19.8: Вплив тиску

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 19.7: Вплив температури
- 19.9: Нереверсивні реакції

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Резервуар для зберігання аміаку на малюнку нижче робить дві речі. По-перше, він зберігає аміак під високим тиском, щоб мінімізувати зворотну реакцію, яка призведе до меншої кількості аміаку та більшої кількості азоту та водню. По-друге, він посилає важливе повідомлення. Аміак використовують для виготовлення метамфетаміну, небезпечного наркотику зловживання. Замки та інші механізми безпеки, вбудовані в цистерни, допомагають зупинити крадіжку аміаку, який буде використовуватися для цієї незаконної діяльності.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Резервуар для зберігання аміаку.

Вплив тиску

Зміна тиску рівноважної системи, в якій беруть участь гази, також є напругою для системи. Зміна тиску на рідину або тверду речовину надає незначний ефект. Повернемося знову до рівноваги для процесу Хабер-Боша. Уявіть, що гази містяться в закритій системі, в якій обсяг системи регулюється регульованим поршнем, як показано на малюнку нижче.

На крайньому лівому куті реакційна система містить в першу чергу $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ , з лише однією молекулою $\ce{NH_3}$ присутньої. У міру того, як поршень штовхається всередину, тиск системи збільшується відповідно до закону Бойла. Це стрес до рівноваги. На середньому зображенні така ж кількість молекул тепер обмежена меншим простором, і тому тиск збільшився. За принципом Ле Шательє система реагує на те, щоб зняти стрес. На зображенні праворуч прихильна реакція вперед, в якій одна молекула $\ce{N_2}$ поєднується з трьома молекулами, $\ce{H_2}$ утворюючи дві молекули $\ce{NH_3}$ . Загальний результат - зменшення кількості молекул газу у всій системі. Це, в свою чергу, знижує тиск і забезпечує полегшення початкового напруги підвищення тиску. Збільшення тиску на рівноважну систему сприяє реакції, яка виробляє менше загальних молів газу. У цьому випадку сприятливою є пряма реакція.

Зниження тиску на вищевказаній системі може бути досягнуто шляхом витягування поршня назовні, збільшуючи обсяг ємності. Рівновага відповіла б, сприяючи зворотній реакції, в якій $\ce{NH_3}$ розкладається на $\ce{N_2}$ і $\ce{H_2}$ . Це пов'язано з тим, що загальна кількість молекул газу збільшиться, як і тиск. Зниження тиску на рівноважну систему сприяє реакції, яка виробляє більше загальних молів газу. Це підсумовано в таблиці нижче.

Таблиця $\PageIndex{1}$
Стрес	Відповідь
підвищення тиску	Реакція виробляє менше молекул газу.
Зниження тиску	Реакція виробляє більше молекул газу.

Як і зміни концентрації, $K_\text{eq}$ значення для даної реакції незмінне зміною тиску.

Важливо пам'ятати, аналізуючи вплив зміни тиску на рівновагу, що впливають тільки гази. Якщо певна реакція включає рідини або тверді речовини, їх слід ігнорувати. Карбонат кальцію розкладається відповідно до рівноважної реакції:

$\ce{CaCO_3} \left( s \right) \rightleftharpoons \ce{CaO} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right)\nonumber$

Кисень - єдиний газ в системі. Збільшення тиску системи уповільнює швидкість розкладання, $\ce{CaCO_3}$ оскільки зворотна реакція сприятлива. Коли система містить рівні молі газу по обидва боки рівняння, тиск не впливає на положення рівноваги, як при утворенні $\ce{HCl}$ з $\ce{H_2}$ і $\ce{Cl_2}$ .

$\ce{H_2} \left( g \right) + \ce{Cl_2} \left( g \right) \rightleftharpoons 2 \ce{HCl} \left( g \right)\nonumber$