Признаки необратимости реакции

Признаки необратимости реакции

Обратимые реакции — химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), например:

3H2 + N2 ⇆ 2NH3

Направление обратимых реакций зависит от концентраций веществ — участников реакции. По завершении обратимой реакции, т. е. при достижении химического равновесия, система содержит как исходные вещества, так и продукты реакции.

Простая (одностадийная) обратимая реакция состоит из двух происходящих одновременно элементарных реакций, которые отличаются одна от другой лишь направлением химического превращения. Направление доступной непосредственному наблюдению итоговой реакции определяется тем, какая из этих взаимно-обратных реакций имеет большую скорость. Например, простая реакция

N2O4 ⇆ 2NO2

складывается из элементарных реакций

N2O4 ⇆ 2NO2 и 2NO2 ⇆ N2O4


Для обратимости сложной (многостадийной) реакции, необходимо, чтобы были обратимы все составляющие её стадии.

Необратимыминазывают такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ. Примерами необратимых реакций может служить разложение бертолетовой соли при нагревании

2КСlО3 > 2КСl + ЗО2,

Необратимыми называются такие реакции, при протекании которых:

1) образующиеся продукты уходят из сферы реакции — выпадают в виде осадка, выделяются в виде газа, например

ВаСl2 + Н 2 4 = ВаSО4↓ + 2НСl

Na 2CO 3+ 2HCl = 2NaCl + CO2↓ + H2O

2) образуется малодиссоциированное соединение, напри­мер вода:

НСl + NаОН = Н2О + NаСl

3) реакция сопровождается большим выделением энергии, например горение магния

Mg +1/2О2= МgО, ∆H = -602,5 кДж / моль

Химическое равновесие — состояние химической системы, в которой протекает одна или несколько химических реакций, причём скорости в каждой паре прямой-обратной реакции равны между собой. Для системы, находящейся в химическом равновесии, концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем[1].

А2 + В2 ⇄ 2AB

При́нципЛеШателье́ — Бра́уна (1884 г.) — если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.


Анри ЛеШателье (Франция) сформулировал этот термодинамический принцип подвижного равновесия, позже обобщённый Карлом Брауном[1].

Принцип применим к равновесию любой природы: механическому, тепловому, химическому, электрическому (эффект Ленца, явление Пельтье)[2].

Если внешние условия изменяются, это приводит к изменению равновесных концентраций веществ. В этом случае говорят о нарушении или смещении химического равновесия.

Химическое равновесие смещается в ту или иную сторону при изменении любого из следующих параметров:

1. температуры системы, то есть при её нагревании или охлаждении

2. давления в системе, то есть при её сжатии или расширении

3. концентрации одного из участников обратимой реакции

Вопрос 12. Химическая кинетика, скорость химических реакций, факторы, влияющие на скорость реакции.

Раство́р — гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

 

Классификация

По размеру растворенных веществ все многокомпонентные растворы разделяют на:


· грубодисперсные системы (смеси);

· тонкодисперсные системы (коллоидные растворы);

· высокодисперсные системы (истинные растворы).

По фазовому состоянию растворы бывают:

· твердые;

· жидкие;

· газовые.

По составу растворенных веществ жидкие растворы рассматривают как:

· электролиты;

· неэлектролиты.

По насыщенности

Насыщенным называется раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворённого вещества.

Ненасыщенный раствор — раствор, содержащий меньше вещества, чем в насыщенном.

Перенасыщенный раствор — раствор, содержащий больше вещества, чем в насыщенном

Растворитель — жидкое, твёрдое или газообразное вещество, способное растворять другие твёрдые, жидкие или газообразные вещества

Растворенное вещество.

Компонент жидкого или твердого раствора, который присутствует в меньшем или незначительном количестве

Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. У животных и растительных организмов содержание воды составляет обычно более 50%, а в ряде случаев достигает 90-95%.

Вода хорошо растворяет многие ионные и полярные соединения. Такое свойство воды связано с ее высокой диэлектрической проницаемостью ((= 78,5). В результате многие ионные соединения диссоциируют и отличаются высокой растворимостью в воде. Другой класс веществ, хорошо растворимых в воде, составляют полярные органические соединения (спирты, альдегиды, кетоны). Их растворимость обусловлена образованием водородных связей с молекулами воды.


Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения, более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.

Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ (эфиров, амидов и др.). Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.

Важнейшие биологические жидкости – кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде. Биохимические процессы в живых организмах протекает в водных растворах.

В жидких средах организма поддерживается постоянство рН, концентрации солей и органических веществ, постоянство осмотического давления. Такое постоянство называется гомеостазом.

Вопрос 13.Химическая теория растворов Д.И.Менделеева.

 

Химическую (сольватную) теорию растворов описал HYPERLINK "https://www.calc.ru/Periodicheskiy-Zakon-I-Periodicheskaya-Sistema-Khimicheskikh.html"Д.И. Менделеев. Суть заключается в следующем: частицы растворителя и растворенного вещества реагируют друг с другом, в результате чего получаются нестойкие соединения переменного состава – гидраты (сольваты). Основные связи тут – водородные.


Вещество может распадаться на слои (растворяться) в случае полярного растворителя (воды). Ярким примером является растворение поваренной соли.

Также может проткать реакция между компонентами смеси:

H2O +Cl2 = HCl + HOCl,

 

В ходе процесса растворения происходит изменение состава и объема реакционной смеси, т.к. протекают 2 процесса: разрушение структуры растворяемого вещества и химическая реакция между частицами. Оба процесса идут с изменением энергии.

Тепловые эффекты могут быть экзотермическими и эндотермическими (с выделением и поглощением энергии).

Соединения с частицами растворителя называются гидратами.

Кристаллические вещества, в состав которых входят гидраты, называются кристаллогидратами и имеют различную окраску. Например, кристаллогидрат сульфата меди: CuSO4 ·5H2О. Раствор кристаллогидрата синий. Если рассмотреть кристаллогидрат кобальта CoCl2· 6H2O, то он обладает розовым цветом, CoCl2· 4H2O – красный, CoCl2 ·2H2O — сине-фиолетовый, CoCl2 ·H2О – темно-синий, а безводный раствор хлорида кобальта – бледно-синего цвета.


Источник: studopedia.ru

Среди многочисленных классификаций типов реакций, например таких, которые определяются по тепловому эффекту (экзотермические и эндотермические), по изменению степеней окисления веществ (окислительно-восстановительные), по количеству участвующих в них компонентов (разложения, соединения) и так далее,  рассматриваются реакции, протекающие в двух взаимных направлениях, иначе, называемых обратимыми. Альтернативой обратимых реакций являются реакции необратимые, в процессе которых образуется конечный продукт (осадок, газообразное вещество,  вода). Среди таких реакций можно указать следующие: 

Реакции обмена между растворами солей, в процессе которых образуются либо нерастворимый осадок – СаСО3:

                                                             Са(ОН)2  +  К2СО3  →  СаСО3↓ +  2КОН   (1)                             

либо  газообразное  вещество – СО2:             

                                                               3 К2СО3  +  2Н3РО4  →2К3РО4  +  3СО2↑ +  3Н2О (2)

или получается малодиссоциируемое вещество – Н2О:


                                                         2NaOH  +  H2SO4  →  Na2SO4  +  2H2(3)

Если рассматривать обратимую реакцию, то она протекает не только в прямом (в реакциях 1,2,3 слева направо), но и в обратном направлении. Примером такой реакции является синтез аммиака из газообразных веществ — водорода и азота:

                                                               3H2  +  N2  ↔  2NH3   (4)

Таким образом, химическая реакция называется обратимой, если она протекает не только в прямом(→) , но и в обратном направлении (←) и обозначается символом (↔).

  Картинки по запросу chemistry wallpaper

Главной особенностью данного типа реакций является то, что  из исходных веществ образуются продукты реакции, но и одновременно из этих же продуктов, обратно, образуются исходные реагенты. Если рассматривать реакцию (4), то в относительную единицу времени одновременно с образованием двух молей аммиака будет происходить их распад с образованием трёх молей водорода и одного моля азота. Обозначим скорость прямой реакции (4) символом V1  тогда выражение этой скорости примет вид:

                                                                    V1   =  kˑ  [Н2]3ˑ [N2] ,             (5)


где величина «k» определяется как константа скорости данной реакции, величины [Н2]3 и [N2] соответствуют концентрациям исходных веществ, возведённых в степени, соответствующие коэффициентам в уравнении реакции. В соответствии с принципом обратимости,  скорость обратной реакции примет выражение:

                                                              V2  =  kˑ  [NН3]2                                 (6)

В начальный момент времени скорость прямой реакции принимает наибольшее значение. Но постепенно концентрации исходных реагентов уменьшаются и скорость реакции замедляется. Одновременно скорость обратной реакции начинает возрастать. Когда скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми  (V1 = V2)  , наступает состояние равновесия, при котором уже не происходит изменения концентраций как исходных, так и образующихся реагентов.

                                    Следует отметить, что некоторые необратимые реакции не следует понимать в буквальном смысле слова. Приведём пример наиболее часто приводимой реакции взаимодействия металла с кислотой, в частности, цинка с соляной кислотой:

                                                                   Zn  +   2HCl   =  ZnCl2  +  H2 ↑     (7)


В действительности, цинк, растворяясь в кислоте, образует соль: хлорид цинка и газообразный водород, но по истечении некоторого времени скорость прямой реакции замедляется, поскольку увеличивается концентрация соли в растворе. Когда реакция практически прекращается, в растворе наряду с хлоридом цинка будет присутствовать некоторое количество соляной кислоты, поэтому реакцию (7) следует приводить в следующем виде:

                                                                   2Zn  +   2HCl   =  2ZnНCl  +  H2 ↑ (8)

Или в случае образования нерастворимого осадка, получаемого при сливании растворов Na2SO4  и  BaCl2:

                                                                     Na2SO4  +  BaCl2   = BaSO4   +  2NaCl   (9) 

осажденная соль BaSOпусть и в малой степени, но будет диссоциировать на ионы:

                                                                     BaSO4      ↔      Ba2+  +  SO42-    (10)

Поэтому понятия необратимой и необратимой реакций является относительным. Но тем не менее, и в природе и в практической деятельности людей данные реакции имеют большое значение. К примеру, процессы горения углеводородов или более сложных органических веществ, например спирта:

                                                                СН4  +  О2  =  СО2  +  Н2О        (11)


                                                                      2С2Н5ОН +   5О2  =  4СО2  +  6Н2О    (12)

являются   процессами абсолютно необратимыми.  Было бы считать счастливой мечтой человечества, если бы реакции (11) и (12) были бы обратимыми! Тогда бы можно было из   СО2  и  Н2О опять синтезировать и газ и бензин и спирт! С другой стороны, обратимые реакции, такие как (4) или окисление сернистого газа:

                                                                      SO2  +  O2  ↔   SO3    (13)

являются основными в производстве солей аммония, азотной кислоты, серной кислоты и др. как неорганических, так и органических соединений. Но данные реакции являются обратимыми!  И чтобы получать конечные продукты: NHили SO3 необходимо использовать такие технологические приёмы, как: изменение концентраций реагентов, изменение давления, повышение или понижение температуры. Но это уже будет являться предметом следующей темы: «Смещение химического равновесия».

Если вы хотите записаться на урок к автору этой статьи, переходите в его профиль:https://www.tutoronline.ru/profile?id=46923

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Источник: blog.tutoronline.ru

Понятие прямой и обратной реакции

Рассмотрим некоторую абстрактную реакцию, которую запишем в виде:

А+В→АВ, Прямая реакция. Но многие химические реакции могут идти в обратную сторону.

АВ Признаки необратимости реакцииА+В; Обратная реакция.

Для краткости такую реакцию записывают, используя две стрелки, одну – вперед, другую – назад.

А+ВПризнаки необратимости реакцииАВ

При повышении температуры скорость большинства химических реакций увеличивается. Но оказывается, что в случае некоторых реакций продукт реакции при температуре, когда она идет с хорошей скоростью, уже начинает разлагаться. В частности, такая ситуация реализуется при взаимодействии водорода с йодом при получении йодоводорода.

Н2 + I2Признаки необратимости реакции       (1)

Скорость химической реакции увеличивается с увеличением концентрации исходных веществ и соответственно уменьшается с уменьшением концентрации исходных веществ. Получается, что, по мере прохождения реакций, скорость прямой реакции будет уменьшаться, т. к. исходные вещества будут расходоваться. А скорость обратной реакции будет возрастать, потому что концентрация вещества АВ исходного для обратной реакции будет постепенно увеличиваться. До каких пор скорость прямой реакции будет уменьшаться, а обратной увеличиваться? Это будет до того момента, когда скорости прямой и обратной реакции станут равными. Наступит химическое равновесие. Рис. 1.

Признаки необратимости реакции

Рис. 1

Химическое равновесие – это состояние реакционной системы, в котором скорости прямой и обратной реакции равны.

Константа равновесия

Равновесная концентрация веществ

Равновесная концентрация веществ – это концентрации веществ в реакционной смеси, находящихся в состоянии химического равновесия. Равновесная концентрация обозначается химической формулой вещества, заключенной в квадратные скобки.                                            

 Например, следующая записьПризнаки необратимости реакции обозначает,  что равновесная концентрация водорода в равновесной системе составляет 1 моль/л.

Признаки необратимости реакции

Рис. 2

Химическое равновесие  (Рис. 2) отличается от привычного для нас понятия «равновесие». Химическое равновесие – динамическое. В системе, находящейся в состоянии химического равновесия, происходят и прямая, и обратная реакции, но их скорости равны, и поэтому концентрации участвующих веществ не меняются. Химическое равновесие характеризуется константой равновесия, равной отношению констант скоростей прямой и обратной реакций.

Признаки необратимости реакции

Константы скорости прямой и обратной реакции – это скорости данной реакции при концентрациях исходных для каждой из них веществ в равных единицах. Также константа равновесия равна отношению равновесных концентраций продуктов прямой реакции в степенях стехиометрических коэффициентов к произведению равновесных концентраций реагентов. 

Признаки необратимости реакции

Если  Признаки необратимости реакции, то в системе больше исходных веществ. Если  Признаки необратимости реакции, то в системе больше продуктов реакции.

Обратимые и необратимые химические реакции

Если константа равновесия значительно больше 1, такую реакцию называют необратимой.

Необратимыми называются химические реакции, которые происходят только в одном направлении до полного расходования одного из реагентов.

Например, это реакция:                          

4Р+5О2 =2Р2О5                (2)

Обратимыми называются  химические реакции, которые осуществляются во взаимно противоположных направлениях при одних и тех же условиях.

Источник: interneturok.ru

Все химические реакции делятся на два типа: обратимые и необратимые.

Необратимыми называются реакции, которые протекают только в одном направлении, т. е. продукты этих реакций не взаимодействуют друг с другом с образованием исходных веществ.

Необратимая реакция заканчивается тогда, когда полностью расходуется хотя бы одно из исходных веществ. Необратимыми являются реакции горения; многие реакции термического разложения сложных веществ; большинство реакций, в результате которых образуются осадки или выделяются газообразные вещества, и др. Например:

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl

Обратимыми называются реакции, которые одновременно протекают в прямом и в обратом направлениях:

Признаки необратимости реакции

В уравнениях обратимых реакций используется знак обратимости Признаки необратимости реакции.

Примером обратимой реакции является синтез йодоводорода из водорода и йода:Признаки необратимости реакции

Через некоторое время после начала химической реакции в газовой смеси можно обнаружить не только конечный продукт реакции НI, но и исходные вещества —H2 и I2. Как бы долго ни продолжалась реакция, в реакционной смеси при 350oС всегда будет содержаться приблизительно 80% HI,10% Н2 и 10% I2. Если в качестве исходного вещества взять НI и нагреть его до той же температуры, то можно обнаружить, что через некоторое время соотношение между количествами всех трех веществ будет таким же. Таким образом, при образовании йодоводорода из водорода и йода одновременно осуществляются прямая и обратная реакции.

Если в качестве исходных веществ взяты водород и йод в концентрациях [H2] и [I2], то скорость прямой реакции в начальный момент времени была равна: vпр = kпр[H2] ∙ [I2]. Скорость обратной реакции vобр = kобр[HI]2 в начальный момент времени равна нулю, так как йодоводород в реакционной смеси отсутствует ([HI] = 0). Постепенно скорость прямой реакции уменьшается, так как водород и йод вступают в реакцию и их концентрации понижаются. При этом скорость обратной реакции увеличивается, потому что концентрация образующегося йодоводорода постепенно возрастает. Когда скорости прямой и обратной реакций станут одинаковыми, наступает химическое равновесие. В состоянии равновесия за определенный промежуток времени образуется столько же молекул НI, сколько их распадается на Н2 и I2.

Состояние обратимой реакции, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называется химическим равновесием.

Химическое равновесие является динамическим равновесием. В равновесном состоянии продолжают протекать и прямая, и обратная реакции, но так как скорости их равны, концентрации всех веществ в реакционной системе не изменяются. Эти концентрации называются равновесными концентрациями.

Смещение химического равновесия

Принцип Ле-Шателье

Химическое равновесие является подвижным. При изменении внешних условий скорости прямой и обратной реакций могут стать неодинаковыми, что обусловливает смещение (сдвиг) равновесия.

Если в результате внешнего воздействия скорость прямой реакции становится больше скорости обратной реакции, то говорят о смещении равновесия вправо (в сторону прямой реакции). Если скорость обратной реакции становится больше скорости прямой реакции, то говорят о смещении равновесия влево (в сторону обратной реакции). Результатом смещения равновесия является переход системы в новое равновесное состояние с другим соотношением концентраций реагирующих веществ.

Направление смещения равновесия определяется принципом, который был сформулирован французским ученым Ле-Шателье (1884 г):

Если на равновесную систему оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону той реакции (прямой или обратной), которая противодействует этому воздействию.

Важнейшими внешними факторами, которые могут приводить к смещению химического равновесия, являются:

а) концентрации реагирующих веществ;

б) температура;

в) давление.

Влияние концентрации реагирующих веществ

Если в равновесную систему вводится какое-либо из участвующих в реакции веществ, то равновесие смещается в сторону той реакции, при протекании которой данное вещество расходуется. Если из равновесной системы выводится какое-либо вещество, то равновесие смещается в сторону той реакции, при протекании которой данное вещество образуется.

Например, рассмотрим, какие вещества следует вводить и какие вещества выводить из равновесной системы для смещения обратимой реакции синтеза аммиака вправо: Признаки необратимости реакции

Для смещения равновесия вправо (в сторону прямой реакции образования аммиака) необходимо в равновесную смесь вводить азот и водород (т. е. увеличивать их концентрации) и выводить из равновесной смеси аммиак (т. е. уменьшать его концентрацию).

Влияние температуры

Прямая и обратная реакции имеют противоположные тепловые эффекты: если прямая реакция экзотермическая, то обратная реакция эндотермическая (и наоборот). При нагревании системы (т. е. повышении ее температуры) равновесие смещается в сторону эндотермической реакции; при охлаждении (понижении температуры) равновесие смещается в сторону экзотермической реакции.

Например, реакция синтеза аммиака является экзотермической: N2(г) + 3H2(г) → 2NH3(г) + 92кДж, а реакция разложения аммиака (обратная реакция) является эндотермической: 2NH3(г)→ N2(г) + 3H2(г) — 92кДж. Поэтому повышение температуры смещает равновесие в сторону обратной реакции разложения аммиака.

Влияние давления

Давление влияет на равновесие реакций, в которых принимают участие газообразные вещества. Если внешнее давление повышается, то равновесие смещается в сторону той реакции, при протекании которой число молекул газа уменьшается. И наоборот, равновесие смещается в сторону образования большего числа газообразных молекул при понижении внешнего давления. Если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе.

Например, для увеличения выхода аммиака (смещение вправо) необходимо повышать давление в системе обратимой реакции Признаки необратимости реакции, так как при протекании прямой реакции число газообразных молекул уменьшается (из четырех молекул газов азота и водорода образуются две молекулы газа аммиака).

Источник: al-himik.ru


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.