Kemijsko ravnotežje

Pojasnjuje vam: Inštruktorica Nika

Poznamo dva tipa reakcij:

Enosmerne (=nepovratne) reakcije so tiste, ki potekajo v eni smeri-reaktanti se pretvorijo v produkte. Pri pisanju enosmernih reakciji uporabljamo enosmerno puščico. Reakcije potekajo dokler ne zmanjka produktov.
A + B —> C + D
v=k[A][B]

Primer: Mg + 2HCl —> MgCl2 + H2
v=k[Mg][HCl]
Oboje smerne(=povrtane) ali dvosmerne reakcije potekajo v obe smeri. Reaktanti se pretvarjajo v produkte in produkti nazaj v reaktante. Pri pisanju enačb ravnotežnih reakciji uporabljamo dvosmerno puščico.
A + B ⇌ C + D
V1=k[A][B]
V2=k[C][D]

Ravnotežne reakcije so reakcije pri katerih se del reaktantov pretvori v produkte na kar se med reaktanti in produkti vzpostavi dinamično ravnotežje. To je stanje ravnotežnega sistema v katerem sta hitrosti kemijskih sprememb v obeh smereh enaki.

V1=V2

Dinamično ravnotežje
Na grafu koncentracija v odvisnosti od časa sta z svetlo modro in rdečo krivuljo zarisani spremembi koncentracije reaktantov. Z oranžno in s temno modro pa sta zarisani krivulji produktov. Levo od črtkane črte se koncentracija ne spreminja več. Pravimo, da je stalna.

Ravnotežje delimo na dve vrsti-glede na to v kakšnem agregatnem stanju so snovi.

Če so v istem agregatnem stanju je to homogeno ravnotežje
Primer: 2SO2 (g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
Če so v različnem agregatnem stanju je to heterogeno ravnotežje
Primer: CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)

Ravnotežna konstanta

Ravnotežna konstanta (Kc) predstavlja razmerje med množinskimi koncentracijami produktov in reaktantov.
Kc > 1 prevlada produktov
Kc < 1 prevlada reaktantov

Za reakcijo aA + bB ⇌ cC + dD, kjer so a, b, c in d koeficienti urejene enačbe, zapišemo konstanto ravnotežja:

Naloga uredi kemijsko enačbo in določi konstanto ravnotežja:

Zgled težje naloge: Na začetku imamo 4 mol ogljikovega monoksida in 3,4 mol vode. Zanima nas kolikšna je koncentracija CO2, če nastane 2,2 mol vodika.

V prvem delu naloge uredimo kemijsko reakcijo in izpišemo podatke.
CO + H20 ⇌ CO2 + H2
n(CO)= 4 mol
n(H2O)= 3,4 mol
n(H2) = 2,2 mol
V= 1 L
V drugem delu vaje ustvarimo tabelo tako, da prepišemo reaktante in produkte v zgornjo vrstico tabele. Na skrajno desno stran vpišemo začetek, potek in ravnotežje.
V tretjem delu vaje izpolnimo tabelo. Ker nas naloga sprašuje po koncentracijah v tabelo vpisujemo koncentracije.

Na začetku produktov nimamo. Zato v zgornjo vrstico pri produktih zapišemo 0.

V četrtem delu vaje izpolnimo drugo vrstico tabele. Pomagamo si z neznanko x, pri reaktantih zapišemo minus saj se ti porabljajo, produkti nastajajo, zato zapišemo s plusom.

V petem delu vaje izpolnimo še tretjo vrstico. Pomagamo si z besedilom v katerem piše, da je nastalo 2,2 mol H2. Zopet izračunamo c in to zapišemo v tabelo.

Ta del enačbe med seboj enačimo, da dobimo neznanko x.
0+x=2,2 mol/L x=2,2mol/L
Zdaj lahko do konca izpolnimo tabelo. Na mesto x vstavimo 2,2 mol/l.

Le Chatelierovo načelo

Ravnotežni sistem se odzove na spremembo temperature, tlaka in koncentracij snovi, ki sodelujejo v kemijskem ravnotežju.

Temperatura: Pri povišanju temperature se ravnotežje pomakne v smer endotermne reakcije. Pri znižanju temperature pa v smeri eksotermne reakcije.

Tlak: Pri povišanju tlaka (ali zmanjšanju volumna) se ravnotežje pomakne v smeri nastanka manjšega števila molekul, pri znižanju tlaka (zvišanju volumna) pa v smeri večjega števila molekul.

Koncentracija: Pri povečanju koncentracije reaktantov ali zmanjšanju koncentracije produktov se ravnotežje pomakne v smeri produktov. Pri zmanjšanju koncentracije reaktantov ali povečanju koncentracije produktov se ravnotežje pomakne v smeri reaktantov.

Naloga: Kam se premakne kemijsko ravnotežje?
PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 (∆Hr > O)
a) Povečamo temperaturo —>
b) Zmanjšamo tlak —>
c) Povečamo volumen —>
č) Povečamo koncentracijo PCl5 —>
d) Zmanjšamo koncentracijo PCl5 <—
e) Dodamo katalizator Ni spremembe

Nadaljevanje razlage: Protolitske reakcije