Le Chatelier ilkesi. Kimyasal dengede değişiklik. Le Chatelier Prensibi Le Chatelier Prensibi Örnekleri

Biyografik kilometre taşları

Le Chatelier, Paris'te bir maden mühendisi ailesinde doğdu. Babası, küçük yaşlardan itibaren oğluna bilime ilgi aşıladı. Annem, “Düzen, medeniyetin en mükemmel şekillerinden biridir” düsturuyla beni titizlik ve disiplin içinde yetiştirdi. Le Chatelier, ilk ve orta öğrenimini Rolland College'da alırken aynı zamanda Harp Akademisi'nde okudu.

Eğitimini Politeknik Okulu'nda ve daha sonra Paris Yüksek Madencilik Okulu'nda aldı. Le Chatelier, öğrenimi sırasında A.E. için çalıştı. Saint-Clair Deville laboratuvarda, College de France'da derslere katıldı. Doğa bilimleri, eski diller ve dini konularla ilgileniyordu.

Besançon ve Paris'te maden mühendisi olarak çalıştı.

1875'te evlendi.

1878'den 1919'a kadar - Yüksek Madencilik Okulu'nda profesör ve hemen hemen aynı anda (1898-1907) - Collège de France'da profesör.

1886 - Legion of Honor Şövalyesi.

1907'den 1925'e kadar olan dönemde. Paris Üniversitesi'nde doçent ve kimya bölüm başkanı olarak çalıştı.

1898'de Collège de France'da inorganik kimya öğrettiği Paul Schützenberg'in yerini aldı.

1907 - madenlerin baş müfettişi.

1907'den beri - Paris Bilimler Akademisi üyesi.

1916'da Londra Kraliyet Cemiyeti Le Chatelier'e Davy Madalyası'nı verdi.

1931'den beri - Fransız Kimya Derneği Başkanı. St. Petersburg Bilimler Akademisi'nin yabancı muhabir üyesi ve SSCB Bilimler Akademisi'nin fahri üyesi de dahil olmak üzere birçok bilim akademisi ve bilimsel topluluğun üyesiydi.

Le Chatelier 1936'da 85 yaşında öldü.

Bilimsel aktivite

Başlıca bilimsel başarılar şunları içerir:

1. Grizu (F. Mallard ve P. E. M. Berthelot ile birlikte) yanma, tutuşma, patlama ve patlama süreçlerini inceledi.
2. Yüksek sıcaklıklarda gazların ısı kapasitelerini belirlemek için bir yöntem önerdi.
3. Metalurjide kimyasal ve teknolojik süreçler okudu.
4. Dış etki altındaki bir denge sistemindeki dengenin, verilen eylemin tersi yönde değişeceğine göre kimyasal dengenin yer değiştirme yasasını formüle etti (Le Chatelier ilkesi).
5. Vücutların sıcaklığının renklerine göre belirlenmesine olanak tanıyan bir termoelektrik pirometre tasarladı; opak cisimlerin incelenmesine yardımcı olan metalografik bir mikroskop yarattı, metallerin ve alaşımların yapısını incelemek için geliştirilmiş yöntemler.
6. İki metal ve iki tuzdan oluşan sistemlerin kristalleşme sıcaklık rejimini inceleyerek çözeltiler ve alaşımlar arasındaki analojiyi doğruladı.
7. Çimento hazırlama yöntemlerini ve özelliklerini inceledi, çimento yakma ve sertleşme sorunlarını araştırdı. Çimento sertleşmesi teorisi olan “kristalleşme” teorisini yarattı.
8. Bir maddenin çözünme sürecinin sıcaklığı, çözünürlüğü ve füzyon ısısı arasındaki ilişkiyi kuran bir termodinamik denklem türetmiştir.
9. Platin-rodyum termokuplunu icat etti.
10. Amonyak sentezinin koşullarını keşfetti.

Tersine çevrilebilir bir reaksiyonun denge durumu süresiz olarak sürebilir (dışarıdan müdahale olmadan). Ancak böyle bir sisteme dış bir etki uygulanırsa (son veya başlangıç ​​maddelerinin sıcaklığının, basıncının veya konsantrasyonunun değişmesi), o zaman denge durumu bozulacaktır. Reaksiyonlardan birinin hızı diğerinin hızından daha büyük olacaktır. Zamanla sistem yeniden denge durumuna gelecektir, ancak başlangıç ​​ve son maddelerin yeni denge konsantrasyonları orijinal olanlardan farklı olacaktır. Bu durumda kimyasal dengede şu ya da bu yönde bir değişiklikten söz ederler.

Eğer dış bir etki sonucunda ileri reaksiyonun hızı geri reaksiyonun hızından büyükse, bu kimyasal dengenin sağa kaydığı anlamına gelir. Tersine reaksiyonun hızı artarsa, bu kimyasal dengenin sola kaydığı anlamına gelir.

Denge sağa kaydığında, başlangıç ​​maddelerinin denge konsantrasyonları azalır ve son maddelerin denge konsantrasyonları, başlangıç ​​denge konsantrasyonlarına göre artar. Buna bağlı olarak reaksiyon ürünlerinin verimi de artar.

Kimyasal dengenin sola kayması, başlangıç ​​maddelerinin denge konsantrasyonlarında bir artışa ve son ürünlerin denge konsantrasyonlarında bir azalmaya neden olur ve bunların verimi azalır.

Kimyasal dengedeki değişimin yönü Le Chatelier ilkesi kullanılarak belirlenir: “Kimyasal denge durumundaki bir sisteme dış bir etki uygulanırsa (reaksiyona katılan bir veya daha fazla maddenin sıcaklığı, basıncı, konsantrasyonu değişir), bu bu reaksiyonun oranında bir artışa yol açacak ve bunun gerçekleşmesi etkiyi telafi edecek (azaltacaktır).

Örneğin başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonu arttıkça ileri reaksiyonun hızı artar ve denge sağa kayar. Başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonu azaldığında ise tersine reaksiyonun hızı artar ve kimyasal denge sola kayar.

Sıcaklık arttığında (yani sistem ısıtıldığında), denge endotermik reaksiyona doğru, azaldığında (yani sistem soğuduğunda) ekzotermik reaksiyona doğru kayar. (İleri reaksiyon ekzotermik ise, o zaman ters reaksiyon mutlaka endotermik olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir).

Sıcaklıktaki bir artışın kural olarak hem ileri hem de geri reaksiyonların hızını arttırdığı, ancak endotermik reaksiyonun hızının ekzotermik reaksiyonun hızından daha büyük ölçüde arttığı vurgulanmalıdır. Buna göre, sistem soğutulduğunda ileri ve geri reaksiyonların hızları azalır, ancak aynı ölçüde değildir: ekzotermik bir reaksiyon için bu, endotermik bir reaksiyona göre önemli ölçüde daha azdır.

Basınçtaki bir değişiklik, yalnızca iki koşulun karşılanması durumunda kimyasal dengedeki değişimi etkiler:

reaksiyona katılan maddelerden en az birinin gaz halinde olması gerekir, örneğin:

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) - basınçtaki bir değişiklik dengenin yer değiştirmesini etkiler.

CH3COOH (sıvı) + C2H5OH (sıvı) CH3COOC2H5 (sıvı) + H2O (sıvı) – basınçtaki bir değişiklik kimyasal dengedeki değişimi etkilemez çünkü başlangıç ​​veya son maddelerin hiçbiri gaz halinde değildir;

eğer birkaç madde gaz halinde ise, böyle bir reaksiyon için denklemin sol tarafındaki gaz moleküllerinin sayısının denklemin sağ tarafındaki gaz moleküllerinin sayısına eşit olmaması gerekir, örneğin:

2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) – basınç değişiklikleri denge değişimini etkiler

I 2(g) + H 2(g) 2НI (g) – basınç değişikliği denge değişimini etkilemez

Bu iki koşul karşılandığında, basınçtaki bir artış dengede bir reaksiyona doğru kaymaya neden olur ve bu durumun oluşması sistemdeki gaz moleküllerinin sayısını azaltır. Örneğimizde (SO2'nin katalitik yanması) bu doğrudan bir reaksiyon olacaktır.

Aksine, basınçtaki bir azalma, dengeyi daha fazla sayıda gaz molekülünün oluşmasıyla meydana gelen reaksiyona doğru kaydırır. Örneğimizde bu tam tersi bir reaksiyon olacaktır.

Basınçtaki bir artış, sistemin hacminde bir azalmaya ve dolayısıyla gaz halindeki maddelerin molar konsantrasyonlarında bir artışa neden olur. Sonuç olarak ileri ve geri reaksiyonların hızı artar, ancak aynı oranda değil. Benzer bir şemaya göre basınçtaki bir azalma, ileri ve geri reaksiyon oranlarında bir azalmaya yol açar. Ancak aynı zamanda dengenin kaydığı reaksiyon hızı da daha az azalır.

Katalizör denge değişimini etkilemez çünkü hem ileri hem de geri reaksiyonları aynı ölçüde hızlandırır (ya da yavaşlatır). Onun varlığında kimyasal denge yalnızca daha hızlı (veya daha yavaş) kurulur.

Bir sistem aynı anda birden fazla faktörden etkileniyorsa, bu faktörlerin her biri diğerlerinden bağımsız hareket eder. Örneğin amonyak sentezinde

N 2(gaz) + 3H 2(gaz) 2NH3(gaz)

reaksiyon ısıtılarak ve hızının arttırılması için bir katalizör varlığında gerçekleştirilir, ancak sıcaklığın etkisi reaksiyonun dengesinin sola, ters endotermik reaksiyona doğru kaymasına neden olur. Bu, NH3 çıkışında bir azalmaya neden olur. Sıcaklığın bu istenmeyen etkisini telafi etmek ve amonyak verimini arttırmak için sistemdeki basınç aynı anda artırılır, bu da reaksiyonun dengesini sağa kaydırır, yani. daha az gaz molekülünün oluşumuna doğru.

Bu durumda, reaksiyon için en uygun koşullar (sıcaklık, basınç) deneysel olarak seçilir; bu koşullar altında reaksiyon yeterince yüksek bir hızda ilerleyebilir ve nihai üründen ekonomik açıdan uygun bir verim elde edilebilir.

Le Chatelier prensibi, kimya endüstrisinde de ulusal ekonomi için büyük önem taşıyan çok sayıda farklı maddenin üretiminde benzer şekilde kullanılmaktadır.

Le Chatelier ilkesi yalnızca tersinir kimyasal reaksiyonlara değil aynı zamanda diğer çeşitli denge süreçlerine de uygulanabilir: fiziksel, fizikokimyasal, biyolojik.

Yetişkin insan vücudu, biyolojik olarak aktif maddelerin konsantrasyonları da dahil olmak üzere çeşitli biyokimyasal göstergeler dahil olmak üzere birçok parametrenin göreceli sabitliği ile karakterize edilir. Ancak böyle bir duruma denge denemez çünkü açık sistemler için geçerli değildir.

İnsan vücudu, herhangi bir canlı sistem gibi, çevreyle sürekli olarak çeşitli maddeler alışverişinde bulunur: yiyecekleri tüketir ve oksidasyon ve çürüme ürünlerini serbest bırakır. Bu nedenle bir organizma için tipiktir. kararlı halÇevreyle sabit bir madde ve enerji alışverişinde parametrelerinin sabitliği olarak tanımlanır. İlk yaklaşıma göre, durağan bir durum, gevşeme süreçleriyle birbirine bağlanan bir dizi denge durumu olarak düşünülebilir. Denge durumunda, reaksiyona katılan maddelerin konsantrasyonları, başlangıç ​​ürünlerinin dışarıdan yenilenmesi ve son ürünlerin dışarıya çıkarılması nedeniyle korunur. Vücuttaki içeriklerinin değişmesi, kapalı sistemlerden farklı olarak yeni bir termodinamik dengeye yol açmaz. Sistem orijinal durumuna geri döner. Böylece, vücudun iç ortamının bileşiminin ve özelliklerinin göreceli dinamik sabitliği korunur ve bu, fizyolojik fonksiyonlarının stabilitesini belirler. Canlı bir sistemin bu özelliğine farklı adlar verilir. homeostazis.

Bir organizmanın sabit durumdaki yaşamı boyunca, kapalı denge sisteminin aksine, entropide bir artış meydana gelir. Bununla birlikte, bununla birlikte, ters süreç de eş zamanlı olarak meydana gelir - çevreden düşük entropi değerine sahip besinlerin (örneğin, yüksek moleküler bileşikler - proteinler, polisakkaritler, karbonhidratlar vb.) tüketimi nedeniyle entropide bir azalma ve ayrışma ürünlerinin çevreye salınması. I.R. Prigogine'in görüşüne göre, durağan durumdaki bir organizmanın toplam entropi üretimi minimuma düşme eğilimindedir.

Dengesizlik termodinamiğinin gelişimine büyük bir katkı yapılmıştır. I. R. Prigozhy 1977'de Nobel Ödülü sahibi, "dengenin olmadığı herhangi bir sistemde denge durumunda olan yerel alanlar vardır" diye savundu. Klasik termodinamikte denge tüm sistemi ifade eder, ancak dengesizlik durumunda yalnızca tek tek parçaları ifade eder.

Bu tür sistemlerde entropinin embriyogenez sırasında, rejenerasyon süreçlerinde ve malign neoplazmların büyümesi sırasında arttığı tespit edilmiştir.

Bir yönde ilerleyen ve tamamlanmaya giden reaksiyonlara denir. geri döndürülemez. Birçoğu yok. Reaksiyonların çoğu geri dönüşümlüdür; zıt yönlerde akarlar ve sonuna kadar gitmezler. Örneğin, 350°C'deki J2 + H2D2HJ reaksiyonu tipik bir tersinir reaksiyondur. Bu durumda hareketli bir kimyasal denge kurulur ve doğrudan ve ters süreçlerin hızları eşitlenir.

Kimyasal Denge- ileri ve geri reaksiyon oranlarının eşit olduğu reaksiyona giren maddeler sisteminin durumu.

Kimyasal dengeye dinamik denge denir. Dengede hem ileri hem de geri reaksiyonlar meydana gelir; hızları aynıdır, bunun sonucunda sistemdeki değişiklikler fark edilmez.

Kimyasal dengede oluşturulan reaktanların konsantrasyonlarına denge konsantrasyonları denir. Genellikle köşeli parantez kullanılarak gösterilirler, örneğin , , .

Kimyasal dengenin niceliksel bir özelliği, kimyasal denge sabiti adı verilen bir değerdir. Genel formdaki reaksiyon için: mA + nB = pC + qD

Kimyasal denge sabiti şu şekildedir:

Reaktanların sıcaklığına ve doğasına bağlıdır, ancak konsantrasyonlarına bağlı değildir. Denge sabiti, reaktanların her birinin konsantrasyonu 1 mol/l ise, ileri reaksiyon hızının geri reaksiyon hızından kaç kat daha büyük olduğunu gösterir. K'nın fiziksel anlamı budur.

Reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonu, sıcaklık ve basınçtaki (gaz reaksiyonları durumunda) değişikliklerle kimyasal dengenin yer değiştirme yönü, olarak bilinen genel durumla belirlenir. mobil denge ilkesi veya Le Chatelier'in ilkesi: Dengede olan bir sisteme herhangi bir dış etki yapılırsa (konsantrasyon, sıcaklık, basınç değişiklikleri), bu iki zıt reaksiyondan birinin oluşmasını kolaylaştırır ve bu da etkiyi zayıflatır.

Tüm katalizörlerin hem ileri hem de geri reaksiyonları eşit derecede hızlandırdığı ve bu nedenle dengedeki değişimi etkilemediği, yalnızca daha hızlı gerçekleşmesine katkıda bulunduğu unutulmamalıdır.

Problem çözme örnekleri

Örnek 1.

Sıcaklıktaki 70 °C'lik artışla hızın 128 kat arttığını bilerek reaksiyon hızının sıcaklık katsayısını hesaplayın.

Çözüm:

Hesaplama için Van't Hoff kuralını kullanıyoruz:

Cevap: 2

Örnek 2.

Belirli bir reaksiyon 70°C'de 40 dakikada tamamlanıyorsa hangi sıcaklıkta 0,5 dakikada tamamlanır? Reaksiyon sıcaklık katsayısı 2,3'tür.

Çözüm:

Hesaplama için Van't Hoff kuralını kullanıyoruz . t 2'yi bulun:

Cevap: 122.6 0°C

Örnek 3.

Sistemdeki basınç iki katına çıkarsa N 2 (g) + 3H 2 (g) = NH 3 (g) doğrudan reaksiyonunun hızı kaç kez değişecektir?

Çözüm:

Sistemdeki basıncın 2 kat artması, sistemin hacminin 2 kat azalmasına eşdeğerdir. Bu durumda reaktanların konsantrasyonları 2 kat artacaktır. Kütle etki yasasına göre başlangıç ​​reaksiyon hızı V n = k·· 3'tür.

Basıncı 2 kat arttırdıktan sonra nitrojen ve hidrojen konsantrasyonları 2 kat artacak ve reaksiyon hızı V k = k·2·2 3 3 = k·32·3'e eşit olacaktır. V/Vn oranı, basınçtaki bir değişiklikten sonra reaksiyon hızının nasıl değişeceğini gösterir. Bu nedenle V k /V n = k 32 3 /(k 3) = 32.

Cevap: reaksiyon hızı 32 kat artacaktır.

Örnek 4.

Fosfor pentaklorürün endotermik reaksiyonu PC1 5 (g) ↔ PC1 3 (g) + C1 2 (g) denklemine göre ilerler; ∆Н = +92,59 kJ. Nasıl değiştirilir: a) sıcaklık; b) basınç; c) dengeyi doğrudan reaksiyona - PC1 5'in ayrışmasına doğru kaydıracak konsantrasyon?

Çözüm:

Kimyasal dengedeki bir yer değiştirme veya kayma, reaksiyon koşullarından birindeki bir değişikliğin sonucu olarak reaksiyona giren maddelerin denge konsantrasyonlarındaki bir değişikliktir. Dengenin kaydığı yön Le Chatelier prensibi ile belirlenir: a) PC15'in ayrışma reaksiyonu endotermik (H > 0) olduğundan, dengeyi doğrudan reaksiyona kaydırmak için sıcaklığın arttırılması gerekir: b) bu sistemde PC15'in ayrışması hacimde bir artışa yol açtığından (bir gaz molekülünden iki gazlı molekül oluşur), o zaman dengeyi doğrudan reaksiyona kaydırmak için basıncı azaltmak gerekir; c) dengede belirtilen yönde bir kayma, PC1 5 konsantrasyonunun arttırılması veya PC1 3 veya Cl 2 konsantrasyonunun azaltılması yoluyla sağlanabilir.

Henri Le Chatelierşimdi kendi adını taşıyan prensibi formüle etti.

İlkenin özü: Dış etkiler (sıcaklık, basınç, reaktan konsantrasyonundaki değişiklikler vb.) altında, kararlı bir kimyasal denge durumunda olan bir sistem, etkiyi telafi ederek denge durumuna dönme eğilimindedir.

Denge, yeni koşullara karşılık gelen yeni bir denge konumu oluşana kadar kayacaktır.

İlkenin şu olduğu defalarca öne sürülmüştür. La Chatelier:

- bir tür geri bildirim olarak değerlendirilebilir (sistem üzerinde bir etki vardır ve bunun yanıtı vardır);

- sadece kimyasal reaksiyonlar alanında değil aynı zamanda psikoloji, sosyoloji, ekoloji vb. alanlarda da kullanılabilir.

Cansız Doğada olumsuz geri bildirimlerin varlığı muhtemelen ilk olarak Henri Louis Le Chatelier(1850-1936) - Fiziksel kimya ve metaller alanında Fransız bilim adamı. 1884'te Le Chatelier ilkesi adı verilen, dış etkenlere bağlı olarak kimyasal dengenin yer değiştirmesine ilişkin genel yasayı formüle etti. Fiziksel ve kimya bilimlerinde A. L. Le Chatelier tarafından formüle edilen bir denge yasası vardır. Belli bir dengede olan sistemlerin bunu sürdürme eğilimi gösterdiğini ve onu değiştiren kuvvetlere karşı iç direnç gösterdiğini söylüyor. Örneğin, O C'de ve normal atmosfer basıncında bir kapta su ve buzun dengede olmasını sağlayın. Kap ısıtılırsa buzun bir kısmı erir, ısıyı emer ve böylece karışımın önceki sıcaklığını korumaya devam eder. Dış basıncı arttırırsanız, buzun bir kısmı tekrar suya dönüşür ve daha az hacim kaplar, bu da artan basıncı zayıflatır.

Diğer sıvılar, suyun aksine, dondurulduğunda hacim olarak artmaz, azalır; Aynı karışım koşulları altında, artan basınç altında tam tersi bir değişiklik gösterirler: sıvının bir kısmı donar; Önceki durumda olduğu gibi baskının bu şekilde zayıfladığı açıktır. Le Chatelier'in prensibi her adımda çözümlere, kimyasal reaksiyonlara ve vücut hareketlerine uygulanarak çok çeşitli durumlarda sistemik değişikliklerin önceden tahmin edilmesine olanak tanır.

Ancak birçok gözlemin gösterdiği gibi aynı yasa, dengede olan biyolojik, zihinsel ve sosyal sistemlere de uygulanabilir. Örneğin insan vücudu, dış soğutmaya, iç oksidatifi ve kendi ısısını üreten diğer süreçleri artırarak tepki verir; aşırı ısınmaya - ısıyı uzaklaştıran buharlaşma süreçlerini artırarak. Normal bir ruh, dış koşullar nedeniyle duyumların sayısı azaldığında, örneğin bir kişi hapse girdiğinde, bu eksikliği fantezi çalışmasını güçlendirerek ve ayrıntılara dikkati geliştirerek telafi ediyor gibi görünüyor; tam tersine, izlenimlerle aşırı yüklendiğinde ayrıntılara yönelik dikkat azalır, fantezinin etkinliği zayıflar vb.

Le Chatelier yasasının evrenselliği sorununun herhangi bir özel bilim tarafından ortaya atılamayacağı ve sistematik olarak incelenemeyeceği açıktır: fiziksel kimya zihinsel sistemlerle, biyoloji - inorganik olanlarla, psikoloji - maddi olanlarla ilgilenmez. Ancak genel organizasyonel bakış açısından bakıldığında, sorunun sadece oldukça mümkün değil, aynı zamanda tamamen kaçınılmaz olduğu açıktır.

Bogdanov A.A. , Tektoloji: 2 kitapta genel organizasyon bilimi, Kitap 1, M., İktisat, 1989, s. 139.

2.6. Kimyasal dengede değişiklik. Le Chatelier'in ilkesi

Sistem denge durumundaysa, dış koşullar sabit kaldığı sürece dengede kalacaktır.

Bunlardan en önemlisi, dengede yer alan herhangi bir maddenin konsantrasyonundaki, basınç veya sıcaklıktaki değişikliklerden kaynaklanan dengesizlik durumlarıdır.

Bu vakaların her birini ele alalım.

Dengeye katılan herhangi bir maddenin konsantrasyonu arttığında denge bu maddenin tüketimine doğru kayar; Bir maddenin konsantrasyonu azaldığında denge bu maddenin oluşumu yönünde kayar.

Örneğin reaksiyon için

Sisteme ilave miktarda hidrojen verelim. Kütle etki yasasına göre, hidrojen konsantrasyonundaki bir artış, ileri reaksiyonun (HI sentez reaksiyonu) hızında bir artışa neden olurken, ters reaksiyonun hızı değişmeyecektir. İleri yönde reaksiyon artık ters yönde olduğundan daha hızlı ilerleyecektir; denge sağa kayar yani ileri reaksiyon yönünde. Konsantrasyonlar ters yönde değiştiğinde, dengenin sola kayması– ters reaksiyon yönünde.

2. Sistemi sıkıştırarak basınç arttığında denge, gaz moleküllerinin sayısındaki azalmaya doğru kayar, yani. azalan basınç yönünde; basınç azaldığında denge, gaz moleküllerinin sayısındaki artışa doğru kayar, yani. artan baskıya doğru.

Reaksiyon için

basınçtaki bir artış dengeyi sağa kaydırmalıdır (solda gazların mol sayısı 3, sağda - 2).

Reaksiyonun gaz molekülü sayısı değişmeden ilerlemesi durumunda sistemin sıkışması veya genişlemesi sırasında denge bozulmaz. Örneğin, sistemde

hacim değiştiğinde denge bozulmaz; HI çıkışı basınçtan bağımsızdır.

3. Sıcaklık arttıkça denge endotermik reaksiyon yönünde, sıcaklık azaldıkça ise ekzotermik reaksiyon yönünde kayar.

Dolayısıyla amonyak sentezi ekzotermik bir reaksiyondur ( ΔH)

sola doğru - amonyağın ayrışmasına doğru kayar, çünkü bu işlem ısının emilmesiyle gerçekleşir.

Tersine, nitrik oksit (II) sentezi endotermik bir reaksiyondur ( ΔН>0)

Bu nedenle sıcaklık arttıkça sistemdeki denge bozulur.
NO oluşumuna doğru sağa kayar.

Kimyasal dengesizliğin ele alınan örneklerinde görülen modeller genel durumun özel durumlarıdır. Le Chatelier'in ilkesi:

Dengede olan bir sisteme herhangi bir darbe uygulandığında, içinde meydana gelen işlemler sonucunda denge, etkiyi azaltacak yönde kayacaktır.

Heterojen kimyasal denge de Le Chatelier ilkesine uyar, ancak katı başlangıç ​​malzemeleri ve reaksiyon ürünleri, heterojen kimyasal dengenin değişimini etkilemez.

2.7. Tipik sorunları çözme

Örnek 1. Başlangıç ​​konsantrasyonlarının 0,02 mol/l ve НI'nin denge konsantrasyonunun 0,03 mol/l olduğu biliniyorsa, hidrojen ve iyotun denge konsantrasyonlarını hesaplayın. Denge sabitini hesaplayın.

Çözüm. Reaksiyon denkleminden

H 2 +I 2 ↔ 2HI

0,03 mol HI oluşumunun 0,015 mol hidrojen ve aynı miktarda iyot gerektirdiği, dolayısıyla denge konsantrasyonlarının eşit ve 0,02 - 0,015 = 0,005 mol/l olduğu ve denge sabitinin olduğu görülebilir.

.

Örnek 2. Sistemde
Maddelerin denge konsantrasyonları
=0,3 mol/l,
=0,2 mol/l ve
=1,2 mol/l. Sistemin denge sabitini ve başlangıç ​​klor ve karbon monoksit konsantrasyonlarını hesaplayın.

Çözüm. Reaksiyon denkleminden 1,2 mol oluşumu için açıktır.
1.2 mol tüketilir
Ve
. Bu nedenle, klorun başlangıç ​​konsantrasyonu 0,3 + 1,2 = 1,5 mol/l, karbon monoksit 0,2 + 1,2 = 1,4 mol/l'dir. Denge sabiti

Örnek 3. Başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonları üç kat arttırılırsa, karbon (II) monoksitin oksijenle etkileşiminin reaksiyon hızı kaç kat artacaktır?

Çözüm. 1) Reaksiyon denklemini yazın:

Kitle eylemi yasasına göre

2) gösterelim
, Daha sonra:

3) Başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonu 3 kat arttığında şunu elde ederiz:

, A

4) Reaksiyon hızını hesaplayın :

yani reaksiyon hızı 27 kat artacaktır.

Örnek 4. Reaksiyon hızının sıcaklık katsayısı 3 ise sıcaklık 40˚C arttığında kimyasal reaksiyonun hızı kaç kat artar?

Çözüm. Van't Hoff kuralına göre:

yani reaksiyon hızı 81 kat artacaktır.

Örnek 5. 30˚C sıcaklıktaki reaksiyon 2 dakika sürer. Sıcaklık katsayısı 2 ise bu reaksiyonun 60˚C sıcaklıkta tamamlanması ne kadar sürer?

Çözüm. 1) Van’t Hoff kuralına göre:

2) Reaksiyon hızı, reaksiyon süresiyle ters orantılıdır, dolayısıyla:

Örnek 6. Nitrik oksit (IV) oluşumuna yönelik reaksiyon denklemle ifade edilir

Basınç 3 kat arttırılırsa ve sıcaklık sabit kalırsa ileri ve geri reaksiyonların hızı nasıl değişir? Hızdaki bu değişiklik dengede bir kaymaya neden olur mu?

Çözüm. Basınç artışından önce nitrik oksit (II), oksijen ve nitrik oksitin (IV) denge konsantrasyonları şu şekilde olsun: = a, = b,

C ise ileri reaksiyonun hızı

,

ters reaksiyon hızı

.

Basınç 3 kat arttığında tüm reaktiflerin konsantrasyonları aynı miktarda artacaktır: = 3a, = 3b, = 3c.

İleri reaksiyonun hızı şu şekilde olacaktır:

Ters reaksiyonun hızı şu şekilde olacaktır:

.

İleri reaksiyonun hızı 27 kat, ters reaksiyonun hızı ise 9 kat arttı. Denge, Le Chatelier ilkesiyle tutarlı olan ileri reaksiyona doğru kayacaktır.

Örnek 7. Sistemdeki dengeyi nasıl etkiliyorlar?

, (ΔН

a) basınçta azalma;

b) sıcaklıkta artış;

c) başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonunu arttırmak mı?

Çözüm. Le Chatelier ilkesine göre, basınçtaki bir azalma, dengenin hacminde bir artışa yol açan reaksiyona doğru kaymasına yol açacaktır; tam tersi bir tepkiye doğru. Sıcaklıktaki bir artış dengenin endotermik reaksiyona doğru kaymasına yol açacaktır; tam tersi bir tepkiye doğru. Ve son olarak, başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonundaki bir artış, dengede reaksiyon ürünlerinin oluşumuna doğru bir kaymaya yol açacaktır; doğrudan tepkiye doğru.

Örnek 8. Kimyasal dengeyi göz önünde bulundurun

İki denge karışımı için NH3'ün denge konsantrasyonlarını belirleyelim:

1. = 0,1 M ve = 0,1 M.

2. =1,0 M ve = 0,1 M.

Denge sabiti K = 6,0 ∙ 10 -2, 525 ˚С'de

Çözüm. Kimyasal denge sabiti için bir ifade oluşturalım, bilinen miktarları bunun içine koyalım ve hesaplamalar yapalım.

Kimyasal dengenin ilk versiyonu:

Neresi

Kimyasal dengenin ikinci versiyonu

Neresi

Çözüm. Denge karışımındaki N2 (reaktif) konsantrasyonu arttıkça NH3 (reaksiyon ürünü) konsantrasyonu da artar.

2.8. Bağımsız olarak çözülmesi gereken sorunlar

1. Sistemdeki hidrojen konsantrasyonu kaç kat artırılmalıdır?

yani reaksiyon hızı 125 kat mı artar?

2. Reaksiyon hızı nasıl değişecek?

sistemdeki basınç iki katına çıkarsa ne olur?

3. Nitrik oksit (II) ile klor arasındaki reaksiyon aşağıdaki denkleme göre ilerler:

Reaksiyon hızı arttıkça nasıl değişir:

a) nitrik oksit konsantrasyonu iki katına çıktı;

b) klor konsantrasyonu iki katına çıktı;

c) Her iki maddenin konsantrasyonu iki katına çıkar mı?

4. 150˚C'de reaksiyonun bir kısmı 16 dakikada tamamlanır. Sıcaklık katsayısını 2,5'a eşit alarak bu reaksiyonun 80˚C'de biteceği süreyi hesaplayın.

5. 40˚С sıcaklıkta reaksiyon 36 dakika sürer ve 60˚С'de 4 dakika sürer. Reaksiyon hızının sıcaklık katsayısını hesaplayın.

6. 100 0 C'deki bir reaksiyonun hızı 1'e eşittir. Aynı reaksiyon 10 0 C'de kaç kat daha yavaş ilerleyecektir (hızın sıcaklık katsayısı 2'ye eşit alınmıştır)?

7. Reaksiyon karışımı 50 0 C'den 20 0 C'ye soğutulduğunda kimyasal reaksiyonun hızı 27 kat azaldı. Bu reaksiyonun sıcaklık katsayısını hesaplayınız.

8. Aşağıdaki reaksiyonların her biri için kimyasal denge sabiti için matematiksel bir ifade yazın:

Bu görevi tamamlarken, reaksiyonlara katılan bazı maddelerin katı halde olmasına özellikle dikkat edin.

9. Reaksiyonun denge sabitini hesaplayın

denge konsantrasyonları eşitse

10. Dengeyi değiştirerek aşağıdaki reaksiyonların verimini artıran koşulları tahmin etmek için Le Chatelier ilkesini uygulayın:

, (ΔН

11. Verilen reaksiyonlar arasında, basınçtaki artışın kimyasal dengeyi sağa kaydırdığı reaksiyonları belirtiniz:

A)
;

B)
;

V)
;

G)
;

D)
;

12. Belirli bir sıcaklıkta sürecin denge sabiti

Н2 ve НСО'nin başlangıç ​​konsantrasyonları sırasıyla 4 mol/1 ve 3 mol/1 idi. CH3OH'nin denge konsantrasyonu nedir?

13. Reaksiyon 2A ↔ B denklemine göre ilerler. A maddesinin başlangıç ​​konsantrasyonu 0,2 mol/l'dir. Reaksiyonun denge sabiti 0,5'tir. Reaktanların denge konsantrasyonlarını hesaplayın.

14. Belirli bir sıcaklıkta reaksiyon sonucu oluşan sülfürik anhidrürün denge konsantrasyonu

,

0,02 mol/l idi. Kükürt dioksit ve oksijenin başlangıç ​​konsantrasyonları sırasıyla 0,06 ve 0,07 mol/l idi. Reaksiyonun denge sabitini hesaplayın.

KONU 3. ATOM YAPISI VE ELEMENTLERİN PERİYODİK SİSTEMİ D.I. MENDELEEV

3.1. Atom yapısının ilk modelleri

1897'de J. Thomson (İngiltere) elektronu keşfetti ve 1909'da R. Mulliken onun 1,6 · 10 -19 C'ye eşit olan yükünü belirledi. Bir elektronun kütlesi 9.11 ∙ 10-28 g'dir.1904'te J. Thomson, atomun serpiştirilmiş elektronlarla pozitif bir küre olarak temsil edilebileceği bir atom yapısı modeli önerdi.

1910 yılında E. Rutherford'un (İngiltere) laboratuvarında, metal folyoyu α-partikülleriyle bombardıman etmeye yönelik deneylerde, bazı α-partiküllerinin folyo tarafından saçıldığı tespit edildi. Bundan Rutherford, atomun merkezinde elektronlarla çevrili pozitif yüklü küçük bir çekirdeğin bulunduğu sonucuna vardı. Çekirdeklerin yarıçapları 10 -14 – 10 -15 m aralığındadır, yani. 10 4 – 10 Atom boyutundan 5 kat daha küçüktür. Rutherford protonun varlığını ve elektronun kütlesinin 1800 katı olan kütlesini öngördü.

1910'da Rutherford, güneş sistemindeki gezegenler gibi elektronların etrafında yörüngede hareket ettiği ağır bir çekirdekten oluşan atomun nükleer gezegen modelini önerdi. Bununla birlikte, elektromanyetik alan teorisinin gösterdiği gibi, bu durumda elektronlar spiral şeklinde hareket etmeli, sürekli enerji yayarak çekirdeğe düşmelidir.

Atomik spektrumlar. Bir madde ısıtıldığında ışın (radyasyon) yayar. Radyasyonun bir dalga boyu varsa, buna monokromatik denir. Çoğu durumda radyasyon birkaç dalga boyuyla karakterize edilir. Radyasyon monokromatik bileşenlere ayrıştırıldığında, bireysel bileşenlerinin spektral çizgiler olarak ifade edildiği bir radyasyon spektrumu elde edilir. Şekil 3.1'de. Hidrojenin atomik spektrumu gösterilmiştir. Hidrojenin atomik spektrumuna karşılık gelen dalga boyları Balmer denklemi ile belirlenir.

. (3.1)

burada λ – dalga boyu; R – Rydberg sabiti (109678 cm-1); n ve m tam sayılardır (Lyman serisi için n = 1, Balmer serisi için n = 2, Paschen serisi için n = 3; Lyman serisi için m = 2, 3, 4, m = 3, 4, 5 Balmer, m = 4, 5, 6 – Paschen serisi için).

Quanta ve Bohr modeli. 1900 yılında M. Planck (Almanya), maddelerin kuantum adını verdiği ayrık kısımlar halinde enerjiyi emip yaydığını öne sürdü. Kuantum enerjisi e radyasyon frekansı (salınım) ν ile orantılı:

,

burada – h – Planck sabiti (6,626∙10 -34 J s); ν = с/λ, с – ışık hızı; λ – dalga boyu.

1913'te Danimarkalı bilim adamı N. Bohr, Rutherford modelini ve Planck'ın teorisini kullanarak, hidrojen atomunun yapısının bir modelini önerdi; buna göre elektronlar çekirdeğin etrafında herhangi bir şekilde değil, yalnızca izin verilen yörüngelerde hareket ediyor. Elektronun belirli enerjileri vardır.Bir elektron bir yörüngeden diğerine hareket ettiğinde, atom kuantum formunda enerji emer veya yayar. Her yörüngenin, baş kuantum sayısı adı verilen bir n (1, 2, 3, 4,...) sayısı vardır. Bohr yörüngelerin yarıçaplarını hesapladı. İlk yörüngenin yarıçapı 5,29∙10 -13 m idi, diğer yörüngelerin yarıçapı şuna eşitti:

Elektron enerjisi (eV), ana kuantumun değerine bağlıydı.

Enerjinin negatif işareti, enerjisi ne kadar düşükse (ne kadar negatifse) o kadar kararlı olan bir sistemin kararlılığı anlamına gelir. Hidrojen atomu, elektron birinci yörüngedeyken (n=1) minimum enerjiye sahiptir. Bu duruma denir ana. Bir elektron daha yüksek yörüngelere hareket ettiğinde atom heyecanlı. Atomun bu durumu kararsızdır.

Pirinç. 3.1. Hidrojen atomunun enerji seviyelerinin ve kuantum geçişlerinin şeması

Atom, üst yörüngeden alt yörüngeye doğru hareket ederken, deneysel olarak bir dizi atom spektrumu şeklinde tespit edilen bir kuantum ışık yayar (Şekil 3.1.). Denklem (3.1)'deki n ve m değerleri, elektronun hareket ettiği (m) ve elektronun hareket ettiği (n) temel kuantum sayılarının değerlerine karşılık gelir. Bohr'un teorisi, elektronların enerjisini, bir elektronun bir seviyeden diğerine geçişi sırasında yayılan enerji kuantasının değerlerini hesaplamayı mümkün kıldı. Bohr'un teorisi deneysel olarak doğrulandı. Ancak bir elektronun manyetik alandaki davranışını ve tüm atomik spektral çizgileri açıklayamadı. Bohr'un teorisinin çok elektronlu atomlar için uygun olmadığı ortaya çıktı. Mikrokozmostaki keşiflere dayanarak yeni bir atom modeline ihtiyaç vardı.

3.2. Hidrojen atomunun kuantum mekanik modeli

Elektronun ikili doğası. 1905 yılında A. Einstein herhangi bir radyasyonun foton adı verilen bir enerji kuantumu akışı olduğunu öngördü. Einstein'ın teorisinden, ışığın ikili (parçacık-dalga) bir doğaya sahip olduğu sonucu çıkıyor.

1924'te Louis de Broglie (Fransa), elektronun aynı zamanda dalga-parçacık ikiliğiyle de karakterize edildiğini öne sürdü. Bu daha sonra kristaller üzerindeki kırınım deneyleriyle doğrulandı. De Broglie, m kütlesi ve ν hızı olan bir elektronun veya başka bir parçacığın dalga boyu λ ile ilgili bir denklem önerdi,

. (3.2)

De Broglie madde parçacıklarının dalgalarına maddi dalgalar adını verdi. Bunlar tüm parçacıkların veya cisimlerin karakteristiğidir. Ancak denklem (3.2)'nin ima ettiği gibi, makro cisimler için dalga boyu o kadar küçüktür ki şu anda tespit edilemez. Yani, kütlesi 1000 kg olan ve 108 km/saat (30 m/s) hızla hareket eden bir cisim için λ = 2,21·10 -38 m.

1927'de W. Heisenberg (Almanya), atom altı bir parçacığın (mikroparçacık) konumunun ve momentumunun herhangi bir zamanda mutlak doğrulukla belirlenmesinin temelde imkansız olduğunu öne süren belirsizlik ilkesini öne sürdü. Herhangi bir zamanda bu özelliklerden yalnızca biri belirlenebilir. 1926'da E. Schrödinger (Avusturya), bir atomdaki elektronun davranışının matematiksel bir tanımını türetti.

Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg'in yanı sıra dalga denklemini öneren Schrödinger'in çalışmaları, mikropartiküllerin hareketini ve etkileşimini inceleyen kuantum mekaniğinin temelini attı.

Orbital. Kuantum mekaniği kavramlarına uygun olarak elektronun enerjisini ve konumunu doğru bir şekilde belirlemek imkansızdır, bu nedenle atomun kuantum mekanik modelinde elektronun konumunu karakterize etmek için olasılıksal bir yaklaşım kullanılır. Uzayın belirli bir bölgesinde bir elektron bulma olasılığı, dalganın genliğini elektronun koordinatlarının bir fonksiyonu olarak karakterize eden dalga fonksiyonu ψ ile tanımlanır. En basit durumda, bu fonksiyon üç uzamsal koordinata bağlıdır ve şöyle adlandırılır: orbital. ψ tanımına göre, Yörünge, bir elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu uzay bölgesidir. Yörünge kavramının, Bohr'un teorisinde bir elektronun atom çekirdeği etrafındaki yolu anlamına gelen yörünge kavramından önemli ölçüde farklı olduğuna dikkat edilmelidir. Bir yörüngenin kapladığı uzay bölgesinin büyüklüğü genellikle içinde bir elektron bulma olasılığının en az %95 olacağı şekildedir.

Elektron negatif bir yük taşıdığı için yörüngesi belirli bir yük dağılımını temsil eder. elektronik bulut.

Kuantum sayıları. Bir atomdaki elektronun davranışını karakterize etmek için kuantum sayıları tanıtıldı: temel, yörünge, manyetik ve spin.

Ana kuantum sayısıN Elektron yörüngelerinin enerjisini ve boyutunu belirler. Ana kuantum sayısı 1,2,3,4,5,... değerlerini alır ve kabuğu veya enerji seviyesini karakterize eder. N ne kadar büyük olursa enerji de o kadar yüksek olur. Kabukların (seviyelerin) harf tanımları vardır: K (n = 1), L (n = 2), M (n = 3), N (n = 4), Q (n = 5), bir kabuktan elektron geçişleri (seviye) ) diğerine spektrum şeklinde görünebilen enerji kuantumunun salınımı eşlik eder (bkz. Şekil 3.1).

Yörünge kuantum numarasıben Atomik yörüngenin şeklini belirler. Elektronik kabuklar alt kabuklara bölünmüştür, dolayısıyla yörünge kuantum sayısı aynı zamanda bir atomun elektron kabuğundaki enerji alt düzeylerini de karakterize eder.

Yörünge kuantum sayıları 0'dan (n-1)'e kadar bir tamsayı değeri alır. Alt kabuklar ayrıca harflerle de belirtilir:

Alt kabuk (alt düzey)…………………s p d f

Yörünge kuantum sayısı, ben……………0 1 2 3

Yörünge kuantum sayısı 0 olan elektronlara denir S- elektronlar. Yörüngeler ve buna bağlı olarak elektron bulutları küresel bir şekle sahiptir (Şekil 3.2, a).

Yörünge kuantum numarası 1 olan elektronlar arandı P- elektronlar. Yörüngeler ve buna bağlı olarak elektron bulutları dambılı andıran bir şekle sahiptir (Şekil 3.2, b).

Yörünge kuantum sayısı 2 olan elektronlara denir. D– elektronlar. Yörüngeler dört loblu bir rozet şeklindedir (Şekil 3.2, c).

Yörünge kuantum sayısı 3 olan elektronlara denir F– elektronlar. Yörüngelerinin şekli d yörüngelerinin şeklinden bile daha karmaşıktır.

İlk kabukta (n=1) bir (s–), ikincide (n=2) iki (s- ve p-), üçüncüde (n=3) üç (s-, p-, d-) bulunabilir dördüncüde (n=4) dört (s-, p-, d-, f-)-alt kabuk vardır.

Manyetik kuantum sayısı M ben yörüngenin uzaydaki konumunu karakterize eder (bkz. Şekil 3.2).

Buna göre, alt kabukta s ( ben= 0) bir tane yörünge var ( M ben= 0), alt kabukta p ( ben= 1) – üç yörünge ( M ben= -1, 0, +1), d alt kabuğunda ( ben= 2) beş yörünge ( M ben = -2, -1, 0, +1, +2).

Atomik yörünge. Bir atomdaki her elektron yörüngesi (atom yörüngesi, AO), üç kuantum sayısı n ile karakterize edilebilir, ben Ve M ben .

Geleneksel olarak, bir atomik yörünge bir kutu şeklinde belirlenir.

Buna göre s-alt kabuğu için bir AO, p-alt kabuğu için ise üç spin AO vardır. iş... Belki olmak bağımsız... ders kitabı ödenek Sosyolojide İçin öğrencilerüniversiteler ...

Evrensel içerikli edebiyat

Edebiyat

Gönderilen görevler İçin bağımsız iş. Fayda amaçlanan İçin öğrencileröğrenim gören üniversiteler uzmanlıklar"Matematik" ve "Uygulamalı Matematik", Belki olmak Ayrıca...