Kémiai egyensúlyok CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O v 1 = k 1 [CH 3 COOH].[C 2 H 5 OH] v 2 = k 2 [CH 3 COOC 2 H 5 ]. [H 2 O] Egyensúlyban: v 1 = v 2 azaz k 1 [CH 3 COOH].[C 2 H 5 OH] = k 2 [CH 3 COOC 2 H 5 ]. [H 2 O] K = k1/ k2 = K: egyensúlyi állandó Tömeghatás törvénye [CH 3 COOC 2 H 5 ].[H 2 O] [CH3 COOH].[C 2 H 5 OH]
Egyensúlyi reakció 2.NO 2 -> N 2 O 4 v 1 = k 1.[NO 2 ] 2 N 2 O 4 -> 2.NO 2 v -1 = k -1.[N 2 O 4 ] v 1 = v -1 2 NO 2 N 2 O 4 K = k 1 /k -1 = [N 2 O 4 ] / [NO 2 ] 2
Kémiai egyensúly jellemzése Egyensúlyi reakció általános felírása a.a + b.b c.c + d.d [C] c [D] d K = [A] a [B] b [A];[B];[C];[D] Ha K értéke nagy, a reakció termékei vannak többségben Ha K értéke kicsi alig képződik reakció termék : egyensúlyi koncentrációk a, b, c, d : sztöchiometriai együtthatók K : dimenziómentes szám, amelyhez mindig tartozik egy egyensúlyi egyenlet
Homogén kémiai egyensúlyok Minden résztvevő azonos fázisban Gőz vagy gáz fázis esetén N 2 + 3 H 2 2 NH 3 [NH 3 ] 2 K = p*v = n*r*t [N 2 ] *[H 2 ] 3 p = R*T * n/v p 2 NH3 K p = p N 2 p3 H2 konst koncentráció Egyensúlyi állandó parciális nyomásokkal felírva
Mólszám-változással járó reakciók 1 mol ideális gáz terfogata 1 bár nyomáson 0 o C-on 22,41 dm 3 Hidrogén égése: 20 o C-on 24 dm 3 2.H 2 + O 2 = 2.H 2 O 3 mol -> 2 mol térfogatváltozás: 72 dm 3 -> 48 dm 3 Szénmonoxid égése: 2.CO+ O 2 = 2.CO 2 Nitrogéndioxid bomlása: 2.NO 2 = N 2 + 2.O 2 Nincs mólszámváltozás: 3 mol -> 2 mol 2 mol -> 3 mol CH 4 + 2.O 2 = CO 2 + 2.H 2 O 3 mol -> 3 mol
Le Chatellier Braun-elv Ha egyensúlyban lévő rendszerre változást kényszerítünk, akkor a rendszer úgy reagál, hogy csökkentse a változás mértékét. 2 NO 2 N 2 O 4 p, T függés barna exoterm endoterm színtelen
Ammónia szintézis (p,t függés) Reakció: 3H 2 + N 2 = 2NH 3 H=-46 kj/mol Mólszámcsökkenés, Exoterm reakció Az egyensúlyi gázelegy összetétele a nyomás és a hőmérséklet függvényében: Alacsony hőmérséklet : kicsi reakciósebesség Katalizátor Fe-Al 2 O 3 -K 2 O A katalizátor igen érzékeny kénvegyületek H 2 S, COS (karbonilszulfid) megmérgezik a katalizátort.
Ammónia szintézis A konverzió nem teljes : recirkuláció A folyamat leírása: - A szintézisgáz nem alakul át teljesen - Az átalakult ammóniát kondenzáltatás után elvezetik, a maradék gázt recirkuláltatják - A rendszerbe csak annyi friss gázelegyet visznek, ami a képződött ammónia pótlására szükséges - A cirkuláló gázelegyből időnként lefúvatnak a szennyeződések feldúsulásának elkerülésére
Heterogén kémiai egyensúly Legalább egy résztvevő a többitől eltérő fázisban Szilárd fázis egyensúlyban a gázfázissal Mészégetés (900 C o ) konstans CaCO 3 CaO + CO 2 [CaO][CO 2 ] K c = K c = [CO 2 ] vagy K p = p CO 2 [CaCO 3 ] konstans Amig CaCO 3 és CaO is jelen van, addig CO 2 koncentrációja, vagy parciális nyomása állandó. (állandó hőmérsékleten, mert a K hőmérsékletfüggő)
Heterogén kémiai egyensúly Legalább egy résztvevő a többitől eltérő fázisban Szilárd fázis az egyensúlyban Karbonát-hidrogénkarbonát egyensúly H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 szénsav ~ CO 2 H 2 CO 3 + CaCO 3 Ca(HCO 3 ) 2 szénsav ~ Ca(HCO 3 ) 2 K 1 = [ H2CO3] [ H O] [ CO ] 2 2 K 2 CO 2 ~ Ca(HCO 3 ) 2 [ Ca( HCO ) ] 3 2 [ H CO ] [ CaCO ] Amíg mészkő van, addig CO 2 koncentrációja arányos (áll.hőm.!) a tengervíz hidrogénkarbonát-tartalmával (0,05%). (Puffer!) (égethető szénformák (0,02%), karbonát kőzetek (99,5%)!) = 2 3 3
A szén a Földkéreg tömegének mintegy 0,034%-át teszi ki. Teljes szén mennyiség kb. 76 x 10 15 tonna Rezervoár Litoszféra (kőzetek és üledékek) Százalékos megoszlás az összmennyiség vonatkozásában (%) * 99,5 Óceánok 0,05 Metán hidrátok 0,014 Fosszilis tüzelőanyagok 0,006 Szárazföldi bioszféra 0,003 Vízi bioszféra 0,000002 http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/prokariotak/ch09.html
Szilárd anyagok oldódása folyadékban A rosszul oldódó anyagok oldhatóságát - az oldódási egyensúlyból származtatható oldhatósági szorzattal (L) jellemezzük AgCl Ag + + Cl - [AgCl] = konst. K*konst = L = [Ag + ] [Cl ] 1,77*10-10 = 1,33*10-5 * 1,33*10-5 mol/dm 3 mol/dm 3 + 1 mol/dm 3 NaCl -> [Cl ] = 1 mol/dm 3 [Ag + ] = 1,77*10-10 mol/dm 3
Vegyület Oldhatósági szorzat Oldhatóság Vegyület Oldhatóság g/100g víz) AgCl 1,77*10-10 AgNO 3 220 BaSO 4 1,08*10-10 CuSO 4 21 CaCO 3 3,36*10-9 FeCl 3 92 CaSO 4 4,93*10-5 KMnO 4 6,5 HgS 2,00*10-54 KNO 3 32 PbSO 4 1,58*10-8 NH 4 NO 3 192 FePO 4 1,3*10-22 NaCl 36 NaOH 109 L = 1,3*10-22 = [Fe +++ ]*[PO --- 4 ] [PO --- 4 ] =~10-11 mol/dm 3 ~10-9 g/dm 3 =10-6 mg/dm 3 (ppm) Szennyvíz foszfátmentesítése 10:54
Szilárd anyagok oldódása Az oldhatóság hőmérsékletfüggése - növekvő és csökkenő - az oldáshő előjelétől függően Oldáshő = szolvatációs hő - rácsenergia A nyomás gyakorlatilag nem változtat az oldhatóságon 10:54 pozitív oldáshő (lehül) negatív oldáshő (felmelegszik)
Az egyensúly eltolási lehetőségei/1 Koncentráció változtatás az egyensúlyi rendszerben sav + alkohol [észter] [víz] K c = [sav] [alkohol] észter + víz K etil-acetát = 4 Egyensúlyi állapotban kétszer annyi termékek koncentrációja (azonos kiindulási koncentráció esetén) átalakulás: 67% Hogyan lehetne megnövelni a termék (észter) mennyiségét? 1. Az egyensúlyi koncentrációhoz képest megnövelem a kiindulási anyag valamelyikét. K = állandó miatt a rendszer a termék képződése irányába mozdul el mindaddig amíg a tört értéke el nem éri a K értékét. 2. Befolyásolás: a termék egyikét folyamatosan elvonom a rendszerből (észterképződéskor a vizet)
Az egyensúly eltolás lehetőségei/2 Nyomás változtatás az egyensúlyi rendszerben N 2 + 3 H 2 2 NH 3 1 térf. 3 térf. 2 térf. Nyomás növeléssel a termék irányába tolható az egyensúly. Csak akkor hatásos, ha térfogat változás történik a reakció során Hőmérséklet változás hatása az egyensúlyi rendszerre Exotherm reakciók: növekvő hőmérséklet hatására a kiindulási anyagok irányába tolódik el az egyensúly. Endotherm reakciók : növekvő hőmérséklet hatására a termékek irányába tolódik el az egyensúly HATÁS ELLENHATÁS törvénye Az egyensúlyi rendszer mindig kitér külső behatás esetén