CHEMIA NIEORGANICZNACHEMIA NIEORGANICZNA

Dr hab. Andrzej KotarbaDr hab. Andrzej Kotarbaproces proces niesamorzutny niesamorzutny

proces proces samorzutny samorzutny Dr hab. Andrzej KotarbaDr hab. Andrzej Kotarba

Zakład Chemii NieorganicznejZakład Chemii NieorganicznejWydział ChemiiWydział ChemiiI pietro p. 138I pietro p. 138

WYKŁAD WYKŁAD -- 55

stan równowagi stan równowagi ∆∆G G = 0= 0

niesamorzutny niesamorzutny ∆∆G G > 0> 0

samorzutny samorzutny ∆∆GG < 0< 0

?

RÓWNOWAGA CHEMICZNARÓWNOWAGA CHEMICZNA

Prawo działania mas Prawo działania mas Prawo działania mas Prawo działania mas

Law of mass actionLaw of mass actionCato Maximilian GultbergCato Maximilian Gultberg

Peter Waage Peter Waage

Osiąganie stanu równowagiOsiąganie stanu równowagi

en

ie r

ea

ge

nta

m/z=28 Nm/z=28 N22

2N2O 2N2 + O2← →

Pomiar stężeń reagentów przy użyciu spektrometru masowego

czas

stęże

nie

re

ag

en

ta

m/z=32 Om/z=32 O22

m/z=44 Nm/z=44 N2200

spektrometru masowego

T wysoka obserwujemy zmiany

T niska nie obserwujemy zmian (równowaga albo reakcje tak wolne, że szybkość zmian niemierzalna)

aA + bB cC + dD← ← →→

ba

dc

BA

DCK

][][

][][=

KDC

BAK

dc

ba1

][][

][]['==

aA + bB cC + dD← ← →→

KDCK

dc][][

==

naA + nbB ncC + ndD

n

nbna

ndnc

KBA

DCK ==

][][

][][''

← ← →→

PRAWOPRAWO DZIAŁANIA MAS DZIAŁANIA MAS -- PRZYKŁADYPRZYKŁADY

w wyrażeniu na stałą równowagi nie uwzględniamy stężeń czystych faz skondensowanychw wyrażeniu na stałą równowagi nie uwzględniamy stężeń czystych faz skondensowanychw tych warunkach ułamki molowe są równe 1 w tych warunkach ułamki molowe są równe 1

pomiar termograwimetryczny TGpomiar termograwimetryczny TG

masa próbki = f(masa próbki = f(TT))

Product DescriptionTotal alkali NH4HCO3 wt% :99.2% minChloride Cl wt%:0.003

Sulphide S wt%:0.0002

Sulphate SO4 wt%:0.005

Ash wt%0.005

Fe wt%0.001

As wt%0.0001

Heavy metals Pb wt%0.0002

NiNiNiONiO

XRD dyfrakcja rentgenowska

PRAWO DZIAŁANIA MAS PRAWO DZIAŁANIA MAS -- PODSUMOWANIEPODSUMOWANIE

1. Wartość stałej równowagi zależy od zapisu stechiometrycznego równania reakcji

2. W stanie równowagi występują wszystkie reagenty

3. Duża wartość stałej oznacza, że w stanie równowagi dominują produkty, mała wartość stałej oznacza, że w stanie równowagi produkty, mała wartość stałej oznacza, że w stanie równowagi dominują substraty

4. Znając wartość K oraz aktualne stężenia możemy określić- Czy układ znajduje się w stanie równowagi- Jeśli nie w którą stronę przebiega reakcja

Warunek równowagiWarunek równowagi

∆∆∆∆∆∆∆∆rrGG = = 00 Pozwala na ustalenie kierunku przebiegu reakcji

∆∆rrGG << 0 substraty 0 substraty �������� produktyprodukty

∆∆rrGG >> 0 substraty 0 substraty produktyprodukty

∆∆rrGG == 0 brak zmiany stężeń0 brak zmiany stężeń

Obliczanie stałej równowagi na podstawie funkcji termodynamicznychwartości wartości ∆∆twtwGGºº,,∆∆twtwHHºº,,∆∆twtwSSºº są stablicowane są stablicowane

Związek pomiędzy standardową entalpią swobodną Związek pomiędzy standardową entalpią swobodną reakcji a stałą równowagireakcji a stałą równowagi

∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº = = --RT RT lnlnKK

PrzykładPrzykład

Oblicz wartość stałej równowagi reakcji dla warunków standardowychOblicz wartość stałej równowagi reakcji dla warunków standardowych

HH22(g) + I(g) + I22(s) = 2HI(g)(s) = 2HI(g)

∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº = = --RT lnKRT lnK

Wartość Wartość ∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº obliczamy na podstawieobliczamy na podstawie ∆∆∆∆∆∆∆∆twtwGGºº reagentów reagentów

(uwzględniamy tylko HI, dlaczego ?):(uwzględniamy tylko HI, dlaczego ?):

∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº = = ∆∆∆∆∆∆∆∆twtwGGºº (HI,g) = 2 (HI,g) = 2 ··1.70 kJmol1.70 kJmol--1 1 = 3.4 kJmol= 3.4 kJmol--1 1 ∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº = = ∆∆∆∆∆∆∆∆twtwGGºº (HI,g) = 2 (HI,g) = 2 ··1.70 kJmol1.70 kJmol--1 1 = 3.4 kJmol= 3.4 kJmol--1 1

∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº = = --RTRT lnlnK K zatem zatem

lnlnK K = = -- ∆∆∆∆∆∆∆∆rrGGºº /RT/RT

lnlnK K = = 3.4 kJmol3.4 kJmol--11/(0.00831 JK/(0.00831 JK--11molmol--11)(298 K) = )(298 K) = --1.371.37

KK = e = e --1.371.37 = 0.25= 0.25

K = pK = p22HIHI= 0.25= 0.25

Cl2 Br2 I2

WPŁYW TEMPERATURY WPŁYW TEMPERATURY NA STAN RÓWNOWAGINA STAN RÓWNOWAGI

∆∆rrGºGº = = ∆∆rrHHºº --T T ∆∆rrSSºº

Równanie van’t Hoffa

Reguła Le ChatelierReguła Le Chatelier--Brauna (tzw. reguła przekory)Brauna (tzw. reguła przekory)

przykład pytania egzaminacyjnego:przykład pytania egzaminacyjnego:

Jeżeli reakcja: CH3OH(g) ���� CO(g) + 2H2(g) ∆H°= 91 kJ/mol

Znajduje się w w stanie równowagi, to przesunięcie stanu równowagi

w prawo mogą wywołać następujące działania:

A) wzrost ciśnienia całkowitego,

B) wzrost stężenia CH3OH,

C) wzrost stężenia H2,

D) obniżenie stężenia CO,

E) obniżenie temperatury,

F) wprowadzenie katalizatora

przykład pytania egzaminacyjnego:przykład pytania egzaminacyjnego:

Które z podanych stwierdzeń, dotyczących równowagi chemicznej Które z podanych stwierdzeń, dotyczących równowagi chemicznej

jest jest nieprawdziwenieprawdziwe ??

A) Równowaga chemiczna ma charakter dynamiczny. A) Równowaga chemiczna ma charakter dynamiczny.

B) Układ zmierza do osiągnięcia stanu równowagi samorzutnie.B) Układ zmierza do osiągnięcia stanu równowagi samorzutnie.B) Układ zmierza do osiągnięcia stanu równowagi samorzutnie.B) Układ zmierza do osiągnięcia stanu równowagi samorzutnie.

C) Postać wyrażenia na stałą równowagi zależy od przebiegu reakcji.C) Postać wyrażenia na stałą równowagi zależy od przebiegu reakcji.

D) Wartość stałej równowagi zależy od stężeń wyjściowych reagentów.D) Wartość stałej równowagi zależy od stężeń wyjściowych reagentów.

E) Stan skupienia reagentów może mieć wpływ na wartość stałej.E) Stan skupienia reagentów może mieć wpływ na wartość stałej.