ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้ สั้นๆ การกลับตัวของปฏิกิริยาเคมี สมดุลเคมี

>> เคมี: พลิกกลับได้และ ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

CO2+ H2O = H2CO3

ปล่อยให้สารละลายกรดที่เกิดขึ้นตั้งบนขาตั้ง หลังจากนั้นสักพักเราจะเห็นว่าสารละลายเปลี่ยนเป็นสีม่วงอีกครั้งเนื่องจากกรดได้สลายตัวเป็นสารตั้งต้น

กระบวนการนี้สามารถดำเนินการได้เร็วกว่ามากหากสารละลายมีกรดคาร์บอนิกถึงหนึ่งในสาม ดังนั้นปฏิกิริยาในการผลิตกรดคาร์บอนิกจึงเกิดขึ้นทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับนั่นคือสามารถย้อนกลับได้ การกลับตัวของปฏิกิริยาจะแสดงด้วยลูกศร 2 ทิศทางที่ตรงข้ามกัน:

ในบรรดาปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ซึ่งเป็นรากฐานของการผลิตผลิตภัณฑ์เคมีที่สำคัญที่สุด ให้เรายกตัวอย่างปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ (สารประกอบ) ของซัลเฟอร์ (VI) ออกไซด์จากซัลเฟอร์ (IV) ออกไซด์และออกซิเจน

1. ปฏิกิริยาย้อนกลับและไม่สามารถย้อนกลับได้

2. กฎของเบอร์ทอลเล็ต

เขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่กล่าวถึงในข้อความของย่อหน้าโดยสังเกตว่าจากปฏิกิริยาเหล่านี้ ออกไซด์ขององค์ประกอบเหล่านั้นที่ก่อให้เกิดสารเริ่มต้นเกิดขึ้น

อธิบายลักษณะของปฏิกิริยาสามประการสุดท้ายที่ดำเนินการในตอนท้ายของย่อหน้าตามแผน: ก) ลักษณะและจำนวนของรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ b) สถานะของการรวมกลุ่ม; c) ทิศทาง: d) การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา; e) การปล่อยหรือการดูดซับความร้อน

การเขียนสมการปฏิกิริยาการเผาหินปูนที่เสนอในข้อความของย่อหน้ามีความไม่ถูกต้องอะไร

จริงแค่ไหนที่จะบอกว่าปฏิกิริยาสารประกอบโดยทั่วไปจะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน? ปรับมุมมองของคุณโดยใช้ข้อเท็จจริงที่ให้ไว้ในข้อความในตำราเรียน

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมเทคโนโลยีเชิงโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การประชุมเชิงปฏิบัติการ การทดสอบตัวเอง การฝึกอบรม กรณี ภารกิจ การอภิปราย การบ้าน คำถาม คำถามเชิงวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียภาพถ่าย รูปภาพ กราฟิก ตาราง แผนภาพ อารมณ์ขัน เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อบทความ เคล็ดลับสำหรับเปล ตำราเรียนขั้นพื้นฐาน และพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติมอื่นๆ การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนอัปเดตชิ้นส่วนในตำราเรียน องค์ประกอบของนวัตกรรมในบทเรียน แทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบ แผนปฏิทินเป็นเวลาหนึ่งปี คำแนะนำด้านระเบียบวิธีโปรแกรมการอภิปราย บทเรียนบูรณาการ

ในบรรดาการจำแนกประเภทของปฏิกิริยาหลายประเภท เช่น ปฏิกิริยาที่กำหนดโดยผลกระทบทางความร้อน (คายความร้อนและดูดความร้อน) โดยการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของสาร (รีดอกซ์) โดยจำนวนส่วนประกอบที่เข้าร่วม (การสลายตัว สารประกอบ ) และอื่นๆ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสองทิศทางซึ่งกันและกัน หรือเรียกอีกอย่างว่า ย้อนกลับได้ - ทางเลือกหนึ่งของปฏิกิริยาผันกลับได้คือปฏิกิริยา กลับไม่ได้, ในระหว่างที่เกิดผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย (ตะกอน สารที่เป็นก๊าซ น้ำ) เกิดขึ้น ในบรรดาปฏิกิริยาเหล่านี้มีดังต่อไปนี้:

แลกเปลี่ยนปฏิกิริยาระหว่างสารละลายเกลือในระหว่างที่เกิดการตกตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ - CaCO 3:

แคลเซียม(OH) 2 + K 2 CO 3 → แคลเซียมคาร์บอเนต3↓ + 2คอน (1)

หรือสารที่เป็นก๊าซ - CO 2:

3 K 2 CO 3 + 2H 3 RO 4 →2K 3 RO 4 + 3 คาร์บอนไดออกไซด์ 2+ 3H 2 โอ (2)

หรือได้สารที่แยกตัวได้เล็กน้อย - H 2 O:

2NaOH + H 2 SO 4 → นา 2 SO 4 + 2 เอช 2โอ(3)

หากเราพิจารณาปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ มันจะไม่เพียงดำเนินไปในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้น (ในปฏิกิริยา 1,2,3 จากซ้ายไปขวา) แต่ยังไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วย ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวคือการสังเคราะห์แอมโมเนียจากสารก๊าซ - ไฮโดรเจนและไนโตรเจน:

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (4)

ดังนั้น, ปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าปฏิกิริยาย้อนกลับได้หากไม่เพียงแต่ดำเนินไปในทิศทางไปข้างหน้า (→) แต่ยังไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วย (←) และระบุด้วยสัญลักษณ์ (↔)

คุณสมบัติหลักปฏิกิริยาประเภทนี้คือผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากสารตั้งต้น แต่ในขณะเดียวกัน จากผลิตภัณฑ์เดียวกันนี้ กลับกัน สารตั้งต้นจะเกิดขึ้น หากเราพิจารณาปฏิกิริยา (4) ดังนั้นในหน่วยเวลาสัมพัทธ์พร้อมกับการก่อตัวของแอมโมเนียสองโมลการสลายตัวจะเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของไฮโดรเจนสามโมลและไนโตรเจนหนึ่งโมล ให้เราแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรง (4) ด้วยสัญลักษณ์ V 1 จากนั้นการแสดงออกของอัตรานี้จะอยู่ในรูปแบบ:

V 1 = kˑ [Н 2 ] 3 ˑ , (5)

โดยที่ค่า “k” ถูกกำหนดให้เป็นค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาที่กำหนด ค่า [H 2 ] 3 และสอดคล้องกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ยกขึ้นเป็นกำลังที่สอดคล้องกับค่าสัมประสิทธิ์ในสมการของปฏิกิริยา ตามหลักการย้อนกลับ อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะใช้นิพจน์:

V 2 = kˑ 2 (6)

ในช่วงเวลาเริ่มต้น อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะมีค่ามากที่สุด แต่ความเข้มข้นของรีเอเจนต์เริ่มต้นจะค่อยๆ ลดลง และอัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง ในขณะเดียวกัน อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับก็เริ่มเพิ่มขึ้น เมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน (V 1 = V 2) สถานะของความสมดุล ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของทั้งรีเอเจนต์เริ่มต้นและผลลัพธ์อีกต่อไป

ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาบางอย่างที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ไม่ควรเกิดขึ้นอย่างแท้จริง ให้เรายกตัวอย่างปฏิกิริยาที่อ้างถึงบ่อยที่สุดของปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรด โดยเฉพาะสังกะสีกับกรดไฮโดรคลอริก:

สังกะสี + 2HCl = สังกะสี 2 + H 2 (7)

ในความเป็นจริง สังกะสีละลายในกรดเพื่อสร้างเกลือ: ซิงค์คลอไรด์และก๊าซไฮโดรเจน แต่หลังจากนั้นครู่หนึ่ง อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงจะช้าลงเมื่อความเข้มข้นของเกลือในสารละลายเพิ่มขึ้น เมื่อปฏิกิริยาหยุดลงจริง จะมีซิงค์คลอไรด์จำนวนหนึ่งอยู่ในสารละลาย กรดไฮโดรคลอริกดังนั้นควรให้ปฏิกิริยา (7) ในรูปแบบต่อไปนี้:

2Zn + 2HCl = 2ZnНCl + H2 (8)

หรือในกรณีของการก่อตัวของตะกอนที่ไม่ละลายน้ำที่ได้จากการรวมสารละลายของ Na 2 SO 4 และ BaCl 2:

นา 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (9)

เกลือ BaSO 4 ที่ตกตะกอนแม้ว่าจะมีเล็กน้อย แต่ก็จะแยกตัวออกเป็นไอออน:

บาSO 4 ↔ บา 2+ + SO 4 2- (10)

ดังนั้นแนวคิดเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้จึงมีความสัมพันธ์กัน แต่อย่างไรก็ตาม ทั้งในธรรมชาติและในกิจกรรมเชิงปฏิบัติของผู้คน ปฏิกิริยาเหล่านี้ก็มี คุ้มค่ามาก- เช่นกระบวนการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนหรือมีความซับซ้อนมากขึ้น สารอินทรีย์เช่น แอลกอฮอล์:

CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O (11)

2C 2 H 5 โอ้ + 5O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O (12)

เป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างแน่นอน หากปฏิกิริยา (11) และ (12) สามารถย้อนกลับได้ จะถือเป็นความฝันอันมีความสุขของมนุษยชาติ! จากนั้นจึงจะสามารถสังเคราะห์ก๊าซ น้ำมันเบนซิน และแอลกอฮอล์ได้อีกครั้งจาก CO 2 และ H 2 O! ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ เช่น (4) หรือออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์:

ดังนั้น 2 + O 2 ↔ ดังนั้น 3 (13)

เป็นตัวหลักในการผลิตเกลือแอมโมเนียม กรดไนตริก กรดซัลฟูริก ฯลฯ ทั้งอนินทรีย์และ สารประกอบอินทรีย์- แต่ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้! และเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย: NH 3 หรือ SO 3 จำเป็นต้องใช้วิธีการทางเทคโนโลยีเช่น: การเปลี่ยนความเข้มข้นของรีเอเจนต์ การเปลี่ยนแปลงความดัน การเพิ่มหรือลดอุณหภูมิ แต่นี่จะเป็นหัวข้อของหัวข้อถัดไปแล้ว: "การเปลี่ยนแปลงในสมดุลเคมี"

blog.site เมื่อคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มาดั้งเดิม

ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และปฏิกิริยาที่ย้อนกลับได้ ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะดำเนินไปจนเสร็จสิ้น - จนกว่าสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งจะหมดไป ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้จะไม่ดำเนินไปจนเสร็จสิ้น: ในปฏิกิริยาที่ผันกลับได้จะไม่มีการใช้สารตั้งต้นใดจนหมด ความแตกต่างนี้เกิดจากการที่ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้สามารถเกิดขึ้นได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น ปฏิกิริยาย้อนกลับสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ

ลองดูสองตัวอย่าง

ตัวอย่างที่ 1 ปฏิกิริยาระหว่างสังกะสีกับความเข้มข้น กรดไนตริกดำเนินการตามสมการ:

เมื่อมีกรดไนตริกในปริมาณที่เพียงพอ ปฏิกิริยาจะสิ้นสุดเมื่อสังกะสีละลายหมดแล้วเท่านั้น นอกจากนี้หากคุณพยายามทำปฏิกิริยานี้ในทิศทางตรงกันข้าม - ส่งไนโตรเจนไดออกไซด์ผ่านสารละลายซิงค์ไนเตรตสังกะสีโลหะและกรดไนตริกจะไม่ทำงาน - ปฏิกิริยานี้ไม่สามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามได้ ดังนั้นปฏิกิริยาระหว่างสังกะสีกับกรดไนตริกจึงเป็นปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

ตัวอย่างที่ 2 การสังเคราะห์แอมโมเนียดำเนินไปตามสมการ:

หากคุณผสมไนโตรเจนหนึ่งโมลกับไฮโดรเจนสามโมลสร้างสภาวะในระบบที่เอื้ออำนวยต่อการเกิดปฏิกิริยาและหลังจากวิเคราะห์ส่วนผสมของก๊าซแล้วผลการวิเคราะห์จะแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่ปฏิกิริยาเท่านั้น ผลิตภัณฑ์ (แอมโมเนีย) จะมีอยู่ในระบบ แต่ยังรวมถึงสารตั้งต้นด้วย (ไนโตรเจนและไฮโดรเจน) ถ้าตอนนี้ภายใต้สภาวะเดียวกัน ไม่ใช่ส่วนผสมของไนโตรเจน-ไฮโดรเจน แต่ใส่แอมโมเนียเป็นสารตั้งต้น ก็จะพบว่าแอมโมเนียส่วนหนึ่งจะสลายตัวเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน และอัตราส่วนสุดท้ายระหว่างปริมาณ ของสารทั้งสามชนิดจะเหมือนกันในกรณีนั้นเมื่อเริ่มต้นจากส่วนผสมของไนโตรเจนและไฮโดรเจน ดังนั้นการสังเคราะห์แอมโมเนียจึงเป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้

ในสมการของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ สามารถใช้ลูกศรแทนเครื่องหมายเท่ากับได้ เป็นสัญลักษณ์ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นทั้งทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ

ในรูป รูปที่ 68 แสดงการเปลี่ยนแปลงในอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับในช่วงเวลาหนึ่ง ในตอนแรก เมื่อผสมสารตั้งต้น อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะสูงและอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะเป็นศูนย์ เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไป สารตั้งต้นจะถูกใช้ไปและความเข้มข้นของพวกมันจะลดลง

ข้าว. 63. การเปลี่ยนแปลงความเร็วของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเมื่อเวลาผ่านไป

ส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าลดลง ในเวลาเดียวกันผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาจะปรากฏขึ้นและความเข้มข้นเพิ่มขึ้น เป็นผลให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับและความเร็วของมันค่อยๆเพิ่มขึ้น เมื่ออัตราปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน สมดุลเคมีจะเกิดขึ้น ดังนั้นในตัวอย่างสุดท้าย สมดุลระหว่างไนโตรเจน ไฮโดรเจน และแอมโมเนียจึงเกิดขึ้น

สมดุลเคมีเรียกว่าสมดุลไดนามิก สิ่งนี้เน้นย้ำว่าที่สมดุลทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเกิดขึ้น แต่อัตราของมันจะเท่ากันซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในระบบที่ไม่สามารถสังเกตได้

ลักษณะเชิงปริมาณของสมดุลเคมีคือค่าที่เรียกว่าค่าคงที่สมดุลเคมี ลองพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาการสังเคราะห์ไอโอไดด์-ไฮโดรเจน:

ตามกฎของการกระทำของมวล อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะแสดงโดยสมการ:

ที่สภาวะสมดุล อัตราของปฏิกิริยาเดินหน้าและถอยหลังจะเท่ากัน

อัตราส่วนของอัตราคงที่ของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับก็เป็นค่าคงที่เช่นกัน เรียกว่าค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้ (K):

จากนี้ไปในที่สุด

ทางด้านซ้ายของสมการนี้คือความเข้มข้นของสารที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบซึ่งกำหนดไว้ที่ความเข้มข้นสมดุล - สมดุล ด้านขวาของสมการคือปริมาณคงที่ (ที่อุณหภูมิคงที่)

จะเห็นได้ว่าในกรณีทั่วไปของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้

ค่าคงที่สมดุลแสดงโดยสมการ:

ในที่นี้ ตัวอักษรขนาดใหญ่บ่งบอกถึงสูตรของสาร และตัวอักษรตัวเล็กบ่งบอกถึงค่าสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยา

ดังนั้น ที่อุณหภูมิคงที่ ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาผันกลับได้จึงเป็นค่าคงที่ที่แสดงอัตราส่วนระหว่างความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (ตัวเศษ) และสารตั้งต้น (ตัวส่วน) ที่สร้างขึ้นที่สมดุล

สมการค่าคงที่สมดุลแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะสมดุล ความเข้มข้นของสารทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาจะสัมพันธ์กัน การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารใดๆ เหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารอื่นๆ ทั้งหมด เป็นผลให้มีการสร้างความเข้มข้นใหม่ แต่อัตราส่วนระหว่างความเข้มข้นนั้นสอดคล้องกับค่าคงที่สมดุลอีกครั้ง

ค่าตัวเลขของค่าคงที่สมดุลในการประมาณค่าแรก จะแสดงลักษณะเฉพาะของผลผลิตของปฏิกิริยาที่กำหนด เช่นเมื่อผลผลิตของปฏิกิริยาสูงเพราะในกรณีนี้

กล่าวคือ ที่ความเข้มข้นที่สมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยามีอยู่มากมาย ความเข้มข้นมากขึ้นสารตั้งต้นซึ่งหมายความว่าผลผลิตของปฏิกิริยาสูง เมื่อ (ด้วยเหตุผลเดียวกัน) ผลผลิตของปฏิกิริยาต่ำ

ในกรณีของปฏิกิริยาที่ต่างกัน การแสดงออกของค่าคงที่สมดุลตลอดจนการแสดงออกของกฎการออกฤทธิ์ของมวล (ดูมาตรา 58) รวมถึงความเข้มข้นของสารเหล่านั้นที่อยู่ในสถานะก๊าซหรือของเหลวเท่านั้น ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยา

ค่าคงที่สมดุลมีรูปแบบ:

ค่าคงที่สมดุลขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยาและอุณหภูมิ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ค่าคงที่สมดุลจะเท่ากับอัตราส่วนของค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับด้วยปริมาณที่เท่ากัน (ดูมาตรา 60) จึงไม่ส่งผลกระทบต่ออัตราส่วนของค่าคงที่อัตราของพวกมัน

ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาจึงไม่ส่งผลต่อค่าคงที่สมดุล ดังนั้นจึงไม่สามารถเพิ่มหรือลดผลผลิตของปฏิกิริยาได้ มันสามารถเร่งความเร็วหรือชะลอการเริ่มเข้าสู่สภาวะสมดุลเท่านั้น

ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท: ย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้

กลับไม่ได้เรียกว่า ปฏิกิริยาที่ดำเนินไปในทิศทางเดียว กล่าวคือ ผลคูณของปฏิกิริยาเหล่านี้ไม่มีปฏิกิริยาต่อกันจนเกิดเป็นสารตั้งต้น

ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะสิ้นสุดลงเมื่อสารตั้งต้นอย่างน้อยหนึ่งชนิดถูกใช้จนหมด ปฏิกิริยาการเผาไหม้ไม่สามารถย้อนกลับได้ ปฏิกิริยาการสลายตัวด้วยความร้อนหลายอย่าง สารที่ซับซ้อน- ปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่ส่งผลให้เกิดการตกตะกอนหรือการปล่อยสารที่เป็นก๊าซ เป็นต้น ตัวอย่างเช่น

C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

กลับด้านได้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมกันในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับเรียกว่า:

ในสมการของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ จะใช้เครื่องหมายการกลับตัวได้

ตัวอย่างของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้คือการสังเคราะห์ไฮโดรเจนไอโอไดด์จากและ:

หลังจากเกิดปฏิกิริยาเคมีไปได้ระยะหนึ่ง ไม่เพียงแต่ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยา HI เท่านั้น แต่ยังสามารถตรวจจับสารตั้งต้น -H 2 และ I 2 ในส่วนผสมของก๊าซได้ด้วย ไม่ว่าปฏิกิริยาจะอยู่นานเท่าใด ส่วนผสมของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 350 o C จะมีค่า HI ประมาณ 80%, H 2 10% และ I 2 10% เสมอ หากเราให้ HI เป็นสารตั้งต้นและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน เราจะพบว่าหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง อัตราส่วนระหว่างปริมาณของสารทั้งสามจะเท่ากัน ดังนั้นในระหว่างการก่อตัวของไฮโดรเจนไอโอไดด์จากไฮโดรเจนและไอโอดีน ปฏิกิริยาโดยตรงและย้อนกลับจึงเกิดขึ้นพร้อมกัน

หากไฮโดรเจนและไอโอดีนมีความเข้มข้นและใช้เป็นสารเริ่มต้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงในช่วงเวลาเริ่มต้นจะเท่ากับ: v pr = k pr ∙ . อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ v arr = k arr 2 ที่ช่วงเวลาเริ่มต้นเป็นศูนย์ เนื่องจากไม่มีไฮโดรเจนไอโอไดด์ในส่วนผสมของปฏิกิริยา ( = 0) อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะค่อยๆ ลดลงเมื่อไฮโดรเจนและไอโอดีนทำปฏิกิริยาและความเข้มข้นของพวกมันลดลง ในกรณีนี้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอโอไดด์ที่เกิดขึ้นจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น เมื่ออัตราปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน สมดุลเคมีจะเกิดขึ้น ในสภาวะสมดุล ในช่วงเวลาหนึ่ง โมเลกุล HI จำนวนเท่ากันจะเกิดขึ้นเมื่อสลายตัวเป็น H 2 และ I 2

สถานะของปฏิกิริยาย้อนกลับซึ่งอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับเรียกว่า สมดุลเคมี.

สมดุลเคมีคือสมดุลแบบไดนามิก ในสภาวะสมดุล ปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับยังคงเกิดขึ้นต่อไป แต่เนื่องจากอัตราของพวกมันเท่ากัน ความเข้มข้นของสารทั้งหมดในระบบปฏิกิริยาจึงไม่เปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นเหล่านี้เรียกว่าความเข้มข้นสมดุล

การเปลี่ยนแปลงสมดุลเคมี

หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

สมดุลเคมีเป็นแบบเคลื่อนที่ เมื่อสภาวะภายนอกเปลี่ยนแปลง อัตราปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับอาจไม่เท่ากัน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุล

อันเป็นผลมาจากอิทธิพลภายนอก หากอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ เราก็พูดถึงการเปลี่ยนแปลงในสมดุล ขวา(ต่อปฏิกิริยาโดยตรง) ถ้าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับมากกว่าอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้า เราก็จะพูดถึงการเปลี่ยนแปลงในสมดุล ซ้าย(ต่อปฏิกิริยาตรงกันข้าม) ผลลัพธ์ของการเปลี่ยนแปลงในสมดุลคือการเปลี่ยนระบบไปสู่สถานะสมดุลใหม่โดยมีอัตราส่วนความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาต่างกัน

ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุลถูกกำหนดโดยหลักการที่กำหนดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Le Chatelier (1884):

หากอิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นกับระบบสมดุล สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยา (โดยตรงหรือย้อนกลับ) ที่ต่อต้านอิทธิพลนี้

ที่สำคัญที่สุด ปัจจัยภายนอกที่อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมี ได้แก่

ก) ความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา

ข) อุณหภูมิ;

ค) แรงกดดัน

ผลของความเข้มข้นของสารตั้งต้น

หากมีการนำสารใด ๆ ที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเข้าสู่ระบบสมดุล สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาในระหว่างที่สารนี้ถูกใช้ไป หากสารใดถูกกำจัดออกจากระบบสมดุล สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในระหว่างที่สารนี้ก่อตัวขึ้น

ตัวอย่างเช่น พิจารณาว่าควรใส่สารใดและควรกำจัดสารใดออกจากระบบสมดุลเพื่อเลื่อนปฏิกิริยาการสังเคราะห์แบบผันกลับได้ไปทางขวา:

หากต้องการเปลี่ยนสมดุลไปทางขวา (ไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรงของการก่อตัวของแอมโมเนีย) จำเป็นต้องใส่ไฮโดรเจนเข้าไปในส่วนผสมสมดุล (เช่น เพิ่มความเข้มข้น) และกำจัดแอมโมเนียออกจากส่วนผสมสมดุล (เช่น ลดความเข้มข้น)

ผลกระทบของอุณหภูมิ

ปฏิกิริยาเดินหน้าและถอยหลังมีปฏิกิริยาตรงกันข้าม ผลกระทบจากความร้อน: ถ้าปฏิกิริยาข้างหน้าเป็นแบบคายความร้อน ปฏิกิริยาย้อนกลับก็จะเป็นแบบดูดความร้อน (และในทางกลับกัน) เมื่อระบบได้รับความร้อน (เช่น อุณหภูมิเพิ่มขึ้น) สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน เมื่อเย็นลง (อุณหภูมิต่ำกว่า) สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน

ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนียเป็นแบบคายความร้อน: N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g) + 92 kJ และปฏิกิริยาการสลายตัวของแอมโมเนีย (ปฏิกิริยาย้อนกลับ) คือการดูดความร้อน: 2NH 3 (g) → N 2 (ก.) + 3H 2 (ก.) - 92 กิโลจูล ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาย้อนกลับของการสลายตัวของแอมโมเนีย

ผลกระทบของแรงกดดัน

ความดันส่งผลต่อสมดุลของปฏิกิริยาที่สารก๊าซเข้ามามีส่วนร่วม หากความดันภายนอกเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาในระหว่างที่จำนวนโมเลกุลของก๊าซลดลง ในทางกลับกัน ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การศึกษา มากกว่าโมเลกุลของก๊าซเมื่อความดันภายนอกลดลง หากปฏิกิริยาดำเนินไปโดยไม่เปลี่ยนจำนวนโมเลกุลของสารที่เป็นก๊าซ ความดันจะไม่ส่งผลต่อสมดุลในระบบนี้

ตัวอย่างเช่นในการเพิ่มผลผลิตของแอมโมเนีย (เลื่อนไปทางขวา) จำเป็นต้องเพิ่มความดันในระบบปฏิกิริยาแบบพลิกกลับได้เนื่องจากในระหว่างการทำปฏิกิริยาโดยตรงจำนวนโมเลกุลของก๊าซจะลดลง (ก๊าซแอมโมเนียสองโมเลกุลเกิดขึ้นจากสี่โมเลกุล โมเลกุลของไนโตรเจนและก๊าซไฮโดรเจน)

ปฏิกิริยาย้อนกลับคืออะไร? นี่เป็นกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในสองทิศทางที่ตรงกันข้ามกัน ให้เราพิจารณาลักษณะสำคัญของการแปลงดังกล่าวตลอดจนพารามิเตอร์ที่โดดเด่น

สาระสำคัญของความสมดุลคืออะไร?

ปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับไม่ได้ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์เฉพาะเจาะจง ตัวอย่างเช่น เมื่อซัลเฟอร์ออกไซด์ (4) ถูกออกซิไดซ์พร้อมกันกับการผลิตซัลเฟอร์ออกไซด์ (6) ส่วนประกอบดั้งเดิมจะถูกสร้างขึ้นอีกครั้ง

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสารที่มีปฏิสัมพันธ์โดยสมบูรณ์ ปฏิกิริยาดังกล่าวจะมาพร้อมกับการผลิตผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาหนึ่งรายการขึ้นไป

ตัวอย่างของปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือปฏิกิริยาการสลายตัว ตัวอย่างเช่น เมื่อโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตถูกให้ความร้อน จะเกิดโลหะแมงกาเนต แมงกานีสออกไซด์ (4) และก๊าซออกซิเจนก็จะถูกปล่อยออกมาด้วย

ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ไม่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของการตกตะกอนหรือการปล่อยก๊าซ นี่คือจุดที่แตกต่างหลักจากการโต้ตอบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างชัดเจน

สมดุลเคมีคือสถานะของระบบที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีหนึ่งปฏิกิริยาหรือมากกว่านั้นที่สามารถย้อนกลับได้ โดยมีเงื่อนไขว่าอัตราของกระบวนการจะเท่ากัน

หากระบบอยู่ในสมดุลไดนามิก อุณหภูมิ ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ หรือพารามิเตอร์อื่นๆ จะไม่เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาที่กำหนด

เงื่อนไขในการเปลี่ยนสมดุล

ความสมดุลของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้สามารถอธิบายได้โดยใช้กฎของเลอชาเตอลิเยร์ สาระสำคัญอยู่ที่ความจริงที่ว่าเมื่ออิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นกับระบบซึ่งเริ่มแรกอยู่ในสมดุลไดนามิก การเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาจะถูกสังเกตในทิศทางตรงกันข้ามกับอิทธิพล ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ใดๆ ที่ใช้หลักการนี้สามารถเลื่อนไปในทิศทางที่ต้องการได้ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความดัน และความเข้มข้นของสารที่มีปฏิกิริยากัน

หลักการของ Le Chatelier “ใช้งานได้” กับสารรีเอเจนต์ที่เป็นก๊าซเท่านั้น ไม่นำมาพิจารณา มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันระหว่างความดันและปริมาตร ความสัมพันธ์แบบผกผันซึ่งกำหนดโดยสมการ Mendeleev-Clapeyron หากปริมาตรของส่วนประกอบก๊าซตั้งต้นมากกว่าผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา ดังนั้นหากต้องการเปลี่ยนสมดุลไปทางขวา สิ่งสำคัญคือต้องเพิ่มความดันของส่วนผสม

ตัวอย่างเช่น เมื่อคาร์บอนมอนอกไซด์ (2) ถูกเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ 2 โมลและออกซิเจน 1 โมลจะเข้าสู่ปฏิกิริยา สิ่งนี้จะผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ 2 โมล (4)

หากตามเงื่อนไขของปัญหา ควรเลื่อนปฏิกิริยาย้อนกลับนี้ไปทางขวา จำเป็นต้องเพิ่มความดัน

ความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยายังมีอิทธิพลสำคัญต่อกระบวนการอีกด้วย ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ ถ้าความเข้มข้นของส่วนประกอบเริ่มต้นเพิ่มขึ้น ความสมดุลของกระบวนการจะเปลี่ยนไปสู่ผลคูณของการมีปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน

ในกรณีนี้ การลดลง (การกำจัดออกจากส่วนผสมของปฏิกิริยา) ของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะส่งเสริมให้เกิดกระบวนการโดยตรง

นอกจากความดันและความเข้มข้นแล้ว การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับหรือปฏิกิริยาโดยตรงอีกด้วย เมื่อส่วนผสมตั้งต้นถูกให้ความร้อน จะสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสมดุลไปสู่กระบวนการดูดความร้อน

ตัวอย่างปฏิกิริยาผันกลับได้

ให้เราพิจารณาวิธีการเปลี่ยนสมดุลไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาโดยใช้กระบวนการเฉพาะ

2СО+О 2 -2СО 2

ปฏิกิริยานี้เป็นกระบวนการที่เป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากสารทั้งหมดมีสถานะ (ก๊าซ) เดียวกัน

ทางด้านซ้ายของสมการจะมีส่วนประกอบ 3 ปริมาตร หลังจากการโต้ตอบตัวบ่งชี้นี้ลดลง จะเกิด 2 ปริมาตรขึ้น เพื่อให้กระบวนการโดยตรงเกิดขึ้น จำเป็นต้องเพิ่มความดันของส่วนผสมปฏิกิริยา

เนื่องจากปฏิกิริยาคายความร้อน อุณหภูมิจะลดลงเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ความสมดุลของกระบวนการจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาโดยความเข้มข้นของสารเริ่มต้นตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น: ออกซิเจนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์

บทสรุป

ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้มีบทบาทสำคัญในชีวิตมนุษย์ กระบวนการเผาผลาญที่เกิดขึ้นในร่างกายของเราสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบในสมดุลทางเคมี ในการผลิตสารเคมี สภาวะที่เหมาะสมจะถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมปฏิกิริยาในทิศทางที่ถูกต้อง