GAIEN ZERRENDA Nola lortzen da oreka kimikoa? Oreka konstantearen formulazioa Kc eta Kp-ren arteko erlazioa Disoziazio-gradua Frakzio molarrak eta presio partzialak Oreka kimikoaren noranzkoa Le Chatelier-en printzipioa Gibsen energia eta oreka 1.-NOLA LORTZEN DA OREKA KIMIKOA? Oreka prozesu dinamikoa da non konposizioa (substantzia bakoitzaren mol-kopuruak) ez da aldatzen, nahiz eta maila mikroskopikoan erreakzioak jarraitu: erreakzioaren abiadura berdina da bi noranzkoetan (noranzko zuzena, produktuak emateko, eta alderantzizkoa, erreaktiboak lortzeko). Hasieran erreakzioaren abiadurak (zuzena eta alderantzizkoa) ezberdinak izango dira gehienetan, baino erreakzioak bidea egin ahala, bi abiadurak berdintzen joango dira. Berdintzen direnean, oreka kimikoa lortu da Eta hortik aurrera ontziko konposizioa (molkopuruak) ez da aldatuko. Kasu honetan alderantzizko erreakzioaren hasierako abiadura nulua da zeren produkturik ez dugu alderantzizko prozesu hori emateko, baina produktua lortu ahala (sufre trioxidoa) abiadura handitzen joango da, abiadurak berdindu arte. Oreka lortu da Parte hartzen duten substantzien kontzentrazioak behin oreka lortuta konstanteak mantentzen dira. Oreka kimikoa DINAMIKOA da behin oreka lortuta erreakzioa bi noranzkotan etengabe gertatzen delako. Oreka lortu da 1
2.-OREKA KONSTANTEAREN FORMULAZIOA Oreka konstantearen espresioa ekuazio kimikoaren araberakoa da. Hau da, ekuazio kimikoa ezagutu behar dugu oreka konstantearen espresioa ezagutzeko. Oreka konstantearen espresioa bi eratan eman daiteke: (a) kontzentrazio eratan, Kc eta (b) presio partzialen eratan, Kp. 2.1-Kc (MASEN EKINTZAREN LEGEA) OREKA HOMOGENEOA bada, hau da, substantzia guztiak GAS EGOERAN daude, Kc horrela da: aa(g)+bb(g) cc(g) + dd(g) Orekan erreakzio zuzenaren abiadura eta alderantzikoa berdinak direnez: 1.-Tenperaturaren menpe dago. 2.- A,B,C,D substantzien kontzentrazioak mol/l= = mol.l-1 3,.Kc-ren unitateak desberdinak dira erreakzioaren koefiziente estekiometrikoen menpe dagoelako. 4.-Kc ekuazio kimikoaren idazkeraren araberakoa da. Kc = [SO 3 ] 2 /[ SO 2 ] 2 x [O 2 ] = 282,2 Lx mol -1 Oreka konstantearen espresioa koefiziente estekiometrikoen menpe dagoenez, ekuazio kimikoa eman behar da. 2
Oreka baten konstantea ezagutzean posiblea da beste erreakzioaren orekakonstantearen balioa ezagutzea: Kc balioaren arabera posible da jakitea norantz dagoen desplazatuta oreka: o Kc>1 oreka desplazatuta (produktu baino erreaktibo gehiago) o Kc<1 oreka desplazatuta (erreaktibo baino produktu gehiago) IDATZI HURRENGO ERREAKZIOEN Kc EXPRESIOA ETA HALABER AZALDU NORANTZ DESPLAZATUTA DAGOEN OREKA BAKOITZA. a) 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) Kc (25ºC) = 216 b) I 2 (g) 2I(g) Kc (727ºc) =3,8.10-5 OREKA HETEROGENEOA bada, hau da, substantziak egoera fisiko desberdinetan badaude GAS EGOERAN bakarrik daudenek, Kc-n (masa ekintzaren legea ) parte hartzen dute. aa(l) bb(s)+ cc(g) Kc=[ C] c 3
Kc KALKULOAK. Aurreko ariketetan datuak zuzenean orekan ezagutzen genituen, baina batzuetan kalkulatu behar ditugu. Horretarako hurrengoa planteatzen da: aa(g) + bb(g) cc(g) + dd(g) hasierako molak (n 0 ) n0 n0 0 0 aldaketa ( n) -ax - bx +cx +dx oreka- molak (n e ) n0-ax n0 -bx cx dx Oreka- molak. desagertzen diren molak(-) Erreaktiboentzat:hasierako molak erreakzionatu duena. agertzen diren molak(+) Produktuentzat : 0+agertzen dena Estekiometria kontuan hartzen da = [cx] c.[dx] d [n 0 -ax] a.[n 0 -bx] b Mol kopuru totala orekan: n T = n0-ax + n0 -bx + cx + dx 4
DISOZIAZIO-GRADUA (ALFA, ) Erreakzioa gertatu den proportzioa neurtzeko beste era bat erabiltzen da: Erreaktibo bakarreko erreakzioetan Bi edo produktu gehiagotan disoziatzen dena. Mol batetik abiatzen bada Disoziatzen den molaren zatia (1eko zenbat) da. α = n/n 0 =erreakzionatzen duen mol kopurua / hasierako molak (ehunekotan adierazten da) Adibidea. N 2 O 4 disoziatuta dago %20an. Honek esan nahi du mol bakoitzeko 0,2 disoziatu dela. Hots: α=0,2 Erreaktibo batek bi edo produktu gehiago ematen dituenean, erreaktibo horren disoziazio-gradua (alfa) zer mol-proportzio kontsumitu den adierazten du. a) Eskatzen badigute disoziazio-maila kalkulatzea planteatuko dugu beti bezala eta gero α = n/n 0 kalkulatuko dugu. aa(g) cc(g) + dd(g) hasierako molak (n 0 ) n0 0 0 aldaketa n -ax +cx +dx oreka- molak (n e ) n0-ax cx dx n =ax= mol disoziatuen kopurua n 0 = hasierako molen kopurua α = n/n 0 b) α ezgutzen badugu batzuetan planteamendua egiten da hori kontuan hartuta: aa(g) cc(g) + dd(g) KONTUZ!!!! hasierako molak n0 0 0 aldaketa n - n0α + c/a n0α +d/a n0α oreka- molak n0 - n0α c/a n0α d/a n0α MOL-ALDAKETA PLANTEATZEAN KONTUAN HARTU BEHAR DUGU α DEFINITUTA DAGOELA 1mol A DISOZIATZEN DENEAN. Mol kopuru totala orekan: n T = n0 - n0α + c/a n0α + d/a n0α 5
2.2-Kp (PRESIO OREKA-KONSTANTEA) FRAKZIO MOLARRAK ETA PRESIO PARTZIALAK Substantzia gaseoso baten frakzio molarra (X) substantzia horren molen edo molekulen proportzioa da. X A = n A / n T ; n T = n A +n B +n C +n D = n i Frakzio molarra substantzia horren presio partzialarekin erlazionatuta dago. Presio partziala osagai batek egiten duen presioa da. A, B eta C osagai gaseosoak baldin baditugu ontzi batean, presio partzialak eta presio totala honela erlazionatzen dira: presio totala = presio partziala (A) + presio partziala (B) + presio partziala (C) P T = P A + P B + P C = P i Gas nahasketa baten presio totala, osagai baten presio partziala eta osagai horren frakzio molarra era honetan erlazionatzen dira: presio partziala (A osagaia) = frakzio molarra (A) x presio totala P A = X A x P T non frakzio molarra den: frakzio molarra (A) = mol (A) / mol-kopuru totala X A = n A / n T n T = n A +n B +n C +n D = n i Aurreko guztia aplikatzen da oreka erreakzioetan gas egoeran daudenean, baina kontuan hartuta datu guztiak orekakoak direla. aa(g)+ bb(g) cc(g) + dd(g) 1.- P = presio partzialak oreka egoeran (atm) 2.-Tenperaturaren menpe dago. 3,.Kp-ren unitateak desberdinak dira erreakzioaren koefiziente estekiometrikoen menpe dagoelako. 4.-Kp ekuazio kimikoaren idazkeraren araberakoa da. GAS IDEALAK DIRENEAN ere kontuan hartzen da presioak, molak.kalkulatzeko: P.V=n RT P T.V=n T RT P i.v=n i RT 6
3.-Kp ETA Kc-REN ARTEKO ERLAZIOA Gas idealen ekuazioak (PxV= nxrxt; P= n/v xrxt = CxRxT) bi konstanteen arteko erlazioa ezagutzea ahalbideratzen du: Kp = Kc (RT) n non n produktu gaseosoen koefiziente estekiometriakoak ken erreaktiboenak den. 4.-OREKA KIMIKOAREN NORANZKOA:ERREAKZIOAREN ZATIDURA(Qc) Hasieran erreaktiboak eta produktuak baldin badaude, norantz joango da prozesua, erreaktibo gehiago edo produktu gehiago aldera? Hori jakiteko erreakzioaren zatidura (Q) eta oreka-konstantearen (Kc) balioak alderatu egin behar dira. aa(g)+bb(g) cc(g) + dd(g) KONTZENTRAZIOAK OREKAKO KONTZENTRAZIOAK EDOZEIN UNETAN Q C Q<Kc baldin bada, erreakzioa ezkerrerantz desplazaturik egongo da,erreaktibo gehiegi dago, eta oreka lortzeko, eskuinerantz joko du erreakzioak produktu gehiago sortuz. Q>Kc bada, erreakzioa eskuinerantz desplazaturik egongo da,produktu gehiegi dago, eta oreka lortzeko, ezkerrerantz joko du erreakzioak erreaktibo gehiago sortuz. Q=Kc bada, sistema orekan dago. 7
5.-LE CHÂTELIER-EN PRINTZIPIOA Oreka bat apurtzen denean (kanpotik zenbait faktore aldatuz) sistemak oreka berriaren aldera joko du. Oreka bat apur daiteke era honetan: (1) erreaktibo edo produktuen molkopuruak aldatuz (ontzitik substantziaren bat kenduz edo ontzian substantzia gehiago sartuz); (2) presioa aldatuz (ontziaren bolumena aldatuz, esate baterako) edo (3) tenperatura aldatuz (eta ondorioz oreka konstantearen balioa aldatuz). Bestalde, oreka ez da apurtzen (1) katalizatzaile bat gehituz, zeren katalizatzaileak du eragina erreakzioaren abiaduran baino ez orekako konposizioan eta (2) substantzia inerteren bat( gas geldoa) sartuz (presio totala alda daiteke baino erreaktibo eta produktuen presio partzialak ez dira aldatzen). 8
o o Oreka batean aldaketak izan daitezke kontzentrazioak, presioak eta tenperatuta, baina bakarrik aldatzen duena orekaren konstantearen balioa tenperatura da. Oreka aldatzean sistema eboluzionatuz doa beste oreka-egoera berria lortu arte.sistemaren noranzkoa zein izango den aurresateko Le Chatelier-en printzipioa erabiltzen da. Honek dio sistemak kanpotik egindako aldaketaren aurka (hau da, oreka apurtzeko egin den ekintzaren aurka) jokatzen duela, oreka egoera berreskuratu arte. 5.1.- KONTZENTRAZIOEN ALDAKETA a) Substantzia baten kontzentrazioa HANDIAGOTZEN BADA sistema substantzia hori kontsumitzeko noranzkoan desplazatuko da. b) Substantzia baten kontzentrazioa TXIKIAGOTZEN BADA sistema substantzia hori ekoizteko noranzkoan desplazatuko da. ADIBIDEZ Adibidean :Qc = [NH 3 ] 2 / [ N 2 ] [H 2 ] 3 [H 2 ] gehitzen bada Qc<Kc bilakatzen da. Oreka birlortzeko eskubirantz mugituko da amoniakoaren kontzentrazioa handituz Qc=Kc lortu arte. [NH 3 ] handitzen bada Qc>Kc bilakatzen da. Oreka birlortzeko ezkerrerantz desplazatuko da hidrogeno eta nitrogeno kontzentrazioak handituz Qc=Kc lortu arte 9
5.2.- PRESIO ALDAKETAK BOLUMENAREN ALDAKUNTZAREN ONDORIOZ Orekan dagoen sistema baten gasen presio totala aldatu egin daiteke sistemak betetzen duen bolumena aldatuz (adibidez ontziaren pistoi higikor bat desplazatuz, edota nahasketa pasatuz bolumen desberdina duen beste ontzi P=n/V x R x T a) Presioa HANDIAGOTZEN BADA sistema gasen molen kopurua gutxitzen deneko noranzkoan desplazatuko da.(molekula gutxiago dagoen noranzkoan) batera). b) Presioa TXIKIAGOTZEN BADA sistema gasen molen kopurua handiagotzen deneko noranzkoan desplazatuko da (molekula gehiago dagoen noranzkoan). Ekuazioaren bi ataletan n=0 bada bolumenaren aldaketek ez dute eragiten orekan. Qc = [NH 3 ] 2 / [ N 2 ] [H 2 ] 3 = (n/v) 2 NH3/ (n/v) N2 (n/v) 3 H2 = =n 2 NH3 /n N2 n 3 H2 x V 2 Presioa HANDITZEN bada V gutxitu egiten du eta Qc<Kc ; Qc=Kc lortzeko Qc handitu behar da beraz sistema desplazatuko da (mol gutxiago dagoen lekura 2 mol) Presioa TXIKITZEN bada V handitu egiten du eta Qc>Kc ; Qc=Kc lortzeko Qc txikitu behar da beraz sistema desplazatuko da.(mol gehiago dagoen lekura 3+1=4 mol) Gas geldoa gehitzen badugu, sistemaren presioa handitzen da, baina ez da bere bolumena aldatzen, ezta kontzentrazioak ere. Ez da oreka aldatzen 5.3.- TENPERATURA ALDAKETAK Aurrean aipatu den bezala tenperaturaren aldaketak oreka konstantearen balioa aldatzea suposatzen du. Hala ere egoeraren azterketa kualitatiboa egin dezakegu: Sistema baten TENPERATURA IGOTZEN badugu, sistema igoera konpentsatzeko, erreakzio endotermikoa den noranzkoan desplazatzen da. Horrela, bero-kantitate bat kontsumitzen da eta tenperatura jaisten da. Sistema baten TENPERATURA JAISTEN badugu, sistema igoera konpentsatzeko, erreakzio exotermiko den noranzkoan desplazatzen da. Horrela, bero-kantitate bat sortzen da eta tenperatura jaitsiera konpentsatzen da. 10
ADIBIDEZ: exotermikoa H=-96,2Kj (exotermikoa) endotermikoa T handitu oreka desplazatuko da endotermikoaren alderantz,beroa kontsumitzeko. T txikitu oreka desplazatuko da exotermikoaren alderantz, beroa osatzeko. 1.-KONTZENTRAZIOA LE CHATELIER LABURPENA Substantzia baten kontzentrazioa HANDIAGOTZEN BADA sistema substantzia hori kontsumitzeko noranzkoan desplazatuko da Substantzia baten kontzentrazioa TXIKIAGOTZEN BADA sistema substantzia hori ekoizteko noranzkoan desplazatuko da. 2.-PRESIOA Presioa HANDITZEN bada V gutxitu egiten da oreka desplazatzen da mol gutxiago dagoen lekura Presioa TXIKITZEN bada V handitu egiten da oreka desplazatzen da mol gehiago dagoen lekura Gas geldoa gehitzen badugu, sistemaren presioa handitzen da, baina ez da bere bolumena aldatzen, ezta kontzentrazioak ere. Ez da oreka aldatzen. Katalizatzaileek ez dute eragiten, bakarrik oreka azkarrago lortuko da. 3.-TENPERATURA Oreka konstantearen balioa aldatu egiten da,baina KUALITATIBOKI gertatuko dena: T handitu oreka desplazatuko da endotermikoaren alderantz. T txikitu oreka desplazatuko da exotermikoaren alderantz 11
Ariketa 0,25 litroko ontzi batean 2 mol N 2O 4 sartu dira eta 240ºC-ko tenperaturan, oreka lortu da: N 2O 4 (g) 2 NO 2 (g) Prozesua endotermikoa da. N 2O 4 (g)-aren disoziazio-gradua %55-koa da.: A. Esan zer eragina duen tenperatura handitzeak orekaren gainean B. Esan zer egin behar den presioarekin (handitu, txikitu) produktu gehiago lortzeko C. Esan zer eragina duen katalizatzailea gehitzeak Kc konstantean D. Esan zer eragina duen orekarengan produktua eliminatzea, ontzitik kenduz Lehen zutabean agertzen da nola apurtu den oreka: tenperatura handituz, presioa gutxituz, katalizatzailea gehituz (ez du eraginik) eta nitrogeno dioxidoaren mol-kopurua gutxituz. Bigarren zutabean agertzen dira sistemaren jokaera: beroa gutxitu (alde endotermikora joanez), gasen mol-kopurua handituz (nitrogeno dioxido gehiago sortuz), 6.-ENERGIA ASKEA eta OREKA KONSTANTEA K KALKULATZEKO Ln K= ΔG 0 /-RT K= e (ΔG 0 /-RT) R=8,31J/mol.K ΔG 0 0 =>K>1 oreka => produktuen eraketarantz desplazatuta izateko joera du ΔG 0 >0 =>K 1 oreka = erreaktiboen eraketarantz desplazatuta izateko joera du. 12