Παράγοντες που επηρεάζουν τη Χημική Ισορροπία

Σε μια χημική αντίδραση, υπάρχουν πάντα διαφορετικοί αριθμοί ατόμων και μορίων. Υπάρχουν ορισμένοι κανόνες σχετικά με το πώς πρέπει να αλλάζουν αυτοί οι αριθμοί όταν αναμιγνύετε χημικά. Για παράδειγμα, εάν δύο αέρια συνδυάζονται, τότε η συνολική ποσότητα αερίου πρέπει να παραμείνει η ίδια. Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός των μορίων στο μείγμα παραμένει ο ίδιος. Αυτό είναι γνωστό ως χημική ισορροπία.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη χημική ισορροπία

Η θερμοκρασία, η πίεση και η συγκέντρωση επηρεάζουν την κατάσταση ισορροπίας σε ένα σύστημα. Αλλάξτε σε οποιοδήποτε από αυτά ή αλλάξτε πόση ποσότητα υπάρχει και θα δείτε την ισορροπία να διαταράσσεται. Η ισορροπία αποκαθίσταται όταν όλα επανέλθουν στο φυσιολογικό.

Η αρχή του Le Chatelier είναι μια παρατήρηση σχετικά με τις χημικές ισορροπίες των διεργασιών. Ισχυρίζεται ότι οι αλλαγές στη θερμοκρασία, την πίεση, τον όγκο ή τη συγκέντρωση ενός συστήματος θα προκαλέσουν προβλέψιμες και αντίθετες αλλαγές προκειμένου να επιτευχθεί μια νέα κατάσταση ισορροπίας. Στην πράξη, η προσέγγιση του Le Chatelier μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατανόηση των περιστάσεων αντίδρασης που ενθαρρύνουν την ενισχυμένη παραγωγή προϊόντων.

Αλλαγές στη συγκέντρωση

Όταν προσθέτουμε ένα επιπλέον συστατικό σε μια αντίδραση, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά (προς τη δεξιά πλευρά). Μπορείτε επίσης να μειώσετε τη συγκέντρωση οποιουδήποτε συστατικού ή να το αφαιρέσετε εντελώς. Αυτό θα μετατοπίσει την ισορροπία προς τα αριστερά, προς το αρχικό σημείο εκκίνησης.

Το αντίθετο ισχύει επίσης. Όταν προσθέτουμε περισσότερο προϊόν σε ένα σύστημα, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά για να δημιουργηθούν περισσότερα αντιδρώντα. Εναλλακτικά, η αφαίρεση των αντιδρώντων από το σύστημα προκαλεί μετατόπιση της ισορροπίας προς τα αριστερά.

Οι αναστρέψιμες αντιδράσεις είναι αυτοδιορθωτικές. Όταν τεθούν εκτός ισορροπίας λόγω μεταβολών στις συγκεντρώσεις, τις θερμοκρασίες ή τις πιέσεις, το σύστημα θα διορθωθεί αυτόματα.

Η ισορροπία αυτής της διαδικασίας, στην οποία το μονοξείδιο του άνθρακα και το αέριο υδρογόνο συνδυάζονται για να δημιουργήσουν μεθανόλη, αποτελεί παράδειγμα αυτού:

CO + 2H2 ⇌ CH3OH

Ας υποθέσουμε ότι αυξάνουμε τη συγκέντρωση του CO στο σύστημα. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η ποσότητα της μεθανόλης θα αυξηθεί, μειώνοντας τη συνολική μεταβολή του CO. Εάν προσθέσουμε ένα είδος στη συνολική αντίδραση, η απόκριση θα ωφελήσει την πλευρά που αντιτίθεται στην προσθήκη του είδους.

Αλλαγές στην πίεση

Ο όγκος ποικίλλει, με αποτέλεσμα να αλλάζει η πίεση. Επειδή η συνολική ποσότητα των αέριων αντιδραστηρίων και προϊόντων έχει αλλάξει, μια αλλαγή στην πίεση μπορεί να έχει επίδραση στην αέρια διεργασία. Εάν ο αριθμός των γραμμομορίων αέριων αντιδραστηρίων και προϊόντων παραμένει σταθερός, η πίεση δεν επηρεάζει την ισορροπία. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η μεταβολή της πίεσης τόσο στα υγρά όσο και στα στερεά μπορεί να αγνοηθεί σε ετερογενή χημική ισορροπία αφού ο όγκος ενός διαλύματος είναι σχεδόν ανεξάρτητος από την πίεση. Ως αποτέλεσμα, η αλλαγή του όγκου έχει την ακόλουθη επίδραση στην ισορροπία:

• Η αντίδραση αντιστρέφεται καθώς αυξάνεται η πίεση επειδή μειώνεται η ποσότητα γραμμομορίων αερίου στην πλευρά του αντιδραστηρίου.
• Επειδή η ποσότητα των γραμμομορίων αερίου στην πλευρά του προϊόντος μειώνεται καθώς πέφτει η πίεση, η αντίδραση προχωρά.

Προσθήκη αδρανούς αερίου

Προσθήκη σταθερού όγκου αδρανούς αερίου- Όταν ένας σταθερός όγκος αδρανούς αερίου εισάγεται στο σύστημα ισορροπίας, η συνολική πίεση αυξάνεται. Οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και του προϊόντος, από την άλλη πλευρά, θα παραμείνουν σταθερές. Ως αποτέλεσμα, υπό αυτές τις συνθήκες, δεν θα υπάρξει καμία επίδραση στην ισορροπία. Ο αριθμός των γραμμομορίων ανά μονάδα όγκου διαφόρων αντιδραστηρίων και προϊόντων θα μειωθεί. Ως αποτέλεσμα, η ισορροπία θα αλλάξει προς όφελος της αύξησης του αριθμού των γραμμομορίων αερίου.

Αλλαγές στη θερμοκρασία

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς μια ενδόθερμη διαδικασία. Η μείωση της θερμοκρασίας, από την άλλη πλευρά, μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση παραγωγής θερμότητας, ευνοώντας τις εξώθερμες διεργασίες. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η επίδραση της θερμοκρασίας στη χημική ισορροπία ορίζεται από το πρόσημο του Η στην αντίδραση.

Η θερμότητα της αντίδρασης είναι αυτή που καθορίζει την επίδραση της θερμοκρασίας στην ισορροπία. Θυμηθείτε ότι σε μια ενδόθερμη διαδικασία, η θερμότητα απορροφάται και η τιμή του Η είναι θετική. Έτσι, η θερμότητα μπορεί να θεωρηθεί ως αντιδρών σε μια ενδόθερμη αντίδραση:

Θερμότητα + A ⇌ B; ΔH =θετικό

Το σενάριο είναι ακριβώς το αντίστροφο για μια εξώθερμη διαδικασία. Καθώς παράγεται θερμότητα κατά την αντίδραση, είναι προϊόν. Έτσι η τιμή του H είναι αρνητική:

A ⇌ B + θερμότητα ; ΔH =αρνητικό

Εάν θεωρούμε ότι η θερμότητα είναι ένα αντιδραστήριο ή ένα προϊόν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την αρχή του Le Chatelier με τον ίδιο τρόπο που γίνεται για την αύξηση ή τη μείωση των συγκεντρώσεων. Για παράδειγμα, η αύξηση της θερμοκρασίας μιας ενδόθερμης αντίδρασης είναι ουσιαστικά ίδια με την προσθήκη επιπλέον αντιδρώντων στο σύστημα, και έτσι, σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η ισορροπία θα μετακινηθεί προς τα δεξιά. Η μείωση της θερμοκρασίας σε μια ενδόθερμη αντίδραση, από την άλλη πλευρά, θα μετακινήσει την ισορροπία προς τα αριστερά επειδή η μείωση της θερμοκρασίας ισοδυναμεί με την εξάλειψη ενός αντιδραστηρίου σε αυτήν την κατάσταση.

Επίδραση ενός καταλύτη:

Ένας καταλύτης επιταχύνει μόνο μια αντίδραση και δεν επηρεάζει τη χημική ισορροπία. Επιταχύνει εξίσου και τις αντίστροφες και τις μπροστινές αντιδράσεις. Αυτό επηρεάζει την αντίδραση να επιτύχει την ισορροπία της πιο γρήγορα. Ο ίδιος αριθμός προϊόντων και αντιδρώντων υπάρχουν σε ισορροπία σε μια καταλυόμενη και μη καταλυόμενη αντίδραση. Η παρουσία ενός καταλύτη διεγείρει μόνο την αντίδραση ώστε να προχωρήσει μέσω μιας μεταβατικής κατάστασης χαμηλής ενέργειας των αντιδρώντων σε προϊόντα.

Συμπέρασμα

Η θερμοκρασία, η πίεση και η συγκέντρωση του συστήματος είναι όλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ισορροπία. Όταν ένα από αυτά τα στοιχεία αλλάζει, η ισορροπία του συστήματος αλλάζει και το σύστημα επαναπροσαρμόζεται μέχρι να ξαναβρεί την ισορροπία. Τα μέρη που ακολουθούν περνούν από μερικά από τα πιο σημαντικά στοιχεία που επηρεάζουν την ισορροπία.