Χημικές αντιδράσεις & χημική ισορροπία

Transcript

1 Χημικές αντιδράσεις & χημική ισορροπία

2 Χημικές αντιδράσεις Ι Χημική αντίδραση Το αίτιο των χημικών φαινομένων, κατά το οποίο επέρχεται ριζική αλλοίωση της σύστασης των αντιδρώντων σωμάτων ή οποία έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων σωμάτων των προϊόντων τα οποία έχουν ιδιότητες διαφορετικές αυτών των αντιδρώντων Fe (s) + H 2 SO 4 (aq) FeSO 4(aq) + H 2(g) Na (s) + H 2 O (l) NaOH (aq) + H 2(g) g, αέριο l, υγρό s, στερεό aq, υδατικό όδιάλυμα, Δ, θέρμανση, Ρ, πίεση, Q, Ποσό θερμότητας, ίζημα, αέριο, πτητική ουσία

3 Χημικές αντιδράσεις ΙΙ Μονόδροµες αντιδράσεις: Πραγµατοποιούνται προς ςµ µία µόνο κατεύθυνση. Μετά το πέρας τους, ένα τουλάχιστον από τα αντιδρώντα έχει αντιδράσει πλήρως. Παραδείγματα μονόδρομων αντιδράσεων 1. Σχηματίζεται αέριο που απομακρύνεται από το σύστημα CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 2. Σχηματίζεται ίζημα AgNO 3 + KI KNO 3 + AgI 3. Σχηματίζεται νερό σε ιοντικές αντιδράσεις NaOH +HCl NaCl + H 2 O

4 Χημικές αντιδράσεις ΙIΙ Αµφίδροµες αντιδράσεις: Πραγµατοποιούνται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Λαμβάνουν χώρα μεταξύ των αντιδρώντων αλλά και των προϊόντων της αντίδρασης Όταν το σύστηµα είναι κλειστό, υπό σταθερή πίεση και θερµοκρασία, τότε µπορεί να καταλήξει σε κατάσταση χηµικής ισορροπίας Αντιδρώντα Προϊόντα N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g)

5 Χημική Ισορροπία Ι Χημική ισορροπία: Είναι µία κατάσταση δυναµικής ισορροπίας, στην οποία συνυπάρχουν όλα τα αντιδρώντα και προϊόντα της αντίδρασης. Η ποιοτική και ποσοτική σύσταση του συστήµατος παραµένει σταθερή. Η ταχύτητες των δύο αντίθετων αντιδράσεων είναι ίσες

6 Χημική Ισορροπία ΙΙ Έστω η αντίδραση Ν 2 + Η 2 ΝΗ 3 Η 2 + Ν 2 ΝΗ 3 ΝΗ 3 Η 2 + Ν 2

7 Χημική Ισορροπία ΙΙΙ N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) Οι συγκεντώσεις ισορροπίας του N 2 O 4 and NO 2 είναι ίδιες στις περιπτώσεις A και B N 2 O 4 N 2 O 4 NO 2 NO 2

8 Χημική Ισορροπία ΙV CO +3H 2 CH 4 + H 2 O

9 Είδη Χημικής Ισορροπίας Οµογενής ισορροπία Όλα τα αντιδρώντα και προϊόντα βρίσκονται στην ίδια φάση. Ετερογενής ισορροπία Τα σώµατα που µετέχουν στην ισορροπία βρίσκονται σε περισσότερες από µία φάσεις

10 Χημική Ισορροπία V Nόμος δράσεως των μαζών (Gulberg Waage) ή νόμος της Χημικής ισορροπίας: Σε δεδομένη αμφίδρομη χημική αντίδραση που βρίσκεται σε χημική ισορροπία υπό ορισμένη θερμοκρασία, ο λόγος του γινομένου των συγκεντρώσεων των προϊόντων της αντίδρασης υψωμένων σε δύναμη ίση με αυτή των συντελεστών των συστατικών στην αντίδραση προς το γινόμενο των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων υψωμένων σε δύναμη ίση με αυτή των συντελεστών των συστατικών στην αντίδραση παραμένει σταθερός Ο λόγος αυτός ονομάζεται Σταθερά χημικής ισορροπίας Κ ή Keq (Kc όταν αναφέρεται σε συγκεντρώσεις ή Kp όταν αναφέρεται σε μερικές πιέσεις) αα + ββ γγ + δδ Κc = Keq = [Γ] γ [Δ] δ [Α] α [Β] β

11 Χημική Ισορροπία VI αα + ββ γγ + δδ Κc = Keq = [Γ] γ [Δ] δ [Α] α [Β] β Εάν τα προϊόντα είναι αέρια σε κλειστό σύστημα, οι συγκεντρώσεις μπορούν να αντικατασταθούν από μερικές πιέσεις: Κp = Keq = [P Γ ] γ [P Δ ] δ [P Α ] α [P Β ] β Κp = Kc(RT) Δn όπου Δn=mol αερίων προϊόντων molαερίων αντιδρώντων

12 Χημική Ισορροπία VIΙ αα + ββ γγ + δδ Κc = Keq = [Γ] γ [Δ] δ [Α] α [Β] β Για τον υπολογισμό της Κeq δεν συμπεριλαμβάνονται οι υπερβολικά υψηλές συγκεντρώσεις κάποιων συστατικών όπως τα ιζήματα ή ο διαλύτης CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Kc=[CO 2 ] NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4+ (aq) + OH (aq) Kc= [NH 4 + ][OH ] Όσο αυξάνει η Κ τόσο αυξάνει η απόδοση της αντίδρασης Κc >1 ευνοείται η παραγωγή προϊόντων Κc <1 ευνοείται η παραγωγή αντιδρώντων [NH 3 ]

13 Χημική Ισορροπία VIΙ αα + ββ γγ + δδ Κc = Keq = [Γ] γ [Δ] δ [Α] α [Β] β

14 ???? Ποιά πλευρά αντίδρασης ευνοείται και προβλέπεται να είναι η τιμή Κ (> ή < 1)? 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g)

15 Χημική Ισορροπία Μεταβολή ταχυτήτων αντιδράσεων προς τα δεξιά και αριστερά ταχύ ύτητα αντίδρα ασης υ1 αντιδρώντων (προς τα δεξιά) υ2 προϊόντων (προς αριστερά) Κατάσταση χημικής ισορροπίας χρόνος

16 Παράγοντες που επιδρούν στη Θέση και σταθερά ΧΙ αα + ββ γγ + δδ Κc = Keq = [Γ] γ [Δ] δ [Α] α [Β] β Η θέση μιας χημικής ισορροπίας εξαρτάται: 1. Από τις συγκεντρώσεις αντιδρώντων και προϊόντων 2. Από τις μερικές πιέσεις αντιδρώντων και προϊόντων 3. Από τη θερμοκρασία του συστήματος Η σταθερά μιας χημικής ισορροπίας εξαρτάται: 1. Από τη φύση αντιδρώντων και προϊόντων 2. Από τη θερμοκρασία του συστήματος 3. Είναι ανεξάρτητη ητων P & c.

17 Επίδραση εξωτερικής «βίας» στη Θέση ισορροπίας αα + ββ γγ + δδ Κc = Keq = [Γ] γ [Δ] δ [Α] α [Β] β Αρχή Le Chatelier (αρχή φυγής προ της βίας) Όταν σε ένα σύστημα που ισορροπεί επιδράσει εξωτερικό αίτιο (μεταβολή β λήp, c, Θ) τότε το σύστημα μετατοπίζει τη θέση ισορροπίας του προς εκείνη την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει την επερχόμενη μεταβολή

18 Συγκέντρωση και Θέση ΧΙ Εάν έχει αποκατασταθεί ισορροπία N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) και απομακρυνθούν 2 μόρια NH 3? Η αντίδραση μετατοπίζεται προς την παραγωγή προϊόντων Δεν υπάρχει πλέον ισορροπία! Η ισορροπία επαναποκαθίσταται..

19 Συγκέντρωση και Θέση ΧΙ Αντίδραση N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Εάν απομακρυνθεί Αρχή Le Châtelier: Αύξηση της συγκέντωσης αντιδρώντων ή μείωση της συγκέντρωσης προϊόντων μετατοπίζει την ισορροπία προς τα δεξιά και το αντίθετο (Η Κeq παραμένει σταθερή)

20 Θερμοκρασία και Θέση & σταθερά ΧΙ Σε μια ενδόθερμη αντίδραση η ενέργεια θεωρείται αντιδρών N 2 O 4 (g) kj/mole 2NO 2 (g) άχρωμο καστανέρυθρο Αύξηση της θερμοκρασίας μετατοπίζει την ισορροπία προς τα δεξιά Η Κeq αυξάνεται

21 Θερμοκρασία και Θέση & σταθερά ΧΙ N 2 O 4 (g) kj/mole clear 2NO 2 (g) red brown Μείωση της θερμοκρασίας μετατοπίζει την ισορροπία προς τα αριστερά Παραγωγή N 2 O 4 H Keq μειώνεται

22 N 2 (g) + 3 H 2 (g ) 2NH 3 (g) kj/mole Θερμοκρασία και Θέση & σταθερά ΧΙ

23 Πίεση και Θέση ΧΙ Η πίεση επιδρά μόνο σε συστήματα που περιλαμβάνουν αέρια και υπάρχει μεταβολή αριθμού σωματιδίων μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων Higher pressure Smaller volume Lower pressure Larger volume Ο αριθμός των σωματιδίων του Σ δεν μεταβάλλεται. ρ μ ς μ μ β Αύξηση της πίεσης σημαίνει μείωση του όγκου. Αυτό αυξάνει τη συγκέντρωση Η Keq δεν μεταβάλλεται

24 Πίεση και Θέση ΧΙ 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 2 moles 1 mole 2 moles 3 moles 2 moles Τα αντιδρώντα καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο από τα προϊόντα Αύξηση της πίεσης θα οδηγήσει σε μείωση όγκου Η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά Με μείωση της πίεσης η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά

25 PO2 πνεύμονες: 100mm Hg μ ς g PO2 ιστών: 40mm Hg Ποιο το πλεονέκτημα της αιμοσφαιρίνης έναντι της μυοσφαιρίνης ως «μεταφορέας Ο 2»??