Χημική Ισορροπία και Παράγοντες που την Επηρεάζουν

Μια απλή χημική αντίδραση είναι η αλλαγή στη συγκέντρωση των αντιδρώντων και ο σχηματισμός προϊόντων. Όταν το σύστημα φτάσει στο στάδιο στο οποίο δεν υπάρχει περαιτέρω αλλαγή στη συγκέντρωση των αντιδρώντων ή των προϊόντων με το χρόνο, η κατάσταση είναι γνωστή ως χημική ισορροπία. Σε αυτή την κατάσταση, ούτε η συγκέντρωση των αντιδρώντων αλλάζει με το χρόνο, ούτε ο σχηματισμός προϊόντων. Η αντίδραση φθάνει σε στατική κατάσταση χωρίς περαιτέρω θραύση δεσμού ή σχηματισμό δεσμού. Με άλλα λόγια, η χημική ισορροπία είναι μια κατάσταση στην οποία ο ρυθμός της αντίδρασης προώθησης είναι ίσος με τον ρυθμό της προς τα πίσω ή αντίστροφης αντίδρασης. Στη χημεία συγκέντρωσης, η κατάσταση ισορροπίας δεν προτιμά την αλλαγή στη συγκέντρωση των εμπλεκόμενων ουσιών. Ας καταλάβουμε τα πάντα για τη χημική ισορροπία λεπτομερώς!

Ποιο είναι το στάδιο ισορροπίας;

Γνωστό και ως δυναμική ισορροπία, αυτό το στάδιο είναι η κατάσταση κατά την οποία ο ρυθμός προώθησης και αντίδρασης προς τα πίσω γίνεται ισοδύναμος. Με άλλα λόγια, ο αριθμός των αντιδραστηρίων που έχουν μετατραπεί σε προϊόντα και ο αριθμός των προϊόντων που έχουν μετατραπεί σε αντιδρώντα είναι ο ίδιος. Υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες όπως η συγκέντρωση, η θερμοκρασία, η πίεση και ο καταλύτης που επηρεάζουν την κατάσταση ισορροπίας σε μια συγκεκριμένη αντίδραση.

Τύποι χημικής ισορροπίας 

Γενικά, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι χημικής ισορροπίας. Αν και και οι δύο χημικές ισορροπίες περιλαμβάνουν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα, είναι λίγο διαφορετικά μεταξύ τους. Εδώ εξηγούνται και οι δύο τύποι χημικής ισορροπίας.

1. Ομογενής χημική ισορροπία – 

Οι αντιδράσεις στις οποίες τόσο τα αντιδρώντα όσο και τα εμπλεκόμενα προϊόντα βρίσκονται στην ίδια φάση ή κατάσταση. Δηλαδή, είτε τα αντιδρώντα και τα προϊόντα θα είναι παρόντα σε αέρια κατάσταση, είτε θα είναι όλα σε στερεή ή υγρή κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι δεν επιτρέπεται καμία διαφορά κατάστασης ή φάσης σε ανομοιογενή χημική ισορροπία. Αυτές οι αντιδράσεις χωρίζονται περαιτέρω σε δύο κατηγορίες:

Οι αντιδράσεις στις οποίες ο αριθμός των μορίων στα αντιδρώντα είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων των προϊόντων. Ας κατανοήσουμε τον τύπο παίρνοντας ένα παράδειγμα.

1)  H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g)

2)  N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g)

Ένας άλλος τύπος ομοιογενούς αντίδρασης είναι η αντίδραση κατά την οποία ο αριθμός των αντιδρώντων δεν είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων των προϊόντων. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα για να μάθετε περισσότερα για τον τύπο.

 1) 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g )

2) COCl2 (g) ⇌ CO (g) + Cl2 (g )

2.  Ετερογενής χημική ισορροπία 

Ένας άλλος τύπος χημικής ισορροπίας είναι στην οποία τα αντιδρώντα αντιδρούν και τα προϊόντα που σχηματίζονται βρίσκονται σε διαφορετικές καταστάσεις. Μερικά από τα εμπλεκόμενα αντιδρώντα μπορεί να είναι στερεά, ενώ άλλα μπορεί να είναι αέρια, στερεά ή υγρά. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα ετερογενούς χημικής ισορροπίας.

 1) CO2 (g) + C (s) ⇌ 2CO (g ) 

2) CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2 (g )

Επομένως, η χημική ισορροπία βασίζεται εξ ολοκλήρου στη φάση των αντιδρώντων και των προϊόντων.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη Χημική Ισορροπία 

Σύμφωνα με την αρχή του Le-Chatelier, ορισμένοι παράγοντες επηρεάζουν άμεσα τη χημική ισορροπία. Αυτά είναι η συγκέντρωση, η θερμοκρασία, η πίεση και ο καταλύτης. Εάν κάποιος από τους παράγοντες αλλάξει, επηρεάζει άμεσα την κατάσταση της χημικής ισορροπίας. Τόσο η φυσική όσο και η χημική εργασία ισορροπίας βασίζεται στην αρχή του Le-Chatelier. Εδώ είναι οι άλλοι παράγοντες που σχετίζονται με τη χημική ισορροπία.

Αλλαγή συγκέντρωσης 

Όταν η συγκέντρωση του διαλύματος αλλάζει, επηρεάζει άμεσα τη χημική κατάσταση ισορροπίας της αντίδρασης. Εδώ είναι τρία κύρια σημεία για το πώς ένα συμπυκνωμένο διάλυμα επηρεάζει τη χημική ισορροπία.

1) Όταν η συγκέντρωση των αντιδρώντων αυξάνεται, η αντίδραση κινείται προς την κατεύθυνση στην οποία καταναλώνεται το προστιθέμενο αντιδρών. Εάν η ποσότητα στην πλευρά του αντιδρώντος αυξηθεί, η αντίδραση θα τείνει να προχωρήσει.

2) Εναλλακτικά, όταν η συγκέντρωση των αντιδρώντων είναι μειωμένη. Η αντίδραση τείνει να κινείται σε μια αντίστροφη αντίδραση για να επιτευχθεί χημική ισορροπία. Αυτό σημαίνει ότι εάν η ποσότητα στην πλευρά του προϊόντος αυξηθεί, η αντίδραση θα τείνει να κινηθεί προς την πίσω κατεύθυνση.

3)  Κατά τη διάρκεια της αλλαγής της συγκέντρωσης των αντιδρώντων και των προϊόντων, επηρεάζεται και η σύνθεση του μείγματος.

Αλλαγή πίεσης 

Σε κάθε αντίδραση, η μεταβολή της πίεσης συνδέεται άμεσα με τη μεταβολή του όγκου. Όταν η πίεση σε οποιοδήποτε αντιδραστήριο ή προϊόν αλλάζει, αλλάζει άμεσα την αέρια αντίδραση.

Αλλαγή θερμοκρασίας 

Μεταξύ των διαφόρων παραγόντων συγκέντρωση, θερμοκρασία, πίεση και καταλύτη που σχετίζονται με την αντίδραση ισορροπίας, η θερμοκρασία παίζει ζωτικό ρόλο στην αντίδραση. Η θερμοκρασία και η σταθερά ισορροπίας είναι αντιστρόφως ανάλογες μεταξύ τους. Εάν η θερμοκρασία αυξάνεται σε μια συγκεκριμένη αντίδραση, η σταθερά ισορροπίας μειώνεται. Προϋπόθεση είναι η αντίδραση να είναι εξώθερμη. Εναλλακτικά, η σταθερά ισορροπίας αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας στην ενδόθερμη αντίδραση. Εκτός από τη μεταβολή της σταθεράς ισορροπίας, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης επηρεάζεται από την αλλαγή της θερμοκρασίας. Αυτή η ιδέα βασίζεται στην αρχή του Le-Chatelier, στην οποία η χημική ισορροπία μετατοπίζεται στην πλευρά του αντιδρώντος όταν η θερμοκρασία αυξάνεται. Αλλά η αντίδραση πρέπει να είναι εξώθερμη.

Επίδραση του καταλύτη

Όταν επηρεάζει άμεσα τη χημική ισορροπία, ο καταλύτης δεν παίζει σημαντικό ρόλο. Όμως η λειτουργία του είναι να επιταχύνει την αντίδραση. Η χρήση ενός καταλύτη αυξάνει εξίσου την ταχύτητα των αντιδράσεων προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Αυτό, με τη σειρά του, βοηθά την αντίδραση να φτάσει στην κατάσταση ισορροπίας με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό. Ο καταλύτης παρέχει στην αντίδραση μια εναλλακτική διαδρομή χαμηλότερης ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση μπορεί εύκολα να φτάσει στην κατάσταση ισορροπίας χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη.

Παραδείγματα χημικής ισορροπίας 

Σε οποιαδήποτε χημική αντίδραση, η αντίδραση ξεκινά με διαφορετικά αντιδραστήρια και προϊόντα. Τα αντιδρώντα μετατρέπονται απευθείας σε προϊόντα, και στην αρχή, οι δύο συνθέσεις είναι διαφορετικές. Καθώς όμως η αντίδραση προχωρά, φτάνει ένα σημείο όπου ο ρυθμός προώθησης και αντίδρασης προς τα πίσω γίνεται ισοδύναμος. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα που αντιπροσωπεύουν τη χημική ισορροπία.

1)   N2O4 ⇌ 2NO2

2)   PCl5 ⇌ PCl3 +PCl2

3)   N2 + H2 ⇌ 2NH3

 Συμπέρασμα

Όταν συμβαίνει οποιαδήποτε χημική αντίδραση, επηρεάζει άμεσα τη συγκέντρωση των αντιδρώντων που υπάρχουν σε αυτήν. Από την άλλη πλευρά, νέα προϊόντα σχηματίζονται με το σχηματισμό νέου δεσμού. Όταν μια αντίδραση δεν είναι δυνατή, αυτή η κατάσταση είναι γνωστή ως κατάσταση χημικής ισορροπίας και ο σχηματισμός προϊόντος σταματά. Ο χρόνος στον οποίο επιτυγχάνεται η χημική ισορροπία σε μια συγκεκριμένη αντίδραση εξαρτάται άμεσα από πολλούς παράγοντες όπως η συγκέντρωση, η θερμοκρασία, η πίεση και ο καταλύτης. Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο θα σας βοηθήσει να αποκτήσετε μια βαθιά εικόνα για τη χημική ισορροπία και τους παράγοντες που την επηρεάζουν.