10.1: Поняття рівноважних реакцій

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18093

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Чистий тетроксид азоту (\(\ce{N2O4}\)) - це безбарвний газ, який широко використовується в якості ракетного палива. Хоча\(\ce{N2O4}\) безбарвний, коли ємність наповнюється чистим\(\ce{N2O4}\), газ швидко починає перетворюватися в темно-коричневий колір. Хімічна реакція явно відбувається, і справді, хімічний аналіз говорить нам, що газ у контейнері вже не чистий\(\ce{N2O4}\), а став сумішшю тетроксиду азоту та діоксиду азоту;\(\ce{N2O4}\) проходить реакцію розкладання з утворенням\(\ce{NO2}\). Якщо газоподібна суміш охолоджується, вона знову стає безбарвною і аналіз говорить нам, що вона знову, майже чиста\(\ce{N2O4}\); це означає, що\(\ce{NO2}\) в суміші також може пройти реакцію синтезу на повторне формування\(\ce{N2O4}\). Спочатку тільки\(\ce{N2O4}\) присутній. У міру протікання реакції концентрація\(\ce{N2O4}\) знижується і концентрація\(\ce{NO2}\) збільшується. Однак, якщо вивчити цифру, через деякий час концентрації\(\ce{N2O4}\) і\(\ce{NO2}\) стабілізувалися, і до тих пір, поки температура не змінюється, відносні концентрації двох газів залишаються постійними.

Оборотна реакція одного моля\(\ce{N2O4}\), що утворює дві родимки\(\ce{NO2}\), є класичним прикладом хімічної рівноваги. Ми зіткнулися з концепцією рівноваги в главі 9, коли ми мали справу з автопротолізом води з утворенням іонів гідронію та гідроксиду, а також з дисоціацією слабких кислот у водному розчині.

\[\ce{2 H2O <=> H3O^{+} + HO^{–}} \nonumber\]

Коли ми писали ці хімічні рівняння, ми використовували подвійну стрілку, щоб означати, що реакція протікала в обох напрямках. Використовуючи цю конвенцію, дисоціація тетроксиду азоту з утворенням двох молекул діоксиду азоту може бути показана як:

\[\ce{N2O4 ⇄ 2 NO2} \nonumber\]

Якщо температура нашої газової суміші знову тримається постійною і загальний тиск газу в ємності змінюється, аналіз показує, що парціальний тиск\(\ce{N2O4}\) змінюється як квадрат парціального тиску\(\ce{NO2}\). Закони ідеального газу говорять нам, що парціальний тиск газу, _газу P, прямо пропорційний концентрації цього газу в контейнері). Математично залежність між парціальними тисками двох газів може бути виражена рівнянням нижче:

\[\frac{(P_{NO_{2}})^{2}}{P_{N_{2}O_{4}}}=K \nonumber \]