Transcript Prezentacja 3 - INF-WLF

Treści multimedialne - kodowanie,
przetwarzanie, prezentacja
Odtwarzanie treści multimedialnych
Andrzej Majkowski
informatyka +
1
Stan równowagi
chemicznej
Robert Mojsa
2
Wprowadzenie
FILM:
Prażenie pięciowodnego siarczanu (VI)
miedzi (II)
3
Odwracalność reakcji
FILM:
Odwracalność reakcji - hydroliza
szczawianu sodu
4
Odwracalność reakcji
Odwracalność odnosi się do wszelkich procesów
molekularnych
(reakcje
chemiczne)
jak
i
fizycznych (przemiany fazowe).
Zapis reakcji:

Na2C2O4  2H 2O
H 2C2O4  2NaOH
informuje, że jest ona odwracalna (strzałki w obu
kierunkach), tzn. w każdej chwili substancje
stojące w równaniu po lewej stronie przekształcają
się w te po prawej i na odwrót. Implikuje to
umowność podziału reagentów na substraty i
produkty.
5
Równowagi chemiczne
Rozważmy przebieg odwracalnej reakcji chemicznej:
v1


v
A B
CD
2
v1 jest szybkością reakcji w prawo a v2 w lewo. W miarę
ubywania substratów rośnie szybkość reakcji v1 a maleje v2.
Zachodzące procesy dobrze oddaje wykres zmian stężeń
reagentów w funkcji czasu. Ustala się stan równowagi, w
którym szybkości procesów w prawo i w lewo zrównują się.
6
Równowagi chemiczne
Ustalająca się równowaga w której spełnione jest równanie v1 =
v2 ma charakter równowagi dynamicznej co oznacza, że w
każdym momencie tyle samo substratów zamienia się na
produkty co produktów na substraty.
Stan ten można opisać wielkością stałej równowagi
chemicznej K. W naszym przypadku można ja wyrazić
wzorem:

C D
K
AB
W nawiasach kwadratowych podano stężenia równowagowe
substratów A i B oraz produktów C i D. Stała równowagi K
jest miara wydajności procesu, choć nie dostarcza informacji
o jego kinetyce. Jej wartość jest charakterystyczna w dla
danej reakcji w danej temperaturze.
Jeżeli reakcja chemiczna lub proces fizyczny biegną w układzie
izolowanym to z czasem ustala się w nim stan równowagi o
stałych wartościach parametrów układu.
7
Równowagi chemiczne
FILM:
Wpływ temperatury i katalizatora na
przykładzie hydrolizy aspiryny
8
Prawo równowagi
Prawo równowagi lub prawo działania mas – jeżeli w układzie
homogenicznym
zachodzi
reakcja
homogeniczna
przedstawiona równaniem:


aA  bB cC  dD
to w stanie równowagi stężenia molowe wszystkich reagentów
spełniają zależność zwana stałą równowagi reakcji K.

C  D
K
Aa Bb
c
d
Gdy K<<1 w stanie równowagi przeważają substraty
Gdy K>>1 w stanie równowagi przeważają produkty
Gdy K ≈ 1 porównywalne ilości substratów i produktów
9
Reguła przekory
Reguła przekory Le Chateliera-Brauna – jeżeli stan
równowagi chemicznej zostanie zakłócony zmianą
parametrów intensywnych (T, p, stężenie lub liczbę
reagentów), w układzie zaczną przebiegać zmiany
przeciwdziałające temu zakłóceniu, prowadzące do
ponownego osiągnięcia stanu równowagi.
W
stałej temperaturze równowagi można przesuwać
zmieniając
stężenia
reagentów.
Kierunek reakcji
zmierzającej do osiągnięcia nowego stanu równowagi lub
brak reakcji układu da się wyjaśnić prawem równowagi.
Zwiększenie (zmniejszenie) stężenia substratów/produktów
implikuje adekwatny wzrost (zmniejszenie) stężenia
produktów/substratów tak aby wartość K była stała.
Zmiana ilości substancji w postaci stałej nie wpłynie na
równowagę o ile nie usuniemy jej całkowicie.
10
Reguła przekory cd.
W układach gazowych stężenia zmieniają się, gdy zmienia
się objętość lub ciśnienie w układzie. Zwiększenie
(obniżenie) ciśnienia w tym układzie powoduje
przesunięcie stanu równowagi w kierunku zmniejszenia
(zwiększenia) liczby moli gazów. Jeżeli liczba moli
produktów i substratów jest taka sama to, zmiana
ciśnienia nie wpływa na stan równowagi.
Zmiana objętości układu gazowego jest równoważna zmianie
ciśnienia, przy czym pV = const.
Wartość K ulega zmianie wraz ze zmianą temperatury. Dla
reakcji egzotermicznej (ΔH<0) stała równowagi wraz ze
wzrostem
temperatury
układu
maleje,
a
dla
endotermicznych
(ΔH>0)
rośnie.
Podwyższenie
temperatury przesunie równowagę w kierunku procesu
endotermicznego, a obniżenie – egzotermicznego.
11
Wpływ różnych czynników
FILMY:
• Wpływ temperatury na położenie stanu
równowagi chemicznej
• Wpływ stężenia na położenie stanu równowagi
chemicznej na przykładzie hydrolizy chlorku
antymonu (III)
• Wpływ pH na położenie stanu równowagi
chemicznej na przykładzie równowagi jonów
chromianowych (VI) i dichromianowych (VI)
12
Wpływ różnych czynników
ZADANIE
Spalanie amoniaku bez katalizatora jest reakcją
egzotermiczną i prowadzi do otrzymania azotu i pary
wodnej. Wszystkie reagenty znajdują się w fazie
gazowej. Entalpia spalania 4 moli amoniaku równa
jest ΔH = -3612 kJ. Jak zmienić stężenia reagentów,
temperaturę i ciśnienie, aby zwiększyć wydajność
spalania amoniaku? Wyjaśnij, dlaczego nie można
zbyt mocno zmieniać temperatury zajścia reakcji.
13
Wpływ różnych czynników
Zadanie domowe
Znajdź w Internecie, jak na skalę przemysłową otrzymuje się
amoniak z pierwiastków (metoda Borna-Habera). Ustal
optymalne warunki przeprowadzenia tego procesu. Opisz,
w jaki sposób do wyjaśnienia mechanizmu otrzymywania
amoniaku przyczynił się noblista Gerhard Ertl. Swoje
poszukiwania zaprezentuj graficznie w postaci prezentacji
w PowerPoint.
14