تمام فرآیندهای برگشت پذیر ، تمایل به رسیدن به یک حالت تعادلی دارند. برای یک واکنش برگشت پذیر ، حالت تعادل وقتی برقرار میشود که سرعت واکنش رفت برابر با سرعت واکنش برگشت باشد. پیکان دوگانه در حد وسط یک واکنش و معادله شیمیایی ، نشانگر این است که می‌توانیم هم در جهت رفت و هم در جهت برگشت معادله را بخوانیم.
واکنشهای برگشت پذیر و تعادل شیمیایی
واکنش فرضی زیر را در نظر می‌گیریم:
(A2(g)+B2(g)↔2AB(g
این معادله را می‌توانیم هم در جهت رفت و هم در جهت برگشت بخوانیم. اگر A2 و B2 با هم مخلوط شوند، بر هم اثر کرده ، AB را تولید می‌کنند. از طرف دیگر ، از تجزیه شدن نمونه‌ای از AB خالص ، A2 و B2 حاصل میشود. اگر A2 و B2 را در ظرفی مخلوط کنیم، بر هم اثر کرده ، AB را تولید می‌کنند و با پیشرفت واکنش ، غلظت آنها به‌تدریج کاهش می‌پذیرد.
از این رو ، از سرعت این واکنش کاسته میشود. در شروع آزمایش ، چون AB وجود ندارد، واکنش برگشت نمی‌تواند امکان‌پذیر باشد. ولی این واکنش ، با تولید شدن مقداری AB در واکنش رفت آغاز میشود. این واکنش ، نخست به‌کندی صورت می‌گیرد (به علت آن که غلظت AB کم است)، ولی به‌تدریج سریعتر میشود. با گذشت زمان ، سرعت رفت کاهش می‌پذیرد، ولی سرعت واکنش برگشت افزایش می‌یابد، تا این که دو سرعت با هم برابر می‌شوند و تعادل شیمیایی برقرار میگردد.
پویایی تعادل شیمیایی
تعادل شیمیایی ، حالتی پویا است که در آن ، دو تغییر مخالف با سرعت برابر صورت می‌گیرند. در حالت تعادل ، غلظت تمام مواد ، ثابت می‌ماند. غلظت AB ثابت می‌ماند، زیرا AB با سرعتی که در واکنش رفت تولید میشود، با همان سرعت هم در واکنش برگشت مصرف میگردد. به همین منوال ، A2 و B2 با همان سرعتی که (در واکنش برگشت) تولید می‌شوند، (در واکنش رفت) به مصرف می‌رسند. تذکر این مطلب مهم است که غلظتها ثابت‌اند. از آن جهت که سرعتهای واکنشهای مخالف با هم برابرند، نه بدان جهت که هر گونه فعالیتی متوقف شده است.
ثابت تعادل
به فرض این که واکنشهای رفت و برگشت با مکانیسمی ساده و تک‌مرحله‌ای صورت بگیرند، سرعت واکنش رفت با رابطه:
KfA2B2=سرعت رفت
و سرعت واکنش برگشت با رابطه:
KrAB2=سرعت برگشت
بیان میشود. در حالت تعادل ، این دو سرعت با هم برابرند. بنابراین داریم :
این معادله را می‌توان به صورت زیر مرتب کرد:
از تقسیم ثابت سرعت واکنش رفت ، Kf ، بر ثابت سرعت واکنش برگشت ، Kr ، ثابت دیگری بدست می‌آید که ثابت تعادل ، K ، نامیده میشود:
Kf/Kr=K
بنابراین داریم :
مقدار عددی K با دما تغییر میکند. تعداد مجموعه غلظتها برای سیستمهای تعادلی این واکنش بی‌نهایت زیاد است، ولی در هر صورت ، برای کلیه سیستمهای تعادلی در دمای معین وقتی که غلظتهای A2 و B2 و AB در رابطه بالا قرار می‌گیرند، همواره به یک مقدار K منجر می‌شوند. بطور کلی برای هر واکنش برگشت پذیر داریم :
wW+xX↔yY+zZ
عبارت ثابت تعادل به صورت زیر است :
بطور قراردادی ، جملات غلظتی مواد طرف راست معادله شیمیایی در صورت کسر عبارت ثابت تعادل نوشته میشود.
تعادلهای ناهمگن
تعادل بین مواد در دو یا چند فاز را تعادل ناهمگن می‌نامیم. در دما و فشار ثابت ، غلظت یک جامد خالص یا مایع خالص ثابت می‌ماند.
Kc و Kp
عبارت ثابت تعادل را برای واکنشهایی که دارای مواد گازی هستند، می‌توان برحسب فشارهای جزیی گازها (برحسب اتمسفر) نوشت. این نوع ثابت تعادل با Kp نشان داده میشود. رابطه بین Kc و Kp به صورت زیر است :
جمله n∆ ، تغییر تعداد مولکولهای گازها است. وقتی که معادله شیمیایی از چپ به راست خوانده شود. برای بدست آوردن غلظتهای تعادلی می‌توان هم از Kc و هم از Kp استفاده کرد.
اصل لوشاتلیه
اصل لوشاتلیه ، عکس العمل یک سیستم در حالت تعادل را نسبت به تغییر شرایط آزمایش پیشگویی میکند.
ثابت تعادل شیمیایی
تمام فرآیندهای برگشت پذیر ، تمایل رسیدن به یک حالت تعادلی را دارند. برای یک واکنش برگشت پذیر ، حالت تعادل وقتی برقرار میشود که سرعت واکنش رفت برابر با سرعت برگشت باشد. در یک واکنش تعادلی ، از تقسیم ثابت سرعت واکنش رفت Kf بر ثابت واکنش برگشت ، Kr ، ثابت دیگری بدست می‌آید که ثابت تعادل شیمیایی ، K ، نامیده میشود.
مقدار عددی ثابت تعادل
مقدار عددی K با دما تغییر میکند. تعداد مجموعه غلظتها برای سیستمهای تعادلی این واکنش ، بی نهایت زیاد است. ولی در هر صورت برای کلیه سیستمهای تعادلی در دمای معین وقتی که غلظتهای A2 ، B2 ، AB در رابطه بالا قرار گیرند، همواره به یک مقدار K منجر می‌شوند. بطور کلی ، برای هر واکنش برگشت پذیر:
wW + xX ↔ yY + zZ
عبارت ثابت تعادل به صورت زیر است:
K = {Y}y{Z}z/{W}w{X}x
بطور قرار دادی ، جملات غلظت مواد طرف راست معادله شیمیایی در صورت کسر عبارت ثابت تعادل نوشته میشود.
ثابت تعادل Kc
ثابت تعادلی که در آن غلظتهای مواد بر حسب مول بر لیتر بیان می‌شوند، گاهی به صورت Kc نشان داده میشود. برای واکنش:
(H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g
مقدار Kc برای سیستمهای تعادلی در 425 درجه سانتیگراد عبارت است از:
Kc = {HI}2/{H2} {I2} = 54/5
مقدار عددی ثابت تعادل از طریق آزمایش تعیین میشود. اگر غلظتهای مواد (برحسب mol/lit) موجود در هر مخلوط تعادلی در 425 درجه سانتیگراد در عبارت Kc منظور شوند، نتیجه برابر با 54/5 خواهد شد. مخلوط تعادلی را می‌توان هم از موادی که در سمت راست معادله شیمیایی قرار دارند و هم از مواد سمت چپ این معادله و هم از مخلوط آنها تهیه کرد.
وضع تعادل و Kc
مقدار ثابت تعادل معیاری برای تشخیص وضع تعادل است. توجه داشته باشید که جملات مربوط به غلظت مواد طرف راست معادله شیمیایی در صورت کسر عبارت ثابت تعادل نوشته میشود.
نکات اساسی مربوط به عبارت ثابت تعادل
- جملات غلظت مواد سمت راست معادله شیمیایی در صورت عبارت Kc و جملات غلظت مواد سمت چپ معادله در مخرج عبارت Kc نوشته میشود.
- جملات غلظت مواد مایع و جامد خالص در عبارت ثابت تعادل نوشته نمی‌شود. ولی مقدار Kc این جملات را در بردارد.
- اگر در یک تعادل معین دما تغییر نکند، Kc ثابت می‌ماند ولی در دماهای مختلف، مقدار c تغییر میکند.
مقدار Kc برای هر تعادل معینی، وضع آن تعادل را نشان میدهد. اگر مقدار Kc بزرگ باشد، واکنش از چپ به راست تقریبا کامل است و اگر مقدار Kc کوچک باشد، واکنش از راست به چپ کامل است. چنانچه مقدار Kc بسیار بزرگ و نه بسیار کوچک باشد، وضع تعادل بینابینی است.
شامل 24 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله تعادل شیمیایی
