Необоротні та оборотні реакції

Реакції, які відбуваютъся лише в одному напрямку i завершуються повним перетворенням вихідних реагуючих речовин у кінцеві речовини, називаються необоротними.

Більшістъ реакцій є оборотними. Оборотними називаються такі, реакції, які одночасно відбуваються у двох взаємно протилежних напрямках.

У рівняннях оборотних реакцій між лівою та правою частинами ставлять дві стрілки, спрямовані у протилежні боки, наприклад:

N₂ + 3Н₂ 2NH₃, ΔН = -92,4 кДж/моль.

У техніці оборотні реакції невигідні, тому різними методами (зміна температури, тиску тощо) їx роблять практично необоротними, вони відбуваються у прямому напрямку.

Реакції відбуваються у одному напрямку (необоротні) за умов, коли:

– продукти, що утворюються, виходять зі сфери реакції (випадають у осад, виділяються у вигляді газу):

ВаСl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HC1

Na₂CO₃ + 2НСl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O;

– утворюєтъся малодисоційована сполука, наприклад, вода:

НСl + NaOH → NaCl + Н₂О;

– реакція супроводжуєтъся виділенням великої кількocmi енергії, наприклад, горіння магнію;

Mg + 1/2О₂ → MgO; ΔН = - 602,5 кДж/моль.

У piвнянняx необоротних реакцій між лівою і правою частинами ставлять знак piвнocmiабо стрілку.

Хімічна рівновага. Принцип Ле Шательє

Оборотні реакції не доходять до кінця i завершуються встановленням xімічної рівноваги.

Xiмічнy рівновагу можна визначити як такий стан системи реагуючих речовин, за яким швидкості прямої i зворотної реакцій дорівнюють одна одній .

У стані рівноваги пряма та зворотна реакції не припиняються. Тому така рівновага називається рухомою, або динамічною рівновагою.

У стані рівноваги концентрації ycix реагуючих речовин – як вихідних, так i тих, що утворюються, – залишаються чітко сталими.

Концентраціїреагуючих речовин, які встановлюються при хімічній piвновазі, називаються рівноважними. Вони позначаються у квадратних дужках, наприклад, [H₂],[N₂],[NH₃], тоді як нерівноважні концентрації позначають так: с(Н₂), c(N₂), c(NH₃).

Наприклад: СО + NO₂ СО₂↑ + NО,

для прямої реакції = k₁[CO][NO₂];

для оборотної реакції = k₂ [CO₂][NO]. Стан xiмічної рівноваги , тобто

k₁[CO][NO₂] = k₂[CO₂][NO].

Представимо цю piвність у вигляді пропорції:

Величина К називається константою хімічної рівноваги. Вона не залежить від концентрації реагуючих речовин і є сталою за даної температури. Для будь-якої рівноважної системи

mA + nB pC + gD

Це рівняння є математичним виразом закону діючих мас у стані рівноваги.

Для гетерогенних реакцій у виразі константи рівноваги концентрації речовин, які перебувають у твердій фазі, не беруть до уваги, тобто концен-трація твердих речовин дорівнює одиниці.

Величина К залежить від природи реагуючих речовин i від температури, aле не залежить від каталізатора.Присутність каталізатора у системі лише прискорює час встановлення рівноваги.

Напрямок зміщення xімічної piвноваги при зміні концентрації реагуючих речовин, температури i тиску визначається принципом рухомої рівноваги, або принципом Ле Шательє: якщо на систему, яка перебуває у стані рівноваги, чиниться будь-який зовнішній вплив (змінюється концентрація, температура, тиск), то він сприяє перебігу цiєї з двох протилежних реакцій, яка послаблює цей вплив.

При зміні концентрації компонентів рівноважної системи значення константи рівноваги залишається незмінним. Якщо у реакційну cyмішввести надлишок однієї з вихідних речовин, то рівновага зміщується в бік продуктів реакції, тобто праворуч. Аналогічний ефект може бути досягнутий шляхом видалення із системи продуктів реакції. При підвищенні температури у системі посилюється ендотермічний процес. При зниженні температури починають переважати екзотермічні процеси.

Вплив тиску визначається зміною об'єму, що відбувається під час реакції. При збільшенні тиску piвновaгa буде зсуватись у бік утворення меншої кількості речовини (молей) газу, а зменшення тиску зміщує рівно-вагу в бік утворення більшої кількості речовини (молей) газу.

Якщо ж у рівнянні оборотної реакції число молей у лівій частині дорівнює числу молей у правій частині, наприклад, N₂ + О₂ 2NO, тоді зміна тиску не спричинить зміщення xімічної piвноваги.

Слід зазначити, що уci каталізатори однаковою мipoю прискорюють як пряму, так i зворотну реакції, i тому на зміщення рівноваги вони не впливають, а тільки сприяють швидкому її досягненню.

Експериментальна частина