Prinsip Le Chatelier. Prinsip, hukum, aturan penyembuh Prinsip pembunuh secara singkat

Jika suatu sistem dalam kesetimbangan kimia terkena pengaruh eksternal, proses muncul di dalamnya yang cenderung melemahkan pengaruh tersebut.

Untuk mempermudah memahami prinsip Le Chatelier, pertimbangkan reaksi kimia sederhana. Dua zat (reagen) berinteraksi satu sama lain, sebagai hasil dari interaksi tersebut, zat ketiga (produk) terbentuk, yang cenderung terpecah menjadi zat aslinya. Ini dapat direpresentasikan sebagai persamaan berikut:

Panah ganda menunjukkan reaksi reversibel. Bila reaksi maju berlangsung dari kiri ke kanan, zat C terbentuk dari zat A dan B. Pada reaksi balik (dari kanan ke kiri), zat C dipecah menjadi zat A dan B. Bila sistem ini dalam bentuk kimia kesetimbangan, laju reaksi maju dan mundur adalah sama - di satu titik sistem ini, molekul zat C terbentuk, dan di tempat lain, molekul zat C lainnya meluruh.

Jika kelebihan zat A ditambahkan ke sistem, kesetimbangan akan terganggu sementara, karena laju pembentukan zat C. Tetapi semakin cepat konsentrasi zat C meningkat, semakin cepat ia akan terpecah - hingga kesetimbangan antara reaksi maju dan mundur tercapai lagi. Maka laju pembentukan zat C dari zat A dan B akan sama dengan laju penguraian zat C menjadi zat A dan B.

Pengoperasian prinsip Le Chatelier dapat ditelusuri pada contoh mengubah komposisi kimiawi hujan atau melarutkan tablet antasida effervescent (penurun keasaman jus lambung) dalam air. Dalam kedua kasus tersebut, karbon dioksida (CO 2), air (H 2 O) dan asam karbonat (H 2 CO 3) berpartisipasi dalam reaksi kimia:

CO2 + H2OH2CO3

Saat tetesan hujan memasuki udara, ia menyerap karbon dioksida dan konsentrasi di sisi kiri reaksi meningkat. Untuk menjaga keseimbangan, lebih banyak asam karbonat terbentuk. Akibatnya, hujan menjadi asam ( cm. Hujan asam). Penambahan karbon dioksida menggeser kesetimbangan reaksi ke kanan. Reaksi sebaliknya terjadi ketika tablet antasida (zat yang menetralkan asam) diturunkan ke dalam air. Natrium bikarbonat (antasida) bereaksi dengan air dan asam karbonat terbentuk, yang menyebabkan peningkatan konsentrasi zat di sisi kanan reaksi. Untuk mengembalikan keseimbangan, asam karbonat terurai menjadi air dan karbon dioksida, yang kita amati dalam bentuk gelembung.

Henri Louis Le Chatelier, 1850-1936

ahli kimia Prancis. Lahir di kota Miribel-les-Echelles dalam keluarga ilmuwan. Ia dididik di Sekolah Politeknik Paris yang bergengsi. Dia adalah seorang profesor di Sekolah Tinggi Pertambangan dan di Sorbonne, kemudian dia diangkat menjadi Inspektur Jenderal Pertambangan dan Pertambangan Prancis (sebelum dia, jabatan ini dipegang oleh ayahnya). Le Chatelier mempelajari reaksi kimia yang terkait dengan kecelakaan di tambang dan produksi metalurgi, berpartisipasi dalam studi tentang peledakan bahan bakar. Dia mengembangkan pirometer termoelektrik (perangkat optik untuk menentukan suhu benda panas berdasarkan warna) dan rem hidrolik untuk kereta api; menemukan las oxy-acetylene.

Perubahan kondisi eksternal dapat menyebabkan perubahan parameter dan fungsi termodinamika yang menjadi ciri sistem, sementara keadaan kesetimbangan terganggu. Proses dimulai dalam sistem, mengarah ke keadaan baru kesetimbangan dengan parameter kesetimbangan lainnya. Mari kita tunjukkan ini dengan sebuah contoh. Reaktor berisi campuran gas N 2, H 2 dan NH 3 dalam keadaan setimbang:

Mari kita masukkan sejumlah N2 tambahan ke dalam reaktor dalam kondisi isotermal, yaitu meningkatkan konsentrasinya. Konstantanya adalah - 2

berat KE=---^ akan tetap tidak berubah, karena tidak bergantung pada

[M 2 PN 2] 3

dari konsentrasi. Ini hanya mungkin sebagai akibat dari perubahan nilai konsentrasi kesetimbangan: peningkatan akan menyebabkan penurunan [H 2 ] karena interaksi tambahan dari bagian hidrogen yang dimasukkan dengan nitrogen, sedangkan . Perubahan parameter sistem yang membawanya ke keadaan setimbang baru melalui aliran proses langsung atau balik yang dominan disebut pergeseran kesetimbangan kimia masing-masing dalam arah maju atau mundur. Dalam contoh yang sedang dibahas, kesetimbangan bergeser ke arah depan.

Masalah kualitatif pergeseran kesetimbangan kimia dapat diselesaikan tanpa perhitungan termodinamika atau kinetik dengan menggunakan aturan yang dirumuskan pada tahun 1884 oleh Le Chatelier.

Itu disebut prinsip Le Chatelier (terlepas dari Le Chatelier, prinsip ini dirumuskan pada tahun 1887 oleh Brown): Jika ada pengaruh eksternal yang diberikan pada suatu sistem yang berada dalam keadaan setimbang, maka sebagai akibat dari proses dalam sistem tersebut, setimbang akan bergeser ke arah yang mengarah pada penurunan dampak.

Pada meningkatkan konsentrasi zat apa pun dalam kesetimbangan (misalnya, NH 3 dalam sistem yang dibahas di atas), kesetimbangan bergeser ke arah pengeluaran zat ini (dalam arah yang berlawanan). Pada mengurangi konsentrasi zat apa pun (misalnya, H 2), kesetimbangan bergeser ke arah pendidikan zat ini (yaitu dalam hal ini juga dalam arah yang berlawanan).

Mari kita perhatikan pengaruh tekanan pada proses sintesis amonia (4.51). Biarkan tekanan dalam reaktor dinaikkan 2 kali dengan kompresi. Dalam kondisi isotermal, volume akan berkurang setengahnya, oleh karena itu konsentrasi semua komponen akan berlipat ganda. Sebelum perubahan tekanan, laju reaksi maju adalah

Setelah menyusut, dia menjadi

itu. meningkat 16 kali. Tingkat umpan balik juga meningkat:

tapi hanya 4 kali. Oleh karena itu, kesetimbangan telah bergeser ke arah depan.

Sesuai dengan prinsip Le Chatelier, ketika tekanan meningkat dengan mengompresi sistem, kesetimbangan bergeser ke arah penurunan jumlah molekul gas, yaitu. ke arah penurunan tekanan (dalam contoh di atas ke arah depan); ketika tekanan menurun, kesetimbangan bergeser ke arah peningkatan jumlah molekul gas, yaitu ke arah peningkatan tekanan (dalam contoh di atas, ke arah yang berlawanan). Jika reaksi berlangsung tanpa mengubah jumlah molekul gas, kesetimbangan tidak terganggu saat sistem dikompresi atau diperluas. Jadi, misalnya, dalam sistem

H 2 (g) + 1 2 (g) 2H1 (g) ketika tekanan berubah, kesetimbangan tidak terganggu; Output HI tidak tergantung pada tekanan.

Tekanan praktis tidak berpengaruh pada kesetimbangan reaksi yang terjadi tanpa partisipasi fase gas, karena cairan dan padatan hampir tidak dapat dimampatkan. Namun, pada tekanan sangat tinggi, kesetimbangan bergeser ke arah pengepakan partikel yang lebih padat dalam kisi kristal. Misalnya, grafit, salah satu modifikasi alotropik karbon (kepadatan p \u003d 2,22 g / cm 3), pada tekanan urutan 10 u Pa (10 5 atm) dan suhu sekitar 2000 ° C, masuk ke berlian, modifikasi lain dari karbon dengan pengepakan atom yang lebih padat (p \u003d 3,51 g / cm 3).

Ketika suhu naik, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm, dan ketika menurun, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm. Misalnya, sintesis amonia (Persamaan 4.51) merupakan reaksi eksotermik (DN^ 98 = -92,4 kJ). Oleh karena itu, saat suhu naik, kesetimbangan dalam sistem H 2 - N 2 - NH 3 bergeser ke kiri - menuju dekomposisi amonia, karena proses ini berlangsung dengan penyerapan panas. Sebaliknya, sintesis oksida nitrat (II) adalah reaksi endotermik:

Oleh karena itu, dengan naiknya suhu, kesetimbangan dalam N 2 - Tentang 2- NO bergeser ke kanan - menuju pembentukan N0.

Sifat perpindahan di bawah pengaruh pengaruh luar dapat diprediksi dengan menerapkan prinsip Le Chatelier: jika suatu sistem dalam kesetimbangan dipengaruhi dari luar, maka kesetimbangan dalam sistem tersebut digeser sedemikian rupa untuk melemahkan pengaruh luar tersebut.

1. Pengaruh konsentrasi.

Peningkatan konsentrasi salah satu reaktan menggeser kesetimbangan reaksi ke arah pengeluaran zat.

Penurunan konsentrasi searah dengan pembentukan suatu zat.

2. Pengaruh suhu.

Kenaikan suhu menggeser kesetimbangan menuju reaksi yang berlangsung dengan penyerapan panas (endoterm), dan penurunan suhu menggeser kesetimbangan menuju reaksi yang berlangsung dengan pelepasan panas (eksoterm).

3. Pengaruh tekanan.

Peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan ke arah reaksi yang disertai dengan penurunan volume, dan sebaliknya, penurunan tekanan menggeser ke arah reaksi yang disertai dengan peningkatan volume.

3.1. Contoh pemecahan masalah.

Contoh 1 Bagaimana laju reaksi yang berlangsung dalam bejana tertutup akan berubah jika tekanan dinaikkan 4 kali?

2NO (g.) + O 2 (g.) \u003d 2NO 2

Solusi: meningkatkan tekanan sebanyak 4 kali berarti meningkatkan konsentrasi gas dengan jumlah yang sama.

Tentukan laju reaksi sebelum menaikkan tekanan.

V 1 \u003d K * C 2 NO * CO 2

Tentukan laju reaksi setelah tekanan dinaikkan.

V 2 \u003d K * (4C NO) 2 * (4CO 2) \u003d 64 K * C 2 NO * CO 2

Tentukan berapa kali laju reaksi meningkat

V2 = 64*K*C 2 TIDAK *BERSAMA 2 = 64

V1 K*C2 NO*CO2

Jawaban: laju reaksi meningkat 64 kali lipat.

Contoh 2 Berapa kali laju reaksi akan meningkat dengan kenaikan suhu dari 20 C menjadi 50 C0. Koefisien suhu adalah 3.

Solusi: menurut aturan Van't - Hoff Vt 2 \u003d Vt 1 *γ T 2 -T 1/10

Sesuai dengan kondisi masalah, itu diperlukan untuk menentukan VT 2

Gantikan data dalam rumus:

VT 2 \u003d γ T 2 - T 1 / 10 \u003d 3 (50-20) / 10 \u003d 3 3 \u003d 27

Jawaban: Laju reaksi meningkat 27 kali lipat.

Contoh 3 Perhitungan konstanta kesetimbangan reaksi dari konsentrasi kesetimbangan reaktan dan penentuan konsentrasi awalnya.

Dalam sintesis amonia N 2 + 3H 2 == 2NH 3, kesetimbangan ditetapkan pada konsentrasi reaktan (mol / l): C N 2 = 2,5; C H 2 = 1,8; CNH3 = 3,6. Hitung konstanta kesetimbangan reaksi ini dan konsentrasi nitrogen dan hidrogen.

Solusi: kami menentukan konstanta kesetimbangan dari reaksi ini:

K*C= C 2 NH 3 = (3,6) 2 = 0,89

C N 2 *C 3 H 3 2.5*(1.8) 3

Konsentrasi awal nitrogen dan hidrogen ditemukan berdasarkan persamaan reaksi. Pembentukan dua mol NH 3 mengkonsumsi satu mol nitrogen, dan pembentukan 3,6 mol amonia membutuhkan 3,6/2=1,8 mol nitrogen. Mempertimbangkan konsentrasi kesetimbangan nitrogen,

cari konsentrasi awalnya:

C exN 2 \u003d 2,5 + 1,8 \u003d 4,3 mol / l

Untuk pembentukan dua mol NH3, perlu menghabiskan 3 mol hidrogen, dan diperlukan bagian untuk memperoleh 3,6 mol amonia.

3 * 3,6 / 2 \u003d 5,4 mol.

C refH 2 \u003d 1,8 + 5,4 \u003d 7,2 mol / l

Jawab: C N 2 \u003d 4.3

Contoh 4 Konstanta kesetimbangan sistem homogen

CO (g) + H 2 O (g) \u003d\u003d CO 2 (g) + H 2 (g)

pada 850 0 C sama dengan 1. Hitung konsentrasi semua zat pada kesetimbangan jika konsentrasi awalnya adalah: ref = 3 mol/l, ref = 2 mol/l.

Solusi: pada kesetimbangan, laju reaksi langsung dan balik adalah sama, dan rasio konstanta laju ini juga merupakan nilai konstan dan disebut konstanta kesetimbangan dari sistem yang diberikan:

V pr \u003d K 1;

V arr \u003d K 2;

K sama dengan = K 1 =

K2

Dalam kondisi soal, konsentrasi awal diberikan, sedangkan ekspresi K sama hanya mencakup konsentrasi kesetimbangan semua zat dalam sistem. Misalkan pada saat kesetimbangan, konsentrasinya sama dengan = x mol / l. Menurut persamaan sistem, jumlah mol hidrogen yang terbentuk dalam kasus ini juga akan menjadi x mol / l. Dengan jumlah mol yang sama (x mol / l) CO dan H 2 O dikonsumsi untuk membentuk x mol CO 2 dan H 2. Oleh karena itu, konsentrasi kesetimbangan keempat zat tersebut adalah:

Sama \u003d [H 2] sama \u003d x mol / l,

Sama \u003d (3 - x) mol / l,

[H 2 O] sama dengan = (2 - x) mol / l.

Mengetahui konstanta kesetimbangan, kami menemukan nilai x, dan kemudian konsentrasi awal semua zat:

1 = X 2

x 2 \u003d 6 - 2x - 3x + x 2; 5x = 6, x = 1,2 mol/l

Dengan demikian, konsentrasi kesetimbangan yang diinginkan adalah:

Sama = 1,2 mol/l.

[H 2] sama dengan = 1,2 mol / l.

Sama \u003d 3 - 1,2 \u003d 1,8 mol / l.

[H 2 O] sama dengan \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.

Contoh 5 Reaksi endotermik dekomposisi fosfor pentaklorida berlangsung menurut persamaan:

PCl 5 (g) == PCl 3 (g) + Cl 2 (g); ΔН = + 129,7 kJ.

Cara mengubah: a) suhu, b) tekanan; c) konsentrasi untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi langsung - dekomposisi PCl 5?

Solusi: pergeseran atau pergeseran kesetimbangan kimia adalah perubahan konsentrasi kesetimbangan reaktan sebagai akibat dari perubahan salah satu kondisi reaksi. Arah pergeseran kesetimbangan ditentukan oleh prinsip Le Chatelier: a) karena reaksi dekomposisi PC1 5 bersifat endotermik (ΔН> 0), untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi langsung, suhu harus dinaikkan; 6) karena penguraian PCl 5 dalam sistem ini menyebabkan peningkatan volume (dua molekul gas terbentuk dari satu molekul gas), maka untuk menggeser kesetimbangan menuju reaksi langsung, perlu dilakukan pengurangan tekanan; c) menggeser kesetimbangan ke arah yang ditunjukkan dapat dicapai baik dengan meningkatkan konsentrasi PCl 5 maupun dengan menurunkan konsentrasi PCl 3 atau Cl 2 .

2.6. Pergeseran kesetimbangan kimia. prinsip Le Chatelier

Jika sistem berada dalam keadaan setimbang, maka ia akan tetap berada di dalamnya selama kondisi eksternal tetap konstan.

Yang paling penting adalah kasus ketidakseimbangan karena perubahan konsentrasi zat apa pun yang terlibat dalam kesetimbangan, tekanan atau suhu.

Mari pertimbangkan masing-masing kasus ini.

Dengan peningkatan konsentrasi zat apa pun yang berpartisipasi dalam kesetimbangan, kesetimbangan bergeser ke arah konsumsi zat ini; ketika konsentrasi suatu zat berkurang, kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan zat ini.

Misalnya untuk reaksi

Mari kita perkenalkan jumlah hidrogen tambahan ke dalam sistem. Menurut hukum aksi massa, peningkatan konsentrasi hidrogen akan menyebabkan peningkatan laju reaksi maju - sintesis HI, sedangkan laju reaksi balik tidak akan berubah. Di arah depan, reaksi sekarang akan berlangsung lebih cepat daripada di arah sebaliknya, yaitu keseimbangan bergeser ke kanan, yaitu ke arah reaksi maju. Dengan perubahan konsentrasi yang terbalik, seseorang berbicara tentang keseimbangan bergeser ke kiri ke arah reaksi balik.

2. Ketika tekanan meningkat dengan mengompresi sistem, kesetimbangan bergeser ke arah penurunan jumlah molekul gas, yaitu ke arah penurunan tekanan; ketika tekanan berkurang, kesetimbangan bergeser ke arah peningkatan jumlah molekul gas, yaitu menuju peningkatan tekanan.

Untuk reaksi

peningkatan tekanan harus menggeser kesetimbangan ke kanan (di sebelah kiri, jumlah mol gas adalah 3, di sebelah kanan, 2).

Dalam kasus ketika reaksi berlangsung tanpa mengubah jumlah molekul gas, kesetimbangan tidak terganggu oleh kompresi atau ekspansi sistem. Misalnya di sistem

keseimbangan tidak terganggu oleh perubahan volume; Output HI tidak tergantung pada tekanan.

3. Ketika suhu naik, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm, dan ketika menurun, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm.

Jadi, sintesis amonia adalah reaksi eksotermis ( ΔH)

bergeser ke kiri - menuju penguraian amonia, karena proses ini berlangsung dengan penyerapan panas.

Sebaliknya, sintesis oksida nitrat (II) merupakan reaksi endotermik ( ΔH>0)

Oleh karena itu, ketika suhu naik, kesetimbangan dalam sistem
bergeser ke kanan menuju pembentukan NO.

Pola-pola yang memanifestasikan dirinya dalam contoh-contoh pelanggaran kesetimbangan kimia yang dipertimbangkan adalah kasus-kasus khusus umum prinsip Le Chatelier:

Jika ada pengaruh yang diberikan pada suatu sistem yang berada dalam kesetimbangan, maka sebagai akibat dari proses yang terjadi di dalamnya, kesetimbangan akan bergeser sedemikian rupa sehingga pengaruhnya akan berkurang.

Kesetimbangan kimia heterogen juga mengikuti prinsip Le Chatelier, tetapi bahan awal padat dan produk reaksi tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan kimia heterogen.

2.7. Solusi tugas tipikal

Contoh 1 Hitung konsentrasi kesetimbangan hidrogen dan yodium, jika diketahui bahwa konsentrasi awalnya masing-masing adalah 0,02 mol/l, dan konsentrasi kesetimbangan HI adalah 0,03 mol/l. Hitung tetapan kesetimbangan.

Larutan. Dari persamaan reaksi

H 2 + I 2 ↔ 2HI

dapat dilihat bahwa pembentukan 0,03 mol HI mengkonsumsi 0,015 mol hidrogen dan jumlah yodium yang sama, oleh karena itu, konsentrasi kesetimbangannya sama dan berjumlah 0,02 - 0,015 = 0,005 mol / l, dan konstanta kesetimbangan

.

Contoh 2 Dalam sistem
kesetimbangan konsentrasi zat
\u003d 0,3 mol / l,
=0,2 mol/l dan
\u003d 1,2 mol / l. Hitung konstanta kesetimbangan sistem dan konsentrasi awal klorin dan karbon monoksida.

Larutan. Dapat dilihat dari persamaan reaksi bahwa untuk pembentukan 1,2 mol
dikonsumsi oleh 1,2 mol
Dan
. Oleh karena itu, konsentrasi awal klorin 0,3 + 1,2 = 1,5 mol/l, karbon monoksida 0,2 + 1,2 = 1,4 mol/l. konstanta kesetimbangan

Contoh 3 Berapa kali laju reaksi interaksi karbon monoksida (II) dengan oksigen meningkat jika konsentrasi zat awal dinaikkan tiga kali lipat?

Larutan. 1) Tulis persamaan reaksi:

Menurut hukum aksi massa

2) Tunjukkan
, Kemudian:

3) Dengan peningkatan konsentrasi zat awal sebanyak 3 kali, kita mendapatkan:

, A

4) Hitung laju reaksi :

, yaitu laju reaksi akan meningkat 27 kali lipat.

Contoh 4 Berapa kali laju reaksi kimia meningkat dengan kenaikan suhu sebesar 40 ° C jika koefisien suhu laju reaksi adalah 3?

Larutan. Menurut aturan van't Hoff:

, yaitu laju reaksi akan meningkat 81 kali.

Contoh 5 Reaksi pada suhu 30˚С berlangsung dalam 2 menit. Berapa lama waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan reaksi ini pada suhu 60°C jika koefisien suhu lajunya adalah 2?

Larutan. 1) Sesuai dengan aturan van't Hoff:

2) Laju reaksi berbanding terbalik dengan waktu reaksi, oleh karena itu:

Contoh 6 Reaksi pembentukan oksida nitrat (IV) dinyatakan dengan persamaan

Bagaimana laju reaksi maju dan mundur berubah jika tekanan dinaikkan 3 kali, dan suhu dibiarkan konstan? Apakah perubahan kecepatan ini akan menyebabkan pergeseran kesetimbangan?

Larutan. Biarkan konsentrasi kesetimbangan oksida nitrat (II), oksigen dan oksida nitrat (IV) sebelum tekanan meningkat menjadi: = a, = b,

C, maka laju reaksi langsung

,

laju reaksi balik

.

Dengan peningkatan tekanan dengan faktor 3, konsentrasi semua reagen akan meningkat dengan jumlah yang sama: = 3a, = 3b, = 3c.

Laju reaksi maju akan menjadi:

Laju reaksi balik akan menjadi:

.

Laju reaksi maju meningkat 27 kali, dan sebaliknya - 9 kali. Kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi langsung, yang sesuai dengan prinsip Le Chatelier.

Contoh 7 Bagaimana mereka mempengaruhi keseimbangan dalam sistem

, (ΔН

a) penurunan tekanan;

b) kenaikan suhu;

c) peningkatan konsentrasi zat awal?

Larutan. Menurut prinsip Le Chatelier, penurunan tekanan akan menyebabkan pergeseran kesetimbangan menuju reaksi, yang menyebabkan peningkatan volumenya, yaitu. menuju reaksi balik. Peningkatan suhu akan menyebabkan pergeseran kesetimbangan menuju reaksi endoterm, yaitu menuju reaksi balik. Dan akhirnya, peningkatan konsentrasi zat awal akan menyebabkan pergeseran kesetimbangan menuju pembentukan produk reaksi, yaitu. menuju reaksi langsung.

Contoh 8 Perhatikan kesetimbangan kimia

Mari kita tentukan konsentrasi kesetimbangan NH 3 untuk dua campuran kesetimbangan:

1. = 0,1 M dan = 0,1 M.

2. =1,0 M dan = 0,1 M.

Konstanta kesetimbangan K = 6.0 ∙ 10 -2 pada 525 ˚С

Larutan. Mari kita buat ekspresi untuk konstanta kesetimbangan kimia, gantikan nilai yang diketahui ke dalamnya dan buat perhitungan.

Versi pertama dari kesetimbangan kimia:

Di mana

Versi kedua dari kesetimbangan kimia

Di mana

Kesimpulan. Dengan peningkatan konsentrasi N 2 (reagen) dalam campuran kesetimbangan, konsentrasi NH 3 (produk reaksi) meningkat.

2.8. Tugas untuk solusi independen

1. Berapa kali konsentrasi hidrogen dalam sistem harus ditingkatkan

untuk meningkatkan laju reaksi sebesar 125 kali?

2. Bagaimana laju reaksi akan berubah?

jika tekanan dalam sistem digandakan?

3. Reaksi antara oksida nitrat (II) dan klorin berlangsung sesuai dengan persamaan

Bagaimana laju reaksi akan berubah dengan meningkatnya:

a) konsentrasi oksida nitrat dua kali lipat;

b) konsentrasi klorin menjadi dua kali lipat;

c) konsentrasi kedua zat menjadi dua kali lipat?

4. Pada 150°C, beberapa reaksi selesai dalam 16 menit. Asumsikan koefisien temperatur 2,5, hitung berapa lama waktu yang diperlukan untuk reaksi ini berakhir pada 80°C.

5. Pada suhu 40°C, reaksi berlangsung dalam 36 menit, dan pada 60°C - dalam 4 menit. Hitunglah koefisien suhu laju reaksi tersebut.

6. Laju reaksi tertentu pada 100 0 C adalah 1. Berapa kali lebih lambat reaksi yang sama berlangsung pada 10 0 C (ambil koefisien temperatur dari laju sama dengan 2)?

7. Ketika campuran reaksi didinginkan dari 50 0 menjadi 20 0 С, laju reaksi kimia menurun 27 kali lipat. Hitunglah koefisien temperatur dari reaksi tersebut.

8. Tuliskan persamaan matematis tetapan kesetimbangan kimia untuk setiap reaksi berikut:

Saat menyelesaikan tugas ini, berikan perhatian khusus pada fakta bahwa beberapa zat - peserta reaksi - berada dalam keadaan padat.

9. Hitung konstanta kesetimbangan reaksi

jika konsentrasi kesetimbangannya sama

10. Terapkan prinsip Le Chatelier untuk memprediksi kondisi yang meningkatkan hasil reaksi berikut dengan menggeser kesetimbangan:

, (ΔН

11. Di antara reaksi-reaksi berikut, tunjukkan reaksi yang mana peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan kimia ke kanan:

A)
;

B)
;

V)
;

G)
;

e)
;

12. Pada suhu tertentu, konstanta kesetimbangan proses

Konsentrasi awal H 2 dan HCO masing-masing adalah 4 mol/l dan 3 mol/l. Berapakah konsentrasi kesetimbangan CH3OH?

13. Reaksi berlangsung menurut persamaan 2A ↔ B. Konsentrasi awal zat A adalah 0,2 mol/l. Tetapan kesetimbangan reaksi adalah 0,5. Hitung konsentrasi kesetimbangan reaktan.

14. Pada suhu tertentu, konsentrasi kesetimbangan sulfur anhidrida terbentuk sebagai hasil reaksi

,

adalah 0,02 mol/l. Konsentrasi awal sulfur dioksida dan oksigen masing-masing adalah 0,06 dan 0,07 mol/l. Hitung konstanta kesetimbangan reaksi.

TOPIK 3. STRUKTUR ATOM DAN TABEL PERIODIK UNSUR D.I. MENDELEEV

3.1. Model pertama dari struktur atom

Pada tahun 1897, J. Thomson (Inggris) menemukan elektron, dan pada tahun 1909 R. Mulliken menentukan muatannya, yaitu sebesar 1,6 · 10 -19 C. Massa elektron adalah 9,11 ∙ 10 -28 g Pada tahun 1904, J. Thomson mengusulkan model struktur atom, yang menurutnya atom dapat direpresentasikan sebagai bola positif dengan elektron tertanam.

Pada tahun 1910, di laboratorium E. Rutherford (Inggris), dalam percobaan pengeboman kertas logam dengan partikel α, ditemukan bahwa beberapa partikel α dihamburkan oleh kertas timah. Dari sini, Rutherford menyimpulkan bahwa di pusat atom terdapat inti kecil bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron. Jari-jari inti terletak dalam 10 -14 - 10 -15 m, mis. 10 4 - 10 5 kali lebih kecil dari ukuran atom. Rutherford meramalkan keberadaan proton dan massanya, yaitu 1800 kali massa elektron.

Pada tahun 1910, Rutherford mengusulkan model atom planet nuklir, yang terdiri dari inti berat di mana elektron bergerak dalam orbit, seperti planet tata surya. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh teori medan elektromagnetik, elektron dalam hal ini harus bergerak dalam spiral, memancarkan energi secara terus menerus, dan jatuh pada nukleus.

Spektrum atom. Saat dipanaskan, suatu zat memancarkan sinar (radiasi). Jika radiasi memiliki satu panjang gelombang, maka itu disebut monokromatik. Dalam kebanyakan kasus, radiasi dicirikan oleh beberapa panjang gelombang. Ketika radiasi didekomposisi menjadi komponen monokromatik, diperoleh spektrum radiasi, di mana masing-masing komponennya diekspresikan oleh garis spektral. Pada Gambar 3.1. spektrum atom hidrogen ditampilkan. Panjang gelombang yang sesuai dengan spektrum atom hidrogen ditentukan oleh persamaan Balmer

. (3.1)

di mana λ adalah panjang gelombang; R adalah konstanta Rydberg (109678 cm -1); n dan m adalah bilangan bulat (n = 1 untuk deret Lyman, n = 2 untuk deret Balmer, n = 3 untuk deret Paschen; m = 2, 3, 4 untuk deret Lyman, m = 3, 4, 5 untuk Balmer, m = 4, 5, 6 untuk deret Paschen).

Quanta dan model Bohr. Pada tahun 1900, M. Planck (Jerman) mengemukakan bahwa zat menyerap dan memancarkan energi dalam porsi terpisah, yang disebutnya kuanta. energi kuantum e sebanding dengan frekuensi radiasi (osilasi) ν:

,

dimana - h - konstanta Planck (6,626∙10 -34 J s); ν = c/λ, c adalah kecepatan cahaya; λ adalah panjang gelombang.

Pada tahun 1913, ilmuwan Denmark N. Bohr, menggunakan model Rutherford dan teori Planck, mengusulkan model struktur atom hidrogen, yang menurutnya elektron tidak bergerak di sekitar nukleus, tetapi hanya dalam orbit yang diizinkan, di mana elektron memiliki energi tertentu Ketika sebuah elektron berpindah dari satu orit ke atom lain menyerap atau memancarkan energi dalam bentuk kuanta. Setiap orbit memiliki bilangan n (1, 2, 3, 4,…), yang disebut bilangan kuantum utama. Bohr menghitung jari-jari orbit. Jari-jari orbit pertama adalah 5,29∙10 -13 m, jari-jari orbit lainnya sama dengan:

Energi elektron (eV) bergantung pada nilai kuantum utama

Tanda energi negatif berarti stabilitas sistem, yaitu semakin stabil, semakin rendah (semakin negatif) energinya. Atom hidrogen memiliki energi minimum ketika elektron berada di orbit pertama (n=1). Keadaan seperti itu disebut utama. Ketika sebuah elektron bergerak ke orbit yang lebih tinggi, atom menjadi bersemangat. Keadaan atom ini tidak stabil.

3.2. Model mekanika kuantum atom hidrogen

Sifat ganda elektron. Pada tahun 1905, A. Einstein meramalkan bahwa setiap radiasi adalah aliran kuanta energi yang disebut foton. Ini mengikuti dari teori Einstein bahwa cahaya memiliki sifat ganda (gelombang partikel).

Pada tahun 1924, Louis de Broglie (Prancis) mengemukakan bahwa elektron juga dicirikan oleh dualitas gelombang-partikel. Ini kemudian dikonfirmasi dalam eksperimen difraksi kristal. De Broglie mengusulkan persamaan yang menghubungkan panjang gelombang λ elektron atau partikel lain dengan massa m dan kecepatan ν,

. (3.2)

Gelombang partikel materi de Broglie disebut gelombang materi. Mereka adalah karakteristik dari semua partikel atau benda. Namun, sebagai berikut dari persamaan (3.2), untuk makrobodi panjang gelombangnya sangat kecil sehingga tidak dapat dideteksi saat ini. Jadi, untuk benda bermassa 1000 kg bergerak dengan kecepatan 108 km/jam (30 m/s) λ = 2,21 10 -38 m.

Pada tahun 1927, W. Heisenberg (Jerman) mendalilkan prinsip ketidakpastian, yang menurutnya posisi dan momentum partikel subatomik (mikropartikel) pada prinsipnya tidak dapat ditentukan setiap saat dengan akurasi mutlak. Hanya satu dari properti ini yang dapat ditentukan pada waktu tertentu. E. Schrödinger (Austria) pada tahun 1926 memperoleh deskripsi matematis tentang perilaku elektron dalam atom.

Karya Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg, dan Schrödinger, yang mengusulkan persamaan gelombang, meletakkan dasar bagi mekanika kuantum, yang mempelajari gerak dan interaksi mikropartikel.

Orbit. Sesuai dengan konsep mekanika kuantum, tidak mungkin untuk secara akurat menentukan energi dan posisi elektron, oleh karena itu, dalam model atom mekanika kuantum, pendekatan probabilistik digunakan untuk mengkarakterisasi posisi elektron. Probabilitas menemukan elektron di wilayah ruang tertentu dijelaskan oleh fungsi gelombang ψ, yang mencirikan amplitudo gelombang sebagai fungsi koordinat elektron. Dalam kasus paling sederhana, fungsi ini bergantung pada tiga koordinat spasial dan dipanggil orbit. Menurut definisi ψ, Orbital adalah wilayah ruang di mana elektron paling mungkin ditemukan. Perlu dicatat bahwa konsep orbital sangat berbeda dengan konsep orbit, yang dalam teori Bohr berarti jalur elektron di sekitar inti atom. Ukuran wilayah ruang yang ditempati oleh sebuah orbital biasanya sedemikian rupa sehingga kemungkinan menemukan elektron di dalamnya paling sedikit 95%.

Karena elektron membawa muatan negatif, orbitalnya mewakili distribusi muatan tertentu, yang disebut awan elektron.

bilangan kuantum. Untuk mengkarakterisasi perilaku elektron dalam atom, bilangan kuantum diperkenalkan: prinsipal, orbital, magnetik, dan spin.

Bilangan kuantum utamaN menentukan energi dan ukuran orbital elektron. Bilangan kuantum utama mengambil nilai 1,2,3,4,5,… dan mencirikan kulit atau tingkat energi. Semakin besar n, semakin tinggi energinya. Kerang (tingkat) memiliki penunjukan huruf: K (n = 1), L (n = 2), M (n = 3), N (n = 4), Q (n = 5), transisi elektron dari satu kulit (tingkat ) ke yang lain disertai dengan pelepasan kuanta energi, yang dapat muncul dalam bentuk spektrum (lihat Gambar 3.1).

Bilangan kuantum orbitl menentukan bentuk orbital atom. Kulit elektron dibagi menjadi subkulit, sehingga bilangan kuantum orbital juga mencirikan sublevel energi dalam kulit elektron atom.

Bilangan kuantum orbital mengambil nilai integer dari 0 sampai (n-1). Subkulit juga dilambangkan dengan huruf:

Subkulit (sublevel)…………………s p d f

bilangan kuantum orbit, l……………0 1 2 3

Elektron dengan bilangan kuantum orbital 0 disebut S- elektron. Orbit dan, karenanya, awan elektron berbentuk bola (Gbr. 3.2, a).

Elektron dengan bilangan kuantum orbital 1 ditelepon P- elektron. Orbit dan, karenanya, awan elektron memiliki bentuk yang menyerupai halter (Gbr. 3.2, b).

Elektron dengan bilangan kuantum orbital 2 disebut D– elektron. Orbital berbentuk roset empat kelopak (Gbr. 3.2, c).

Elektron dengan bilangan kuantum orbital 3 disebut F– elektron. Bentuk orbitalnya bahkan lebih kompleks daripada bentuk orbital-d.

Di shell pertama (n=1) bisa ada satu (s-), di shell kedua (n=2) dua (s- dan p-), di shell ketiga (n=3) - tiga (s-, p -, d- ), di subkulit keempat (n=4) - empat (s-, p-, d-, f-)-.

Bilangan kuantum magnetik M l mencirikan posisi orbital dalam ruang (lihat Gambar 3.2).

Dengan demikian, dalam subkulit s ( l= 0) ada satu orbit ( M l= 0), di subkulit p ( l= 1) adalah tiga orbital ( M l= -1, 0, +1), di subkulit d ( l= 2) lima orbital ( M l = -2, -1, 0, +1, +2).

orbit atom. Setiap orbital elektron dalam sebuah atom (orbital atom, AO) dapat dicirikan oleh tiga bilangan kuantum n, l Dan M l .

Secara konvensional, orbital atom dilambangkan dalam bentuk sel.

Dengan demikian, untuk subkulit s, ada satu AO, dan untuk subkulit p, ada tiga AO putaran. bekerja... Mungkin menjadi mandiri... studi. uang saku dalam sosiologi Untuk siswa universitas. ...

Dalam beberapa kasus, zat yang dihasilkan dari reaksi berinteraksi satu sama lain atau terurai, dan kemudian dua reaksi terjadi secara bersamaan dalam sistem: langsung (produk reaksi terbentuk) dan mundur (zat awal disintesis kembali). Dalam kasus kebetulan laju proses langsung dan balik dalam sistem yang dipertimbangkan, terjadi kesetimbangan, yang disebut kimiawi. Ini adalah kesetimbangan dinamis, karena reaksi itu sendiri tidak berhenti, tetapi jumlah zat yang sama terbentuk dan meluruh pada waktu yang bersamaan. Pada suhu dan tekanan konstan, keadaan ini dapat berlangsung cukup lama. Ini disajikan secara grafis di bawah ini. Dengan laju ekuivalen berarti konstanta tertentu yang sama dengan laju reaksi maju dan mundur.

Prinsip pergeseran kesetimbangan kimia

Prinsip perpindahan (shift) kesetimbangan ditemukan pada tahun 1884 oleh Le Chatelier. Itu kemudian digeneralisasikan oleh Carl Ferdinand Braun (1887). Oleh karena itu, saat ini ia memiliki nama ganda - prinsip Le Chatelier-Brown. Hukum ini digunakan baik dalam kimia maupun termodinamika, elektrodinamika, ekologi, dan biokimia. Ada banyak formulasi, tetapi inti dari masing-masing formula bermuara sebagai berikut: “Ketika ada dampak yang diberikan pada suatu sistem dalam keadaan setimbang, kesetimbangan kimiawi bergeser sedemikian rupa untuk mengkompensasi perubahan ini (yaitu, sistem akan mencoba mengembalikan keseimbangan)". Prinsip yang dijelaskan dapat ditunjukkan dengan jelas menggunakan sistem berikut. Ada pegas yang terpasang pada penyangga tetap. Saat istirahat, sistem ini berada dalam kesetimbangan. Jika pegas diregangkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah gaya luar. Namun, pada saat yang sama, oposisi juga tumbuh dalam sistem tersebut. Dan pada titik tertentu, kekuatan penangkal dan pengaruh eksternal menjadi sama satu sama lain, akibatnya terjadi keadaan keseimbangan baru.

Prinsip Le Chatelier hanya dapat digunakan untuk sistem dalam kesetimbangan, jika tidak, hasil analisisnya akan salah. Ada tiga parameter utama yang perubahannya menyebabkan pergeseran kesetimbangan kimia: tekanan, suhu, dan konsentrasi bahan kimia.

Suhu

Perubahan suhu adalah penyebab paling umum dari pergeseran kesetimbangan kimia, yang cukup dapat dimengerti, karena faktor ini lebih mudah dipengaruhi daripada, misalnya, tekanan. Harus disebutkan di sini bahwa reaksi dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan efek termal. Diantaranya adalah sebagai berikut: eksoterm (dengan pelepasan panas) dan endoterm (dengan penyerapannya). Bagaimana pergeseran kesetimbangan kimia dalam kasus ini? Prinsip Le Chatelier dalam hal ini direduksi menjadi sebagai berikut: dengan kenaikan suhu, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi yang terjadi dengan penyerapan panas, dan ketika berkurang, masing-masing, ke arah yang berlawanan. Jadi, jika suhu dinaikkan untuk reaksi yang ditunjukkan di bawah ini, kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

Sebagian besar reaksi maju bersifat eksotermik, sedangkan reaksi balik bersifat endotermik (ini bukan aturan, melainkan pengamatan yang banyak pengecualiannya dapat ditemukan).

Tekanan

Dengan perubahan tekanan, parameter berikutnya dari sistem diubah - volumenya (bertambah atau berkurang), sehingga dampak dengan bantuan parameter ini memiliki efek yang sangat kuat pada sistem di mana terdapat gas. Dalam hal ini, prinsip kesetimbangan kimia adalah sebagai berikut. Jika tekanan dalam sistem meningkat, maka kesetimbangan bergeser ke arah pengurangan jumlah molekul gas, dan ketika tekanan berkurang, kesetimbangan bergerak ke arah yang berlawanan. Jika jumlah molekul gas tidak berubah selama reaksi, maka kesetimbangan tidak bergeser dengan perubahan tekanan, seperti misalnya pada reaksi berikut.

Namun, dalam praktiknya, prinsip ini hanya berlaku untuk gas ideal, karena semua gas nyata memiliki kompresibilitas yang berbeda. Jadi, meskipun jumlah molekul gas tetap tidak berubah, kesetimbangan mungkin bergantung pada tekanan. Dalam praktiknya, ini akan terlihat pada tekanan tinggi. Dalam kasus cairan dan padatan, perubahan tekanan sebenarnya tidak mempengaruhi kesetimbangan karena volume kecil yang ditempati oleh zat tersebut. Saat mempertimbangkan sistem campuran, hanya molekul gas yang diperhitungkan.

Pergeseran kesetimbangan dalam sistem sebagai akibat dari perubahan konsentrasi zat yang berpartisipasi dalam reaksi

Dalam proses perubahan konsentrasi suatu zat, prinsip Le Chatelier bekerja sebagai berikut. Dengan peningkatan konsentrasi produk reaksi, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi balik, dengan penurunan jumlah zat yang terbentuk, kesetimbangan bergerak ke arah yang berlawanan.

Apa yang terjadi jika Anda menambahkan gas inert

Anda dapat mengubah volume sistem tidak hanya dengan mengompresi atau mengurangi tekanan, tetapi juga dengan menambahkan gas lembam yang tidak akan bereaksi. Apa yang akan terjadi pada sistem ketika, misalnya, helium ditambahkan ke dalamnya? Faktanya, kemungkinan besar, tidak akan terjadi apa-apa, karena rasio zat yang berpartisipasi dalam reaksi tidak akan berubah, dan selama proses, yang penting bukanlah tekanan total sistem, tetapi tekanan parsial masing-masing komponen.

Pengaruh katalis

Jumlah katalis dan keberadaannya secara umum tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan kimia. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elemen ini sama-sama mempercepat reaksi maju dan mundur, menjaga keseimbangan dalam sistem tidak berubah.

Metode untuk mempelajari kesetimbangan kimia

Pertimbangan rinci tentang kesetimbangan kimia sangat penting untuk pemahaman proses yang lengkap. Salah satu teknik yang paling umum digunakan adalah apa yang disebut metode kesetimbangan pembekuan. Jadi, terjadi pendinginan sistem yang cepat, yang dalam keadaan seimbang. Kesetimbangan tidak punya waktu untuk bergeser, dan pada suhu rendah laju sebagian besar proses melambat hingga hampir nol. Berkat ini, komposisi campuran dapat dianalisis sepenuhnya pada suhu berapa pun (konsentrasi zat yang terlibat dalam reaksi pada derajat nol akan sesuai dengan jumlah komponen pada suhu saat penurunan dimulai). Eksperimen ini dilakukan beberapa kali dengan reaksi berlangsung di kedua arah.

Apakah ada ireversibilitas total?

Tidak mungkin untuk sepenuhnya menggeser kesetimbangan kimia dalam satu arah. Bahkan dengan perpindahan absolut yang tampak, akan selalu ada sejumlah kecil molekul yang bereaksi balik.

Dalam praktiknya, hampir semua reaksi dapat dibalik, dan seberapa besar efek ini akan terlihat seringkali bergantung pada suhu (sering kali kesetimbangan hanya bergeser dengan kuat ke satu sisi, sehingga menjadi nyata hanya ketika kondisi berubah). Karena prevalensi reaksi kimia reversibel inilah studi tentang kesetimbangan menjadi sangat penting.

Contoh sintesis di mana kesetimbangan kimia digeser selama produksi

Dalam produksi, kesetimbangan kimia biasanya digeser ke arah reaksi langsung untuk memperoleh, masing-masing, produk reaksi. Ada banyak contoh sintesis semacam itu: memperoleh amonia, sulfur oksida (VI), nitrogen oksida (II), dll.