Inligting

Chemiese ewewig - Deel 1: Voorwaartse en terugwaartse reaksies - Biologie

Chemiese ewewig - Deel 1: Voorwaartse en terugwaartse reaksies - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Chemiese ewewig - Deel 1: Voorwaartse en terugwaartse reaksies

Die konsep van chemiese ewewig is van kritieke belang om verskeie van die besprekings wat ons in Bis2a en inderdaad deur die biologie en die wetenskappe het, te volg. Laat ons eerder ons begrip van ewewig begin ontwikkel deur die omkeerbare reaksie hieronder te oorweeg:

Hipotetiese reaksie #1: 'n Hipotetiese reaksie wat verbindings A, B en D insluit. As ons dit van links na regs lees, sou ons sê dat A en B bymekaar kom om 'n groter verbinding D te vorm. Lees die reaksie van regs na- links sou ons sê dat verbinding D in kleiner verbindings A en B afbreek.

Ons moet eers definieer wat met 'n "omkeerbare reaksie" bedoel word. Hierdie term "omkeerbaar" beteken eenvoudig dat 'n reaksie in beide rigtings kan voortgaan. Dit wil sê, die dinge aan die linkerkant van die vergelyking kan saam reageer om die dinge aan die regterkant van die reaksie te word EN die dinge aan die regterkant van die vergelyking kan ook saam reageer om die dinge aan die linkerkant van die vergelyking te word. Reaksies waarin die waarskynlikheid dat die reaksie in een van die twee rigtings plaasvind, verdwynend klein is - en dus net in een rigting klein verloop - word onomkeerbare reaksies genoem.

Om ons bespreking van ewewig te begin, begin ons deur 'n reaksie te oorweeg wat ons stel dat dit maklik omkeerbaar is. In hierdie geval is dit die reaksie wat hierbo uitgebeeld word: die denkbeeldige vorming van verbinding D uit verbindings A en B. Aangesien dit 'n omkeerbare reaksie is, kan ons dit ook die ontbinding van D in A en B noem. Kom ons stel ons egter 'n voor eksperiment waarin ons kyk hoe die reaksie verloop vanaf 'n beginpunt waar slegs A en B teenwoordig is.

Voorbeeld #1: Links-gebalanseerde reaksie

Hipotetiese reaksie #1: tydsverloop

By tyd t = 0 (voordat die reaksie begin) het die reaksie 100 konsentrasie-eenhede van verbindings A en B en nul eenhede van verbinding D. Ons laat nou toe dat die reaksie voortgaan en neem die konsentrasie van die drie verbindings oor tyd waar (t=1) , 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 en 40 tydeenhede). Let op dat soos A en B reageer, D vorm. Trouens, 'n mens kan sien dat D vanaf t=0 tot by t=25 vorm. Na daardie tyd hou die konsentrasies van A, B en D egter op om te verander. Sodra die reaksie die punt bereik waar die konsentrasies van die komponente ophou verander, sê ons dat die reaksie ewewig bereik het. Let op dat die konsentrasies van A, B en D nie gelyk is by ewewig nie. Trouens, die reaksie lyk gebalanseerd gelaat sodat daar meer A en B as D is.

Let op

****Algemene student wanopvatting waarskuwing****

Baie studente word die slagoffer van die wanopvatting dat die konsentrasies van 'n reaksie se reaktante en produkte gelyk moet wees by ewewig. Aangesien die term ewewig baie soos die woord "gelyk" klink, is dit nie verbasend nie. Maar soos die eksperiment hierbo probeer illustreer, is dit NIE korrek nie!

Voorbeeld #2: Reg-gebalanseerde reaksie

Ons kan 'n tweede hipotetiese reaksie ondersoek, die sintese van verbinding J uit die verbindings E en F.

Hipotetiese reaksie #2: 'n Hipotetiese reaksie wat verbindings E, F en J insluit. As ons dit van links na regs lees, sou ons sê dat E en F bymekaar kom om 'n groter verbinding J te vorm. As ons die reaksie van regs na links lees, sou ons sê dat verbinding J breek af in kleiner verbindings E en F.

Die struktuur van die hipotetiese reaksie #2 lyk identies aan dié van hipotetiese reaksie #1 wat ons hierbo oorweeg het - twee dinge kom bymekaar om een ​​groter ding te maak. Ons moet net aanneem, in hierdie geval, dat E, F en J verskillende eienskappe het as A, B en D. Kom ons stel ons 'n soortgelyke eksperiment voor as die een hierbo beskryf en ondersoek hierdie data:

Hipotetiese reaksie #2: tydsverloop


In hierdie geval bereik die reaksie ook ewewig. Hierdie keer vind ewewig egter by ongeveer t=30 plaas. Na daardie punt verander die konsentrasies van E, F en J nie. Let weer op dat die konsentrasies van E, F en J nie gelyk is by ewewig nie. In teenstelling met hipotetiese reaksie #1 (die ABD-reaksie), hierdie keer is die konsentrasie van J, die ding aan die regterkant van die pyle, op 'n hoër konsentrasie as E en F. Ons sê dat dit vir hierdie reaksie, ewewig lê aan die regterkant.

Nog vier punte moet op hierdie tydstip gemaak word.

Punt 1: Of ekwilibrium vir 'n reaksie na links of regs lê, sal 'n funksie wees van die eienskappe van die komponente van die reaksie en die omgewingstoestande waarin die reaksie plaasvind (bv. temperatuur, druk, ens.).

Punt 2: Ons kan ook oor ewewig praat deur konsepte van energie te gebruik en ons sal dit binnekort doen - net nog nie.

Punt 3: Terwyl hipotetiese reaksies #1 en #2 blykbaar 'n punt bereik waar die reaksie "gestop" het, moet jy jou voorstel dat reaksies steeds plaasvind selfs nadat ewewig bereik is. By ewewig vind die "vorentoe" en "omgekeerde" reaksies net in dieselfde tempo plaas. Dit wil sê, in voorbeeld #2, by ewewig vorm J uit E en F teen dieselfde tempo as wat dit in E en F afbreek. Dit verduidelik hoe die konsentrasies van die verbindings nie verander nie ten spyte van die feit dat die reaksies steeds gebeur.

Punt 4: Uit hierdie beskrywing van ekwilibrium kan ons iets definieer wat ons die ewewigskonstante noem. Tipies word die konstante deur 'n hoofletter K voorgestel en kan K geskryf wordvgl. In terme van konsentrasies Kvgl word geskryf as die wiskundige produk van die reaksieprodukkonsentrasies (goed aan die regterkant) gedeel deur die wiskundige produk van die reaktantkonsentrasies (goed aan die linkerkant). Byvoorbeeld, Kvgl 1 = [D]/[A][B] en Kvgl 2 = [J]/[E][F]. Die vierkantige hakies "[]" dui "konsentrasie van" aan wat ook al binne die hakie is.


Chemiese ewewig - Deel 1: Voorwaartse en terugwaartse reaksies - Biologie

ALGEMENE CHEMIE ONDERWERPE

Kinetika en ewewig

Chemies ewewig is die toestand van konstante samestelling wat bereik word wanneer opponerende reaksietempo's gelyk word. Daar is 'n wesenlike verband tussen reaksietempo's reaksietempo's ---> en chemiese ewewig, een wat ons kwantitatief kan beskryf. Met die eerste gedagte lyk die verband dalk onduidelik - hoef ons nie ver van ewewig te wees om reaksietempo's behoorlik te meet nie? Die dinamiese aard van chemiese ewewig beteken dat beide voorwaartse en terugwaartse reaksies teen beduidende - selfs hoë - tempo's kan plaasvind, maar aangesien hierdie tempo's gelyk is, word geen verandering in konsentrasie oor tyd waargeneem nie.

Kom ons gebruik weereens die hipotetiese voorbeeld van 'n eenvoudige, omkeerbare reaksie, A = B (soos 'n isomerisasie) om die benadering tot ewewig van óf suiwer A óf suiwer B aan te toon. Die interomsetting van A en B via twee opponerende reaksietempo's is getoon deur twee verskillende vorderingskurwes (sien figuur hieronder). In (i), 'n reaksiehouer begin met 100% A, en dit begin omskakeling na B ondergaan. Op baie vroeë tye (die mees linkse streek van die grafiek, pienk geskakeer), is slegs 'n onbeduidende hoeveelheid B teenwoordig, dus is die waargenome tempo dat wat ooreenstem met die voorwaartse reaksie, A &rarr B. Soos B begin ophoop (middelste gedeelte van grafiek, laventel), ondergaan sommige daarvan die terugwaartse reaksie, B &rarr A. Die netto tempo bevoordeel steeds produksie van B, sodat die konsentrasie van B bly styg en [A] daal steeds, maar stadiger. Die omskakeling van A na B is steeds vinniger as die omskakeling van B na A, en dit word in die figuur aangedui deur die relatiewe lengte van die pyle in die chemiese vergelyking. Ten slotte, genoeg B is teenwoordig sodat die voorwaartse en terugwaartse reaksietempo's in balans is, en die netto tempo nul is (regterkant van grafiek, pers). Hierdie ewewigstoestande, sodra dit bereik is, duur onbepaald voort.

As die begintoestande 100% B is, soos in (ii), word die kinetika op baie vroeë tye (die mees linkse streek van die grafiek) oorheers deur die terugwaartse reaksie, B &rarr A. Sodra 'n paar A gevorm word, begin die tempo van die voorwaartse reaksie optel. Die netto tempo bevoordeel steeds produksie van A vir 'n kort tydjie (middelgrafiek), maar die konsentrasie daarvan vlak af met

60 s, met bereiking van ewewigsvlak. Hierdie ewewigstoestande is veral dieselfde as dié in (i) - dit neem aan dat beide eksperimente by dieselfde temperatuur uitgevoer word.

Kinetika, ekwilibrium en die reaksiekoördinaatdiagram

Om die verband tussen reaksietempo en chemiese ewewig verder te illustreer, kom ons kyk na die reaksiekoördinaatdiagram vir ons eenvoudige, omkeerbare reaksie.

Hierdie diagram, regs, toon 'n grafiek (pers lyn) van chemiese potensiële energie (vertikale as) teenoor 'n "reaksiekoördinaat" (horisontale as), wat hier die vordering van 'n reaksie voorstel waarin een binding moet breek en 'n nuwe binding vorm. Voorbeelde van sulke reaksies word verskaf deur die baie isomeriseringsreaksies, soos die interomsetting van cis-2-buteen en trans-2-buteen.

Kom ons kyk eers na die voorwaartse reaksie, A &rarr B. Reaktantmolekules (A) in die sisteem met genoeg energie om die energetiese piek, die oorgangstoestand (gesimboliseer deur die dubbele dolk, ‡) kan vorentoe voortgaan langs die reaksiekoördinaat na omskakeling na produk B.

Hierdie minimum energie benodig is die aktiveringsenergie. Vir die voorwaartse reaksie word dit gesimboliseer as Ea, vd, en is die energiekoste wat nodig is om die bindingsbreek in 'n molekule van A te bevorder tot die punt waar die vorming van die nuwe binding in B kan begin om 'n energieke terugbetaling te verskaf. Die toename in potensiële energie moet verskaf word deur die kinetiese energie van die molekules in die sisteem, wat wissel volgens temperatuur, volgens 'n Maxwell-Boltzmann verspreiding. Vir molekules kan die kinetiese energie nie net in hul beweging deur die ruimte woon nie, maar ook in bindingsstrek, buiging en draaiing. Kinetiese energie in hierdie vorms word voortdurend herverdeel deur botsings tussen die molekules. Ons kan ons maklik voorstel dat 'n binding in molekules breek waar 'n oormaat kinetiese energie vir 'n oomblik na hierdie bindingsbewegings oorgedra word. Die omgekeerde reaksie, B &rarr A, verloop op 'n soortgelyke wyse, maar meer omskakeling van kinetiese na potensiële energie op die molekulêre vlak word vereis. Molekules van B in die sisteem met genoeg energie (die aktiveringsenergie vir die terugwaartse reaksie, Ea, ds) om die oorgangstoestand te bereik, kan agteruit voortgaan langs die reaksiekoördinaat na omskakeling terug na A. Aangesien die voorwaartse reaksie-aktiveringsenergie minder is as die terugwaartse reaksie-aktiveringsenergie (Ea, vd & lt Ea, ds ), sal die terugwaartse reaksie stadiger wees as die voorwaartse reaksie wanneer die konsentrasies van A en B gelyk is. Ten einde hierdie reaksie ewewig te bereik, sal die konsentrasie van B verby dié van A moet toeneem tot by die punt waar die tempo van die voorwaartse en terugwaartse reaksies gelyk word. Kwalitatief, sedert Ea, vd & lt Ea, ds in hierdie geval, Kvgl > 1.


Ons kan aflei dat die netto verandering in chemiese potensiële energie verband hou met die ewewigskonstante (Kvgl) vir die reaksie, terwyl die grootte van die aktiveringsenergie in verband gebring moet word met die tempokonstantes vir die reaksie. Kom ons spesifiseer nou dat die voorwaartse reaksie, A &rarr B, en die terugwaartse reaksie, B &rarr A, albei eerste-orde volg koerswette. koerswette . ---> Dan kan ons maklik die verband tussen tempokonstantes en die ewewigskonstante vir ons eenvoudige eerste-orde geval aflei. Die tempowette vir die voorwaartse en terugwaartse reaksies in hierdie geval is

Dit is net eerste-orde koers wette, met k1 as die vooruit eerste-orde koers konstante, en k&minus1 as die eerste-orde tempokonstante vir die terugwaartse reaksie. By ewewig is die voorwaartse reaksietempo gelyk aan die terugwaartse reaksietempo. Om hierdie uitdrukkings gelyk te stel wanneer ekwilibriumkonsentrasies bereik word, het ons

wat herrangskik kan word na

Die regtersy-uitdrukking is natuurlik die ewewigskonstante vir hierdie reaksie, so ons het dit in hierdie geval gewys


11.1: Die konsep van dinamiese ewewig

In die laaste hoofstuk het ons die beginsels van chemiese kinetika bespreek, wat handel oor die tempo van verandering, of hoe vinnig 'n gegewe chemiese reaksie plaasvind. Ons vestig nou ons aandag op die mate waarop 'n reaksie plaasvind en hoe reaksietoestande die finale konsentrasies van reaktante en produkte beïnvloed. Vir die meeste van die reaksies wat ons tot dusver bespreek het, het jy dalk aangeneem dat sodra reaktante na produkte omgeskakel is, dit waarskynlik so sal bly. Trouens, feitlik alle chemiese reaksies is egter omkeerbaar tot 'n mate. Dit wil sê, 'n opponerende reaksie vind plaas waarin die produkte in 'n mindere of meerdere mate reageer om die reaktante te hervorm. Uiteindelik word die voorwaartse en terugwaartse reaksietempo's dieselfde, en die stelsel bereik chemiese ewewig, die punt waarop die samestelling van die sisteem nie meer met tyd verander nie.

Figuur (PageIndex<1>): Distikstoftetroksied is 'n kragtige oksideermiddel wat spontaan reageer op kontak met verskeie vorme van hidrasien, wat die paar 'n gewilde dryfmiddelkombinasie vir vuurpyle maak. Stikstofdioksied by &minus 196 °C, 0 °C, 23 °C, 35 °C, en 50 °C. (GEEN2) skakel om na die kleurlose distikstoftetrogeen (N2O4) by lae temperature, en keer terug na NO2 by hoër temperature. (CC BY-SA 3.0 Eframgoldberg).

Chemiese ewewig is 'n dinamiese proses wat bestaan ​​uit 'n voorwaartse reaksie, waarin reaktante na produkte omgeskakel word, en 'n omgekeerde reaksie, waarin produkte na reaktante omgeskakel word. By ewewig verloop die voorwaartse en terugwaartse reaksies teen gelyke tempo. Beskou byvoorbeeld 'n eenvoudige stelsel wat slegs een reaktant en een produk bevat, die omkeerbare dissosiasie van distikstoftetroksied ((ce))) na stikstofdioksied ((ce)). Jy kan onthou dat (ce) is verantwoordelik vir die bruin kleur wat ons met rookmis assosieer. Wanneer 'n verseëlde buis wat vaste stof bevat (ce) (mp = &minus9.3°C bp = 21.2°C) word verhit van &minus78.4°C tot 25°C, die rooi-bruin kleur van (ce) verskyn (Figuur (PageIndex<1>)). Die reaksie kan visueel gevolg word omdat die produk ((ce)) is gekleur, terwyl die reaktant ((ce)) is kleurloos:

Die dubbele pyl dui aan dat beide die voorwaartse reaksie

gelyktydig plaasvind (m.a.w. die reaksie is omkeerbaar). Dit beteken egter nie noodwendig dat die sisteem ewewig is nie, soos die volgende hoofstuk demonstreer.

Figuur (PageIndex<2>) toon hoe die samestelling van hierdie stelsel sal verskil as 'n funksie van tyd by 'n konstante temperatuur. As die aanvanklike konsentrasie van (ce) was nul, dan neem dit toe namate die konsentrasie van (ce) verminder. Uiteindelik hou die samestelling van die sisteem op om met tyd te verander, en chemiese ewewig word bereik. Omgekeerd, as ons begin met 'n steekproef wat geen (ce) maar 'n aanvanklike (ce) konsentrasie twee keer die aanvanklike konsentrasie van (ce) (Figuur (PageIndex<2a>)), in ooreenstemming met die stoïgiometrie van die reaksie, bereik ons ​​presies dieselfde ewewigsamestelling (Figuur (PageIndex<2b>)). Ekwilibrium kan dus vanuit enige rigting in 'n chemiese reaksie benader word.

Figuur (PageIndex<2>): Die samestelling van (ce)/(ce) Mengsels as 'n funksie van tyd by kamertemperatuur. (a) Aanvanklik bevat hierdie geïdealiseerde sisteem 0,0500 M gasvormige (ce)) en geen gasvormige (ce). Die konsentrasie van (ce) neem af met tyd as die konsentrasie van (ce) verhogings. (b) Aanvanklik bevat hierdie stelsel 0,1000 M (ce) en geen (ce). Die konsentrasie van (ce) neem af met tyd as die konsentrasie van (ce) verhogings. In beide gevalle is die finale konsentrasies van die stowwe dieselfde: [(ce)] = 0,0422 M en [(ce)] = 0,0156 M by ewewig. (CC BY-SA-NC Anoniem op versoek)

Figuur (PageIndex<3>) toon die voorwaartse en terugwaartse reaksietempo's vir 'n monster wat aanvanklik suiwer (ce bevat)). Omdat die aanvanklike konsentrasie van (ce) is nul, die voorwaartse reaksietempo (dissosiasie van (ce)) is aanvanklik ook nul. Daarteenoor is die omgekeerde reaksietempo (dimerisasie van (ce)) is aanvanklik baie hoog ((2.0 maal 10^6, M/s)), maar dit neem vinnig af namate die konsentrasie van (ce)) verminder. As die konsentrasie van (ce) toeneem, die tempo van dissosiasie van (ce) verhoog&mdashmaar stadiger as die dimerisering van (ce)&mdashwant die reaksie is slegs eerste orde in (ce) (koers = (k_f[N_2O_4]), waar (k_f) die tempokonstante is vir die voorwaartse reaksie in Vergelykings ( ef) en ( ef)). Uiteindelik word die voorwaartse en terugwaartse reaksietempo's identies, (k_f = k_r), en die sisteem het chemiese ewewig bereik. As die voorwaartse en terugwaartse reaksies teen verskillende tempo's plaasvind, is die stelsel nie in ewewig nie.

Figuur (PageIndex<3>): Die vorentoe- en terugreaksiekoerse as 'n funksie van tyd vir die (N_2O_<4(g)>)𕇺(NO_<2(g)>)-stelsel Getoon in Deel (b) in Figuur (PageIndex<2>). (CC BY-SA-NC Anoniem op versoek)

Die tempo van dimerisasie van (ce) (omgekeerde reaksie) neem vinnig af met tyd, soos verwag word vir 'n tweede-orde reaksie. Omdat die aanvanklike konsentrasie van (ce) is nul, die tempo van die dissosiasiereaksie (voorwaartse reaksie) by (t = 0) is ook nul. Soos die dimerisasiereaksie voortgaan, sal die (ce) konsentrasie neem toe, en die tempo van dissosiasie neem ook toe. Uiteindelik is die tempo van die twee reaksies gelyk: chemiese ekwilibrium is bereik, en die konsentrasies van (ce)) en (ce) verander nie meer nie.

By ewewig is die voorwaartse reaksietempo gelyk aan die terugwaartse reaksietempo.

Die drie reaksiesisteme (1, 2 en 3) wat in die meegaande illustrasie uitgebeeld word, kan almal deur die vergelyking beskryf word:

[2A ightleftharpoons B onumber]

waar die blou sirkels (A) is en die pers ovale (B). Elke stel panele toon die veranderende samestelling van een van die drie reaksiemengsels as 'n funksie van tyd. Watter stelsel het die langste geneem om chemiese ewewig te bereik?

Gegee: drie reaksiesisteme

Gevra vir: relatiewe tyd om chemiese ewewig te bereik

Vergelyk die konsentrasies van A en B op verskillende tye. Die stelsel waarvan die samestelling die langste neem om te stabiliseer, het die langste geneem om chemiese ewewig te bereik.

In stelsels 1 en 3 neem die konsentrasie van A af van (t_0) tot (t_2), maar is dieselfde by beide (t_2) en (t_3). Dus is stelsels 1 en 3 by ewewig deur (t_3). In stelsel 2 verander die konsentrasies van A en B steeds tussen (t_2) en (t_3), dus het stelsel 2 dalk nog nie ewewig bereik deur (t_3 nie). So het stelsel 2 die langste geneem om chemiese ewewig te bereik.

In die volgende illustrasie word A voorgestel deur blou sirkels, B deur pers vierkante, en C deur oranje ovale is die vergelyking vir die reaksie A + B ⇌ C. Die stelle panele verteenwoordig die samestellings van drie reaksiemengsels as 'n funksie van tyd. Watter, indien enige, van die getoonde stelsels het ewewig bereik?


Inleiding tot Ekwilibrium

Hierdie is 'n reeks lesings in video's wat Chemie-onderwerpe dek wat in hoërskole onderrig word. Hoe om ewewig te beskryf in terme van die tempo van die voorwaartse en terugwaartse reaksies sowel as in terme van die konsentrasies van reaktante en produkte.

Inleiding tot Ekwilibrium Deel 1 van 3
Leer oor omkeerbare reaksies en wat dit beteken vir 'n reaksie om "na ewewig te gaan".

Probeer die gratis Mathway-sakrekenaar en probleemoplosser hieronder om verskeie wiskunde-onderwerpe te oefen. Probeer die gegewe voorbeelde, of tik jou eie probleem in en kontroleer jou antwoord met die stap-vir-stap verduidelikings.

Ons verwelkom jou terugvoer, kommentaar en vrae oor hierdie webwerf of bladsy. Dien asseblief u terugvoer of navrae in via ons Terugvoerbladsy.


Inhoud

Le Chatelier se beginsel beskryf die kwalitatiewe gedrag van sisteme waar daar 'n ekstern-geïnduseerde, oombliklike verandering in een parameter van 'n sisteem is, dit stel dat 'n gedragsverskuiwing in die sisteem plaasvind om sodoende die parameterverandering teen te staan ​​(gedeeltelik te kanselleer). Die duur van aanpassing hang af van die sterkte van die negatiewe terugvoer na die aanvanklike skok. Waar 'n skok aanvanklik positiewe terugvoer veroorsaak (soos termiese weghol), kan die nuwe ewewig ver van die ou een wees, en kan dit lank neem om te bereik. In sommige dinamiese stelsels kan die eindtoestand nie uit die skok bepaal word nie. Die beginsel word tipies gebruik om geslote negatiewe terugvoerstelsels te beskryf, maar is in die algemeen van toepassing op termodinamies geslote en geïsoleerde stelsels in die natuur, aangesien die tweede wet van termodinamika verseker dat die onewewig wat veroorsaak word deur 'n oombliklike skok 'n eindige halfleeftyd moet hê . [5] Die beginsel het analoge oor die hele fisiese wêreld.

Alhoewel dit goed gewortel is in chemiese ewewig en uitgebrei is in ekonomiese teorie, kan Le Chatelier se beginsel ook gebruik word om meganiese stelsels te beskryf deurdat 'n sisteem wat onder spanning geplaas word op so 'n manier sal reageer om daardie spanning te verminder of te verminder. Boonop sal die reaksie oor die algemeen wees via die meganisme wat daardie stres die maklikste verlig. Skeerpenne en ander sulke opofferingstoestelle is ontwerpelemente wat stelsels beskerm teen spanning wat op ongewenste maniere toegedien word om dit te verlig om meer uitgebreide skade aan die hele stelsel te voorkom, 'n praktiese ingenieurstoepassing van Le Chatelier se beginsel.

Effek van verandering in konsentrasie Edit

Die verandering van die konsentrasie van 'n chemiese stof sal die ewewig verskuif na die kant wat daardie verandering in konsentrasie sal teëwerk. Die chemiese sisteem sal probeer om die verandering wat geraak word, gedeeltelik teen die oorspronklike toestand van ewewig teë te staan. Op sy beurt sal die reaksietempo, omvang en opbrengs van produkte verander word wat ooreenstem met die impak op die sisteem.

Dit kan geïllustreer word deur die ewewig van koolstofmonoksied en waterstofgas, wat reageer om metanol te vorm.

Gestel ons sou die konsentrasie CO in die sisteem verhoog. Deur Le Chatelier se beginsel te gebruik, kan ons voorspel dat die konsentrasie van metanol sal toeneem, wat die totale verandering in CO sal verminder. As ons 'n spesie by die algehele reaksie wil voeg, sal die reaksie die kant bevoordeel wat die byvoeging van die spesie teenstaan. Net so sal die aftrekking van 'n spesie veroorsaak dat die reaksie "die gaping vul" en die kant bevoordeel waar die spesie verminder is. Hierdie waarneming word deur die botsingsteorie ondersteun. Soos die konsentrasie van CO verhoog word, sal die frekwensie van suksesvolle botsings van daardie reaktant ook toeneem, wat 'n toename in voorwaartse reaksie en generering van die produk moontlik maak. Selfs as die gewenste produk nie termodinamies bevoordeel word nie, kan die eindproduk verkry word as dit voortdurend uit die oplossing verwyder word.

Die effek van 'n verandering in konsentrasie word dikwels sinteties ontgin vir kondensasiereaksies (d.w.s. reaksies wat water uitdryf) wat ewewigsprosesse is (bv. vorming van 'n ester uit karboksielsuur en alkohol of 'n imien uit 'n amien en aldehied). Dit kan bereik word deur water fisies te sekwestreer, deur droogmiddels soos watervrye magnesiumsulfaat of molekulêre siwwe by te voeg, of deur voortdurende verwydering van water deur distillasie, wat dikwels deur 'n Dean-Stark-apparaat gefasiliteer word.

Effek van verandering in temperatuur Wysig

Die effek van die verandering van die temperatuur in die ewewig kan duidelik gemaak word deur 1) hitte in te sluit as óf 'n reaktant óf 'n produk, en 2) aan te neem dat 'n toename in temperatuur die hitte-inhoud van 'n sisteem verhoog. Wanneer die reaksie eksotermies is (ΔH. negatief is en energie vrygestel word), word hitte ingesluit as 'n produk, en wanneer die reaksie endotermies is (ΔH. positief is en energie verbruik word), word hitte ingesluit as 'n reaktant. Dus, of verhoging of verlaging van die temperatuur die voorwaartse of die terugwaartse reaksie sal bevoordeel, kan bepaal word deur dieselfde beginsel toe te pas as met konsentrasieveranderinge.

Neem byvoorbeeld die omkeerbare reaksie van stikstofgas met waterstofgas om ammoniak te vorm:

Omdat hierdie reaksie eksotermies is, produseer dit hitte:

As die temperatuur verhoog word, sal die hitte-inhoud van die stelsel toeneem, dus sal die stelsel van daardie hitte verbruik deur die ewewig na links te verskuif en sodoende minder ammoniak te produseer. Meer ammoniak sal geproduseer word as die reaksie teen 'n laer temperatuur uitgevoer word, maar 'n laer temperatuur verlaag ook die tempo van die proses, dus in die praktyk (die Haber-proses) word die temperatuur op 'n kompromiewaarde gestel wat toelaat dat ammoniak gemaak word teen 'n redelike tempo met 'n ewewigskonsentrasie wat nie te ongunstig is nie.

In eksotermiese reaksies verlaag 'n toename in temperatuur die ewewigskonstante, K, terwyl 'n toename in temperatuur in endotermiese reaksies toeneem K.

Le Chatelier se beginsel wat toegepas word op veranderinge in konsentrasie of druk kan verstaan ​​word deur te gee K 'n konstante waarde. Die effek van temperatuur op ewewigte behels egter 'n verandering in die ewewigskonstante. Die afhanklikheid van K op temperatuur word bepaal deur die teken van ΔH.. Die teoretiese basis van hierdie afhanklikheid word deur die Van 't Hoff-vergelyking gegee.

Effek van verandering in druk Wysig

Die ewewigskonsentrasies van die produkte en reaktante hang nie direk af van die totale druk van die sisteem nie. Hulle kan afhang van die parsiële druk van die produkte en reaktante, maar as die aantal mol gasvormige reaktante gelyk is aan die aantal mol gasvormige produkte, het druk geen effek op ewewig nie.

Die verandering van totale druk deur 'n inerte gas by konstante volume by te voeg, beïnvloed nie die ewewigskonsentrasies nie (sien Effek van die byvoeging van 'n inerte gas hieronder).

Verandering van totale druk deur die volume van die sisteem te verander, verander die parsiële druk van die produkte en reaktante en kan die ewewigskonsentrasies beïnvloed (sien §Effek van verandering in volume hieronder).

Effek van verandering in volume Edit

Die verandering van die volume van die sisteem verander die parsiële druk van die produkte en reaktante en kan die ewewigskonsentrasies beïnvloed. Met 'n drukverhoging as gevolg van 'n afname in volume is die kant van die ewewig met minder mol gunstiger [6] en met 'n drukverlaging as gevolg van 'n toename in volume, is die kant met meer mol meer gunstig. Daar is geen effek op 'n reaksie waar die aantal mol gas aan elke kant van die chemiese vergelyking dieselfde is nie.

Oorweging van die reaksie van stikstofgas met waterstofgas om ammoniak te vorm:

N2 + 3 H2 4 mol ⇌ 2 NH3 2 mol ΔH = -92kJ mol −1

Let op die aantal mol gas aan die linkerkant en die aantal mol gas aan die regterkant. Wanneer die volume van die stelsel verander word, verander die parsiële druk van die gasse. As ons druk sou verlaag deur volume te verhoog, sal die ewewig van bogenoemde reaksie na links skuif, want die reaktantkant het 'n groter aantal mol as die produkkant. Die stelsel probeer om die afname in parsiële druk van gasmolekules teë te werk deur te skuif na die kant wat groter druk uitoefen. Net so, as ons druk sou verhoog deur volume te verminder, skuif die ewewig na regs, wat die drukverhoging teenwerk deur na die kant te skuif met minder mol gas wat minder druk uitoefen. As die volume verhoog word omdat daar meer mol gas aan die reaktantkant is, is hierdie verandering meer betekenisvol in die noemer van die ekwilibriumkonstante uitdrukking, wat 'n verskuiwing in ewewig veroorsaak.

Effek van die byvoeging van 'n inerte gas Edit

Effek van 'n katalisator Edit

'n Katalisator verhoog die tempo van 'n reaksie sonder om in die reaksie verbruik te word. Die gebruik van 'n katalisator beïnvloed nie die posisie en samestelling van die ewewig van 'n reaksie nie, want beide die voorwaartse en terugwaartse reaksies word deur dieselfde faktor versnel.

Oorweeg byvoorbeeld die Haber-proses vir die sintese van ammoniak (NH3):

In bogenoemde reaksie sal yster (Fe) en molibdeen (Mo) as katalisators funksioneer indien teenwoordig. Hulle sal enige reaksies versnel, maar hulle beïnvloed nie die toestand van die ekwilibrium nie.

Le Chatelier se beginsel verwys na toestande van termodinamiese ewewig. Laasgenoemde is stabiel teen versteurings wat aan sekere kriteria voldoen, dit is noodsaaklik vir die definisie van termodinamiese ewewig.

Dit stel dat veranderinge in die temperatuur, druk, volume of konsentrasie van 'n sisteem sal lei tot voorspelbare en opponerende veranderinge in die sisteem om 'n nuwe ewewigstoestand te bereik.

Hiervoor word 'n toestand van termodinamiese ewewig die mees gerieflike beskryf deur 'n fundamentele verhouding wat 'n kardinale funksie van toestand, van die energiesoort, of van die entropiesoort spesifiseer, as 'n funksie van toestandsveranderlikes wat gekies is om te pas by die termodinamiese bewerkings waardeur 'n versteuring toegepas moet word. [7] [8] [9]

In teorie en, byna, in sommige praktiese scenario's, kan 'n liggaam in 'n stilstaande toestand wees met geen makroskopiese vloei en tempo's van chemiese reaksie (byvoorbeeld wanneer geen geskikte katalisator teenwoordig is nie), maar tog nie in termodinamiese ewewig nie, want dit is metastabiel of onstabiel dan is Le Chatelier se beginsel nie noodwendig van toepassing nie.

'n Liggaam kan ook in 'n stilstaande toestand wees met nie-nul vloeitempo's en chemiese reaksie soms word die woord "ewewig" gebruik met verwysing na sulke toestande, hoewel dit per definisie nie termodinamiese ewewigte is nie. Soms word voorgestel om Le Chatelier se beginsel vir sulke state te oorweeg. Vir hierdie oefening moet die tempo van vloei en chemiese reaksie in ag geneem word. Sulke tempo's word nie verskaf deur ewewig termodinamika nie. Vir sulke state het dit moeilik of onuitvoerbaar geblyk te wees om geldige en baie algemene stellings te maak wat Le Chatelier se beginsel eggo. [10] Prigogine en Defay demonstreer dat so 'n scenario moderering mag of nie mag toon nie, afhangende van presies watter voorwaardes na die versteuring opgelê word. [11]

In ekonomie is 'n soortgelyke konsep wat ook na Le Chatelier vernoem is deur die Amerikaanse ekonoom Paul Samuelson in 1947 bekendgestel. Daar is die veralgemeende Le Chatelier-beginsel vir 'n maksimum toestand van ekonomiese ewewig: Waar alle onbekendes van 'n funksie onafhanklik veranderlik is, is hulpbeperkings—" just-binding" deur aanvanklike ewewig onveranderd te laat—verminder die reaksie op 'n parameterverandering. Daar word dus veronderstel dat faktor-vraag en kommoditeit-aanbod elastisiteite laer is op kort termyn as op lang termyn as gevolg van die vastekoste-beperking op kort termyn. [12]

Aangesien die verandering van die waarde van 'n objektiewe funksie in 'n omgewing van die maksimum posisie deur die omhulselstelling beskryf word, kan daar aangetoon word dat Le Chatelier se beginsel 'n uitvloeisel daarvan is. [13]


Prosedure

Materiaal en toerusting

Toerusting: 10 small test tubes, test tube rack, test tube holder, Bunsen burner, 2 medium-sized beakers (for stock solutions), 10-mL graduated cylinder, wash bottle, stirring rod, and scoopula.

All of the acids and bases used in this experiment ((ce), (ce), (ce) and (ce)) can cause chemical burns. In particular, concentrated 12 M (ce) is extremely dangerous! If any of these chemicals spill on you, immediately rinse the affected area under running water and notify your instructor. Also note that direct contact with silver nitrate ((ce)) will cause dark discolorations to appear on your skin. These spots will eventually fade after repeated rinses in water. Finally, in Part 4 you will be heating a solution in a test tube directly in a Bunsen burner flame. If the solution is overheated it will splatter out of the tube, so be careful not to point the tube towards anyone while heating.

Experimental Procedure

Record all observations on your report form. These should include, but not be limited to, color changes and precipitates. Note that solution volumes are approximate for all reactions below. Dispose of all chemical waste in the plastic container in the hood.

Part 1: Saturated Sodium Chloride Solution

  1. Place 3-mL of saturated (ce) (aq) into a small test tube.
  2. Carefully add concentrated 12 M (ce) (aq) drop-wise to the solution in the test tube until a distinct change occurs. Teken jou waarnemings aan.

Part 2: Acidified Chromate Solution

  1. Place 3-mL of 0.1 M (ce) (aq) into a small test tube.
  2. Add an equal amount of 6 M (ce) (aq) to this solution. Teken jou waarnemings aan.
  3. Now add 10% (ce) (aq) drop-wise until the original color is returned. Teken jou waarnemings aan.
  4. Here the added sodium hydroxide is effectively removing acidic hydrogen ions from the equilibrium system via a neutralization reaction:

Part 3: Aqueous Ammonia Solution

Instructor Prep: At the beginning of lab prepare a stock solution of aqueous ammonia. Add 4 drops of concentrated 15 M (ce) (aq) and 3 drops of phenolphthalein to a 150-mL (medium) beaker, top it up with 100-mL of distilled water, and mix with a stirring rod. Label the beaker and place it on the front desk. The entire class will then use this stock solution in Part 3.

  1. Place 3-mL of the prepared stock solution into a small test tube.
  2. Add a medium scoop of (ce) powder to the solution in this test tube. Teken jou waarnemings aan.

Part 4: Cobalt(II) Chloride Solution

  1. Place 3-mL of 0.1 M (ce) (aq) into 3 small test tubes. Label these test tubes 1-3.
  2. The solution in test tube #1 remains untouched. It is a control for comparison with other tubes.
  3. To the solution in test tube #2, carefully add concentrated 12 M (ce) (aq) drop-wise until a distinct color change occurs. Teken jou waarnemings aan.
  4. To the solution in test tube #3, first add a medium scoop of solid (ce). Then heat this solution directly in your Bunsen burner flame (moderate temperature). Firmly hold test tube #3 with your test tube holder, and waft it back and forth through the flame (to prevent overheating and &ldquobumping&rdquo) for about 30 seconds, or, until a distinct change occurs. Teken jou waarnemings aan. Then cool the solution in test tube #3 back to room temperature by holding it under running tap water, and again record your observations.

Part 5: Iron(III) Thiocyanate Solution

Instructor Prep: At the beginning of lab prepare a stock solution of iron(III) thiocyanate. Add 1-mL of 0.1 M (ce) (aq) and 1-mL of 0.1 M (ce) (aq) to a 150-mL (medium) beaker, top it up with 100-mL of distilled water, and mix with a stirring rod. Label the beaker and place it on the front desk. The entire class will then use this stock solution in Part 5.

  1. Place 3-mL of the prepared stock solution into 4 small test tubes. Label these test tubes 1-4.
  2. The solution in test tube #1 remains untouched. It is a control for comparison with other tubes.
  3. To the solution in test tube #2, add 1-mL of 0.1 M (ce) (aq). Teken jou waarnemings aan.
  4. To the solution in test tube #3, add 1-mL of 0.1 M (ce) (aq). Teken jou waarnemings aan.
  5. To the solution in test tube #4, add 0.1 M (ce) (aq) drop-wise until all the color disappears. A light precipitate may also appear. Teken jou waarnemings aan. Here the added silver nitrate is effectively removing thiocyanate ions from the equilibrium system via a precipitation reaction:

First, consider a factor that does not affect equilibrium: pure substances. If a pure liquid or solid is involved in equilibrium, it is considered to have an equilibrium constant of 1 and is excluded from the equilibrium constant. For example, except in highly concentrated solutions, pure water is considered to have an activity of 1. Another example is solid carbon, which may be form by the reaction of two carbom monoxide molecules to form carbon dioxide and carbon.

Factors that do affect equilibrium include:

  • Adding reactant or product or a change in concentration affects equilibrium. Adding reactant can drive equilibrium to the right in a chemical equation, where more product forms. Adding product can drive equilibrium to the left, as more reactant forms.
  • Changing the temperature alters equilibrium. Increasing temperature always shifts chemical equilibrium in the direction of the endothermic reaction. Decreasing temperature always shifts equilibrium in the direction of the exothermic reaction.
  • Changing the pressure affects equilibrium. For example, decreasing the volume of a gas system increases its pressure, which increases the concentration of both reactants and products. The net reaction will see to lower the concentration of gas molecules.

Le Chatelier's principle may be used to predict the shift in equilibrium resulting from applying a stress to the system. Le Chatelier's principle states that a change to a system in equilibrium will cause a predictable shift in equilibrium to counteract the change. For example, adding heat to a system favors the direction of the endothermic reaction because this will act to reduce the amount of heat.


Chemical Equilibrium - PowerPoint PPT Presentation

PowerShow.com is 'n toonaangewende webwerf om aanbiedings/skyfievertonings te deel. Of jou aansoek besigheid, hoe-om, onderwys, medisyne, skool, kerk, verkope, bemarking, aanlyn opleiding of net vir die pret is, PowerShow.com is 'n wonderlike hulpbron. En die beste van alles is dat die meeste van die coolste funksies gratis en maklik is om te gebruik.

U kan PowerShow.com gebruik om voorbeeld aanlyn PowerPoint -ppt -aanbiedings te vind en af ​​te laai oor omtrent enige onderwerp wat u kan voorstel, sodat u kan leer hoe u u eie skyfies en aanbiedings gratis kan verbeter. Of gebruik dit om hoëgehalte-hoe-om PowerPoint-ppt-aanbiedings te vind en af ​​te laai met geïllustreerde of geanimeerde skyfies wat jou sal leer hoe om iets nuuts te doen, ook gratis. Of gebruik dit om u eie PowerPoint -skyfies op te laai, sodat u dit met u onderwysers, klas, studente, base, werknemers, kliënte, potensiële beleggers of die wêreld kan deel. Of gebruik dit om baie oulike foto-skyfievertonings te skep - met 2D- en 3D-oorgange, animasie en jou keuse van musiek - wat jy met jou Facebook-vriende of Google+-kringe kan deel. Dit is ook alles gratis!

Vir 'n klein fooi kan u die beste privaatheid op die internet kry, of u aanbiedings en skyfievertonings in die openbaar met die beste ranglys bevorder. Maar afgesien daarvan is dit gratis. Ons sal selfs u aanbiedings en skyfievertonings omskakel in die universele Flash -formaat met al hul oorspronklike multimedia -glorie, insluitend animasie-, 2D- en 3D -oorgangseffekte, ingebedde musiek of ander klank, of selfs video wat in skyfies ingebed is. Alles gratis. Die meeste aanbiedings en skyfievertonings op PowerShow.com is gratis om te sien, baie is selfs gratis om af te laai. (Jy kan kies of jy mense sal toelaat om jou oorspronklike PowerPoint-aanbiedings en foto-skyfievertonings af te laai teen 'n fooi of gratis of glad nie.) Kyk vandag na PowerShow.com - GRATIS. Daar is werklik iets vir almal!

gratis aanbiedings. Of gebruik dit om hoëgehalte-hoe-om PowerPoint-ppt-aanbiedings te vind en af ​​te laai met geïllustreerde of geanimeerde skyfies wat jou sal leer hoe om iets nuuts te doen, ook gratis. Of gebruik dit om u eie PowerPoint -skyfies op te laai, sodat u dit met u onderwysers, klas, studente, base, werknemers, kliënte, potensiële beleggers of die wêreld kan deel. Of gebruik dit om baie oulike foto-skyfievertonings te skep - met 2D- en 3D-oorgange, animasie en jou keuse van musiek - wat jy met jou Facebook-vriende of Google+-kringe kan deel. Dit is ook alles gratis!


Acid/Base Equilibrium

Acids and bases het 'n chemical equilibrium in solution. At chemical equilibrium, the products and reactants have reached a state of balance. Reactions may still be taking place within the sample, but the forward and reverse reactions are taking place at the same rate, so the concentrations of the products and reactants are not changing with time.

Concepts related to acid base equilibrium include designing buffers and plotting pH curves.

Additionally, determining the acid base equilibrium can help in predicting the products of a reaction and the relative concentration of the products, as well as aiding in the identification of the weaker acid and base.

Weak acids and bases are common in nature. For example, many insects of the order hymenoptera, including bees, wasps, and ants, use a weak acid (formic acid) as a weapon when they bite or sting. As a result, many animals avoid contact with these insects. In order for the weaponized acid to be effective, it must produce enough hydrogen ions to wound the bee's enemy, but not enough to dissolve the bee's stinger and organs. Formic acid

This defense occasionally backfires, as other animals have adapted their own pH in response to formic acid. Anteaters, a species well known for feasting on anthills, do not produce the hydrochloric acid (a strong acid) that most animals rely on for digestion. The anteaters are attracted to the ants, because they need the formic acid to break up their stomach contents.

Giant Anteater [1]