Keadaan kesetimbangan kimia terjadi dalam kondisi yang ditentukan secara ketat: konsentrasi, suhu, tekanan. Ketika salah satu kondisi ini berubah, kesetimbangan terganggu karena perubahan laju reaksi maju dan mundur yang tidak seimbang. Peralihan dari satu keadaan setimbang ke keadaan setimbang lainnya disebut pergeseran atau perpindahan posisi setimbang. Jika laju reaksi maju lebih besar daripada laju reaksi balik, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan. Jika laju reaksi maju lebih kecil dari laju reaksi balik, maka kesetimbangan bergeser ke kiri. Seiring waktu, kesetimbangan kimia baru terbentuk dalam sistem, yang ditandai dengan persamaan baru laju reaksi maju dan mundur serta konsentrasi kesetimbangan baru semua zat dalam sistem.
Arah pergeseran kesetimbangan ditentukan Prinsip Le Chatelier: Jika suatu pengaruh luar diberikan pada suatu sistem yang berada dalam kesetimbangan, maka kesetimbangan bergeser ke arah reaksi yang melemahkan pengaruh tersebut.
Sehubungan dengan tiga jenis utama pengaruh eksternal - perubahan konsentrasi, tekanan dan suhu - prinsip Le Chatelier ditafsirkan sebagai berikut.
1. Ketika konsentrasi salah satu zat awal (bereaksi) meningkat, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi konsumsi zat ini; itu. terhadap produk reaksi; ketika konsentrasi salah satu zat yang bereaksi berkurang, kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan zat tersebut, yaitu. menuju bahan awal . Dengan meningkatnya konsentrasi produk reaksi, kesetimbangan bergeser ke arah zat awal.
2. Ketika suhu berubah, laju reaksi maju dan mundur berubah, tetapi dengan derajat yang berbeda-beda. Oleh karena itu, untuk memperjelas pengaruh suhu terhadap kesetimbangan kimia, perlu diketahui tanda efek termal reaksi. Saat suhu meningkat keseimbangan bergeser ke samping reaksi endotermik(ΔH > 0, Q< 0), ketika suhu turun- ke samping reaksi eksotermik(ΔН< 0, Q >0,). Jadi, dalam reaksi eksotermik 2H 2(g) + O 2(g) « 2H 2 O, peningkatan suhu mendorong reaksi sebaliknya yang terjadi dengan penyerapan panas, yaitu. kesetimbangan akan bergeser ke arah zat awal.
3. Dengan meningkatnya tekanan, kesetimbangan bergeser ke arah penurunan jumlah mol gas, yaitu. ke arah penurunan tekanan; ketika tekanan berkurang, kesetimbangan bergeser ke arah peningkatan jumlah mol gas, yaitu. menuju peningkatan tekanan. Jika reaksi berlangsung tanpa mengubah jumlah mol zat gas, maka tekanan tidak mempengaruhi posisi kesetimbangan sistem ini.
2. Bagian percobaan
2.1. Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi
reaktan
Untuk mengamati ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi reaktan, kami menggunakan reaksi interaksi larutan kalium iodat dengan larutan natrium sulfit dengan adanya asam sulfat dan pati (indikator yodium bebas). Proses interaksi terjadi dalam beberapa tahap. Persamaan reaksi keseluruhan memiliki bentuk
atau dalam bentuk ionik:
Mengingat awal reaksi adalah saat penggabungan larutan reagen, dan akhir adalah saat pelepasan yodium bebas (munculnya warna biru), kita dapat mengatur waktu reaksi (τ) dan menentukan waktu relatifnya. laju reaksi 1/τ. Dengan mengubah konsentrasi larutan salah satu reagen, dimungkinkan untuk menetapkan ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi reaktan pada suhu konstan.
Untuk melakukan percobaan, gunakan larutan: larutan A (larutan kalium iodat 0,002 N), larutan B (larutan natrium sulfit 0,02 N, mengandung 50 ml larutan 0,02 N, 50 ml larutan asam sulfat 2 N dan 50 ml larutan larutan kanji dalam 500 ml larutan 0,02 N). Reaksi dilakukan pada suhu konstan (ruangan), konsentrasi kalium iodat (larutan A) konstan dan konsentrasi natrium sulfit yang bervariasi(solusi B, tabel 2.1).
Prosedur untuk melakukan percobaan. Siapkan, dengan menggunakan gelas ukur dan gelas kimia, larutan B dengan lima konsentrasi berbeda sesuai Tabel 2.1. Untuk melakukan ini, tuangkan 10 ml larutan B ke dalam setiap gelas bernomor dan tambahkan air suling ke masing-masing gelas dalam jumlah yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Ambil 2 tabung reaksi, pipet 20 tetes larutan A ke salah satunya, dan 20 tetes larutan B (pilihan konsentrasi pertama) ke tabung lainnya dari gelas No.1. Tiriskan larutan dengan cepat dan pada saat yang sama nyalakan stopwatch (jangan mengocok tabung reaksi selama percobaan). Saat warna biru muncul, matikan stopwatch. Masukkan data pada tabel 2.1. Kemudian, dalam urutan yang sama, selesaikan percobaan versi ke-2, ke-3, ke-4, dan ke-5. Untuk setiap pilihan, hitung kecepatan relatif proses (1/τ, s -1) dan masukkan datanya pada Tabel 2.1.
1. Gambarlah grafiknya ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi reaktan, memplot konsentrasi relatif larutan natrium sulfit pada sumbu absis, dan laju reaksi relatif pada sumbu ordinat. Jelaskan jenis ketergantungan apa yang didapat?
2. Jelaskan pengamatan Anda. Jelaskan mengapa, dengan meningkatnya konsentrasi natrium sulfit, warna biru larutan (tanda reaksi) terjadi lebih cepat. Bagaimana hal ini mengubah (menambah atau menurunkan) laju reaksi yang sedang dipelajari? Apa hubungannya ini?
3. Apa hukum kinetiknya? menetapkan ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi reaktan? Tuliskan ekspresi reaksi yang diteliti. Apakah hasil yang diperoleh menegaskan penerapan undang-undang ini?
4. Ringkaslah tentang pengaruh konsentrasi zat yang bereaksi terhadap laju proses fisika dan kimia.
2.2. Ketergantungan laju reaksi pada suhu
Untuk mempelajari ketergantungan laju reaksi terhadap suhu, kita akan menggunakan reaksi oksidasi asam oksalat (H 2 C 2 O 4) dengan kalium permanganat (KMnO 4) dengan adanya asam sulfat. Persamaan reaksinya adalah
atau dalam bentuk ionik
Dalam suasana asam, ion tereduksi menjadi ion Mn 2+, akibatnya warna larutan berubah: dari merah-ungu (warna ion) menjadi merah muda pucat (warna ion Mn 2+ pada konsentrasi tinggi) atau tidak berwarna (pada konsentrasi rendah). Reaksi dilakukan pada konsentrasi reaktan konstan dan suhu bervariasi(Tabel 2.2).
Prosedur untuk melakukan percobaan. Ambil 8 tabung reaksi dan masukkan 20 tetes larutan 0,1 N H 2 C 2 O 4 ke dalam 4 tabung reaksi. Dalam 4 tabung reaksi yang tersisa, tambahkan 20 tetes KMnO 4 dan 20 tetes asam sulfat pekat H 2 SO 4 ke masing-masing tabung (ikuti dengan ketat urutan pembuatan larutan yang ditunjukkan). Dinginkan campuran yang dihasilkan di udara (atau di bawah air dingin yang mengalir) hingga suhu kamar.
Tempatkan tabung reaksi yang berisi H 2 C 2 O 4 dan tabung reaksi yang berisi campuran KMnO 4 dan H 2 SO 4 ke dalam lubang tutup yang menutupi gelas kimia yang diisi 2/3 volumenya dengan air panas. Pantau suhu menggunakan termometer alkohol (tabung reaksi dan termometer tidak boleh menyentuh dasar gelas). Rendam tabung reaksi dengan larutan selama 1,5 - 2 menit, kemudian tuangkan isi tabung reaksi dengan kalium permanganat yang diasamkan ke dalam tabung reaksi dengan asam oksalat, tanpa mengeluarkan asam oksalat dari gelas. Catatlah waktu dengan stopwatch sejak larutan diaduk hingga berubah warna seluruhnya dan masukkan datanya pada Tabel 2.2. Kemudian, dalam urutan yang sama, lakukan pilihan 2–4 percobaan pada suhu 40°C, 50°C, 60°C. Untuk setiap pilihan, hitung laju reaksi relatif (1/τ, s -1) dan masukkan datanya pada Tabel 2.2.
Saat menyelesaikan analisis hasil eksperimen, selesaikan tugas dan jawab pertanyaan:
1. Hitung koefisien suhu dalam rentang: 30–40°C (u 40°C /u 30°C), 40–50°C (u 50°C /u 40°C), 50–60°C (u 60°C /u 50 °C), hitung nilai rata-ratanya (γ rata-rata). Apakah aturan Van't Hoff berlaku untuk reaksi yang diteliti? Nilai numerik bergantung pada faktor apa?
2. Buat grafik ketergantungan laju reaksi pada suhu, memplot suhu pada sumbu absis dan kecepatan relatif pada sumbu ordinat. Apa bentuk ketergantungan yang diakibatkannya?
3. Jelaskan pengamatan Anda. Jelaskan mengapa perubahan warna larutan (tanda reaksi) terjadi lebih cepat seiring dengan meningkatnya suhu. Bagaimana hal ini mengubah (menambah atau menurunkan) laju reaksi yang sedang dipelajari? Bagaimana hubungannya dengan perubahan jumlah partikel aktif?
4. Ringkaslah tentang pengaruh suhu terhadap laju proses fisika dan kimia.
2.3. Ketergantungan laju reaksi heterogen
pada luas permukaan zat yang bereaksi
Tempatkan kapur dan marmer dalam jumlah yang sama (masing-masing satu mikrospatula penuh) ke dalam dua tabung reaksi. Jika memungkinkan, tuangkan larutan asam klorida 10% dengan volume yang sama (2 - 3 ml) secara bersamaan ke dalam tabung reaksi . Reaksi dilakukan pada konsentrasi konstan semua zat dan suhu kamar. Hanya sifat reaktan yang akan berubah, Karena kapur dan marmer berbeda dalam strukturnya.
Amati evolusi gas di kedua tabung reaksi. Di tabung reaksi manakah evolusi gas akan berakhir lebih cepat?
Saat menyelesaikan analisis hasil eksperimen, selesaikan tugas dan jawab pertanyaan:
1. Menulis persamaan reaksi interaksi kapur dan marmer dengan asam hidroklorik, mengingat kapur dan marmer memiliki sifat yang sama rumus kimia CaCO3.
2. Jelaskan perbedaan laju reaksi. Faktor apa yang dalam hal ini mempengaruhi peningkatan laju reaksi? Dalam hal manakah permukaan interaksi lebih besar dan bagaimana pengaruhnya terhadap laju reaksi? Tuliskan persamaan hukum aksi massa untuk setiap reaksi.
3. Buatlah kesimpulan umum tentang pengaruh luas permukaan zat yang bereaksi terhadap laju proses fisikokimia heterogen.
2.4. Pengaruh konsentrasi reaktan
ke keadaan seimbang
Pergeseran kesetimbangan kimia dapat diamati pada reaksi besi klorida (FeCl 3) dengan kalium tiosianat (KCNS):
FeCl 3 + 3KCNS « Fe(SSP) 3 + 3KCL
Karena reaksi bersifat reversibel, maka bila kesetimbangan bergeser akibat perubahan konsentrasi reaktan maka intensitas warna merah larutan akibat terbentuknya besi tiosianat Fe(CNS) 3 akan berubah. . Reaksi terjadi pada suhu konstan.
Prosedur untuk melakukan percobaan. Tuang 5 ml larutan 0,01N ke dalam gelas kimia dan tambahkan 5 ml larutan 0,01N (atau ). Tuang larutan yang dihasilkan ke dalam 4 tabung reaksi. Tambahkan 3-5 tetes larutan pekat ke dalam tabung reaksi pertama, 2-3 tetes larutan pekat ke dalam tabung reaksi kedua, masukkan sedikit padatan (atau) ke dalam tabung reaksi ketiga dan kocok tabung reaksi beberapa kali untuk mempercepat pembubaran. garam. Bandingkan intensitas warna larutan yang dihasilkan dengan warna larutan pada tabung reaksi keempat (kontrol). Catat hasil pengamatannya pada Tabel 2.3.
Saat menyelesaikan analisis hasil eksperimen, selesaikan tugas dan jawab pertanyaan:
1. Tuliskan kondisi kinetiknya kesetimbangan reaksi yang sedang dipelajari.
2. Jelaskan, mengapa warnanya meningkat pada tabung reaksi pertama dan kedua, dan melemah pada tabung reaksi ketiga? Dengan menggunakan ZDM, jelaskan bagaimana laju perubahannya, dan reaksi apa (langsung atau terbalik) untuk setiap perubahan konsentrasi zat yang ditunjukkan (Tabel 2.3)? Hal ini menyebabkan apa? Ke arah manakah kesetimbangan bergeser pada setiap kasus?
3. Nyatakan Prinsip Le Chatelier. Apakah perubahan laju reaksi dan pergeseran kesetimbangan yang terjadi selama percobaan membenarkan prinsip Le Chatelier?
4. Tuliskan ekspresi konstanta kesetimbangan (КС) untuk sistem kesetimbangan tertentu. Apakah nilai numerik konstanta kesetimbangan bergantung pada konsentrasi reaktan?
5. Lakukan kesimpulan umum tentang pengaruh konsentrasi zat yang bereaksi terhadap keadaan kesetimbangan.
2.5. Pengaruh suhu terhadap keadaan kesetimbangan
Ketika yodium bereaksi dengan pati, suatu zat terbentuk komposisi yang kompleks– tepung iodo, biru. Reaksinya dapat digambarkan dengan diagram
yodium + pati «iodostarch (∆H< 0).
Prosedur untuk melakukan percobaan. Tuang 4 - 5 ml larutan kanji ke dalam tabung reaksi dan tambahkan beberapa tetes larutan I 2 0,1 N sampai muncul warna biru. Bagilah isi tabung reaksi menjadi dua. Panaskan satu tabung reaksi yang berisi larutan dengan cara dimasukkan ke dalam segelas air panas. Kemudian dinginkan sampai suhu kamar (di bawah air mengalir), amati kedua kasus perubahan warna larutan dan bandingkan dengan kontrol.
Saat mempersiapkan analisis hasil eksperimen, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut:
1. Jelaskan, mengapa dan bagaimana (menaik atau melemah) ketika suhu naik atau turun terjadi perubahan warna. Mengapa, ketika suhu dinaikkan lebih besar (hasil percobaan), laju reaksi balik meningkat, dan ketika suhu menurun, laju reaksi maju meningkat? Jelaskan hubungannya dengan energi aktivasi dan efek termal reaksi. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika suhu berubah?
2. Konfirmasi Apakah hasil yang diperoleh selama percobaan sesuai dengan prinsip Le Chatelier?
3. Bagaimana hal itu akan berubah Berapakah nilai numerik tetapan kesetimbangan reaksi tersebut seiring dengan kenaikan suhu? Jawabannya harus dapat dibenarkan.
4. Buatlah kesimpulan umum tentang pengaruh suhu terhadap posisi kesetimbangan kimia suatu reaksi reversibel.
1. Tuliskan ekspresi ZDM untuk reaksinya:
a) 2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g);
b) CaO (cr) + CO 2 (g) = CaCO 3 (cr).
Apakah mereka homogen atau heterogen? Bagaimana laju reaksi berubah ketika volume reaksi diperkecil 3 kali? Dukung jawaban Anda dengan perhitungan. Apa arti fisik konstanta laju reaksi dan faktor apa yang menentukan nilai numeriknya?
2. Ketika suhu dinaikkan dari 298 menjadi 318 K, laju reaksi meningkat 9 kali lipat. Hitung energi aktivasi (E a) dan koefisien suhu (g). Faktor apa yang bergantung pada nilai numeriknya dan apa arti fisis dari besaran ini?
3. Tuliskan persamaan dan hitung konstanta kesetimbangan reaksi
H 2(g) + J 2(g ↔ 2HJ (g) + Q
pada suhu 716 C, jika diketahui konstanta laju pembentukan hidrogen iodida pada suhu tersebut adalah 1,6 10 -2, dan konstanta laju dekomposisi termalnya adalah 3 10 -4. reaksi endo- atau eksotermik? Zat apa yang mendominasi sistem pada keadaan setimbang? Bagaimana penurunan tekanan, suhu, dan masuknya katalis ke dalam sistem mempengaruhi pergeseran kesetimbangan dan nilai numerik konstanta kesetimbangan reaksi ini?
literatur
1. Korovin, N.V. Kimia umum / N.V. Korovin. – M.: Lebih tinggi. sekolah, 2000.
2. Frolov, V.V. Kimia / V.V. Frolov. – M.: Lebih tinggi. sekolah, 1986.
3. Zabelina, I.A. Perangkat untuk persiapan mandiri untuk pekerjaan laboratorium pada mata kuliah “Kimia”. Pukul 2. Bagian 1 / I. A. Zabelina, L. V. Yasyukevich. – Minsk: BSUIR, 1998.
4. Tugas dan latihan kimia umum/ed. N.V. Korovina. – M.: Lebih tinggi. sekolah, 2006.
POTENSI ELEKTRODA, ELEMEN GALVANIS
Tujuan pekerjaan: menggunakan contoh spesifik untuk mempelajari proses elektrokimia yang terjadi pada antarmuka logam-elektrolit dan dalam sel galvanik.
1. Bagian teoritis
Elektrokimia memiliki signifikansi praktis yang penting bagi banyak bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. Peran proses dan fenomena elektrokimia dalam teknologi pembuatan dan pengoperasian perangkat dan sistem radio-elektronik (elektrosintesis, etsa elektrokimia, oksidasi, produksi film tipis dekoratif dan tujuan khusus, pelapis anti korosi, pembuatan kontak, dll.).
Proses pengubahan langsung energi kimia menjadi energi listrik atau energi listrik menjadi energi kimia disebut proses elektrokimia.
Sistem elektrokimia, yang energi kimianya diubah menjadi energi listrik disebut sel galvanik.
Proses elektrokimia didasarkan pada reaksi redoks heterogen, mengalir pada batas fasa: elektroda - larutan elektrolit (meleleh).
Kecepatan proses elektrokimia bergantung pada keduanya sifat elektrolit, konsentrasinya, besarnya pH(Untuk larutan berair elektrolit), kondisi eksternal ( T, P), keberadaan katalis, dan sifat elektroda, yang secara numerik dicirikan oleh nilai potensial elektroda.
Henri Le Chatelier merumuskan prinsip yang sekarang menyandang namanya.
Inti dari prinsip: suatu sistem yang berada dalam keadaan kesetimbangan kimia yang stabil, di bawah pengaruh eksternal (perubahan suhu, tekanan, konsentrasi reaktan, dll.) cenderung kembali ke keadaan kesetimbangan, mengimbangi efek tersebut.
Kesetimbangan akan bergeser hingga terjadi posisi keseimbangan baru yang sesuai dengan kondisi baru.
Telah berulang kali dihipotesiskan bahwa prinsip tersebut La Chatelier:
- dapat dianggap sebagai jenis umpan balik (ada dampaknya pada sistem, dan ada tanggapannya);
- dapat digunakan tidak hanya dalam bidang reaksi kimia, tetapi juga dalam psikologi, sosiologi, ekologi, dll.
Adanya hal negatif masukan di Alam benda mati, mungkin yang pertama menunjukkannya Henri Louis Le Chatelier(1850-1936) - Ilmuwan Perancis di bidangnya kimia fisik dan logam. Pada tahun 1884, ia merumuskan hukum umum perpindahan kesetimbangan kimia bergantung pada faktor eksternal, disebut prinsip Le Chatelier. Dalam ilmu fisika dan kimia terdapat hukum kesetimbangan yang dirumuskan oleh A. L. Le Chatelier. Ia mengatakan bahwa sistem yang berada dalam keseimbangan tertentu menunjukkan kecenderungan untuk mempertahankannya dan memberikan perlawanan internal terhadap kekuatan yang mengubahnya. Misalnya, air dan es berada dalam kesetimbangan dalam bejana pada OC dan tekanan atmosfer normal. Jika bejana dipanaskan, sebagian es akan mencair, menyerap panas dan dengan demikian terus mempertahankan suhu campuran sebelumnya. Jika Anda meningkatkan tekanan eksternal, maka sebagian es kembali berubah menjadi air, menempati volume yang lebih kecil, yang melemahkan peningkatan tekanan.
Cairan lain, tidak seperti air, ketika dibekukan, volumenya tidak bertambah, tetapi berkurang; Di bawah kondisi campuran yang sama, di bawah peningkatan tekanan, mereka menunjukkan perubahan sebaliknya: sebagian cairan membeku; tekanannya jelas melemah seperti pada kasus sebelumnya. Prinsip Le Chatelier diterapkan pada larutan, reaksi kimia, dan pergerakan tubuh pada setiap langkah, sehingga memungkinkan seseorang mengantisipasi perubahan sistemik dalam berbagai kasus.
Namun hukum yang sama, seperti yang ditunjukkan oleh banyak pengamatan, berlaku pada sistem biologis, mental, dan sosial yang berada dalam keseimbangan. Misalnya, tubuh manusia merespons pendinginan eksternal dengan meningkatkan oksidatif internal dan proses lain yang menghasilkan panas; menjadi terlalu panas - dengan meningkatkan proses penguapan yang menghilangkan panas. Jiwa yang normal, ketika karena kondisi eksternal jumlah sensasinya berkurang, misalnya ketika seseorang masuk penjara, tampaknya mengkompensasi kekurangan ini dengan memperkuat karya fantasi, serta mengembangkan perhatian terhadap detail; sebaliknya, ketika dibebani dengan tayangan, perhatian yang diarahkan pada hal-hal khusus berkurang, aktivitas fantasi melemah, dll.
Jelas bahwa pertanyaan tentang universalitas hukum Le Chatelier tidak dapat diajukan dan dipelajari secara sistematis oleh ilmu-ilmu khusus mana pun: kimia fisik tidak peduli dengan sistem mental, biologi - tentang sistem anorganik, psikologi - tentang sistem material. Namun dari sudut pandang organisasi secara umum, pertanyaan ini jelas tidak hanya mungkin terjadi, tetapi juga sama sekali tidak dapat dihindari.
Bogdanov A.A. , Tekologi: Ilmu Organisasi Umum dalam 2 Buku, Buku 1, M., Ekonomi, 1989, hal. 139.
Ahli kimia fisika Perancis A.L. Le Chatelier (1850-1936) diturunkan pada tahun 1884, dan fisikawan Jerman F. Braun (1850-1918) membuktikannya pada tahun 1887 prinsip umum pergeseran kesetimbangan kimia tergantung pada faktor eksternal. Berikut salah satu rumusannya: “Jika ada pengaruh yang diberikan pada suatu sistem dalam keadaan setimbang...(ILMU PENGETAHUAN ALAM)
Pergeseran kesetimbangan kimia. Prinsip Le Chatelier.
Keadaan kesetimbangan kimia ketika kondisi berubah (suhu, tekanan atau konsentrasi) dapat bergeser ke arah pembentukan produk reaksi atau ke arah zat awal. Pengaruh yang diberikan pada sistem keseimbangan oleh pengaruh eksternal dapat diprediksi dengan menggunakan prinsip...Pergeseran kesetimbangan kimia. Prinsip Le Chatelier
Kondisi yang paling penting di mana reaksi kimia apakah itu terjadi secara spontan atau di mana hal itu dilakukan adalah konsentrasi reagen dan produk, suhu dan tekanan. Perubahan pada salah satu kondisi ini menyebabkan pelanggaran kesetaraan laju reaksi maju dan mundur, akibatnya konsentrasi berubah...(KIMIA INORGANIK)
Kesetimbangan kimia. Pergeseran kesetimbangan kimia. Prinsip Le Chatelier
Kebanyakan reaksi dapat terjadi secara bersamaan dalam dua arah yang saling berlawanan. Reaksi seperti ini disebut dapat dibalik. Misalnya, proses produksi hidrogen iodida dapat direpresentasikan dengan persamaan berikut: Ekspresi hukum aksi massa untuk kedua reaksi adalah: dimana kx...(KIMIA UMUM DAN INORGANIK)
Prinsip Le Chatelier-Brown.
Berkaitan erat dengan kondisi stabilitas adalah suatu kedudukan yang sering disebut dengan prinsip paling sedikit paksaan atau prinsip Le Chatelier-Brown. Prinsip ini pernah dikemukakan oleh A. Le Chatelier (1884) dan K. Brown (1887). Rumusan prinsip yang paling sederhana adalah sebagai berikut: suatu sistem dalam keadaan setimbang...(TERMODINAMIKA. BAGIAN 2)
Reaksi yang berlangsung dalam satu arah dan menuju penyelesaian disebut tidak dapat diubah. Jumlahnya tidak banyak. Sebagian besar reaksi bersifat reversibel, yaitu. mereka mengalir ke arah yang berlawanan dan tidak mengalir sepenuhnya. Misalnya, reaksi J 2 + H 2 D 2HJ pada 350°C merupakan reaksi reversibel yang khas. Dalam hal ini, kesetimbangan kimia bergerak terbentuk dan laju proses maju dan mundur dibuat sama.
Kesetimbangan kimia– keadaan sistem zat yang bereaksi dimana laju reaksi maju dan reaksi balik adalah sama.
Kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan dinamis. Pada keadaan setimbang, terjadi reaksi maju dan reaksi balik; laju reaksinya sama, sehingga perubahan dalam sistem tidak terlihat.
Konsentrasi reaktan yang terbentuk pada kesetimbangan kimia, disebut konsentrasi kesetimbangan. Biasanya dilambangkan dengan tanda kurung siku, misalnya , , .
Ciri kuantitatif kesetimbangan kimia adalah besaran yang disebut tetapan kesetimbangan kimia. Untuk reaksi di pandangan umum: mA + nB = pC + qD
Konstanta kesetimbangan kimia berbentuk:
Hal ini bergantung pada suhu dan sifat reaktan, tetapi tidak bergantung pada konsentrasinya. Tetapan kesetimbangan menunjukkan berapa kali laju reaksi maju lebih besar dari laju reaksi balik jika konsentrasi masing-masing reaktan adalah 1 mol/l. Inilah arti fisik dari K.
Arah perpindahan kesetimbangan kimia dengan perubahan konsentrasi reaktan, suhu dan tekanan (dalam kasus reaksi gas) ditentukan posisi umum, dikenal sebagai prinsip keseimbangan bergerak atau Prinsip Le Chatelier: jika ada pengaruh luar yang terjadi pada sistem yang berada dalam kesetimbangan (konsentrasi, suhu, perubahan tekanan), maka hal itu mendukung terjadinya salah satu dari dua reaksi yang berlawanan, yang melemahkan pengaruh tersebut.
Perlu dicatat bahwa semua katalis sama-sama mempercepat reaksi maju dan mundur dan oleh karena itu tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan, namun hanya berkontribusi pada pencapaiannya yang lebih cepat.
Contoh pemecahan masalah
Contoh 1.
Hitung koefisien suhu laju reaksi, ketahuilah bahwa dengan kenaikan suhu sebesar 70 °C, lajunya meningkat 128 kali lipat.
Larutan:
Untuk perhitungannya kami menggunakan aturan Van't Hoff:
Menjawab: 2
Contoh 2.
Pada suhu berapa suatu reaksi akan selesai dalam waktu 0,5 menit, jika pada suhu 70°C reaksi tersebut selesai dalam waktu 40 menit? Koefisien suhu reaksinya adalah 2,3.
Larutan:
Untuk perhitungannya kami menggunakan aturan Van't Hoff . Temukan t 2:
Menjawab: 122,6 0 C
Contoh 3.
Berapa kali laju reaksi langsung N 2 (g) + 3H 2 (g) = NH 3 (g) berubah jika tekanan dalam sistem digandakan?
Larutan:
Kenaikan tekanan sistem sebanyak 2 kali setara dengan penurunan volume sistem sebanyak 2 kali. Dalam hal ini, konsentrasi reaktan akan meningkat 2 kali lipat. Menurut hukum aksi massa, laju reaksi awal adalah V n = k·· 3.
Setelah tekanan ditingkatkan 2 kali lipat, konsentrasi nitrogen dan hidrogen akan meningkat 2 kali lipat, dan laju reaksi akan menjadi sama dengan V k = k·2·2 3 3 = k·32·3. Rasio V terhadap /V n menunjukkan bagaimana laju reaksi akan berubah setelah perubahan tekanan. Oleh karena itu, V k /V n = k 32 3 /(k 3) = 32.
Menjawab: laju reaksi akan meningkat 32 kali lipat.
Contoh 4.
Reaksi endoterm penguraian fosfor pentaklorida berlangsung menurut persamaan PC1 5 (g) ↔ PC1 3 (g) + C1 2 (g); ∆H = +92,59 kJ. Cara mengubah: a) suhu; b) tekanan; c) konsentrasi menggeser kesetimbangan menuju reaksi langsung - penguraian PC1 5?
Larutan:
Perpindahan atau pergeseran kesetimbangan kimia adalah perubahan konsentrasi kesetimbangan zat-zat yang bereaksi sebagai akibat dari perubahan salah satu kondisi reaksi. Arah pergeseran kesetimbangan ditentukan menurut prinsip Le Chatelier: a) karena reaksi penguraian PC1 5 bersifat endotermik (H > 0), maka untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi langsung perlu menaikkan suhu: b) karena dalam sistem ini penguraian PC1 5 menyebabkan peningkatan volume (dua molekul gas terbentuk dari satu molekul gas), maka untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi langsung perlu dilakukan penurunan tekanan; c) pergeseran kesetimbangan ke arah yang ditunjukkan dapat dicapai dengan meningkatkan konsentrasi PC1 5 atau dengan menurunkan konsentrasi PC1 3 atau Cl 2.
Sifat perpindahan akibat pengaruh luar dapat diperkirakan dengan menggunakan prinsip Le Chatelier: jika suatu sistem dalam keadaan setimbang dipengaruhi dari luar, maka kesetimbangan dalam sistem tersebut bergeser sehingga melemahkan pengaruh luar tersebut.
1. Pengaruh konsentrasi.
Peningkatan konsentrasi salah satu reaktan menggeser kesetimbangan reaksi ke arah konsumsi zat.
Penurunan konsentrasi menuju pembentukan suatu zat.
2. Pengaruh suhu.
Peningkatan suhu menggeser kesetimbangan ke arah reaksi yang melibatkan penyerapan panas (endotermik), dan penurunan suhu menggeser kesetimbangan ke arah reaksi yang melepaskan panas (eksotermik).
3. Pengaruh tekanan.
Peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan ke arah reaksi yang terjadi dengan penurunan volume dan sebaliknya, penurunan tekanan ke arah reaksi yang terjadi dengan peningkatan volume.
3.1. Contoh pemecahan masalah.
Contoh 1. Bagaimana laju reaksi yang terjadi dalam bejana tertutup berubah jika tekanan dinaikkan 4 kali lipat?
2NO (g.) + O 2 (g.) = 2NO 2
Penyelesaian: menaikkan tekanan sebanyak 4 kali berarti menambah konsentrasi gas dengan jumlah yang sama.
Tentukan laju reaksi sebelum menaikkan tekanan.
V 1 = K*C 2 TIDAK *CO 2
Tentukan laju reaksi setelah tekanan dinaikkan.
V 2 = K*(4C NO) 2 * (4CO 2) = 64 K*C 2 NO *CO 2
Tentukan berapa kali laju reaksi meningkat
V2 = 64 *K*C 2 TIDAK *BERSAMA 2 = 64
V1 K*C 2 TIDAK*CO 2
Jawaban: laju reaksi meningkat 64 kali lipat.
Contoh 2. Berapa kali laju reaksi bertambah jika suhu dinaikkan dari 20 C menjadi 50 C0? Koefisien suhu adalah 3.
Penyelesaian: menurut aturan Van't - Hoff Vt 2 =Vt 1 *γ T 2 -T 1 /10
Berdasarkan kondisi permasalahannya, perlu ditentukan VT 2
Mari kita substitusikan data tersebut ke dalam rumus:
VT 2 =γ T 2 - T 1 /10 =3 (50-20)/10 = 3 3 = 27
Jawaban: laju reaksi meningkat 27 kali lipat.
Contoh 3. Perhitungan tetapan kesetimbangan reaksi dari konsentrasi kesetimbangan reaktan dan penentuan konsentrasi awalnya.
Selama sintesis amonia N 2 + ZH 2 == 2NH 3, kesetimbangan dicapai pada konsentrasi reaktan berikut (mol/l): C N 2 = 2,5; CH2 = 1,8; C NH 3 = 3,6. Hitung tetapan kesetimbangan reaksi ini dan konsentrasi nitrogen dan hidrogen.
Solusi: tentukan tetapan kesetimbangan reaksi berikut:
K*C = C 2 N.H. 3 = (3,6) 2 = 0,89
C N 2 * C 3 H 3 2,5 * (1,8) 3
Kami menemukan konsentrasi awal nitrogen dan hidrogen berdasarkan persamaan reaksi. Pembentukan dua mol NH 3 memerlukan satu mol nitrogen, dan pembentukan 3,6 mol amonia memerlukan 3,6/2 = 1,8 mol nitrogen. Mengingat konsentrasi nitrogen kesetimbangan,
kami menemukan konsentrasi awalnya:
C refN 2 = 2,5 + 1,8 = 4,3 mol/l
Untuk membentuk dua mol NH3 diperlukan 3 mol hidrogen, dan diperlukan bagian produksi 3,6 mol amonia.
3*3,6/2 = 5,4 mol.
C refH 2 = 1,8 + 5,4 = 7,2 mol/l
Jawaban: C N 2 = 4.3
Contoh 4. Konstanta kesetimbangan sistem homogen
CO (g) + H 2 O (g) == CO 2 (g) + H 2 (g)
pada 850 0 C sama dengan 1. Hitung konsentrasi semua zat pada kesetimbangan, jika konsentrasi awalnya: keluar = 3 mol/l, keluar = 2 mol/l.
Penyelesaian: pada kesetimbangan, laju reaksi maju dan reaksi balik adalah sama, dan perbandingan konstanta laju ini juga merupakan nilai konstan dan disebut konstanta kesetimbangan sistem tertentu:
V pr = K 1;
V arr = K 2;
K sama dengan = K 1 =
K2
Dalam rumusan masalah, konsentrasi awal diberikan, sedangkan persamaan K sama hanya mencakup konsentrasi kesetimbangan semua zat dalam sistem. Misalkan pada saat kesetimbangan konsentrasinya adalah = x mol/l. Menurut persamaan sistem, jumlah mol hidrogen yang terbentuk juga adalah x mol/l. Jumlah mol CO dan H 2 O yang sama (x mol/l) digunakan untuk membentuk masing-masing x mol CO 2 dan H 2. Oleh karena itu, konsentrasi kesetimbangan keempat zat tersebut adalah:
Sama = [H 2 ] sama = x mol/l,
Sama dengan = (3 - x) mol/l,
[H 2 O] sama dengan = (2 - x) mol/l.
Mengetahui konstanta kesetimbangan, kita mencari nilai x, dan kemudian konsentrasi awal semua zat:
1 = X 2
x 2 = 6 - 2x – 3x + x 2; 5x = 6, x = 1,2 mol/l
Jadi, konsentrasi kesetimbangan yang diinginkan adalah:
Sama dengan = 1,2 mol/l.
[H 2 ] = 1,2 mol/l.
Sama dengan = 3 – 1,2 = 1,8 mol/l.
[H 2 O] sama dengan = 2 - 1,2 = 0,8 mol/l.
Contoh 5. Reaksi endoterm penguraian fosfor pentaklorida berlangsung menurut persamaan:
PCl 5 (g) == PCl 3 (g) + Cl 2 (g); ΔH = + 129,7 kJ.
Cara mengubah: a) suhu, b) tekanan; c) konsentrasi menggeser kesetimbangan menuju reaksi langsung - penguraian PCl 5?
Penyelesaian: perpindahan atau pergeseran kesetimbangan kimia adalah perubahan konsentrasi kesetimbangan zat-zat yang bereaksi sebagai akibat dari perubahan salah satu kondisi reaksi. Arah pergeseran kesetimbangan ditentukan berdasarkan prinsip Le Chatelier: a) karena reaksi penguraian PC1 5 bersifat endotermik (ΔH > 0), maka untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi langsung, suhu harus dinaikkan; 6) karena dalam sistem ini penguraian PCl 5 menyebabkan peningkatan volume (dua molekul gas terbentuk dari satu molekul gas), maka untuk menggeser kesetimbangan ke arah reaksi langsung perlu dilakukan penurunan tekanan; c) pergeseran kesetimbangan ke arah yang ditunjukkan dapat dicapai dengan meningkatkan konsentrasi PCl 5 atau dengan menurunkan konsentrasi PCl 3 atau Cl 2 .
