22.Поясніть вплив зміни концентрації та тиску на стан рівноваги.Наведіть приклад
Оборотні реакції не йдуть до кінця і закінчуються встановленням хімічної рівноваги — такого стану системи реагуючих речовин, за якого швидкості прямої та зворотної реакцій однакові. Стан хімічної рівноваги можна змістити в той або інший бік зміною зовнішніх умов: температури, тиску, концентрації речовин, що беруть участь у реакції. Ці зміни визначаються принципом динамічної рівноваги— принципом Ле Шательє: зовнішня дія на рівноважну систему зміщує рівновагу в напрямі ослаблення ефекту цієї дії. Із принципу Ле Шательє випливає: 1) при збільшенні концентрації однієї з реагуючих речовин рівновага зміщується у бік витрачання цієї речовини, а призменшенні концентрації — у бік її утворення; 2) зміна тиску зміщує рівновагу тільки в газових системах. Зі збільшенням тиску рівновага зміщується у бік зменшення об’єму (кількості речовини) газоподібних речовин, із зменшенням тиску — у бік збільшення об’єму (кількості речовини) газоподібних речовин. Якщо реакція проходить без зміни числа молекул (кількості речовини) газоподібних речовин, то тиск не впливає на стан рівноваги; 3) під час підвищення температури рівновага зміщується у бік перебігу ендотермічної реакції, під час зниження температури — екзотермічної реакції.
23.Поясніть принцип Ле-Шательє .Дайте поняття константи рівноваги.
Принцип Ле Шательє - Брауна (1884 р.) - якщо на систему, що знаходиться в стійкому рівновазі, впливати ззовні, змінюючи будь-яка з умов рівноваги (температура, тиск, концентрація, зовнішнє електромагнітне поле), то в системі посилюються процеси, спрямовані на компенсацію зовнішнього впливу.
Анрі Ле Шательє (Франція) сформулював цей термодинамічний принцип рухомого рівноваги, пізніше узагальнений Карлом Брауном [1].
Принцип стійкості застосуємо до рівноваги будь-якої природи: механічному, тепловому, хімічному, електричному (ефект Ленца, явище Пельтье). [2]
Вплив температури
Вплив температури залежить від знака теплового ефекту реакції. При підвищенні температури хімічна рівновага зміщується в напрямку ендотермічної реакції, при зниженні температури - в напрямку екзотермічної реакції. В загальному ж випадку при зміні температури хімічна рівновага зміщується в бік процесу, знак зміни ентропії в якому збігається зі знаком зміни температури. Залежність константи рівноваги від температури в конденсованих системах описується рівнянням ізобари Вант-Гоффа:
в системах з газовою фазою - рівнянням ізохори Вант-Гоффа
У невеликому діапазоні температур в конденсованих системах зв'язок константи рівноваги з температурою виражається наступним рівнянням:
Наприклад, в реакції синтезу аміаку
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q
тепловий ефект в стандартних умовах становить +92 кДж / моль, реакція екзотермічна, тому підвищення температури призводить до зміщення рівноваги в бік вихідних речовин і зменшення виходу продукту.
Вплив тиску
Тиск істотно впливає на положення рівноваги в реакціях за участю газоподібних речовин, що супроводжуються зміною обсягу за рахунок зміни кількості речовини при переході від вихідних речовин до продуктів:
При підвищенні тиску рівновагу зсувається в напрямку, в якому зменшується сумарна кількість молей газів і навпаки.
У реакції синтезу аміаку кількість газів зменшується вдвічі: N2 + 3H2 ↔ 2NH3
Значить, при підвищенні тиску рівновагу зміщується в бік утворення NH3, про що свідчать наступні дані для реакції синтезу аміаку при 400 ° C:
тиск, МПа 0,1 10 20 30 60 100
об'ємна частка NH3,% 0,4 26 36 46 66 80
Вплив інертних газів
Введення в реакційну суміш або освіту в ході реакції інертних газів діє так само, як і зниження тиску, оскільки знижується парціальний тиск реагуючих речовин. Слід зазначити, що в даному випадку в якості інертного газу розглядається газ, не бере участь в реакції. У системах із зменшенням кількості молей газів інертні гази зміщують рівновагу в бік вихідних речовин, тому у виробничих процесах, в яких можуть утворюватися або накопичуватися інертні гази, потрібно періодична продувка газоводів.
Вплив концентрації
Вплив концентрації на стан рівноваги підпорядковується наступним правилам:
При підвищенні концентрації одного з вихідних речовин рівновагу зсувається в напрямку утворення продуктів реакції;
При підвищенні концентрації одного з продуктів реакції рівновагу зсувається в напрямку утворення вихідних речовин.
Константа рівноваги (рос. константа равновесия, равновесное отношение; англ. equilibrium constant, equilibrium ratio; нім. Gleichgewichtskonstante f) –
1) Відношення пружності пари індивідуального вуглеводню Q до тиску суміші вуглеводнів рс:
k = Q/pc.
2) Відношення молярної частки уі і-ого компонента багатокомпонентної системи в паровій (газовій) фазі до молярної частки хі цього ж компонента в рідинній фазі при даних тиску і температурі або відношення тиску насиченої пари рі і-ого компонента багатокомпонентної системи при заданій температурі до тиску р в багатокомпонентній системі при цій же температурі, тобто . Визначена таким чином константа рівноваги зберігає свою величину до тисків у декілька десятих МПа.
24.Які ви знаєте типи хімічних звязків?
Відомо, що атоми можуть сполучатися один з одним з утворенням як простих, так і складних речовин. При цьому утворюються різного типу хімічні зв'язки: іонний, ковалентний (неполярнаий і полярний), металевий і гідрогенний. Одна з найбільш істотних властивостей атомів елементів, що визначають, який зв'язок утвориться між ними - іонна або ковалентна, - це електронегативність, тобто здатність атомів в сполуці притягати до себе електрони.
Умовну кількісну оцінку електронегативності дає шкала відносних електронегативностей.
У періодах спостерігається загальна тенденція зростання електронегативності елементів, а в групах - їх падіння. Елементи по електронегативностям розташовують в ряд, на основі якого можна порівняти електронегативності елементів, що знаходяться в різних періодах.
Тип хімічного зв'язку залежить від того, наскільки велика різниця значень електронегативності атомів елементів, що сполучаються. Чим більше відрізняються по електронегативності атоми елементів, створюючих зв'язок, тим хімічний зв'язок полярніше. Провести різку межу між типами хімічних зв'язків не можна. У більшості сполук тип хімічного зв'язку виявляється проміжним; наприклад, сильнополярний ковалентний хімічний зв'язок близький до іонного зв'язку. У залежності від того, до якого з граничних випадків ближче по своєму характеру хімічний зв'язок, її відносять або до іонного, або до ковалентного полярного зв'язку.
Іонний зв'язок.
Іонний зв'язок утвориться при взаємодії атомів, які різко відрізняються один від одного за електронегативністю. Наприклад, типові метали літій(Li), натрій(Na), калій(K), кальцій (Ca), стронцій(Sr), барій(Ba) утворять іонний зв'язок з типовими неметалами, в основному з галогенами.
Крім галогенидів лужних металів, іонний зв'язок також утвориться в таких сполуках, як луги і солі. Наприклад, в гідроксиді натрію(NaOH) і сульфаті натрію(Na2SO4) іонні зв'язки існують тільки між атомами натрію і оксигену (інші зв'язки - ковалентніполярні).
Ковалентний неполярний зв'язок.
При взаємодії атомів з однаковою електронегативністю утворяться молекули з ковалентним неполярним зв'язком. Такий зв'язок існує в молекулах наступних простих речовин: H2, F2, Cl2, O2, N2. Хімічні зв'язки в цих газах утворені за допомогою загальних електронних пар, тобто при перекритті відповідних електронних хмар, зумовленому електронно-ядерною взаємодією, які здійснює при зближенні атомів.
Складаючи електронні формули речовин, потрібно пам'ятати, що кожна загальна електронна пара - це умовне зображення підвищеної електронної щільності, виникаючої внаслідок перекриття відповідних електронних хмар.
Ковалентний полярний зв'язок.
При взаємодії атомів, значення електронегативностей яких відрізняються, але не різко, відбувається зміщення загальної електронної пари до більш електронегативного атома. Це найбільш поширений тип хімічного зв'язку, який зустрічається як в неорганічних, так і органічних сполуках.
До ковалентних зв'язків в повній мірі відносяться і ті зв'язки, які утворені по донорно-акцепторному механізму, наприклад в іонах гидроксонія і амонія.
Металевий зв'язок.
Зв'язок, який утвориться внаслідок взаємодії відносно вільних електронів з іонами металів, називаються металевим зв'язком. Цей тип зв'язку характерний для простих речовин- металів.
Суть процесу утворення металевого зв'язку складається в наступному: атоми металів легко віддають валентні електрони і перетворюються в позитивні заряджені іони. Відносно вільні електрони, що відірвалися від атома, переміщаються між позитивними іонами металів. Між ними виникає металевий зв'язок, т. е. Електрони як би цементують позитивні іони кристалічних ґраток металів.
Гідрогенний зв'язок.
Зв'язок, який утвориться між атомів гідрогену однієї молекули і атомом сильно електронегативного елементу (О, N, F) іншої молекули, називається гідрогенним зв'язком.
Може виникнути питання: чому саме гідроген утворює такий специфічний хімічний зв'язок?
Це пояснюється тим, що атомний радіус гідрогена дуже малий. Крім того, при зміщенні або повній віддачі свого єдиного електрона гідроген придбаває порівняно високий позитивний заряд, за рахунок якого гідроген однієї молекули взаємодіє з атомами електронегативних елементів, що мають частковий негативний заряд, що виходить до складу інших молекул (HF, H2O, NH3).
Розглянемо деякі приклади. Звичайно ми зображаємо склад води хімічною формулою H2O. Однак це не зовсім точно. Правильніше було б склад води означати формулою (H2O)n, де n = 2,3,4 і т. д. Це пояснюється тим, що окремі молекули води пов'язані між собою за допомогою гідрогенних зв'язків.
Гідрогенний зв'язок прийнято означати крапками. Вона набагато більш слабкий, ніж іонний або ковалентний зв'язок, але більш сильний, ніж звичайна міжмолекулярна взаємодія.
Наявність гідрогенних зв'язків пояснює збільшення об'єму води при пониженні температури. Це пов'язано з тим, що при пониженні температури відбувається зміцнення молекул і тому меншає щільність їх «упаковки».
При вивченні органічної хімії виникало і таке питання: чому температури кипіння спиртів набагато вище, ніж відповідних вуглеводородів? Пояснюється це тим, що між молекулами спиртів також утворяться гідрогенні зв'язки.
Підвищення температури кипіння спиртів відбувається також внаслідок укрупнення їх молекул.
Гідрогенний зв'язок характерний і для багатьох інших органічних сполук (фенолів, карбонових кислот і інш.). З органічної хімії і загальної біології відомо, що наявністю гідрогенного зв'язку пояснюється повторна структура білків, будова подвійної спіралі ДНК, тобто явище комплиментарності.