Визначення напрямку протікання оборотних реакцій
Так як константа рівноваги є відношенням констант швидкості прямої і зворотної реакцій, то саме її значення говорить про направлення процесу. Так, якщо константа рівноваги більше одиниці, то при даних умовах мимовільно буде здійснюватися пряма реакція, якщо ж вона менше одиниці - зворотна реакція.
Відповідно до принципу Ле-Шательє (див. П. 4.5) положення рівноваги може бути зміщений при зміні умов, в яких протікає реакція. Тому в загальному випадку можна оцінити зміщення рівноваги при зміні співвідношення початкових кількостей речовин, що беруть участь в реакції. Якщо співвідношення концентрацій реагуючих речовин в початковий момент позначити P:
то по співвідношенню Z і Кс можна передбачити напрямок реакції при заданих умовах експерименту:
при P при P> K мимовільно протікає зворотна реакція; Чим більше значення константи рівноваги відрізняється від одиниці, тим більшою мірою рівновагу реакції зрушено в відповідну сторону (вправо при К> 1 і вліво при К <1). 4.4.2. Розрахунок рівноважного виходу продуктів реакції Для розрахунку теоретичного рівноважного виходу продуктів крім величини константи рівноваги необхідно знати вихідні концентрації реагентів. Розберемо принцип такого розрахунку на конкретному прикладі. Приклад. Розрахувати рівноважний вихід продуктів і склад реакційної суміші при рівновазі для реакції етерифікації, що протікає в газовій фазі. Рішення. Складемо таблицю значень числа молей всіх речовин, що беруть участь в реакції (в 1 літрі реакційної суміші): Так як дана реакція йде без зміни обсягу реакційної суміші, концентрації в рівнянні закону діючих мас можуть бути замінені числом молей відповідних речовин. Згідно із загальним висловом для константи рівноваги: ССН3СООС2Н5СН2О х 2 Кр = Кс = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 4. ССН3СООНСС2Н5ОН (1 - х) (2 - х) Перетворимо отримане вираження в рівняння: x 2 = 4 (1 - x) (2 - x); x 2 = 4 (2x - 2x + x 2); x 2 - 4x 2 + 12x - 8 = 0; 3x 2 - 12x + 8 = 0. Вирішуючи його щодо х, отримаємо: 12 ± Ö 144 - 4'3'8 12 ± 6,93 х1,2 = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾; 2'3 6 Оскільки з 1 моль CH3 COOH і 2 моль C2 H5 OH можна отримати більше 1 моль етилацетату, x1 відкидається, що не задовольняє умові. Значить, теоретичний рівноважний вихід етилацетату буде дорівнює 0,845 моль або 84,5%. Склад реакційної суміші при рівновазі буде таким: Етилацетату - 0,845 моль; Оцтової кислоти - 1 - 0,845 = 0,155 моль; Етилового спирту - 2 - 0,845 = 1,155 моль Води - 0,845 моль. Фактори, що впливають на рівновагу. Принцип Ле-Шательє - При рівновазі пряма і зворотна реакції точно компенсують один одного. Але наскільки чутлива ця компенсація до змін умов реакцій? Яким способом можна змінити стан рівноваги? Ці питання мають велике практичне значення, якщо потрібно підвищити вихід корисного продукту реакції, напри-заходів, лікарської речовини, або, навпаки, зменшити вихід небажаного продукту. Якщо є можливість безперервно виводити продукти з реакційної суміші (розчину) у вигляді газу або осаду, а також за допомогою таких технологічних операцій, як виморожування, вимивання тощо. То тим самим реагує система може постійно утримуватися в нерівноважному, незбалансованому стані. У цих умовах виникає необхідність у все нових кількостях реагентів і відбувається безперервне утворення продуктів. Такий спосіб порушення рівноваги в бік отримання бажаного продукту здійснюється без зміни константи рівноваги. Але часто можна підвищити вихід продуктів, збільшуючи константу рівноваги. Один зі способів збільшення константи рівноваги - зміна температури. Так як в більшості випадків швидкості прямої і зворотної реакції залежать від Т. константа рівноваги теж проявляє залежність від температури. Строго кажучи, зміна температури одночасно змінює швидкість і прямий, і зворотної реакції. Але, якщо підвищення температури прискорює пряму реакцію в більшій мірі, ніж зворотний, то константа рівноваги при цьому збільшиться. Температурна залежність положення рівноваги є одним із прикладів загального принципу рухомого хімічної рівноваги, званого принципом Ле-Шательє (або Ле-Шательє - Брауна): Якщо на систему, що знаходиться в стані хімічної рівноваги, виявляється зовнішній вплив, положення рівноваги зміщується в таку сторону, щоб протидіяти ефекту цього впливу. Принцип Ле-Шательє відноситься і до інших способів впливу на рівновагу, наприклад, до зміни тиску, але він має якісний характер. Кількісно залежність константи рівноваги реакції від різних факторів виражається рівняннями ізотерми, ізобари і ізохори хімічної реакції, виведеними Я.Вант-Гофф. 4.5.1. Вплив на рівновагу початкового складу реакційної-ноїСхожі статті