Χημική Ισορροπία

Αν ο ρυθμός προς τα εμπρός αντίδρασης είναι ίσος με τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης, λέγεται ότι το σύστημα έχει φτάσει σε κατάσταση χημικής ισορροπίας. Λέγεται ότι ένα σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας όταν δεν υπάρχει περαιτέρω αλλαγή στις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων ως αποτέλεσμα των ίσων ρυθμών της μπροστινής και της αντίστροφης αντίδρασης. Η χημική ισορροπία είναι μια κατάσταση ισορροπίας σε μια χημική αντίδραση. Χημική ισορροπία είναι η κατάσταση της ισορροπίας με το περιβάλλον.

Δυναμική Ισορροπία

Ένα στάδιο ισορροπίας ορίζεται ως το σημείο στο οποίο ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης ισούται με τον ρυθμό της προς τα πίσω αντίδρασης. Σε αυτό το σημείο είναι ίσος ο αριθμός των μορίων των αντιδραστηρίων που μετατρέπονται σε προϊόντα και ο αριθμός των μορίων του προϊόντος που μετατρέπονται σε αντιδρώντα. Η χημική ισορροπία είναι δυναμική επειδή μπορεί να επιτευχθεί με τα ίδια αντιδραστήρια οπουδήποτε στον κόσμο υπό παρόμοιες συνθήκες και επειδή τα μόρια ανταλλάσσονται συνεχώς.

Κατηγορίες ισορροπίας 

1. Χημική Ισορροπία σε Ομοιογενές Περιβάλλον

Σε αυτόν τον τύπο χημικής ισορροπίας, τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της χημικής ισορροπίας βρίσκονται όλα στην ίδια φάση την ίδια στιγμή. Είναι δυνατόν να ταξινομηθεί περαιτέρω η ομογενής ισορροπία σε δύο τύπους:Μια αντίδραση όπου ο αριθμός των μορίων στα προϊόντα ισούται με τον αριθμό των μορίων στα αντιδρώντα είναι γνωστή ως αντιστοίχιση ένα προς ένα. Για παράδειγμα,

H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g).

N2 (g) + O2 (g) =2NO (g)

Αντιδράσεις στις οποίες ο αριθμός των μορίων που παράγονται από τα προϊόντα είναι μικρότερος από τον συνολικό αριθμό μορίων που παράγονται από τα αντιδρώντα. Για παράδειγμα,

2SO2 (g) + O2 (g) → 2SO3 (g) 

COCl2 (g) =CO (g) + Cl2 (g)

2. Χημική Ισορροπία σε Ετερογενές Περιβάλλον

Σε αυτόν τον τύπο χημικής ισορροπίας, τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της χημικής ισορροπίας υπάρχουν σε διαφορετικές φάσεις της αντίδρασης. Μερικά παραδείγματα ετερογενούς ισορροπίας παρέχονται στην παρακάτω ενότητα.

2CO =CO2 (g) + C (s) 

Όταν το CaCO3 (s) συνδυάζεται με CO2, το αποτέλεσμα είναι CO2 ( ζ)

Παράγοντες που επηρεάζουν την ισορροπία 

1. Εάν υπάρξει οποιαδήποτε αλλαγή στους παράγοντες που επηρεάζουν τις συνθήκες ισορροπίας, σύμφωνα με τον Le-law Chatelier's διατήρησης της ενέργειας, το σύστημα είτε θα εξουδετερώσει είτε θα μειώσει την επίδραση της ο συνολικός μετασχηματισμός του συστήματος. Αυτή η αρχή ισχύει και σε καταστάσεις χημικής και φυσικής ισορροπίας.

2. Υπάρχει μια ποικιλία παραγόντων που επηρεάζουν την ισορροπία, όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η συγκέντρωση του συστήματος. Η επόμενη ενότητα συζητά μερικούς από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη χημική ισορροπία.

3. Μια αλλαγή στη συγκέντρωση των αντιδρώντων ή των προϊόντων που προστέθηκαν προκαλείται από την αντίδραση που καταναλώνει την ουσία που έχει προστεθεί, μια αλλαγή στη συγκέντρωση των αντιδρώντων ή των προϊόντων που προστέθηκαν.

4. Η συγκέντρωση των αντιδρώντων ή των προϊόντων που αφαιρέθηκαν μειώνεται από την αντίδραση που συμβαίνει προς την κατεύθυνση που αναπληρώνει την ουσία που έχει αφαιρεθεί από το σύστημα.

5. Όταν αλλάζει η συγκέντρωση ενός αντιδραστηρίου ή ενός προϊόντος, η σύνθεση του μείγματος σε χημική ισορροπία αλλάζει ως αποτέλεσμα της αλλαγής της συγκέντρωσης.

1. Αλλαγή στην πίεση:

Όταν αλλάζει ο όγκος ενός υγρού, αλλάζει και η πίεση του υγρού. Επειδή ο συνολικός αριθμός των αέριων αντιδραστηρίων και προϊόντων έχει αλλάξει ως αποτέλεσμα της αλλαγής της πίεσης, είναι πιθανό να επηρεαστεί η αέρια αντίδραση. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, όταν επιτυγχάνεται μια χημική ισορροπία σε ετερογενείς συνθήκες, η αλλαγή της πίεσης μπορεί να αγνοηθεί τόσο στα υγρά όσο και στα στερεά, επειδή ο όγκος είναι ανεξάρτητος από την πίεση.

2. Αλλαγή στη θερμοκρασία: 

Σύμφωνα με το Le-Principle, η επίδραση της θερμοκρασίας στη χημική ισορροπία του Chatelier εξαρτάται από το πρόσημο του H της αντίδρασης.

Η σταθερά ισορροπίας μιας εξώθερμης αντίδρασης μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της αντίδρασης.

Μια ενδόθερμη αντίδραση είναι αυτή στην οποία η σταθερά ισορροπίας αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της αντίδρασης.

Ο ρυθμός της αντίδρασης επηρεάζεται επίσης από τη μεταβολή της θερμοκρασίας, εκτός από τη μεταβολή της σταθεράς ισορροπίας. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, όταν η θερμοκρασία μιας εξώθερμης αντίδρασης αυξάνεται, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την πλευρά του αντιδρώντος. Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία μιας ενδόθερμης αντίδρασης αυξάνεται, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την πλευρά του προϊόντος.

3. Μια επίδραση του καταλύτη: 

Ένας καταλύτης δεν έχει καμία επίδραση στη χημική ισορροπία μιας αντίδρασης. Χρησιμεύει μόνο για να επιταχύνει μια αντίδραση. Στην πραγματικότητα, ένας καταλύτης επιταχύνει τόσο τις μπροστινές όσο και τις αντίστροφες αντιδράσεις με τον ίδιο ρυθμό. Ως αποτέλεσμα, η αντίδραση φθάνει σε ισορροπία πιο γρήγορα από ό,τι θα ήταν διαφορετικά.

Ανεξάρτητα από το εάν η αντίδραση καταλύεται ή όχι, η ίδια ποσότητα αντιδρώντων και προϊόντων θα υπάρχει σε ισορροπία και στις δύο περιπτώσεις. Όταν υπάρχει ένας καταλύτης, η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει πιο γρήγορα μέσω μιας μεταβατικής κατάστασης χαμηλότερης ενέργειας των αντιδρώντων σε προϊόντα, αντί να σταματήσει εντελώς.

4. Η επίδραση της προσθήκης αδρανούς αερίου: 

Όταν ένα αδρανές αέριο όπως το αργό προστίθεται σε σταθερό όγκο μίγματος αντίδρασης, δεν συμμετέχει στην αντίδραση και επομένως δεν διαταράσσει την ισορροπία. Εάν το αέριο που προστίθεται είναι ένα αντιδραστήριο ή προϊόν που εμπλέκεται στην αντίδραση, το πηλίκο της αντίδρασης θα μεταβληθεί ανάλογα.

Παραδείγματα χημικής ισορροπίας

Είναι πιθανό τα προϊόντα να μετατραπούν ξανά σε αντιδραστήρια σε μια χημική αντίδραση. Τα αντιδρώντα θα μετατραπούν σε προϊόντα σε μια χημική αντίδραση με την πρόσθια αντίδραση. Οι χημικές συνθέσεις των δύο καταστάσεων, των αντιδρώντων και των προϊόντων, είναι διαφορετικές.

Είναι πιθανό οι ρυθμοί των αντιδράσεων προς τα εμπρός και προς τα πίσω να εξισωθούν μετά από ένα χρονικό διάστημα μετά την έναρξη της αντίδρασης. Μετά από αυτό, ο αριθμός των αντιδραστηρίων που μετατρέπονται θα σχηματιστεί ξανά με την αντίστροφη αντίδραση, με αποτέλεσμα οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων να παραμένουν αμετάβλητες για το υπόλοιπο της αντίδρασης. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει χημική ισορροπία μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων.

Σημαντική επίδραση της χημικής ισορροπίας 

Είναι χρήσιμο σε μια ποικιλία βιομηχανικών διεργασιών, όπως, για παράδειγμα,

Είναι δυνατή η παρασκευή αμμωνίας χρησιμοποιώντας τη διαδικασία Haber. Σε αυτή τη διαδικασία, το άζωτο αντιδρά με το υδρογόνο για να σχηματίσει αμμωνία. Η απόδοση αμμωνίας είναι υψηλότερη σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλές πιέσεις και όταν η διεργασία πραγματοποιείται παρουσία σιδήρου ως καταλύτη.

Χρησιμοποιώντας τη διαδικασία επαφών, μπορεί να παρασκευαστεί θειικό οξύ:Η θεμελιώδης αντίδραση σε αυτή τη διαδικασία είναι η οξείδωση του διοξειδίου του θείου για να σχηματιστεί τριοξείδιο του θείου. Απαιτείται χημική ισορροπία για αυτό.

Συμπέρασμα 

Επομένως, μπορούμε τελικά να συμπεράνουμε από ολόκληρο το άρθρο ότι η χημική ισορροπία συμβαίνει με την συνθήκη κατά τη διάρκεια μιας αναστρέψιμης χημικής αντίδρασης στην οποία δεν συμβαίνει καθαρή αλλαγή στις ποσότητες των αντιδρώντων και των προϊόντων. Μια αναστρέψιμη χημική αντίδραση είναι αυτή κατά την οποία τα προϊόντα, μόλις σχηματιστούν, αντιδρούν για να παράγουν τα αρχικά αντιδρώντα.