Χημείας Θετικής Κατεύθυνσης 4ο κεφάλαιο Χημείας Θετικής Κατεύθυνσης Β΄ Λυκείου H έννοια της χημικής ισορροπίας Παράγοντες που επηρεάζουν τη χημική ισορροπία Σταθερές της χημικής ισορροπίας Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μονόδρομες και αμφίδρομες αντιδράσεις Κάθε χημική αντίδραση που πραγματοποιείται προς μία μόνο κατεύθυνση λέγεται μονόδρομη ή ποσοτική. Στις μονόδρομες αντιδράσεις χρησιμοποιούμε μονό βέλος (→) Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι μια εξουδετέρωση π.χ. NaOH + HCl → NaCl + H2O Όταν τα αντιδρώντα βρίσκονται σε στοιχειομετρική αναλογία, στο τέλος της αντίδρασης υπάρχουν μόνο προϊόντα, π.χ. Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O αρχικά 3 mol 6 mol - αντ-παρ τελικά Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μονόδρομες και αμφίδρομες αντιδράσεις Όταν τα αντιδρώντα δεν βρίσκονται σε στοιχειομετρική αναλογία, στο τέλος της αντίδρασης υπάρχουν τα προϊόντα και από τα αντιδρώντα το σώμα που βρίσκεται σε περίσσεια, π.χ. Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O αρχικά 4 mol 6 mol - αντ-παρ 3 mol τελικά 1 mol Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μονόδρομες και αμφίδρομες αντιδράσεις Κάθε χημική αντίδραση που πραγματοποιείται και προς τις δύο κατευθύνσεις λέγεται αμφίδρομη ή μη ποσοτική. Στις αμφίδρομες αντιδράσεις χρησιμοποιούμε διπλό βέλος (⇌). Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η σύνθεση αμμωνίας από υδρογόνο και άζωτο N2 + 3 H2 ⇌ 2 ΝΗ3 Στο τέλος της αντίδρασης συνυπάρχουν αντιδρώντα και προϊόντα. Λέμε ότι το σύστημα βρίσκεται σε χημική ισορροπία. N2 + 3 H2 ⇌ 2 ΝΗ3 αρχικά 3 mol 6 mol - αντ-παρ x mol 3x mol 2x mol τελικά (X.I.) (3-x) mol (6-3x) mol Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Απόδοση αντίδρασης Συντελεστής απόδοσης (α) μιας αντίδρασης λέγεται το πηλίκο. πρακτική λέγεται η ποσότητα του προϊόντος που παράγεται και θεωρητική η ποσότητα του ίδιου προϊόντος που θα παραγόταν αν η αντίδραση ήταν ποσοτική. Όταν ο συντελεστής απόδοσης γραφεί ως ποσοστό % λέγεται απόδοση της αντίδρασης. Στις ποσοτικές αντιδράσεις ο συντελεστής απόδοσης είναι ίσος με τη μονάδα και η απόδοση 10 %. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Χημική Ισορροπία Χημική ισορροπία λέγεται η κατάσταση στην οποία καταλήγει κάθε αμφίδρομη αντίδραση, όπου συνυπάρχουν αντιδρώντα και προϊόντα και οι αντίθετες αντιδράσεις γίνονται με την ίδια ταχύτητα. Όταν όλα τα σώματα βρίσκονται στην ίδια φυσική κατάσταση η ισορροπία λέγεται ομογενής. π.χ. Η2(g) + Ι2(g)   ⇌   2 ΗΙ(g) Όταν δεν βρίσκονται όλα τα σώματα στην ίδια φυσική κατάσταση η ισορροπία λέγεται ετερογενής. π.χ. CaCO3(s) ⇌  CaO(s) + CO2(g) Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Χημική Ισορροπία Η χημική ισορροπία είναι δυναμική, δηλαδή το φαινόμενο δεν σταματά αλλά συνεχίζει να πραγματοποιείται με ίδια ταχύτητα και προς τις δύο κατευθύνσεις. Όταν το δοχείο είναι κλειστό και οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας σταθερές, οι συγκεντρώσεις ισορροπίας όλων των σωμάτων παραμένουν σταθερές. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα Βάζουμε σε κενό δοχείο μια ποσότητα από το άχρωμο Ν2Ο4(g) το οποίο διασπάται και σχηματίζει το καστανόχρωμο ΝΟ2(g) σύμφωνα με την ομογενή ισορροπία: Ν2Ο4(g) ⇌  2 ΝΟ2(g) Μετά από πόση ώρα φαίνεται ότι αποκαθίσταται ισορροπία; Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Παράγοντες που επηρεάζουν τη Χ.Ι. Η κατάσταση χημικής ισορροπίας εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις την θερμοκρασία και την πίεση που λέγονται συντελεστές τις χημικής ισορροπίας. Όταν οι συντελεστές της χημικής ισορροπίας δεν μεταβάλλονται, η ισορροπία δεν επηρεάζεται. Όταν μεταβληθεί ένας από τους συντελεστές η ισορροπία μετατοπίζεται (εκδηλώνεται αντίδραση) προς την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει την επιφερόμενη μεταβολή. Η τελευταία πρόταση λέγεται αρχή Le Chatelier Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μεταβολή της συγκέντρωσης Όταν αυξάνεται η συγκέντρωση ενός σώματος (εξαιρούνται τα στερεά) εκδηλώνεται αντίδραση και μειώνεται η συγκέντρωση αυτού του σώματος. π.χ. στην αντίδραση Η2(g) + Ι2(g)   ⇌   2 ΗΙ(g) όταν αυξήσουμε την ποσότητα του Η2 ή του Ι2 η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά. όταν αυξήσουμε την ποσότητα του ΗΙ η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μεταβολή της συγκέντρωσης Σε δοχείο επικρατεί η ισορροπία N2 + 3 H2 ⇌ 2 ΝΗ3 Κάποια στιγμή προσθέτουμε μια ποσότητα Η2. Το διπλανό διάγραμμα δείχνει πως μεταβάλλονται οι συγκεντρώσεις όλων των ουσιών. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μεταβολή της συγκέντρωσης Σε δοχείο επικρατεί η ισορροπία N2 + 3 H2 ⇌ 2 ΝΗ3 Κάποια στιγμή προσθέτουμε μια ποσότητα ΝΗ3. Το διπλανό διάγραμμα δείχνει πως μεταβάλλονται οι συγκεντρώσεις όλων των ουσιών. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Μεταβολή της πίεσης Όταν αυξάνεται ο όγκος του δοχείου, μειώνεται η ολική πίεση. Εκδηλώνεται αντίδραση ώστε να μειωθεί η ολική πίεση. Πρέπει: να συμμετέχει στην αντίδραση ένα τουλάχιστον αέριο κατά τη διάρκεια της αντίδρασης μεταβάλλεται ο συνολικός αριθμός των mol των αερίων Εκδηλώνεται αντίδραση προς την κατεύθυνση που οι συντελεστές των αερίων έχουν μικρότερο άθροισμα π.χ. στην αντίδραση Η2(g) + Ι2(g)   ⇌   2 ΗΙ(g) όταν αυξήσουμε τον όγκο δεν εκδηλώνεται αντίδραση, διότι οι συντελεστές έχουν το ίδιο άθροισμα π.χ. στην αντίδραση N2 + 3 H2 ⇌ 2 ΝΗ3 όταν αυξήσουμε τον όγκο εκδηλώνεται αντίδραση προς τ’ αριστερά που το άθροισμα είναι μεγαλύτερο και αυξάνεται ο αριθμός των mol Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Μεταβολή της πίεσης π.χ. στην αντίδραση N2 + 3 H2 ⇌ 2 ΝΗ3 όταν μειώσουμε τον όγκο εκδηλώνεται αντίδραση προς τα δεξιά που το άθροισμα είναι μικρότερο και μειώνεται ο αριθμός των mol Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μεταβολή της θερμοκρασίας Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία εκδηλώνεται ενδόθερμη αντίδραση που απορροφά τη θερμότητα που προσφέρουμε. Όταν μειώνεται η θερμοκρασία εκδηλώνεται εξώθερμη αντίδραση που ελευθερώνει θερμότητα στο περιβάλλον. π.χ. στην αντίδραση CoCl42- + 3 H2O ⇌ Co(H2O)62+ + 4 Cl-, ΔΗ < 0 (μπλε) (ροδόχρωμο) όταν αυξήσουμε τη θερμοκρασία εκδηλώνεται ενδόθερμη αντίδραση προς τ’ αριστερά Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Μεταβολή της θερμοκρασίας CoCl42- + 3 H2O ⇌ Co(H2O)62+ + 4 Cl-, ΔΗ < 0 (μπλε) (ροδόχρωμο) Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Σταθερά Κc της χημικής ισορροπίας α Α(g) + β B(g) ⇌ γ Γ(g) + δ Δ(g) Θεωρούμε την αμφίδρομη αντίδραση: α Α(g) + β B(g) ⇌ γ Γ(g) + δ Δ(g) Όταν αποκαθίσταται χημική ισορροπία οι αντίθετες αντιδράσεις πραγματοποιούνται με την ίδια ταχύτητα, δηλαδή: υ1 = υ2 Αν και οι δύο κατευθύνσεις είναι απλές αντιδράσεις, έχουμε: k1[A]a[B]β = k2[Γ]γ[Δ]δ ή Το πηλίκο k1/k2 το συμβολίζουμε kc και το ονομάζουμε σταθερά της χημικής ισορροπίας σχετική με τις συγκεντρώσεις Για δεδομένη ισορροπία η τιμή της σταθεράς Kc εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Σταθερά Κc της χημικής ισορροπίας Παρατηρήσεις: Στην έκφραση της Κc αναγράφονται μόνο οι συγκεντρώσεις των αερίων (g) και των διαλυμάτων (aq) Aν Κc είναι η σταθερά Χ.Ι. της αντίδρασης Α ⇄ Β , τότε η σταθερά Χ.Ι. της αντίδρασης Β ⇄ Α είναι Κc’ = 1 / Κc Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της Κc, η Χ.Ι. είναι περισσότερο μετατοπισμένη προς τα δεξιά. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Σταθερά Κp της χημικής ισορροπίας α Α(g) + β B(g) ⇌ γ Γ(g) + δ Δ(g) Θεωρούμε την αμφίδρομη αντίδραση: α Α(g) + β B(g) ⇌ γ Γ(g) + δ Δ(g) Ορίζουμε ως σταθερά kp της χημικής ισορροπίας σχετική με τις μερικές πιέσεις των αερίων το πηλίκο: Η μερική πίεση του αερίου Α υπολογίζεται από τη σχέση: PA = [A]RT Όμοια υπολογίζεται και για τα άλλα αέρια. Οπότε με αντικατάσταση στην έκφραση της kp έχουμε: ή Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Σταθερά Κp της χημικής ισορροπίας Παρατηρήσεις: Οι μονάδες της Κp είναι atm(γ+δ)-(α+β), αλλά συνήθως παραλείπονται. Στην έκφραση της Κp αναγράφονται μόνο οι μερικές πιέσεις των αερίων (g) Aν Κp είναι η σταθερά Χ.Ι. της αντίδρασης Α ⇄ Β , τότε η σταθερά Χ.Ι. της αντίδρασης Β ⇄ Α είναι Κp’ = 1 / Κp Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της Κp, η Χ.Ι. είναι περισσότερο μετατοπισμένη προς τα δεξιά. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

α Α(g) + β B(g) ⇌ γ Γ(g) + δ Δ(g) Πηλίκο αντίδρασης Θεωρούμε την αμφίδρομη αντίδραση: α Α(g) + β B(g) ⇌ γ Γ(g) + δ Δ(g) Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης το πηλίκο: αλλάζει διαρκώς τιμές. Όταν αποκαθίσταται ισορροπία η τιμή του Qc είναι ίση με τη σταθερά Κc Όταν Qc < Kc η αντίδραση προς τα δεξιά γίνεται με μεγαλύτερη ταχύτητα Όταν Qc > Kc η αντίδραση προς τα αριστερά γίνεται με μεγαλύτερη ταχύτητα Ανάλογο πηλίκο ισχύει και για τις μερικές πιέσεις: Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr