Fakultet kemijskog inenjerstva i tehnologije Sveuilita u Zagrebu

KEMIJSKA RAVNOTEA ISustavi plin-plin, vrsta tvar plin, tekuina-tekuina

dr. sc. Biserka Tkalecdr. sc. Lidija Fura

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristupKemijska reakcija napreduje:

1) dok svi reaktanti ne izreagiraju do kraja

2) dok mjerodavni reaktant ne izreagira do kraja ( mjerodavni reaktant = 100 %)ili djelomino ( mjerodavni reaktant < 100 %)

3) dok se ne uspostavi kemijska ravnotea

Veina kemijskih reakcija su povratne, tj. produktiponovno reagiraju dajui reaktante:

NAPREDNA

POVRATNAKEMIJSKA REAKCIJA

reaktanti produkti

produkti reaktanti

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup

NAPREDNA

POVRATNAKEMIJSKA REAKCIJA

U skladu s IUPAC-om: Obje reakcije definirane su brzinompromjene koncentracije reaktanata, odnosno produkata,dok se pojam brzina reakcije odnosi na openiti pojamnapredovanja kemijske reakcije.

reaktanti produkti

produkti reaktanti

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristupU trenutku kada se napredna i povratna reakcijazbivaju jednakom brzinom, tj. kada se brzinaprirasta koncentracije produkata izjednai sbrzinom prirasta koncentracije reaktanata,uspostavlja se:

DINAMIKA RAVNOTEA.

Koncentracije reaktanata i produkata se nemijenjaju i reaktanti i produkti se nalaze u:

KEMIJSKOJ RAVNOTEI.(Koliko produkata nastane naprednom reakcijom, toliko ih nestanepovratnom reakcijom, tj. koliko reaktanata se utroi naprednomreakcijom, toliko ih ponovno nastaje povratnom reakcijom. Dakle, iako seu sustavu, u jednakim vanjsk im uvjetima, obje pretvorbe zbivajuneprekidno, ukupna reakcija se naizgled, prema vani vie ne zbiva.)

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup

Ovisnost brzine prirasta koncentracije tvari pri kemijskim reakcijama o koncentraciji tvari:

ZAKON O DJELOVANJU MASA

(C. M. Guldberg i P. Waage)

''BRZINA PRIRASTA KONCENTRACIJE PRODUKTA PRI KEMIJSKOJ REAKCIJI PROPORCIONALNA JE UMNOKU

KONCENTRACIJA TVARI KOJE REAGIRAJU'

(Brzina kemijske reakcije proporcionalna je aktivnim masama reagirajuih tvari. Pod aktivnommasom podrazumijeva se koncentracija reaktanta koji odreuje brzinu reakcije.)

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup

Ukupna reakcija : n A + m B p C + d D (1)

Napredna : v = k [A]n [B]m brzina nastajanja produkata (2)

Povratna : v = k [C]p [D]q brzina nastajanja reaktanata (3)

U stanju kemijske ravnotee:

v = v (4)

k [A]n [B]m = k [C]p [D]q (5)

Uglata zagrada oznaava da je rije o ravnotenoj konentraciji tvari [A]

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup

Dakle, u ravnotenom stanju je umnoak koncentracija produkata kemijske reakcije, dignutih

na potenciju jednaku broju molekula pojedinog produkta (prema kemijskoj jednadbi (1)), podijeljen

s umnokom koncentracija reaktanata, dignutih na potenciju jednaku broju molekula pojedinog reaktanta

(prema kemijskoj jednadbi (1)), jednak omjeruumnoka konstanata napredne i povratne reakcije.

[ ] [ ][ ] [ ]mn

qp

BADC

==

kkK (5)

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup

T

k konstk

.

=

= K= konstanta ravnotee

Konstanta ravnotee definirana jednadbom (5) naziva sekoncentracijskom konstantom ravnotee, Kc, jer je

definirana koncentracijama sudionika reakcije i njihovim stehiometrijskim koeficijentima.

Konstanta ravnotee neke reakcije ima priblino stalnu vrijednost koja ovisi o temperaturi, jer se promjenom temperature mijenja i brzina

napredne, odnosno povratne reakcije. Jedinica konstante, Kc, ovisi o stehiometrijskim koeficijentima reaktanata i produkata, tj. o brojevima

jedinki u jednadbi kemijske reakcije.

)(f TKkk

c ==

KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup

Iz matematikog promiljanja izraza (5) se vidi, kako brojana vrijednost konstante ravnotee odreuje poloaj

ravnotee. TO JE VRIJEDNOST KONSTANTE RAVNOTEE NEKE KEMIJSKE REAKCIJE U DATIM VANJSKIM UVJETIMA VEA, TO JE

RAVNOTEA VIE POMAKNUTA NA STRANU NASTAJANJA PRODUKATA REAKCIJE I OBRATNO, TO JE VRIJEDNOST

KONSTANTE RAVNOTEE NEKE KEMIJSKE REAKCIJE U DATIM VANJSKIM UVJETIMA MANJA, TO JE RAVNOTEA VIE POMAKNUTA

NA STRANU NASTAJANJA REAKTANATA.

Promijene li se vanjski uvjeti sustava koji se nalazi u stanju ravnotee (npr., koncentracija, tlak, dovoenje ili odvoenje topline sustavu itd.), ravnotea

kemijske reakcije moe se pomaknuti u smijeru napredne ili povratne reakcije, u skladu s Le Chatelierovim principom koji se temelji na principu

akcije i reakcije.

KEMIJSKA RAVNOTEAkinetiki pristup

Promijene li se vanjski uvjeti sustava koji se nalazi u ravnotei, ravnotea se pomie u onom smjeru koji pogoduje uspostavljanjuprvobitnih uvjeta.

Le Chatelier-ov princip:

Konstante ravnotee se iskazuju pomou razliitih fizikalnih veliina:

Kc ... Koncentracijska konstanta ravnotee (koncentracija tvari izraena koliinskom koncentracijom tvari)

Kp Tlana konstanta ravnotee (.parcijalnim tlakovima plinova)

Kx Koliinska konstanta ravnotee (.koliinskim udjelima tvari)

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjesePrimjer (leacht.swf): I2 2I

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/lechv17.swf

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese

Primjer: a) Nastajanje i b) raspad jodovodika:

a)

b)

Koncentracijske konstante ravnotee za reakcije a) i b) su:

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)

2 HI (g) H2 (g) + I2 (g)

[ ][ ] [ ]22

2

IHHI

=cKa)[ ] [ ][ ]2

22

HIIH

=cKb)

b),a),

1

cc K

K =

Vrijednosti koncentracijskih konstanti ravnotea reakcija nastajanja i raspada jodovodika su meusobno reciprone.

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

Sastav plinovitih smjesa se najee iskazuje parcijalnimtlakovima komponenata smjese, koji su proporcionalni mnoinskom udjelu pojedine komponenete smjese. Ako su i reaktanti i produkti reakcije u plinovitom stanju, konstanta odgovarajue ravnotee se iskazuje TLANOM KONSTANTOMRAVNOTEE, Kp, koja vrijedi za odreenu temperaturu i tlak .

bB

aA

dD

cC

ppppK p

=

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese

RAVNOTEE U PLINOVITIM SUSTAVIMA (HOMOGENI SUSTAV)

a) n (produkta) = n (reaktanta)

Primjer: N2(g) + O2(g) 2 NO(g)

Kako promjena tlaka utjee na ravnoteu ?

pi matematiki Kp (T)= konst.

puk

puk nema promjene ravnotee

)(O)(N(NO)

)(O)(N(NO)

)O()(N(NO)

22

2

22

22

22

2

ppp

papapa

pppK p

=

=

=

poveanjem puk a puta, brojanavrijednost razlomka se ne mijenja

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese

b) n (produkata) = n (reaktanta)

Primjer: N2(g) + 3 H2(g) 2NH3(g)

pi matematiki Kp (T)= konst.

( ) )C(500 hPa1059,1)(H)(N

NH 0 92

32

32

=

=pp

pK p

puk n, tj. c, tj. p (NH3)

( ) ( ))(H)(N

NH)(H)(N

NH

23

22

32

233

2

322

ppap

papapaK p

=

=

kako se poveala vrijednost nazivnika a2puta, mora se poveati i vrijednost brojnika,tj. p (NH3), jer je vrijednost Kp (T) = konst.

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese

Promjenom ukupnog tlaka reakcijske smjese pomie se

ravnotea samo kada se reakcijom mijenja broj molekula u sustavu !

Konstante se iskazuju kao Kp,Kx, Kc

a ) Kp= Kx = Kc

konc. se moe zamijeniti s n, V, , w, X, pi

b) Kp= Kx = Kc

ne smije se zamijeniti kao pod a) !!!

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese

b) ako u reakciji dolazi do PROMJENA UKUPNE KOLIINE TVARI : K ima razliitevrijednosti za istu kemijsku reakciju, ovisno o tome da li se koncentracije reaktanata

i produkata izraze koliinskom koncentracijom, parcijalnim tlakovima ili koliinskim

udjelima; Kc = Kp= Kx

VRIJEDNOSTI KONSTANTE RAVNOTEE:

a) ako u reakciji nema promjene koliine tvari odnosno STALNA KOLIINA TVARI:

konstanta koliinske koncentracije Kx moe se zamijeniti koliinama koje reagiraju, odnosno volumenima, volumnim udjelima, masenim udjelima, koliinskim udjelima ili parcijalnim tlakovima (plinovi), Kc = Kp= Kx

KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese1. M. Sikirica: Stehiometrija:

a) proitati i prouiti poglavlje X.: (str. 149 157; 160-161-drugi primjer ne; 163-165 bez primjera; 167-168)

b) zadatci: 9.7.; 9.8.; 9.9.; 9.11.; 9.15.; 9.19.

2. I. Filipovi: Opa i anorganska kemija I

a) proitati i prouiti poglavlje 7. (str. 414 417);poglavlje 8. (str. 427-435); poglavlje 9. (str. 492-503)

b) zadatci: 9.3.1.; 9.3.8.a); 9.3.9.; 9.3.10.

3. Preporuka: M. Sikirica, Stehiometrija: 9.4.; 9.5.; 9.18.; 9.20.; 9.22.; 9.26.; 9.27.; 9.35.; 9.38.;9.39.

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristupSlide Number 5Slide Number 6KEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristupKEMIJSKA RAVNOTEA kinetiki pristup Slide Number 10KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjeseKEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjeseKEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjeseKEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjeseKEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjeseKEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjeseSlide Number 17KEMIJSKA RAVNOTEAplinovite smjese