Chemická rovnováha
Ak hodíte kúsok zinku do skúmavky naplnenej zriedenou kyselinou chlorovodíkovou, vytvorí sa vodík, ktorý unikne zo skúmavky a môže sa zachytávať v odmernom valci. Výsledný produkt sa stratí v systéme, takže ide o otvorený systém. Táto reakcia by bola tiež reverzibilná, ak by produkty vodík a chlorid zinočnatý boli uzamknuté v uzavretej nádobe pri vysokých teplotách a pri vysokom tlaku. Potom získate a uzavretý systém. V uzavretých systémoch sa po určitom čase vytvorí chemická rovnováha.
Vonkajšia reakcia: H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g) Δ HR = −10 kJ/mol
aA + bB cC + dD
Keď kvocient produktu koncentrácií konečných látok a produktu koncentrácií východiskových látok dosiahne konštantnú hodnotu, dosiahne sa rovnovážny stav. Guldberg a Waage označili tento zákon v roku 1867 ako Zákon hromadnej akcie .
Príklad výpočtu
Keď jód a vodík reagujú za vzniku jodovodíka, pri určitej teplote sa dosiahne koncentrácia 3,531 mol/l jodovodíka. Súčasne sú východiskové látky prítomné v koncentrácii 0,4789 mol/l. Teraz sú koncentrácie vložené do rovnice zákona hromadnej akcie:
Konštanta K = 54,36 platí pre určitú teplotu a rastie s klesajúcou teplotou.
Ovplyvňovanie chemickej rovnováhy
To, či je rovnovážna pozícia viac na strane výrobkov alebo viac na surovinách, závisí od viacerých faktorov. Pri veľmi vysokých hodnotách rovnovážnych konštánt je rovnováha prevažne na strane výrobkov, pri veľmi malých hodnotách na strane východiskových látok.
1.) Zmena teploty vedie k posunu rovnováhy. Toto by malo byť ilustrované rovnovážnou reakciou oxidu dusičitého na oxid dusný:
Zvýšenie teploty zvýhodňuje endotermickú čiastočnú reakciu, rovnováha sa posúva doľava. Čiastočnou reakciou doprava by bola exotermická reakcia, čiastočnou reakciou zľava by bola endotermická reakcia. Preto sa pri zvýšení teploty vytvára viac hnedého oxidu dusičitého (NO2).
Pokles teploty zvýhodňuje exotermickú čiastočnú reakciu. Keď teplota klesne, hnedá farba opäť poklesne a vytvorí sa viac bezfarebného oxidu dusného, rovnováha sa posunie doprava.
2.) Ak sú zapojené plyny, zmena tlaku tiež posúva chemickú rovnováhu. Ak v uzavretej sústave látok stúpa tlak, rovnováha sa posúva v smere, v ktorom látky zaberajú menší objem. Príklad: Pri syntéze amoniaku objemová frakcia dusíka reaguje s tromi objemovými podielmi vodíka za vzniku dvoch objemových podielov plynného amoniaku:
V roku 1884 sa francúzsky chemik Henry Louis Le Châtelier (1850-1936) pokúsil formulovať zákon, ktorý všeobecne popisuje, ako sa rovnováha posúva pri zmene vonkajších podmienok, ako sú teplota a tlak. Zákon je ako Princíp Le Chatelier alebo ako Zásada úniku pred nátlakom známe:
Ak sa na systém, ktorý je v rovnováhe, vyvíja nutkanie v dôsledku zmeny vonkajších podmienok, rovnováha sa posúva takým spôsobom, že sa tomu nuteniu vyhýba. Nastáva nová rovnováha so zníženou nutkavosťou.
Aj keď princíp nemôže robiť žiadne kvantitatívne vyhlásenia, robí zásadné vyhlásenia pri výrobe chemických výrobkov v laboratóriách a technológiách.
Okrem zmeny teploty a tlaku spôsobuje zmena rovnováhy aj zmena koncentrácie zúčastnených látok. Podľa kvocientu
Zhrnutie
Ak chcete v syntéze dosiahnuť čo najväčší výťažok, potom
- človek mení teplotu a tlak takým spôsobom, že rovnovážny systém uniká tlaku smerom k produktom,
- koncentrácia východiskového materiálu sa zvyšuje,
- neustále odnášate produkt alebo pridávate katalyzátor. To však nemení rovnovážnu konštantu, ale urýchľuje sa nastavenie rovnováhy.
Syntéza amoniaku
Vytvorte si vlastnú knihu: Základný text Chemická rovnováha