisuuksilla. Yhtälön oikea puoli on vakio (vakiolämpötilassa) suure.
Voidaan osoittaa, että yleensä palautuvan reaktion tapauksessa
tasapainovakio ilmaistaan yhtälöllä:
Tässä suuret kirjaimet osoittavat aineiden kaavoja ja pienet kirjaimet kertoimia reaktioyhtälössä.
Näin ollen vakiolämpötilassa reversiibelin reaktion tasapainovakio on vakioarvo, joka osoittaa reaktiotuotteiden (osoittaja) ja lähtöaineiden (nimittäjä) välisen suhteen, joka muodostuu tasapainoon.
Tasapainovakioyhtälö osoittaa, että tasapainoolosuhteissa kaikkien reaktioon osallistuvien aineiden pitoisuudet liittyvät toisiinsa. Minkä tahansa näiden aineiden pitoisuuden muutos merkitsee muutoksia kaikkien muiden aineiden pitoisuuksissa; seurauksena muodostuu uusia pitoisuuksia, mutta niiden välinen suhde vastaa jälleen tasapainovakiota.
Tasapainovakion numeerinen arvo, ensimmäiseksi likiarvoksi, luonnehtii tietyn reaktion saantoa. Esimerkiksi kun reaktion saanto on korkea, koska tässä tapauksessa
eli reaktiotuotteiden tasapainokonsentraatioissa niitä on monia enemmän pitoisuuksia lähtöaineita, mikä tarkoittaa, että reaktion saanto on korkea. Kun (samasta syystä) reaktion saanto on alhainen.
Heterogeenisten reaktioiden tapauksessa tasapainovakion ilmaisu sekä massan vaikutuksen lain ilmaisu (katso § 58) sisältää vain niiden aineiden pitoisuudet, jotka ovat kaasu- tai nestefaasissa. Esimerkiksi reaktiolle
tasapainovakiolla on muoto:
Tasapainovakion arvo riippuu reagoivien aineiden luonteesta ja lämpötilasta. Se ei riipu katalyyttien läsnäolosta. Kuten jo mainittiin, tasapainovakio on yhtä suuri kuin myötä- ja vastareaktioiden nopeusvakioiden suhde. Koska katalyytti muuttaa sekä myötä- että vastareaktioiden aktivointienergiaa saman verran (katso § 60), se ei vaikuta niiden nopeusvakioiden suhteeseen.
Siksi katalyytti ei vaikuta tasapainovakion arvoon, eikä se siksi voi lisätä tai vähentää reaktion saantoa. Se voi vain nopeuttaa tai hidastaa tasapainon muodostumista.
Kaikki kemialliset reaktiot on jaettu kahteen tyyppiin: palautuva ja palautumaton.
Peruuttamaton Niitä kutsutaan reaktioksi, jotka etenevät vain yhteen suuntaan, eli näiden reaktioiden tuotteet eivät ole vuorovaikutuksessa keskenään muodostaen lähtöaineita.
Peruuttamaton reaktio päättyy, kun vähintään yksi lähtöaineista kuluu kokonaan. Palamisreaktiot ovat peruuttamattomia; monia lämpöhajoamisreaktioita monimutkaiset aineet; useimmat reaktiot, jotka johtavat saostumisen muodostumiseen tai kaasumaisten aineiden vapautumiseen jne. Esimerkiksi:
C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
BaCl 2 + H 2SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Käännettävä Reaktioita, jotka tapahtuvat samanaikaisesti eteen- ja taaksepäin, kutsutaan:
Reversiibelien reaktioiden yhtälöissä käytetään palautuvuusmerkkiä.
Esimerkki palautuvasta reaktiosta on jodidin synteesi seuraavista: 
Jonkin ajan kuluttua kemiallisen reaktion alkamisesta kaasuseoksesta voidaan havaita paitsi reaktion lopputuote HI, myös lähtöaineet -H 2 ja I 2 -. Riippumatta siitä, kuinka kauan reaktio kestää, reaktioseos 350 o C:ssa sisältää aina noin 80 % HI:tä, 10 % H2:ta ja 10 % I 2:ta. Jos otamme lähtöaineena HI:n ja kuumennamme sen samaan lämpötilaan, voimme havaita, että jonkin ajan kuluttua kaikkien kolmen aineen suhde on sama. Siten vedystä ja jodista muodostuvan vetyjodidin aikana suoria ja käänteisiä reaktioita tapahtuu samanaikaisesti.
Jos lähtöaineiksi otetaan vetyä ja jodia pitoisuuksina, niin suoran reaktion nopeus alkuhetkellä oli yhtä suuri: v pr = k pr ∙ . Käänteisen reaktion nopeus v arr = k arr 2 alkuhetkellä on nolla, koska reaktioseoksessa ei ole jodivetyä ( = 0). Vähitellen eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus pienenee, kun vety ja jodi reagoivat ja niiden pitoisuudet pienenevät. Tässä tapauksessa käänteisreaktion nopeus kasvaa, koska muodostuneen vetyjodidin pitoisuus kasvaa vähitellen. Kun myötä- ja käänteisten reaktioiden nopeudet ovat yhtä suuret, syntyy kemiallinen tasapaino. Tasapainotilassa tietyn ajan kuluessa muodostuu sama määrä HI-molekyylejä, kun ne hajoavat H2:ksi ja I2:ksi.
Reversiibelin reaktion tilaa, jossa eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus on yhtä suuri kuin käänteisen reaktion nopeus, kutsutaan ns. kemiallinen tasapaino.
Kemiallinen tasapaino on dynaaminen tasapaino. Tasapainotilassa sekä myötä- että käänteisiä reaktioita esiintyy edelleen, mutta koska niiden nopeudet ovat samat, kaikkien reaktiojärjestelmän aineiden pitoisuudet eivät muutu. Näitä pitoisuuksia kutsutaan tasapainopitoisuuksiksi.
Kemiallisen tasapainon muutos
Le Chatelierin periaate
Kemiallinen tasapaino on liikkuva. Ulkoisten olosuhteiden muuttuessa myötä- ja vastareaktioiden nopeudet voivat muuttua epätasaiseksi, mikä aiheuttaa tasapainon siirtymisen.
Jos eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus tulee ulkoisen vaikutuksen seurauksena suurempi kuin käänteisen reaktion nopeus, niin puhutaan tasapainon siirtymisestä oikein(suoraan reaktioon). Jos käänteisen reaktion nopeus on suurempi kuin eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus, puhumme tasapainon siirtymisestä vasemmalle(päinvastaiseen reaktioon). Tasapainon siirtymisen tulos on järjestelmän siirtyminen uuteen tasapainotilaan, jossa reagoivien aineiden pitoisuuksien suhde on erilainen.
Tasapainon muutoksen suunta määräytyy ranskalaisen tiedemiehen Le Chatelier'n (1884) laatiman periaatteen mukaan:
Jos ulkoinen vaikutus kohdistuu tasapainojärjestelmään, tasapaino siirtyy kohti reaktiota (suora tai käänteinen), joka vastustaa tätä vaikutusta.
Tärkein ulkoiset tekijät jotka voivat johtaa kemiallisen tasapainon muuttumiseen, ovat:
a) reagoivien aineiden pitoisuudet;
b) lämpötila;
c) paine.
Reagenssien pitoisuuden vaikutus
Jos jokin reaktioon osallistuvista aineista viedään tasapainojärjestelmään, tasapaino siirtyy kohti reaktiota, jonka aikana tämä aine kuluu. Jos jokin aine poistetaan tasapainojärjestelmästä, tasapaino siirtyy kohti reaktiota, jonka aikana tämä aine muodostuu.
Mieti esimerkiksi, mitä aineita tulisi lisätä ja mitkä aineet pitäisi poistaa tasapainojärjestelmästä, jotta reversiibeli synteesireaktio siirtyisi oikealle:
Tasapainon siirtämiseksi oikealle (ammoniakin muodostumisen suoraa reaktiota kohti) on tarpeen lisätä vetyä tasapainoseokseen (eli lisätä niiden pitoisuuksia) ja poistaa ammoniakkia tasapainoseoksesta (eli vähentää sen pitoisuutta).
Lämpötilan vaikutus
Eteenpäin ja taaksepäin reaktiot ovat päinvastaisia lämpövaikutukset: jos eteenpäin suuntautuva reaktio on eksoterminen, niin käänteinen reaktio on endoterminen (ja päinvastoin). Kun järjestelmää kuumennetaan (eli sen lämpötila nousee), tasapaino siirtyy kohti endotermistä reaktiota; jäähdytettäessä (alempi lämpötila) tasapaino siirtyy kohti eksotermistä reaktiota.
Esimerkiksi ammoniakin synteesireaktio on eksoterminen: N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g) + 92 kJ, ja ammoniakin hajoamisreaktio (käänteisreaktio) on endoterminen: 2NH 3 (g) → N 2 (g) + 3 H2 (g) - 92 kJ. Siksi lämpötilan nousu siirtää tasapainoa kohti ammoniakin hajoamisen käänteistä reaktiota.
Paineen vaikutus
Paine vaikuttaa niiden reaktioiden tasapainoon, joihin kaasumaiset aineet osallistuvat. Jos ulkoinen paine kasvaa, tasapaino siirtyy kohti reaktiota, jonka aikana kaasumolekyylien määrä vähenee. Toisaalta tasapaino siirtyy kohti koulutusta lisää kaasumaisia molekyylejä, kun ulkoinen paine laskee. Jos reaktio etenee muuttamatta kaasumaisten aineiden molekyylien lukumäärää, paine ei vaikuta tämän järjestelmän tasapainoon.
Esimerkiksi ammoniakin saannon lisäämiseksi (siirrä oikealle) on tarpeen lisätä painetta reversiibelissä reaktiojärjestelmässä, koska suoran reaktion aikana kaasumaisten molekyylien määrä vähenee (neljästä muodostuu kaksi ammoniakkikaasumolekyyliä typpi- ja vetykaasumolekyylit).
Mikä on palautuva reaktio? Tämä on kemiallinen prosessi, joka tapahtuu kahdessa vastakkaisessa suunnassa. Tarkastellaan tällaisten muunnosten pääominaisuuksia sekä niiden erottuvia parametreja.
Mikä on tasapainon ydin?
Palautuvat kemialliset reaktiot eivät tuota tiettyjä tuotteita. Esimerkiksi kun rikkioksidia (4) hapetetaan samanaikaisesti rikkioksidin (6) valmistuksen kanssa, muodostuu uudelleen alkuperäiset komponentit.
Peruuttamattomat prosessit sisältävät vuorovaikutuksessa olevien aineiden täydellisen muuntumisen. Tällaiseen reaktioon liittyy yhden tai useamman reaktiotuotteen muodostuminen.
Esimerkkejä peruuttamattomista vuorovaikutuksista ovat hajoamisreaktiot. Esimerkiksi kun kaliumpermanganaattia kuumennetaan, muodostuu metallimanganaattia, mangaanioksidia (4), ja myös happikaasua vapautuu.
Palautuva reaktio ei sisällä saostumisen muodostumista tai kaasujen vapautumista. Juuri tässä on sen tärkein ero peruuttamattomaan vuorovaikutukseen.
Kemiallinen tasapaino on vuorovaikutuksessa olevan järjestelmän tila, jossa yhden tai useamman kemiallisen reaktion palautuva esiintyminen on mahdollista edellyttäen, että prosessien nopeudet ovat yhtä suuret.
Jos järjestelmä on dynaamisessa tasapainossa, lämpötilassa, reagenssien pitoisuudessa tai muissa parametreissa ei tapahdu muutosta tietyn ajanjakson aikana.
Edellytykset tasapainon siirtymiselle
Reversiibelin reaktion tasapaino voidaan selittää Le Chatelierin säännöllä. Sen olemus on siinä, että kun ulkoinen vaikutus kohdistetaan alun perin dynaamisessa tasapainossa olevaan järjestelmään, reaktiossa havaitaan muutos vaikutuksen vastaiseen suuntaan. Mitä tahansa tätä periaatetta käyttävää reversiibeliä reaktiota voidaan siirtää haluttuun suuntaan, jos lämpötila, paine ja vuorovaikutteisten aineiden pitoisuus muuttuvat.
Le Chatelierin periaate "toimii" vain kaasumaisille reagensseille, joita ei oteta huomioon. Paineen ja tilavuuden välillä on vastavuoroisuus käänteinen suhde, määritelty Mendeleev-Clapeyron yhtälöllä. Jos alkuperäisten kaasumaisten komponenttien tilavuus on suurempi kuin reaktiotuotteiden tilavuus, tasapainon muuttamiseksi oikealle on tärkeää nostaa seoksen painetta.
Esimerkiksi kun hiilimonoksidi (2) muuttuu hiilidioksidiksi, reaktioon tulee 2 moolia hiilimonoksidia ja 1 mooli happea. Tämä tuottaa 2 moolia hiilimonoksidia (4).
Jos tämä palautuva reaktio siirretään ongelman olosuhteiden mukaan oikealle, on painetta nostettava.
Reagoivien aineiden pitoisuudella on myös merkittävä vaikutus prosessin kulkuun. Le Chatelier'n periaatteen mukaan, jos alkukomponenttien pitoisuus kasvaa, prosessin tasapaino siirtyy kohti niiden vuorovaikutuksen tuotetta.
Tässä tapauksessa saadun tuotteen pelkistys (poistaminen reaktioseoksesta) edistää suoran prosessin esiintymistä.
Paineen ja pitoisuuden lisäksi lämpötilan muutoksilla on merkittävä vaikutus käänteisen tai suoran reaktion esiintymiseen. Kun alkuseosta kuumennetaan, havaitaan tasapainon muutos kohti endotermistä prosessia.
Esimerkkejä palautuvista reaktioista
Tarkastellaan tiettyä prosessia käyttäen tapoja siirtää tasapainoa kohti reaktiotuotteiden muodostumista.
2СО+О 2 -2СО 2
Tämä reaktio on homogeeninen prosessi, koska kaikki aineet ovat samassa (kaasumaisessa) tilassa.
Yhtälön vasemmalla puolella on 3 tilavuutta komponentteja, vuorovaikutuksen jälkeen tämä indikaattori laski, muodostuu 2 tilavuutta. Suoran prosessin tapahtumiseksi on välttämätöntä nostaa reaktioseoksen painetta.
Koska reaktio on eksoterminen, lämpötilaa alennetaan hiilidioksidin tuottamiseksi.
Prosessin tasapaino siirtyy kohti reaktiotuotteen muodostumista yhden lähtöaineen: hapen tai hiilimonoksidin pitoisuuden kasvaessa.
Johtopäätös
Palautuvilla ja peruuttamattomilla reaktioilla on tärkeä rooli ihmisen elämässä. Kehossamme tapahtuvat aineenvaihduntaprosessit liittyvät systemaattiseen kemiallisen tasapainon muutokseen. Kemian tuotannossa käytetään optimaalisia olosuhteita ohjaamaan reaktio oikeaan suuntaan.