화학 평형- 직접 반응과 역반응의 속도가 같은 경우의 시스템 상태. 공정 중에 출발 물질이 감소하면서 직접 화학물질의 속도가 감소합니다. CHI가 증가함에 따라 반응은 감소하고 역반응 속도는 증가합니다. 어느 시점에서 정방향 및 역방향 화학의 속도. 반응은 동일합니다. 시스템의 상태는 외부 요인(P, T, c)이 작용할 때까지 변하지 않습니다. 정량적으로 평형 상태는 평형 상수를 사용하여 특성화됩니다. 평형 상수 – 상수 , 화학 평형 상태에서 가역 반응 성분의 농도 비율을 반영합니다. (C에만 의존합니다.) 각각에 대해 화학을 반대로 합니다. 특정 조건에서의 반응은 화학물질의 한계를 특징짓는 것 같습니다. 반응. .K=.If(농도 참조) - 반응 없음, 평형이 오른쪽으로 이동하면 - 진행되지 않습니다. 평형 상수는 반응물의 농도 변화에 따라 그 값이 변하지 않습니다. 사실 농도의 변화는 화학 성분의 변화로만 이어진다는 것입니다. 한 방향 또는 다른 방향으로 균형을 유지하십시오. 이 경우 동일한 상수에서 새로운 평형 상태가 설정됩니다. . 진정한 균형어떤 요인의 작용으로 인해 한쪽 또는 다른쪽으로 이동할 수 있습니다. 그러나 이러한 요소가 제거되면 시스템은 원래 상태로 돌아갑니다. 거짓- 시스템의 상태는 시간이 지나도 변하지 않지만 외부 조건이 변하면 시스템에서 돌이킬 수 없는 과정이 발생합니다(어두운 곳에서는 H 2 + Cl 2가 존재하고 조명을 받으면 HCl이 형성됩니다. 조명이 중지되면 H 2 및 Cl 2는 반환되지 않습니다.) 이러한 요인 중 적어도 하나의 변화는 평형의 이동으로 이어집니다. 화학 방정식의 상태에 대한 다양한 요인의 영향은 Le Chatelier(1884)의 평형 이동 원리에 의해 질적으로 설명됩니다. 화학적 평형 상태에 있는 시스템에 대한 외부 영향으로 인해 이러한 영향이 감소하는 프로세스가 발생합니다.
평형 상수
평형 상수는 다음과 같습니다정반응 속도가 역반응 속도보다 몇 배 크거나 작습니까?
평형 상수반응 생성물의 평형 농도에 화학양론적 계수를 곱한 값과 출발 물질의 평형 농도에 화학양론적 계수를 곱한 곱의 비율입니다.
평형 상수의 값은 반응물의 성질과 온도에 따라 달라지며 평형 순간의 농도에 의존하지 않습니다. 그 이유는 그 비율이 항상 평형 상수와 수치적으로 동일한 상수 값이기 때문입니다. 용액 내 물질 사이에 균질 반응이 발생하면 평형 상수는 K C로 표시되고 가스 사이에 있으면 K R로 표시됩니다.
여기서 Р С, Р D, Р А 및 Р В는 반응 참가자의 평형 압력입니다.
Clapeyron-Mendeleev 방정식을 사용하면 K P와 K C 사이의 관계를 결정할 수 있습니다.
볼륨을 오른쪽으로 옮겨보자
p = RT, 즉 p = CRT(6.9)
각 시약에 대해 식 (6.9)를 (6.7)로 대체하고 단순화하겠습니다.
,
(6.10)
여기서 Dn은 기체 반응 참가자의 몰수 변화입니다.
DN = (c + 디) – (a + c) (6.11)
따라서,
K P = K C (RT) Dn (6.12)
방정식 (6.12)에서 반응에 참여하는 기체 참가자의 몰 수가 변하지 않거나 (Dn = 0) 시스템에 기체가 없으면 K P = K C임이 분명합니다.
이종 공정의 경우 시스템의 고체 또는 액체상의 농도가 고려되지 않는다는 점에 유의해야 합니다.
예를 들어, 모든 물질이 기체이고 다음과 같은 형태를 갖는다면 2A + 3B = C + 4D 형태의 반응에 대한 평형 상수는 다음과 같습니다.
D가 솔리드이면
평형상수는 이론적으로나 실제적으로 매우 중요합니다. 평형 상수의 수치를 통해 화학 반응의 실제 가능성과 깊이를 판단할 수 있습니다.
10 4이면 반응은 되돌릴 수 없습니다.
평형 이동. 르 샤틀리에의 원리.
르 샤틀리에의 원리 (1884): 안정된 화학 평형 상태에 있는 시스템이 온도, 압력 또는 농도 변화에 의해 외부로부터 영향을 받으면 화학 평형은 효과의 효과가 감소하는 방향으로 이동합니다.
촉매는 화학 평형을 이동시키지 않고 시작을 가속화한다는 점에 유의해야 합니다.
일반 반응의 화학 평형 이동에 대한 각 요인의 영향을 고려해 보겠습니다.
aA + bB = cC + 디 D±Q.
농도 변화의 효과.르 샤틀리에의 원리에 따르면, 평형 화학 반응의 구성 요소 중 하나의 농도가 증가하면 이 구성 요소의 화학적 처리가 발생하는 반응이 강화되는 방향으로 평형이 이동하게 됩니다. 반대로, 구성 요소 중 하나의 농도가 감소하면 평형이 해당 구성 요소의 형성 방향으로 이동합니다.
따라서 물질 A 또는 B의 농도가 증가하면 평형이 앞으로 이동합니다. 물질 C 또는 D의 농도가 증가하면 평형이 반대 방향으로 이동합니다. A 또는 B의 농도가 감소하면 평형이 반대 방향으로 이동합니다. 물질 C 또는 D의 농도가 감소하면 평형이 앞으로 이동합니다. (도식적으로 다음과 같이 쓸 수 있습니다: C A 또는 C B ®; C C 또는 C D ¬; ̅ CA 또는 C B ¬; ̅ C C 또는 C D ®).
온도의 영향.평형에 대한 온도의 영향을 결정하는 일반 규칙은 다음과 같은 공식을 갖습니다. 온도의 증가는 흡열 반응(-Q)을 향한 평형 이동을 촉진합니다. 온도가 감소하면 평형이 발열 반응(+Q)으로 이동하는 것이 촉진됩니다.
열 효과 없이 발생하는 반응은 온도가 변할 때 화학 평형을 이동시키지 않습니다. 이 경우 온도가 증가하면 평형이 보다 신속하게 확립될 뿐이며, 이는 가열 없이 주어진 시스템에서 더 오랜 시간에 걸쳐 달성될 수 있습니다.
따라서 발열 반응(+Q)에서는 온도가 증가하면 평형이 반대 방향으로 이동하고, 반대로 흡열 반응(-Q)에서는 온도가 증가하면 평형이 반대 방향으로 이동합니다. 정방향으로는 온도가 감소하고, 반대방향으로는 온도가 감소합니다. (도식적으로 다음과 같이 쓸 수 있습니다: at +Q Т ¬; ̅Т ®; at -Q Т ®; ̅Т ¬).
압력의 영향.경험에서 알 수 있듯이 압력은 기체 물질이 참여하는 평형 반응의 변위에만 눈에 띄는 영향을 미치며 동시에 기체 반응 참가자의 몰수 변화 (Dn)는 0과 같지 않습니다. 압력이 증가함에 따라 평형은 더 적은 몰의 기체 물질이 형성되는 반응 방향으로 이동하고, 압력이 감소함에 따라 더 많은 몰의 기체 물질이 형성되는 방향으로 이동합니다.
따라서 Dn = 0이면 압력은 화학 평형의 변위에 영향을 미치지 않습니다. 만약 Dn< 0, то увеличение давления смещает равновесие в прямом направлении, уменьшение давления в сторону обратной реакции; если Dn >0이면 압력이 증가하면 평형이 반대 방향으로 이동하고, 압력이 감소하면 평형이 정반응 방향으로 이동합니다. (도식적으로 다음과 같이 쓸 수 있습니다. Dn = 0에서 P는 효과가 없습니다. Dn에서는<0 Р®, ¯Р¬; при Dn >0 Р ¬, ̅Р ®). 르 샤틀리에의 원리는 동종 시스템과 이종 시스템 모두에 적용 가능하며 평형 이동의 질적 특성을 제공합니다.
시스템이 위치한 조건이 변하지 않는 한 화학 평형은 유지됩니다. 조건(물질의 농도, 온도, 압력)이 바뀌면 불균형이 발생합니다. 일정 시간이 지나면 화학 평형이 회복되지만 새로운 조건에서는 이전 조건과 다릅니다. 한 평형 상태에서 다른 평형 상태로의 시스템 전환을 호출합니다. 배수량(이동) 평형. 변위 방향은 Le Chatelier의 원리를 따릅니다.
출발 물질 중 하나의 농도가 증가함에 따라 평형은 이 물질의 더 많은 소비 쪽으로 이동하고 직접적인 반응은 강화됩니다. 역반응이 강화됨에 따라 출발 물질의 농도가 감소하면 평형이 이러한 물질의 형성 쪽으로 이동합니다. 온도가 증가하면 평형은 흡열 반응 쪽으로 이동하고, 온도가 감소하면 평형은 발열 반응 쪽으로 이동합니다. 압력이 증가하면 평형 상태는 기체 물질의 양이 감소하는 방향, 즉 이러한 기체가 차지하는 부피가 작아지는 방향으로 이동합니다. 반대로, 압력이 감소하면 평형은 기체 물질의 양이 증가하는 방향, 즉 기체에 의해 형성되는 부피가 커지는 방향으로 이동합니다.
예시 1.
압력 증가는 다음 가역 기체 반응의 평형 상태에 어떤 영향을 미칩니까?
a) SO2+C12=SO2Cl2;
b) H 2 + Br 2 = 2НВr.
해결책:
우리는 첫 번째 경우(a)에서 압력이 증가하면 평형이 더 작은 부피를 차지하는 더 적은 양의 기체 물질 쪽으로 이동하여 증가된 압력의 외부 영향을 약화시키는 Le Chatelier의 원리를 사용합니다. 두 번째 반응(b)에서는 출발 물질과 반응 생성물인 기체 물질의 양과 이들이 차지하는 부피가 동일하므로 압력이 영향을 주지 않으며 평형이 방해받지 않습니다.
예시 2.
암모니아 합성 반응(-Q) 3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q에서 정반응은 발열이고 역반응은 흡열입니다. 암모니아 수율을 높이려면 반응물의 농도, 온도 및 압력을 어떻게 변경해야 합니까?
해결책:
균형을 오른쪽으로 이동하려면 다음을 수행해야 합니다.
a) H2와 N2의 농도를 증가시킨다.
b) NH 3 의 농도를 줄입니다(반응 영역에서 제거).
c) 온도를 낮추십시오.
d) 압력을 높이십시오.
예시 3.
염화수소와 산소 사이의 균질 반응은 가역적입니다.
4HC1 + O 2 = 2C1 2 + 2H 2 O + 116 kJ.
1. 다음은 시스템의 평형에 어떤 영향을 미칠까요?
a) 압력 증가;
b) 온도 상승;
c) 촉매 도입?
해결책:
a) 르 샤틀리에의 원리에 따르면 압력이 증가하면 평형이 직접 반응 쪽으로 이동합니다.
b) t°가 증가하면 평형이 역반응 방향으로 이동합니다.
c) 촉매의 도입은 평형을 이동시키지 않습니다.
2. 반응물의 농도가 두 배로 증가하면 화학 평형은 어떤 방향으로 이동합니까?
해결책:
υ → = k → 0202; υ 0 ← = k ← 0 2 0 2
농도를 증가시킨 후 순방향 반응의 속도는 다음과 같습니다.
υ → = k → 4 = 32 k → 0 4 0
즉, 초기 속도에 비해 32배 증가했습니다. 마찬가지로 역반응 속도도 16배 증가합니다.
υ ← = k ← 2 2 = 16k ← [H 2 O] 0 2 [C1 2 ] 0 2 .
순방향 반응 속도의 증가는 역반응 속도의 증가보다 2배 더 큽니다. 즉, 평형이 오른쪽으로 이동합니다.
예시 4.
안에 균일한 반응의 평형은 어느 쪽으로 이동할까요?
PCl5 = PC13 + Cl2 + 92KJ,
정반응의 온도계수가 2.5이고 역반응의 온도계수가 3.2인 것을 알고 온도를 30°C 올린다면?
해결책:
순방향 반응과 역방향 반응의 온도 계수가 동일하지 않기 때문에 온도를 높이면 이러한 반응 속도의 변화에 다른 영향을 미칩니다. Van't Hoff의 법칙(1.3)을 사용하여 온도가 30°C 증가할 때 정반응과 역반응의 속도를 찾습니다.
υ → (t 2) = υ → (t 1)=υ → (t 1)2.5 0.1 30 = 15.6υ → (t 1);
υ ← (t 2) = υ ← (t 1) =υ → (t 1)3.2 0.1 30 = 32.8υ ← (t 1)
온도가 증가하면 정반응 속도는 15.6배, 역반응 속도는 32.8배 증가했습니다. 결과적으로 평형은 PCl 5가 형성되는 방향으로 왼쪽으로 이동합니다.
실시예 5.
고립계 C 2 H 4 + H 2 ⇄ C 2 H 6 에서 순방향 및 역방향 반응 속도는 어떻게 변하며, 시스템의 부피가 3배 증가하면 평형은 어디로 이동합니까?
해결책:
순방향 및 역방향 반응의 초기 속도는 다음과 같습니다.
υ 0 = k 0 0 ; υ 0 = k 0 .
시스템의 부피가 증가하면 반응물의 농도가 3만큼 감소합니다. 따라서 순방향 및 역방향 반응 속도의 변화는 다음과 같습니다.
υ 0 = k = 1/9υ 0
υ = k = 1/3υ 0
정반응 속도와 역반응 속도의 감소는 동일하지 않습니다. 역반응 속도는 역반응 속도보다 3배(1/3:1/9 = 3) 높으므로 평형은 다음과 같이 이동합니다. 왼쪽, 시스템이 더 큰 부피를 차지하는 쪽, 즉 C 2 H 4 및 H 2 형성 방향.
주요 기사: 르 샤틀리에-브라운 원리
화학 평형 위치는 온도, 압력 및 농도와 같은 반응 매개변수에 따라 달라집니다. 이러한 요인들이 화학 반응에 미치는 영향은 1885년 프랑스 과학자 Le Chatelier가 일반적인 용어로 표현한 패턴을 따릅니다.
화학 평형에 영향을 미치는 요인:
1) 온도
온도가 증가함에 따라 화학 평형은 흡열(흡수) 반응 방향으로 이동하고 온도가 감소하면 발열(방출) 반응 방향으로 이동합니다.
CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←
N 2 +3시간 2 ←2NH 3 +Q t ←, t↓ →
2) 압력
압력이 증가하면 화학 평형은 더 작은 부피의 물질 쪽으로 이동하고, 압력이 감소하면 더 큰 부피로 이동합니다. 이 원리는 가스에만 적용됩니다. 반응에 고체가 포함되어 있으면 고려되지 않습니다.
CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →
1몰=1몰+1몰
3) 출발 물질 및 반응 생성물의 농도
출발 물질 중 하나의 농도가 증가하면 화학 평형은 반응 생성물 쪽으로 이동하고, 반응 생성물의 농도가 증가하면 출발 물질 쪽으로 이동합니다.
에스 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←
촉매는 화학 평형의 변화에 영향을 미치지 않습니다!
화학 평형의 기본 정량적 특성: 화학 평형 상수, 전환도, 해리도, 평형 수율. 특정 화학 반응의 예를 사용하여 이러한 양의 의미를 설명하십시오.
화학 열역학에서 질량 작용의 법칙은 다음 관계식에 따라 출발 물질과 반응 생성물의 평형 활동과 관련됩니다.
물질의 활동. 활성 대신에 농도(이상적인 용액에서의 반응), 분압(이상적인 기체의 혼합물에서의 반응), 퓨가시티(실제 기체의 혼합물에서의 반응)를 사용할 수 있습니다.
화학양론적 계수(출발 물질의 경우 음수, 제품의 경우 양수)
화학 평형 상수. 여기서 아래 첨자 "a"는 공식에서 활동 값의 사용을 의미합니다.
반응 효율은 일반적으로 반응 생성물의 수율을 계산하여 평가됩니다(섹션 5.11). 동시에 가장 중요한(보통 가장 비싼) 물질의 어느 부분이 목표 반응 생성물로 변환되었는지(예: SO 2 의 어느 부분이 SO 3 로 변환되었는지) 확인하여 반응 효율성을 평가할 수도 있습니다. 황산 생산 중, 즉 전환 정도원래 물질.
진행중인 반응에 대한 간략한 다이어그램을 보자
그러면 물질 A가 물질 B(A)로 전환되는 정도는 다음 방정식에 의해 결정됩니다.
어디 N proreact (A) - 반응하여 생성물 B를 형성한 시약 A의 물질의 양, 그리고 N초기(A) – 시약 A의 초기 양. 
당연히 변형 정도는 물질의 양뿐만 아니라 분자 수(공식 단위), 질량, 부피와 같은 물질의 양에 비례하여 표현될 수 있습니다.
시약 A의 공급이 부족하고 생성물 B의 손실을 무시할 수 있는 경우 시약 A의 전환 정도는 일반적으로 생성물 B의 수율과 같습니다.
출발 물질이 분명히 소비되어 여러 생성물을 형성하는 반응은 예외입니다. 예를 들어, 반응에서
Cl 2 + 2KOH = KCl + KClO + H 2 O
염소(시약)는 염화칼륨과 차아염소산칼륨으로 동일하게 변환됩니다. 이 반응에서 KClO 수율이 100%이더라도 염소가 KClO로 전환되는 정도는 50%입니다.
여러분이 알고 있는 양(원생분해 정도(12.4절))은 전환 정도의 특별한 경우입니다.
TED 프레임워크 내에서는 비슷한 양이 호출됩니다. 해리 정도산 또는 염기(원생분해 정도라고도 함). 해리 정도는 오스트왈드의 희석 법칙에 따른 해리 상수와 관련이 있습니다.
동일한 이론의 틀 내에서 가수분해 평형은 다음과 같은 특징을 갖습니다. 가수분해 정도 (시간), 물질의 초기 농도와 관련하여 다음 표현이 사용됩니다 ( 와 함께) 및 가수분해 중에 형성된 약산(K HA) 및 약염기의 해리 상수( 케이모):
첫 번째 표현은 약산 염의 가수분해에 유효하고, 두 번째 표현은 약염기 염, 세 번째 표현은 약산과 약염기 염의 가수분해에 유효합니다. 이러한 모든 표현은 가수분해도가 0.05(5%) 이하인 희석 용액에만 사용할 수 있습니다.
일반적으로 평형 수율은 알려진 평형 상수에 의해 결정되며 각 특정 경우에 특정 비율로 관련됩니다.
생성물의 수율은 온도, 압력, 농도와 같은 요인의 영향을 받아 가역적 공정에서 반응의 평형을 이동시킴으로써 변경될 수 있습니다.
르 샤틀리에의 원리에 따르면 단순 반응에서는 압력이 증가함에 따라 평형 전환도가 증가하며, 다른 경우에는 반응 혼합물의 부피가 변하지 않고 생성물의 수율이 압력에 의존하지 않습니다.
온도가 평형 수율과 평형 상수에 미치는 영향은 반응의 열 효과 부호에 의해 결정됩니다.
가역적 과정을 보다 완벽하게 평가하기 위해 평형 상태에서 얻을 수 있는 양에 대한 실제로 얻은 제품의 비율과 동일한 소위 이론적 수율(평형 수율)이 사용됩니다.
열분해 화학물질
온도 상승으로 인해 물질이 가역적으로 분해되는 반응.
Etc.를 사용하면 하나의 물질에서 여러 개의(2H2H+ OCaO + CO) 또는 하나의 단순한 물질이 형성됩니다.
대중행동의 법칙에 따라 균형 등이 확립된다. 그것
평형상수나 해리정도로 특징지어질 수 있다.
(전체 분자 수에 대한 붕괴된 분자 수의 비율) 안에
대부분의 경우 열흡수(증가)를 동반합니다.
엔탈피
DN>0); 따라서 Le Chatelier-Brown 원칙에 따라
가열하면 온도가 향상되고 변위 정도 등이 결정됩니다.
DN의 절대값. 압력 등을 방해하는 압력이 강할수록 커집니다.
기체 물질의 몰수(Di) 변화(증가)
해리 정도는 압력에 의존하지 않습니다. 고체가 아닌 경우
고용체를 형성하고 고도로 분산된 상태가 아니며,
그러면 압력 등은 온도에 의해 고유하게 결정됩니다. T를 구현하려면
d. 고체(산화물, 결정성 수화물 등)
아는 것이 중요합니다
해리압력이 외부압력과 같아지는 온도(특히,
기압. 방출된 가스는 극복할 수 있기 때문에
주변 압력, 이 온도에 도달하면 분해 과정이 진행됩니다.
즉시 강화됩니다.
온도에 따른 해리 정도의 의존성: 온도가 증가함에 따라 해리 정도가 증가함(온도가 증가하면 용해된 입자의 운동에너지가 증가하여 분자가 이온으로 분해되는 현상이 촉진됨) 
출발 물질의 전환 정도와 생성물의 평형 수율. 주어진 온도에서의 계산 방법. 이를 위해 어떤 데이터가 필요합니까? 임의의 예를 사용하여 이러한 화학 평형의 정량적 특성을 계산하는 방식을 제시하십시오.
전환 정도는 반응한 시약의 양을 원래의 양으로 나눈 값입니다. 가장 간단한 반응의 경우, 반응기 입구 농도 또는 주기적인 공정 시작 시의 농도는 반응기 출구 농도 또는 주기적인 공정의 현재 순간입니다. 예를 들어 자발적인 응답의 경우 
, 정의에 따라 계산 공식은 동일합니다. 반응에 여러 시약이 있는 경우 각 시약에 대해 전환 정도를 계산할 수 있습니다. 
반응 시간에 대한 전환 정도의 의존성은 시간에 따른 시약 농도의 변화에 의해 결정됩니다. 아무것도 변형되지 않은 초기 순간에는 변형 정도가 0입니다. 그런 다음 시약이 변환됨에 따라 변환 정도가 증가합니다. 비가역적 반응의 경우, 시약이 완전히 소비되는 것을 방해하는 것이 없으면 그 값은 1(100%)이 되는 경향이 있습니다(그림 1). 
그림 1 그림과 같이 속도 상수의 값에 따라 결정되는 시약 소비 속도가 클수록 전환 정도가 더 빨리 증가합니다. 반응이 가역적이라면 반응이 평형을 이루려는 경향이 있으므로 전환 정도는 평형 값으로 향하는 경향이 있으며, 그 값은 정반응과 역반응의 속도 상수 비율(평형 상수)에 따라 달라집니다(그림 .2). 
그림 2 목표 생성물의 수율 생성물의 수율은 실제로 얻은 목표 생성물의 양을 이 생성물에 모든 시약을 통과시켰을 경우 얻을 수 있는 이 생성물의 양으로 나눈 값입니다(가능한 최대량까지). 결과 제품). 또는 (시약을 통해): 실제로 목적산물로 변환된 시약의 양을 초기 시약의 양으로 나눈 값입니다. 가장 간단한 반응의 경우 수율은 이며, 이 반응의 경우 
, 즉. 가장 간단한 반응의 경우 수율과 전환율은 동일한 값입니다. 예를 들어, 물질 양의 변화로 변환이 발생하는 경우 정의에 따라 화학양론적 계수가 계산된 표현식에 포함되어야 합니다. 첫 번째 정의에 따르면, 이 반응의 경우 시약의 전체 초기 양에서 얻은 생성물의 가상 양은 시약의 초기 양보다 2배 적습니다. , 계산식입니다. 두 번째 정의에 따르면, 실제로 목표 생성물로 변환된 시약의 양은 이 생성물이 형성된 양의 두 배입니다. 이면 계산식은 입니다. 당연히 두 표현은 동일합니다. 보다 복잡한 반응의 경우 계산 공식은 정의에 따라 정확히 동일한 방식으로 작성되지만 이 경우 수율은 더 이상 전환 정도와 동일하지 않습니다. 예를 들어, 반응의 경우, 
. 반응에 여러 개의 시약이 있는 경우 각각에 대해 수율을 계산할 수 있으며, 여러 개의 목표 생성물도 있는 경우 모든 시약의 모든 목표 생성물에 대해 수율을 계산할 수 있습니다. 계산식의 구조(분모에는 일정한 값이 포함됨)에서 알 수 있듯이 반응 시간에 대한 수율의 의존성은 대상 생성물 농도의 시간 의존성에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 반응에 대해 
이 의존성은 그림 3과 같습니다. 
그림 3
화학 평형의 정량적 특성으로서의 전환 정도. 전체 압력과 온도의 증가가 기상 반응에서 시약의 전환 정도에 어떤 영향을 미칩니 까? ( 방정식이 주어진다)? 답변에 대한 근거와 적절한 수학적 표현을 제공하세요.
가역 반응의 평형 상태는 (외부 개입 없이) 무기한 지속될 수 있습니다. 그러나 그러한 시스템에 외부 영향이 가해지면(최종 또는 초기 물질의 온도, 압력 또는 농도 변경) 평형 상태가 중단됩니다. 반응 중 하나의 속도가 다른 반응의 속도보다 빨라집니다. 시간이 지남에 따라 시스템은 다시 평형 상태를 차지하지만 초기 및 최종 물질의 새로운 평형 농도는 원래의 것과 달라집니다. 이 경우 그들은 한 방향 또는 다른 방향으로의 화학 평형 이동에 대해 이야기합니다.
외부 영향의 결과로 정반응 속도가 역반응 속도보다 커지면 이는 화학 평형이 오른쪽으로 이동했음을 의미합니다. 반대로 역반응의 속도가 빨라지면 화학평형이 왼쪽으로 이동했다는 뜻이다.
평형이 오른쪽으로 이동하면 초기 평형 농도에 비해 출발 물질의 평형 농도는 감소하고 최종 물질의 평형 농도는 증가합니다. 이에 따라 반응 생성물의 수율도 증가한다.
화학 평형이 왼쪽으로 이동하면 출발 물질의 평형 농도가 증가하고 최종 생성물의 평형 농도가 감소하여 수율이 감소합니다.
화학 평형의 이동 방향은 Le Chatelier의 원리를 사용하여 결정됩니다. “화학 평형 상태에 있는 시스템에 외부 영향이 가해지면(반응에 참여하는 하나 이상의 물질의 온도, 압력, 농도 변경) 반응 속도의 증가로 이어질 것이며, 그 발생으로 인해 영향이 보상(감소)될 것입니다."
예를 들어, 출발 물질의 농도가 증가하면 순방향 반응 속도가 증가하고 평형이 오른쪽으로 이동합니다. 반대로 출발물질의 농도가 감소하면 역반응의 속도가 증가하고 화학평형은 왼쪽으로 이동한다.
온도가 증가하면(즉, 시스템이 가열될 때) 평형은 흡열 반응 방향으로 이동하고, 온도가 감소하면(즉, 시스템이 냉각될 때) 발열 반응 방향으로 이동합니다. (순방향 반응이 발열이면 역반응도 반드시 흡열 반응이고 그 반대도 마찬가지입니다.)
일반적으로 온도가 증가하면 정반응과 역반응 속도가 모두 증가하지만 흡열 반응 속도는 발열 반응 속도보다 더 크게 증가한다는 점을 강조해야 합니다. 따라서 시스템이 냉각되면 정반응 및 역반응 속도가 감소하지만 동일한 정도는 아닙니다. 발열 반응의 경우 흡열 반응의 속도보다 훨씬 적습니다.
압력 변화는 두 가지 조건이 충족되는 경우에만 화학 평형의 변화에 영향을 미칩니다.
반응에 참여하는 물질 중 적어도 하나는 기체 상태여야 합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) - 압력 변화는 평형 변위에 영향을 미칩니다.
CH 3 COOH(액체) + C 2 H 5 OH(액체) CH 3 COOC 2 H 5(액체) + H 2 O(액체) – 압력 변화는 화학 평형의 이동에 영향을 미치지 않습니다. 출발 물질이나 최종 물질 중 어느 것도 기체 상태가 아닙니다.
여러 물질이 기체 상태에 있는 경우, 그러한 반응에 대한 방정식의 왼쪽에 있는 기체 분자의 수는 방정식의 오른쪽에 있는 기체 분자의 수와 같지 않아야 합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) – 압력 변화가 평형 이동에 영향을 미칩니다
I 2(g) + H 2(g) 2НI (g) – 압력 변화는 평형 이동에 영향을 미치지 않습니다.
이 두 가지 조건이 충족되면 압력이 증가하면 평형이 반응 쪽으로 이동하게 되고, 그 발생으로 인해 시스템의 가스 분자 수가 감소합니다. 우리의 예(SO 2 의 촉매 연소)에서 이는 직접적인 반응이 될 것입니다.
반대로 압력이 감소하면 더 많은 수의 가스 분자가 형성되면서 발생하는 반응쪽으로 평형이 이동합니다. 우리의 예에서는 반대 반응이 될 것입니다.
압력이 증가하면 시스템의 부피가 감소하므로 기체 물질의 몰 농도가 증가합니다. 결과적으로 순방향 및 역방향 반응 속도가 증가하지만 같은 정도는 아닙니다. 유사한 방식에 따른 압력 감소는 정방향 및 역방향 반응 속도를 감소시킵니다. 그러나 동시에 평형이 이동하는 반응 속도는 덜 감소합니다.
촉매는 평형 이동에 영향을 미치지 않습니다. 순방향 반응과 역방향 반응의 속도를 같은 정도로 높이거나 낮춥니다. 그것이 존재하면 화학 평형은 더 빨리 (또는 더 느리게) 확립됩니다.
시스템이 여러 요소의 영향을 동시에 받는 경우 각 요소는 다른 요소와 독립적으로 작동합니다. 예를 들어, 암모니아 합성에서
N 2(가스) + 3H 2(가스) 2NH 3(가스)
반응은 속도를 높이기 위해 가열하고 촉매가 있는 상태에서 수행되지만 온도의 영향으로 인해 반응의 평형이 역흡열 반응을 향해 왼쪽으로 이동한다는 사실이 발생합니다. 이는 NH3의 생산량을 감소시킵니다. 온도의 이러한 바람직하지 않은 영향을 보상하고 암모니아 수율을 증가시키기 위해 시스템의 압력이 동시에 증가하여 반응의 평형이 오른쪽으로 이동합니다. 더 적은 수의 가스 분자가 형성되는 방향으로.
이 경우 반응을 위한 가장 최적의 조건(온도, 압력)은 실험적으로 선택되며, 이 조건에서는 반응이 충분히 빠른 속도로 진행되고 경제적으로 실행 가능한 최종 생성물 수율을 제공합니다.
르 샤틀리에의 원리는 화학 산업에서 국가 경제에 매우 중요한 다양한 물질을 생산하는 데 유사하게 사용됩니다.
르 샤틀리에의 원리는 가역적 화학 반응뿐만 아니라 물리적, 물리화학적, 생물학적 등 다양한 다른 평형 과정에도 적용 가능합니다.
성인 인체는 생물학적 활성 물질의 농도를 포함한 다양한 생화학적 지표를 포함한 많은 매개변수의 상대적 불변성을 특징으로 합니다. 그러나 그러한 상태는 평형이라고 할 수 없습니다. 개방형 시스템에는 적용할 수 없습니다.
다른 생명체와 마찬가지로 인체는 지속적으로 다양한 물질을 환경과 교환합니다. 음식을 소비하고 산화 및 부패 생성물을 방출합니다. 그러므로 이것은 유기체의 전형적인 현상이다. 정상 상태, 환경과 물질 및 에너지의 일정한 교환 속도에서 매개변수의 불변성으로 정의됩니다. 첫 번째 근사치로, 정지 상태는 이완 과정에 의해 상호 연결된 일련의 평형 상태로 간주될 수 있습니다. 평형 상태에서는 외부에서 초기 생성물이 보충되고 최종 생성물이 외부로 제거되기 때문에 반응에 참여하는 물질의 농도가 유지됩니다. 닫힌 시스템과 달리 신체 내 함량의 변화는 새로운 열역학적 평형으로 이어지지 않습니다. 시스템이 원래 상태로 돌아갑니다. 따라서 신체 내부 환경의 구성 및 특성의 상대적인 동적 불변성이 유지되어 생리적 기능의 안정성을 결정합니다. 살아있는 시스템의 이러한 속성은 다르게 호출됩니다. 항상성.
닫힌 평형 시스템과 달리 정지 상태에 있는 유기체의 수명 동안 엔트로피가 증가합니다. 그러나 이와 함께 반대 과정도 동시에 발생합니다. 즉, 환경에서 엔트로피 값이 낮은 영양소(예: 고분자 화합물 - 단백질, 다당류, 탄수화물 등)의 소비로 인한 엔트로피 감소 및 분해 생성물이 환경으로 방출됩니다. I.R. Prigogine의 입장에 따르면, 정지 상태에 있는 유기체의 총 엔트로피 생산은 최소가 되는 경향이 있습니다.
비평형 열역학의 발전에 크게 기여한 사람은 다음과 같습니다. I. R. 프리고지, 1977년 노벨상 수상자 그는 “모든 비평형 시스템에는 평형 상태에 있는 국지적 영역이 있습니다. 고전 열역학에서 평형은 전체 시스템을 의미하지만, 비평형에서는 개별 부분만을 의미합니다.”
그러한 시스템의 엔트로피는 배아 발생, 재생 과정 및 악성 신 생물의 성장 중에 증가한다는 것이 확립되었습니다.
화학평형은 본질적이다 거꾸로 할 수 있는반응은 일반적이지 않습니다. 뒤집을 수 없는화학 반응.
종종 화학 공정을 수행할 때 초기 반응물이 반응 생성물로 완전히 전환됩니다. 예를 들어:
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
반대 방향으로 반응하여 금속 구리를 얻는 것은 불가능합니다. 주어진 그 반응은 되돌릴 수 없다. 이러한 공정에서 반응물은 완전히 생성물로 변환됩니다. 반응이 완료될 때까지 진행됩니다.
그러나 대부분의 화학반응은 거꾸로 할 수 있는, 즉. 반응은 정방향과 역방향으로 동시에 일어날 가능성이 높습니다. 즉, 반응물은 부분적으로만 생성물로 변환되며 반응 시스템은 반응물과 생성물로 구성됩니다. 이 경우 시스템은 다음과 같습니다. 화학 평형.
가역적 공정에서 직접 반응은 처음에는 최대 속도를 가지며 시약 양의 감소로 인해 점차 감소합니다. 반대로 역반응은 처음에는 최소 속도를 가지며, 생성물이 축적됨에 따라 증가합니다. 결국, 두 반응의 속도가 동일해지는 순간이 옵니다. 즉, 시스템이 평형 상태에 도달합니다. 평형 상태가 발생하면 성분의 농도는 변하지 않지만 화학 반응은 멈추지 않습니다. 저것. – 이는 동적(움직이는) 상태입니다. 명확성을 위해 다음 그림을 참조하세요.
확실한 게 있다고 해보자 가역적 화학 반응:
a A + b B = c C + d D
그런 다음 대중 행동의 법칙에 따라 다음과 같은 표현을 작성합니다. 똑바로υ 1 및 뒤집다υ 2개의 반응:
v1 = k 1 ·[A]a ·[B]b
v2 = k 2 ·[C] c ·[D] d
할 수 있는 화학 평형, 순방향 반응과 역방향 반응의 속도는 동일합니다. 즉:
k 1 ·[A] a ·[B] b = k 2 ·[C] c ·[D] d
우리는 얻는다
에게= 케이 1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b
어디 케이 =케이 1 / 케이 2 – 평형 상수.
가역적 프로세스의 경우 주어진 조건에서 케이상수 값입니다. 이는 물질의 농도에 의존하지 않습니다. 왜냐하면 물질 중 하나의 양이 변하면 다른 성분의 양도 변합니다.
화학 공정의 조건이 변경되면 평형이 바뀔 수 있습니다.
위의 모든 요소는 화학 평형의 변화에 영향을 미치며, 이는 다음을 따릅니다. 르 샤틀리에의 원리: 시스템이 평형 상태에 있는 조건(농도, 압력 또는 온도) 중 하나를 변경하면 평형은 이 변화에 대응하는 반응 방향으로 이동합니다.저것들. 평형은 평형 상태를 위반하는 영향의 영향이 감소하는 방향으로 이동하는 경향이 있습니다.
따라서 각 요소가 평형 상태에 미치는 영향을 개별적으로 고려해 보겠습니다.
영향 반응물이나 생성물의 농도 변화 예를 들어 보여주자 하버 프로세스:
N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g)
예를 들어 N 2 (g), H 2 (g) 및 NH 3 (g)으로 구성된 평형 시스템에 질소가 추가되면 평형은 질소 양의 감소에 기여하는 방향으로 이동해야 합니다. 수소는 원래의 가치를 향해 나아갑니다. 추가 암모니아 형성 방향(오른쪽). 동시에 수소의 양은 감소합니다. 수소가 시스템에 추가되면 평형은 새로운 양의 암모니아가 형성되는 방향(오른쪽)으로 이동합니다. 평형 시스템에 암모니아가 도입되는 반면, 르 샤틀리에의 원리 , 출발 물질의 형성에 유리한 공정(왼쪽)으로 평형이 이동하게 됩니다. 암모니아 농도는 일부가 질소와 수소로 분해되어 감소해야 합니다.
구성 요소 중 하나의 농도가 감소하면 시스템의 평형 상태가 이 구성 요소의 형성 방향으로 이동합니다.
영향 압력 변화 기체 성분이 연구 중인 공정에 참여하고 총 분자 수가 변경되면 의미가 있습니다. 시스템의 총 분자 수가 남아 있으면 영구적인, 압력의 변화 영향을 미치지 않습니다예를 들면 다음과 같습니다.
I2(g) + H2(g) = 2HI(g)
평형 시스템의 부피를 줄임으로써 전체 압력이 증가하면 평형은 부피가 감소하는 방향으로 이동합니다. 저것들. 숫자를 줄이는 방향으로 가스시스템에서. 반응:
N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g)
4개의 가스 분자(1 N 2 (g) 및 3 H 2 (g))에서 2개의 가스 분자가 형성됩니다(2 NH 3 (g)), 즉 시스템의 압력이 감소합니다. 결과적으로 압력이 증가하면 추가 양의 암모니아가 형성됩니다. 평형은 형성 방향(오른쪽)으로 이동합니다.
시스템의 온도가 일정하면 시스템의 전체 압력이 변경되어도 평형 상수가 변경되지 않습니다. 에게.
온도변화 시스템은 평형 변위뿐만 아니라 평형 상수에도 영향을 미칩니다 에게.일정한 압력에서 평형 시스템에 추가 열이 전달되면 평형은 열 흡수 방향으로 이동합니다. 고려하다:
N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g) + 22 kcal
그래서 보시다시피 직접반응은 열 방출로 진행되고, 역반응은 흡수로 진행됩니다. 온도가 증가함에 따라 이 반응의 평형은 암모니아 분해 반응 쪽으로 이동합니다(왼쪽). 그것은 외부 영향, 즉 온도 상승을 나타나고 약화시킵니다. 반대로 냉각은 암모니아 합성 방향(오른쪽)으로 평형을 이동시킵니다. 반응은 발열성이고 냉각에 저항합니다.
따라서 온도가 상승하면 변화가 유리해집니다. 화학 평형흡열 반응 쪽으로, 온도는 발열 과정 쪽으로 떨어진다. . 평형 상수모든 발열 과정은 온도가 증가함에 따라 감소하고 흡열 과정은 증가합니다.
