Χημική ισορροπία

Η αρχή Le Chatelier: το σύστημα αντιδρά στην πίεση που του ασκείς.

32 λεπτά

Θα μάθεις να

Να περιγράφεις τη χημική ισορροπία ως δυναμική κατάσταση με ίσες ταχύτητες.
Να γράφεις τη σταθερά ισορροπίας μιας αντίδρασης και να την υπολογίζεις από δεδομένα.
Να προβλέπεις τη μετατόπιση με την αρχή Le Chatelier, ξεχωρίζοντας ποιος κανόνας ισχύει κάθε φορά.
Να εξηγείς γιατί ο καταλύτης και το αδρανές αέριο δεν μετατοπίζουν την ισορροπία.

Τίποτα δεν σταμάτησε

Όταν μια αμφίδρομη αντίδραση φτάσει σε χημική ισορροπία, οι συγκεντρώσεις παύουν να αλλάζουν. Είναι εύκολο να συμπεράνεις ότι η αντίδραση σταμάτησε. Δεν σταμάτησε.

Η ισορροπία είναι δυναμική: και οι δύο κατευθύνσεις τρέχουν, με ίσες ταχύτητες. Ό,τι φτιάχνεται καταστρέφεται με τον ίδιο ρυθμό, και το καθαρό αποτέλεσμα είναι μηδέν.

v_{1} = v_{2}

Η απόδειξη ότι δεν σταμάτησε δίνεται με ισότοπα: αν βάλεις σημασμένο άτομο στα αντιδρώντα, το βρίσκεις μετά από λίγο και στα προϊόντα, με τις συγκεντρώσεις να μην έχουν κουνηθεί καθόλου.

Η σταθερά ισορροπίας

Για την αντίδραση $\alpha A + \beta B \rightleftharpoons \gamma C + \delta D$ :

K_c = \frac{[C]^{\gamma}[D]^{\delta}}{[A]^{\alpha}[B]^{\beta}}

Προϊόντα πάνω, αντιδρώντα κάτω, υψωμένα στους συντελεστές τους. Το $K_c$ εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία.

Κλειδί

Το μέγεθος του $K_c$ λέει πού κάθεται η ισορροπία, χωρίς κανέναν υπολογισμό:

$K_c$	Τι σημαίνει
πολύ μεγάλο	η αντίδραση πάει σχεδόν ως το τέλος
περίπου $1$	αντιδρώντα και προϊόντα συνυπάρχουν σε συγκρίσιμες ποσότητες
πολύ μικρό	ελάχιστη μετατροπή· η ισορροπία μένει αριστερά

Και δύο κανόνες που ζητιούνται: αν αντιστρέψεις την αντίδραση, το $K_c$ γίνεται αντίστροφο· αν διπλασιάσεις τους συντελεστές, το $K_c$ υψώνεται στο τετράγωνο.

Στερεά και καθαρά υγρά δεν μπαίνουν στην έκφραση: η «συγκέντρωσή» τους είναι σταθερή και ενσωματώνεται στο $K_c$ .

Η αρχή Le Chatelier

Όταν διαταράξεις ένα σύστημα σε ισορροπία, αυτό μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση που αντιτίθεται στη διαταραχή.

Η διατύπωση είναι απλή και η εφαρμογή όχι, γιατί κάθε είδος διαταραχής συλλογίζεται διαφορετικά: η συγκέντρωση κοιτάει ποια μεριά πείραξες, η θερμοκρασία το πρόσημο του $\Delta H$ , η πίεση μετράει mol αερίων, και ο καταλύτης δεν κάνει τίποτα.

Τέσσερις διαταραχές, τέσσερις διαφορετικοί συλλογισμοί

Η σύνθεση της αμμωνίας: εξώθερμη, με 4 mol αερίων αριστερά και 2 δεξιά. Δοκίμασε κάθε κουμπί και διάβασε τον λόγο — ιδίως τον καταλύτη, που είναι το κλασικό παγιδευτικό υποερώτημα.

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) — εξώθερμη

mol αερίων: 4 / 2

Διάλεξε διαταραχή

Μετατόπιση

Προς τα δεξιά

Το σύστημα καταναλώνει ό,τι του πρόσθεσες, άρα τρέχει προς τα προϊόντα.

Πρόσεχε

Τρεις παγίδες, και οι τρεις εμφανίζονται σε θέματα:

Ο καταλύτης δεν μετατοπίζει τίποτα. Επιταχύνει και τις δύο κατευθύνσεις με τον ίδιο παράγοντα.

Η πίεση δεν κάνει τίποτα όταν τα mol αερίων είναι ίσα στις δύο μεριές. Μετράς μόνο τα αέρια — στερεά και υγρά δεν συμπιέζονται ουσιαστικά.

Η θερμοκρασία είναι η μόνη διαταραχή που αλλάζει το ίδιο το $K_c$ . Όλες οι άλλες μετατοπίζουν την ισορροπία αφήνοντας τη σταθερά εκεί που ήταν — και η νέα θέση είναι αυτή που ξαναδίνει την ίδια τιμή.

Λυμένα παραδείγματα

Παράδειγμα 1

Γράψε την έκφραση του $K_c$ για την $2SO_2(g) + O_2(g) \\rightleftharpoons 2SO_3(g)$

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Παράδειγμα 2

Σε δοχείο $2$ L, στην ισορροπία υπάρχουν $0{,}4$ mol $H_2$ , $0{,}4$ mol $I_2$ και $2{,}4$ mol $HI$ . Βρες το $K_c$ για $H_2 + I_2 \\rightleftharpoons 2HI$ .

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Παράδειγμα 3

Στη σύνθεση της αμμωνίας ( $\\Delta H < 0$ ), τι κάνει η αύξηση της θερμοκρασίας;

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Παράδειγμα 4

Σε ποια από τις δύο αντιδράσεις μετατοπίζει η πίεση την ισορροπία;

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Ασκήσεις

Από την πιο απλή στην πιο δύσκολη. Κρυμμένη είναι μόνο η απάντηση — ο δρόμος ως εκεί είναι δική σου δουλειά.

Βασική

Γράψε την έκφραση του $K_c$ για την $H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI$ .

Τεστ

Δεν μετράει βαθμός — μετράει να δεις τι κατάλαβες. Προσπέρασε όποια θες και γύρνα πίσω όποτε θες.

Σε χημική ισορροπία:

και οι δύο αντιδράσεις τρέχουν, με ίσες ταχύτητεςοι συγκεντρώσεις αντιδρώντων και προϊόντων είναι ίσεςη αντίδραση έχει σταματήσειέχουν καταναλωθεί όλα τα αντιδρώντα

Τα κατάφερες;

Να περιγράφεις τη χημική ισορροπία ως δυναμική κατάσταση με ίσες ταχύτητες.
Να γράφεις τη σταθερά ισορροπίας μιας αντίδρασης και να την υπολογίζεις από δεδομένα.
Να προβλέπεις τη μετατόπιση με την αρχή Le Chatelier, ξεχωρίζοντας ποιος κανόνας ισχύει κάθε φορά.
Να εξηγείς γιατί ο καταλύτης και το αδρανές αέριο δεν μετατοπίζουν την ισορροπία.

Κάνε το τεστ πιο πάνω και θα δεις εδώ πού στέκεσαι.