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प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक a. रासायनिक संतुलन में बदलाव. ले चेटेलियर का सिद्धांत. संतुलन स्थिरांक की गणना

अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएँ प्रतिवर्ती होती हैं, अर्थात्। विपरीत दिशाओं में एक साथ प्रवाहित हों। ऐसे मामलों में जहां आगे और पीछे की प्रतिक्रियाएं समान दर पर होती हैं, रासायनिक संतुलन होता है। उदाहरण के लिए, एक प्रतिवर्ती सजातीय प्रतिक्रिया में: H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g), सामूहिक क्रिया के नियम के अनुसार आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरों का अनुपात सांद्रता के अनुपात पर निर्भर करता है अभिकारकों की, अर्थात्: आगे की प्रतिक्रिया की दर: υ 1 = के 1 [एच 2]। विपरीत प्रतिक्रिया दर: υ 2 = के 2 2।

यदि एच 2 और आई 2 प्रारंभिक पदार्थ हैं, तो पहले क्षण में आगे की प्रतिक्रिया की दर उनकी प्रारंभिक सांद्रता से निर्धारित होती है, और रिवर्स प्रतिक्रिया की दर शून्य होती है। जैसे-जैसे H 2 और I 2 का उपभोग होता है और HI बनता है, आगे की प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है और विपरीत प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। कुछ समय बाद, दोनों दरें बराबर हो जाती हैं, और सिस्टम में रासायनिक संतुलन स्थापित हो जाता है, यानी। प्रति इकाई समय में उत्पादित और उपभोग किए गए HI अणुओं की संख्या समान हो जाती है।

चूँकि रासायनिक संतुलन पर आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें V 1 = V 2 के बराबर होती हैं, तो k 1 = k 2 2।

चूँकि k 1 और k 2 किसी दिए गए तापमान पर स्थिर हैं, उनका अनुपात स्थिर होगा। इसे K से निरूपित करने पर, हमें प्राप्त होता है:

K को रासायनिक संतुलन स्थिरांक कहा जाता है, और उपरोक्त समीकरण को द्रव्यमान क्रिया का नियम (गुल्डबर्ग-वाले) कहा जाता है।

सामान्य स्थिति में, aA+bB+…↔dD+eE+… रूप की प्रतिक्रिया के लिए, संतुलन स्थिरांक बराबर होता है . गैसीय पदार्थों के बीच परस्पर क्रिया के लिए, अभिव्यक्ति का अक्सर उपयोग किया जाता है, जिसमें अभिकारकों को संतुलन आंशिक दबाव पी द्वारा दर्शाया जाता है। उल्लिखित प्रतिक्रिया के लिए .

संतुलन की स्थिति उस सीमा को दर्शाती है, जिस तक, दी गई शर्तों के तहत, प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से आगे बढ़ती है (∆G<0). Если в системе наступило химическое равновесие, то дальнейшее изменение изобарного потенциала происходить не будет, т.е. ∆G=0.

संतुलन सांद्रता के बीच संबंध इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि किन पदार्थों को प्रारंभिक पदार्थ के रूप में लिया जाता है (उदाहरण के लिए, एच 2 और आई 2 या एचआई), यानी। संतुलन की स्थिति को दोनों तरफ से देखा जा सकता है।

रासायनिक संतुलन स्थिरांक अभिकर्मकों की प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है; संतुलन स्थिरांक दबाव (यदि यह बहुत अधिक है) या अभिकर्मकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।

तापमान, एन्थैल्पी और एन्ट्रापी कारकों के संतुलन स्थिरांक पर प्रभाव. संतुलन स्थिरांक सरल समीकरण ∆G o =-RT ln K द्वारा एक रासायनिक प्रतिक्रिया ∆G o की मानक आइसोबैरिक-आइसोथर्मल क्षमता में परिवर्तन से संबंधित है।

यह दर्शाता है कि ∆G o (∆G o) के बड़े नकारात्मक मान<<0) отвечают большие значения К, т.е. в равновесной смеси преобладают продукты взаимодействия. Если же ∆G o характеризуется большими положительными значениями (∆G o >>0), तो प्रारंभिक पदार्थ संतुलन मिश्रण में प्रबल होते हैं। यह समीकरण ∆G o के मान और फिर अभिकर्मकों के संतुलन सांद्रता (आंशिक दबाव) से K की गणना करना संभव बनाता है। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि ∆G o =∆Н o -T∆S o , तो कुछ परिवर्तन के बाद हमें मिलता है . इस समीकरण से यह स्पष्ट है कि संतुलन स्थिरांक तापमान परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील है। संतुलन स्थिरांक पर अभिकर्मकों की प्रकृति का प्रभाव एन्थैल्पी और एन्ट्रापी कारकों पर इसकी निर्भरता निर्धारित करता है।

ले चेटेलियर का सिद्धांत

रासायनिक संतुलन की स्थिति किसी भी समय दी गई स्थिर परिस्थितियों में बनी रहती है। जब स्थितियाँ बदलती हैं, तो संतुलन की स्थिति बाधित हो जाती है, क्योंकि इस मामले में विपरीत प्रक्रियाओं की दरें अलग-अलग डिग्री में बदल जाती हैं। हालाँकि, कुछ समय बाद, सिस्टम फिर से संतुलन की स्थिति में पहुँच जाता है, लेकिन इस बार नई बदली हुई स्थितियों के अनुरूप।

स्थितियों में परिवर्तन के आधार पर संतुलन का विस्थापन आम तौर पर ले चेटेलियर के सिद्धांत (या गतिशील संतुलन के सिद्धांत) द्वारा निर्धारित किया जाता है: यदि संतुलन में कोई प्रणाली संतुलन की स्थिति निर्धारित करने वाली किसी भी स्थिति को बदलकर बाहर से प्रभावित होती है, तो यह प्रक्रिया की दिशा में स्थानांतरित हो जाती है, जिसके दौरान उत्पन्न प्रभाव का प्रभाव कमजोर हो जाता है।

इस प्रकार, तापमान में वृद्धि उन प्रक्रियाओं की दिशा में संतुलन में बदलाव का कारण बनती है जिनके दौरान गर्मी का अवशोषण होता है, और तापमान में कमी विपरीत दिशा में कार्य करती है। इसी प्रकार, दबाव में वृद्धि से आयतन में कमी के साथ प्रक्रिया की दिशा में संतुलन बदल जाता है, और दबाव में कमी विपरीत दिशा में कार्य करती है। उदाहरण के लिए, संतुलन प्रणाली 3H 2 +N 2 2H 3 N, ∆H o = -46.2 kJ में, तापमान में वृद्धि से H 3 N का हाइड्रोजन और नाइट्रोजन में अपघटन बढ़ जाता है, क्योंकि यह प्रक्रिया एंडोथर्मिक है। दबाव में वृद्धि से संतुलन H 3 N के निर्माण की ओर स्थानांतरित हो जाता है, क्योंकि आयतन कम हो जाता है।

यदि प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले किसी भी पदार्थ की एक निश्चित मात्रा को संतुलन की स्थिति में सिस्टम में जोड़ा जाता है (या, इसके विपरीत, सिस्टम से हटा दिया जाता है), तो आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर बदल जाती है, लेकिन धीरे-धीरे फिर से बराबर हो जाती है। दूसरे शब्दों में, सिस्टम रासायनिक संतुलन की स्थिति में लौट आता है। इस नई अवस्था में, सिस्टम में मौजूद सभी पदार्थों की संतुलन सांद्रता मूल संतुलन सांद्रता से भिन्न होगी, लेकिन उनके बीच का अनुपात वही रहेगा। इस प्रकार, संतुलन में एक प्रणाली में, अन्य सभी पदार्थों की सांद्रता में परिवर्तन किए बिना किसी एक पदार्थ की सांद्रता को बदलना असंभव है।

ले चैटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, एक संतुलन प्रणाली में एक अभिकर्मक की अतिरिक्त मात्रा का परिचय उस दिशा में संतुलन में बदलाव का कारण बनता है जिसमें इस पदार्थ की एकाग्रता कम हो जाती है और, तदनुसार, इसके इंटरैक्शन के उत्पादों की एकाग्रता बढ़ जाती है।

रासायनिक संतुलन का अध्ययन सैद्धांतिक अनुसंधान और व्यावहारिक समस्याओं के समाधान दोनों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। विभिन्न तापमानों और दबावों के लिए संतुलन स्थिति का निर्धारण करके, रासायनिक प्रक्रिया के लिए सबसे अनुकूल परिस्थितियों का चयन करना संभव है। प्रक्रिया स्थितियों का अंतिम चयन करते समय, प्रक्रिया की गति पर उनके प्रभाव को भी ध्यान में रखा जाता है।

उदाहरण 1।अभिकारकों की संतुलन सांद्रता से किसी प्रतिक्रिया के संतुलन स्थिरांक की गणना।

प्रतिक्रिया A + B 2C के संतुलन स्थिरांक की गणना करें, यदि संतुलन सांद्रता [A] = 0.3 mol∙l -1; [V]=1.1mol∙l -1; [सी]=2.1मोल∙एल -1.

समाधान।इस प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक की अभिव्यक्ति का रूप है:। आइए हम यहां समस्या कथन में दर्शाई गई संतुलन सांद्रता को प्रतिस्थापित करें: =5.79।

उदाहरण 2. प्रतिक्रियाशील पदार्थों की संतुलन सांद्रता की गणना। प्रतिक्रिया समीकरण A + 2B C के अनुसार आगे बढ़ती है।

यदि पदार्थ A और B की प्रारंभिक सांद्रता क्रमशः 0.5 और 0.7 mol∙l -1 है, और प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक K p = 50 है, तो प्रतिक्रियाशील पदार्थों की संतुलन सांद्रता निर्धारित करें।

समाधान।पदार्थ A और B के प्रत्येक मोल के लिए, पदार्थ C के 2 मोल बनते हैं। यदि पदार्थ A और B की सांद्रता में कमी को X मोल द्वारा दर्शाया जाता है, तो पदार्थ की सांद्रता में वृद्धि 2X मोल के बराबर होगी। अभिकारकों की संतुलन सांद्रता होगी:

C A = (लगभग.5-x)mol∙l -1; सी बी = (0.7-एक्स) मोल∙एल -1; C C =2x mol∙l -1

एक्स 1 =0.86; x 2 =0.44

समस्या की शर्तों के अनुसार, मान x 2 मान्य है। इसलिए अभिकारकों की संतुलन सांद्रता हैं:

C A =0.5-0.44=0.06mol∙l -1; C B =0.7-0.44=0.26mol∙l -1; C C =0.44∙2=0.88mol∙l -1.

उदाहरण 3.संतुलन स्थिरांक K r के मान द्वारा किसी प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा ∆G o में परिवर्तन का निर्धारण। गिब्स ऊर्जा की गणना करें और 700 K पर प्रतिक्रिया CO + Cl 2 = COCl 2 की संभावना निर्धारित करें यदि संतुलन स्थिरांक Kp = 1.0685∙10 -4 के बराबर है। सभी प्रतिक्रियाशील पदार्थों का आंशिक दबाव समान और 101325 Pa के बराबर है।

समाधान।∆G 700 =2.303∙RT .

इस प्रक्रिया के लिए:

चूँकि ∆Go<0, то реакция СО+Cl 2 COCl 2 при 700К возможна.

उदाहरण 4. रासायनिक संतुलन में बदलाव. सिस्टम N 2 +3H 2 2NH 3 -22kcal में संतुलन किस दिशा में स्थानांतरित होगा:

ए) एन 2 की बढ़ती सांद्रता के साथ;

बी) एच 2 की बढ़ती सांद्रता के साथ;

ग) बढ़ते तापमान के साथ;

घ) दबाव कब घटता है?

समाधान।ले चैटेलियर के नियम के अनुसार, प्रतिक्रिया समीकरण के बाईं ओर पदार्थों की सांद्रता में वृद्धि से एक ऐसी प्रक्रिया होनी चाहिए जो प्रभाव को कमजोर कर देती है और सांद्रता में कमी लाती है, यानी। संतुलन दाईं ओर स्थानांतरित हो जाएगा (मामले ए और बी)।

अमोनिया संश्लेषण की प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है। तापमान में वृद्धि से संतुलन में बाईं ओर बदलाव होता है - एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की ओर, प्रभाव कमजोर हो जाता है (केस सी)।

दबाव में कमी (केस डी) एक प्रतिक्रिया का पक्ष लेगी जिससे सिस्टम की मात्रा में वृद्धि होगी, यानी। एन 2 और एच 2 के निर्माण की ओर।

उदाहरण 5.यदि गैस मिश्रण का आयतन तीन गुना कम हो जाए तो सिस्टम 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (r) में आगे और पीछे की प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बदलेगी? सिस्टम का संतुलन किस दिशा में शिफ्ट होगा?

समाधान।आइए हम अभिकारकों की सांद्रता को निरूपित करें: = ए, =बी,=साथ।सामूहिक क्रिया के नियम के अनुसार, आयतन में परिवर्तन से पहले आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर बराबर होती है

वी पीआर = के 2 बी, वी एआरआर = के 1 एस 2

एक सजातीय प्रणाली का आयतन तीन गुना कम करने के बाद, प्रत्येक अभिकारक की सांद्रता तीन गुना बढ़ जाएगी: = 3ए,[ओ 2] = 3बी; = 3s.नई सांद्रता पर, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की गति v" एनपी:

वी" एनपी = के(3ए) 2 (3बी) = 27 केए 2 बी; वीओ 6 पी = के 1 (3सी) 2 = 9के 1 सी 2।

;

नतीजतन, आगे की प्रतिक्रिया की दर 27 गुना बढ़ गई, और विपरीत प्रतिक्रिया की दर केवल नौ गुना बढ़ गई। सिस्टम का संतुलन SO 3 के निर्माण की ओर स्थानांतरित हो गया।

उदाहरण 6.गणना करें कि यदि प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक 2 है, तो तापमान 30 से 70 0 C तक बढ़ने पर गैस चरण में होने वाली प्रतिक्रिया की दर कितनी गुना बढ़ जाएगी।

समाधान।तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता सूत्र के अनुसार अनुभवजन्य वैन्ट हॉफ नियम द्वारा निर्धारित की जाती है

नतीजतन, 70°C पर प्रतिक्रिया दर 30°C पर प्रतिक्रिया दर से 16 गुना अधिक है।

उदाहरण 7.एक सजातीय प्रणाली का संतुलन स्थिरांक

CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g) 850°C पर 1 के बराबर है। यदि प्रारंभिक सांद्रता है तो संतुलन में सभी पदार्थों की सांद्रता की गणना करें: [CO] ISH = 3 मोल/लीटर, [एच 2 ओ] आरआई = 2 मोल/लीटर।

समाधान।संतुलन पर, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें बराबर होती हैं, और इन दरों के स्थिरांक का अनुपात स्थिर होता है और इसे दिए गए सिस्टम का संतुलन स्थिरांक कहा जाता है:

वीएनपी = क 1[सीओ][एच 2 ओ]; वीओ बी पी = को 2 [सीओ 2 ][एच 2 ];

समस्या कथन में प्रारंभिक सांद्रताएँ दी गई हैं, जबकि अभिव्यक्ति में के आरइसमें सिस्टम में सभी पदार्थों की केवल संतुलन सांद्रता शामिल है। आइए मान लें कि संतुलन के क्षण में एकाग्रता [सीओ 2] पी = एक्समोल/ली. निकाय के समीकरण के अनुसार बनने वाले हाइड्रोजन के मोलों की संख्या भी होगी एक्समोल/ली. मोल्स की समान संख्या के लिए (एक्स mol/l) CO और H 2 O बनाने के लिए उपभोग किया जाता है एक्ससीओ 2 और एच 2 के मोल। इसलिए, सभी चार पदार्थों की संतुलन सांद्रता (मोल/ली):

[सीओ 2 ] पी = [एच 2 ] पी = एक्स;[सीओ] पी = (3 - एक्स); पी =(2x).

संतुलन स्थिरांक को जानकर हम मान ज्ञात करते हैं एक्स,और फिर सभी पदार्थों की प्रारंभिक सांद्रता:

; x 2 =6-2x-3x + x 2; 5x = 6, l = 1.2 mol/l.

निरंतर संतुलन

निरंतर संतुलन- एक मात्रा जो किसी दिए गए रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए रासायनिक संतुलन की स्थिति में प्रारंभिक पदार्थों और उत्पादों की थर्मोडायनामिक गतिविधियों (या, प्रतिक्रिया की स्थितियों, आंशिक दबाव, सांद्रता या भगोड़ेपन के आधार पर) के बीच संबंध निर्धारित करती है (के अनुसार) सामूहिक कार्रवाई का कानून)। प्रतिक्रिया के संतुलन स्थिरांक को जानने के बाद, प्रतिक्रियाशील मिश्रण की संतुलन संरचना, उत्पादों की अधिकतम उपज की गणना करना और प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित करना संभव है।

संतुलन स्थिरांक को व्यक्त करने के तरीके

उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोऑक्साइड की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के लिए:

2CO + O 2 = 2CO 2

संतुलन स्थिरांक की गणना समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

कहाँ Δn- प्रतिक्रिया के दौरान पदार्थों के मोलों की संख्या में परिवर्तन। यह स्पष्ट है कि के एक्सदबाव पर निर्भर करता है. यदि प्रतिक्रिया उत्पादों के मोलों की संख्या प्रारंभिक पदार्थों के मोलों की संख्या के बराबर है (), तो।

मानक संतुलन स्थिरांक

आदर्श गैसों के मिश्रण में एक प्रतिक्रिया का मानक संतुलन स्थिरांक (जब प्रतिक्रिया प्रतिभागियों का प्रारंभिक आंशिक दबाव मानक अवस्था में उनके मूल्यों के बराबर होता है = 0.1013 एमपीए या 1 एटीएम) की गणना अभिव्यक्ति द्वारा की जा सकती है:

घटकों के सापेक्ष आंशिक दबाव कहां हैं।

मानक संतुलन स्थिरांक एक आयामहीन मात्रा है। वह जुड़ी हुई है केपीअनुपात:

यह देखा जा सकता है कि यदि इसे वायुमंडल में व्यक्त किया जाए तो।

मानक प्रारंभिक अवस्था में वास्तविक गैसों के मिश्रण में प्रतिक्रिया के लिए, गैसों की आंशिक भगोड़ाता को उनके आंशिक दबाव = 0.1013 एमपीए या 1 एटीएम के बराबर माना जाता है। के.एफके साथ जुड़े के 0अनुपात:

कहाँ γ मैं- मिश्रण में i-वें वास्तविक गैस का भगोड़ापन गुणांक।

विषम प्रणालियों में प्रतिक्रियाओं के लिए संतुलन स्थिरांक

FeO t + CO g = Fe t + CO 2g

संतुलन स्थिरांक (यह मानते हुए कि गैस चरण आदर्श है) का रूप है:

संतुलन स्थिरांक और गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन

संतुलन स्थिरांक और प्रतिक्रिया दर स्थिरांक

एक प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए, संतुलन स्थिरांक को आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं के दर स्थिरांक के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, इस तथ्य के आधार पर कि संतुलन में आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर बराबर होती है। उदाहरण के लिए, पहले क्रम की प्राथमिक प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए

कहाँ क 1आगे की प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक है, और क 2- रिवर्स। यह महत्वपूर्ण संबंध रासायनिक गतिकी और रासायनिक ऊष्मागतिकी के बीच "संपर्क बिंदु" में से एक प्रदान करता है।

संतुलन स्थिरांक की गणना के लिए तरीके

किसी प्रतिक्रिया के संतुलन स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए गणना विधियां आमतौर पर प्रतिक्रिया के दौरान गिब्स ऊर्जा में किसी न किसी तरह से मानक परिवर्तन की गणना करने के लिए आती हैं ( Δजी 0), और फिर सूत्र का उपयोग करें:

, सार्वभौमिक गैस स्थिरांक कहां है।

यह याद रखना चाहिए कि गिब्स ऊर्जा प्रणाली की स्थिति का एक कार्य है, अर्थात, यह प्रक्रिया के पथ पर, प्रतिक्रिया तंत्र पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि केवल प्रणाली की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित होती है। . इसलिए, यदि प्रत्यक्ष निर्धारण या गणना Δजी 0कुछ प्रतिक्रियाएँ किसी कारण से कठिन होती हैं, जिसके लिए आप मध्यवर्ती प्रतिक्रियाओं का चयन कर सकते हैं Δजी 0ज्ञात है या आसानी से निर्धारित किया जा सकता है, और जिसका योग प्रश्न में प्रतिक्रिया देगा (हेस का नियम देखें)। विशेष रूप से, तत्वों से यौगिकों के निर्माण की प्रतिक्रियाओं को अक्सर ऐसी मध्यवर्ती प्रतिक्रियाओं के रूप में उपयोग किया जाता है।

गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन और प्रतिक्रिया के संतुलन स्थिरांक की एन्ट्रापी गणना

एन्ट्रॉपी गणना विधि Δजीप्रतिक्रिया सबसे आम और सुविधाजनक में से एक है। यह रिश्ते पर आधारित है:

या, तदनुसार, के लिए मानकगिब्स ऊर्जा परिवर्तन:

यहाँ ΔH 0स्थिर दबाव और तापमान पर प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव बराबर होता है, जिसकी गणना और प्रयोगात्मक निर्धारण के तरीके ज्ञात हैं - उदाहरण के लिए, किरचॉफ समीकरण देखें:

प्रतिक्रिया के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन प्राप्त करना आवश्यक है। इस समस्या को कई तरीकों से हल किया जा सकता है, उदाहरण के लिए:

• थर्मल डेटा के अनुसार - नर्नस्ट के थर्मल प्रमेय पर आधारित और प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की ताप क्षमता की तापमान निर्भरता के बारे में जानकारी का उपयोग करना। उदाहरण के लिए, ऐसे पदार्थों के लिए जो सामान्य परिस्थितियों में ठोस अवस्था में होते हैं:

जहां S 0 = 0 (प्लैंक का अभिधारणा) और फिर, तदनुसार,। (यहाँ सूचकांक सोल अंग्रेजी सॉलिड, "सॉलिड") से है। किसी दिए गए तापमान T पर: उन पदार्थों के लिए जो सामान्य तापमान पर तरल या गैसीय होते हैं, या, अधिक सामान्यतः, उन पदार्थों के लिए जो 0 (या 298) से T तक तापमान सीमा में एक चरण संक्रमण से गुजरते हैं, इस चरण से जुड़े एन्ट्रापी में परिवर्तन परिवर्तन को परिवर्तन के रूप में देखा जाना चाहिए। जहां ए और बी प्रश्न में यौगिक के प्रकार के आधार पर सारणीबद्ध स्थिरांक हैं, एम आणविक भार है।

इसलिए, यदि, और ताप क्षमता की तापमान निर्भरता ज्ञात है, तो इसकी गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

इस सूत्र का कुछ हद तक सरलीकृत संस्करण पदार्थों की ताप क्षमता के योग को तापमान से स्वतंत्र और 298 K पर ताप क्षमता के योग के बराबर मानकर प्राप्त किया जाता है:

और ताप क्षमता के योग को शून्य के बराबर करके और भी अधिक सरलीकृत गणना की जाती है:

संतुलन स्थिरांक से संक्रमण उपरोक्त सूत्र के अनुसार किया जाता है।

सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स विधियों का उपयोग करके संतुलन स्थिरांक की गणना

लेख का यह भाग नहीं लिखा गया है.

बाहरी प्रभावों के प्रभाव में, रासायनिक संतुलन, गतिशील होने के कारण बदल जाता है। ले चैटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, तापमान में वृद्धि रासायनिक संतुलन को एंडोथर्मिक प्रक्रिया की ओर स्थानांतरित कर देती है।

तापमान संतुलन स्थिरांक को भी प्रभावित करता है। रासायनिक संतुलन पर तापमान के प्रभाव का अध्ययन थर्मोडायनामिक्स की मुख्य समस्याओं में से एक है।

संतुलन स्थिरांक पर तापमान का प्रभाव निर्भरता DG 0 = f(T) 0 से होता है, जिसे गिब्स-हेल्महोल्त्ज़ समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है:

और जो मानक स्थितियों के लिए इस प्रकार दिखेगा:

(6.185)

आइए मानक परिस्थितियों में इज़ोटेर्म समीकरण का उपयोग करें:

डीजी 0 = - आरटी एलएनके पी (6.178)

आइए हम P = स्थिरांक पर तापमान के संबंध में इज़ोटेर्म समीकरण को अलग करें

(6.186)

हम DG 0 के मानों को गिब्स-हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण (15) में प्रतिस्थापित करते हैं और समीकरण प्राप्त करते हैं:

(6.187)

परिवर्तन के बाद, हमें वैन्ट आइसोबार समीकरण प्राप्त होता है -

गोफ़ा: (6.188)

इसी प्रकार, हम आइसोकोर समीकरण प्राप्त कर सकते हैं:

(6.189)

यदि सिस्टम वास्तविक गैसें, तरल पदार्थ या ठोस हैं, तो समीकरण (6.188, 6.189) में के एफ और के ए शामिल होंगे, जो प्रतिक्रियाशील पदार्थों की भगोड़ापन और गतिविधि के माध्यम से व्यक्त किए जाते हैं।

चूँकि K p दबाव पर निर्भर नहीं करता है, समीकरणों (18, 19) में आंशिक व्युत्पन्न को पूर्ण व्युत्पन्न से बदला जा सकता है:

(6.190) (6.191)

(6.192) (6.193)

अभिव्यक्ति 6.190 और 6.191 वैन्ट-हॉफ आइसोबार के समीकरण हैं, और अभिव्यक्ति 6.192 और 6.193 विभेदक रूप में वैन्ट-हॉफ आइसोबार के समीकरण हैं।

आइए हम समदाब समीकरण (6.190) पर विचार करें।

यह तापमान के साथ संतुलन स्थिरांक में परिवर्तन और प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव के बीच संबंध स्थापित करता है।

जैसा कि समीकरण (6.190) से देखा जा सकता है, व्युत्पन्न का चिह्न प्रतिक्रिया DН 0 की ऊष्मा के चिह्न पर निर्भर करता है, जिससे निम्नलिखित निष्कर्ष निकलते हैं:

1. यदि प्रतिक्रिया गर्मी (एक्सोथर्मिक) की रिहाई के साथ आगे की दिशा में आगे बढ़ती है, यानी। DH का< 0, то < 0. Это означает, что с ростом температуры константа равновесия К р уменьшается, следовательно, уменьшается выход продуктов, что возможно при смещении химического равновесия в сторону обратной реакции, т.е. в сторону эндотермического эффекта.

2. यदि प्रतिक्रिया गर्मी (एंडोथर्मिक) के अवशोषण के साथ आगे की दिशा में आगे बढ़ती है, यानी। डीएच > 0, फिर > 0.

इसका मतलब यह है कि बढ़ते तापमान के साथ, संतुलन स्थिरांक K p बढ़ता है, इसलिए, उत्पादों की उपज बढ़ जाती है, संतुलन आगे की दिशा में स्थानांतरित हो जाता है, अर्थात। एंडोथर्मिक प्रभाव की ओर भी। इस प्रकार, सभी मामलों में बढ़ते तापमान के साथ, संतुलन गर्मी अवशोषण की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जो कि प्रसिद्ध ले चैटेलियर सिद्धांत के अनुरूप है।

3. यदि प्रतिक्रिया गर्मी को अवशोषित या जारी किए बिना आगे बढ़ती है, यानी। डीएच = 0, फिर = 0। इसका मतलब है कि तापमान में बदलाव के साथ संतुलन स्थिरांक नहीं बदलता है, इसलिए, संतुलन नहीं बदलता है।

इसलिए, यह स्पष्ट है कि प्रतिक्रिया का डीएच जितना छोटा होगा, संतुलन स्थिरांक और संतुलन बदलाव पर तापमान का प्रभाव उतना ही कमजोर होगा।

इस प्रकार, तापमान परिवर्तन के परिणामस्वरूप संतुलन बदलाव की दिशा थर्मल प्रभाव के संकेत से निर्धारित होती है, और संतुलन बदलाव की डिग्री थर्मल प्रभाव के परिमाण से निर्धारित होती है।

तापमान पर संतुलन स्थिरांक K p की निर्भरता की मात्रात्मक गणना करने के लिए, चर को पहले से अलग करके, आइसोबार समीकरण को एकीकृत करना आवश्यक है

(6.194)

यदि प्रक्रिया मानक स्थितियों से भिन्न तापमान पर की जाती है, अर्थात। DН 0 = DН 0 Т, तो प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव किरचॉफ समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(6.195)

यदि डीएच 0 तापमान के साथ अपेक्षाकृत कम बदलता है, तो आप एकीकरण की सीमा के अनुरूप तापमान अंतराल (टी 1 - टी 2) के लिए प्रतिक्रिया की गर्मी के औसत मूल्य का उपयोग कर सकते हैं और इसे एक स्थिर मान मान सकते हैं:

= (6.196)

यह धारणा छोटे तापमान रेंज के लिए या उस स्थिति में मान्य है जब प्रतिक्रिया के दौरान सिस्टम की ताप क्षमता थोड़ी बदल जाती है।

समीकरण (6.194) को एकीकृत करने के बाद, हम अभिन्न रूप में आइसोबार समीकरण प्राप्त करते हैं:

(6.197)

इस समीकरण का उपयोग करके, आप किसी भी तापमान पर संतुलन स्थिरांक की गणना कर सकते हैं, यदि किसी अन्य तापमान पर स्थिरांक का मान ज्ञात हो और किसी दिए गए तापमान अंतराल का मान ज्ञात हो। अक्सर तापमान T 1 को 298 K के बराबर लिया जाता है। इस मामले में, यदि T 2, T = 298 K से बहुत अलग नहीं है, या DC p का मान अपेक्षाकृत छोटा है, तो हम = ले सकते हैं। मूल्य, जैसा कि ज्ञात है, हेस के नियम के प्रसिद्ध परिणाम के अनुसार प्रतिक्रिया प्रतिभागियों के गठन की मानक गर्मी का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है:

	उत्पाद प्रारंभिक प्रतिक्रियाएं पदार्थ

T = 298 K पर K p(298) निर्धारित करना आसान है। ऐसा करने के लिए, प्रतिक्रिया प्रतिभागियों के गठन की मानक आइसोबैरिक क्षमता का उपयोग करके और फिर सूत्र (6.178) का उपयोग करके प्रतिक्रियाओं को निर्धारित करना आवश्यक है।

के पी(298) की गणना करें।

यदि, समदाब समीकरण को एकीकृत करते समय, हम निश्चित अभिन्न के बजाय अनिश्चित अभिन्न अंग लेते हैं, तो हम प्राप्त करते हैं:

(6.199)

इस समीकरण (25) से यह निष्कर्ष निकलता है कि ln K p रैखिक रूप से निरपेक्ष तापमान के व्युत्क्रम पर निर्भर करता है, और सीधी रेखा (Ðb) के झुकाव कोण की स्पर्शरेखा इसके बराबर है:

(6.200)

आइए एक विश्लेषण करें.

ए) यदि प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है, यानी। यदि डीएन > 0, टीजीबी< 0

Рb > 90 (चित्र 6.19ए)

बी) यदि प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी है, अर्थात। यदि डी.एच< 0, tgb > 0

Ðबी< 90 (рис. 6.19,б)

चावल। 6.19. टी पर प्रतिक्रिया संतुलन स्थिरांक की निर्भरता

निर्देशांक lnK में निर्मित एक ग्राफ का उपयोग K p की ग्राफिकल गणना के लिए किया जा सकता है और यदि कई तापमानों पर K p का मान ज्ञात हो। अधिक सटीक गणना के लिए, साथ ही ऐसे मामलों में जहां प्रतिक्रिया की गर्मी स्पष्ट रूप से तापमान पर निर्भर करती है और तापमान सीमा बड़ी है, आइसोबार समीकरण को एकीकृत करते समय, तापमान पर थर्मल प्रभाव की निर्भरता को ध्यान में रखना आवश्यक है।

इस निर्भरता को खोजने के लिए, हम किरचॉफ समीकरण को टी 1 = 0 से टी 2 = टी की सीमा में एकीकृत करते हैं, इसे ध्यान में रखते हुए

DC р = Da + DвТ + DСТ 2 + DC / Т -2 (6.201)

(कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के लिए संयुक्त समीकरण डीसी पी)।

किरचॉफ समीकरण को एकीकृत करने के बाद, हमें मिलता है:

(6.202)

डीएन = डीएच 0 + डीएटी + 1/2डीवीटी 2 + 1/3डीएसटी 3 - डीसी/टी-1, (6.203)

जहां DH 0 एकीकरण का स्थिरांक है और 0 K पर प्रतिक्रिया की गर्मी है।

परिणामी समीकरण DH = f(T) (6.203) को समीकरण (6.194) में प्रतिस्थापित करने और T 1 = 0 से T 2 = T की सीमा में एकीकृत करने पर हम प्राप्त करते हैं:

जहां I एकीकरण स्थिरांक है।

जाहिर है, समीकरण (6.204) का उपयोग करके Kr की गणना करने के लिए, DH 0 और एकीकरण स्थिरांक - I के मान निर्धारित करना आवश्यक है।

I निर्धारित करने के लिए, किसी एक तापमान पर K p को जानना आवश्यक है, उदाहरण के लिए T = 298 K। K p (298) के इस मान को समीकरण (6.204) में प्रतिस्थापित करके हम स्थिरांक I की गणना कर सकते हैं, जो किसी दिए गए तापमान के लिए स्थिर है। प्रतिक्रिया। फिर, किसी दी गई प्रतिक्रिया के लिए डीएच 0 और आई को जानते हुए, केपी की गणना किसी भी तापमान पर की जा सकती है।

1885 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ ले चैटेलियर ने विकास किया, और 1887 में जर्मन भौतिक विज्ञानी ब्रौन ने रासायनिक संतुलन और रासायनिक संतुलन स्थिरांक के नियम की पुष्टि की, और विभिन्न बाहरी कारकों के प्रभाव पर उनकी निर्भरता का भी अध्ययन किया।

रासायनिक संतुलन का सार

संतुलन एक ऐसी अवस्था है जिसका अर्थ है कि चीजें हमेशा गतिशील रहती हैं। उत्पाद अभिकारकों में टूट जाते हैं, और अभिकारक उत्पादों में संयुक्त हो जाते हैं। चीज़ें चलती रहती हैं, लेकिन सांद्रता वही रहती है। यह दर्शाने के लिए कि यह प्रतिवर्ती है, प्रतिक्रिया को बराबर चिह्न के बजाय दोहरे तीर से लिखा जाता है।

क्लासिक पैटर्न

पिछली शताब्दी में, रसायनज्ञों ने कुछ ऐसे पैटर्न की खोज की जो एक ही कंटेनर में प्रतिक्रिया की दिशा बदलने की संभावना प्रदान करते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाएं कैसे होती हैं इसका ज्ञान प्रयोगशाला अनुसंधान और औद्योगिक उत्पादन दोनों के लिए अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण है। साथ ही, इन सभी घटनाओं को नियंत्रित करने की क्षमता का बहुत महत्व है। कई प्राकृतिक प्रक्रियाओं, विशेष रूप से प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में हस्तक्षेप करना मानव स्वभाव है, ताकि बाद में उन्हें अपने लाभ के लिए उपयोग किया जा सके। रासायनिक प्रतिक्रियाओं का ज्ञान अधिक उपयोगी होगा यदि आप लीवर को पूरी तरह से नियंत्रित करने में महारत हासिल कर लेते हैं।

रसायन विज्ञान में सामूहिक क्रिया के नियम का उपयोग रसायनज्ञों द्वारा प्रतिक्रियाओं की दर की सही गणना करने के लिए किया जाता है। इससे यह स्पष्ट हो जाता है कि बंद प्रणाली में होने पर कोई भी पूरा नहीं होगा। परिणामी पदार्थों के अणु निरंतर और यादृच्छिक गति में हैं, और जल्द ही एक विपरीत प्रतिक्रिया हो सकती है जिसमें प्रारंभिक सामग्री के अणु बहाल हो जाएंगे।

उद्योग में, खुली प्रणालियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। वेसल्स, उपकरण और अन्य कंटेनर जहां रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, खुले रहते हैं। यह आवश्यक है ताकि इन प्रक्रियाओं के दौरान वांछित उत्पाद निकालना और बेकार प्रतिक्रिया उत्पादों से छुटकारा पाना संभव हो सके। उदाहरण के लिए, कोयले को खुली भट्टियों में जलाया जाता है, सीमेंट का उत्पादन खुली भट्टियों में किया जाता है, ब्लास्ट भट्टियां हवा की निरंतर आपूर्ति के साथ काम करती हैं, और अमोनिया को लगातार अमोनिया को हटाकर संश्लेषित किया जाता है।

प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रतिक्रियाएँ

नाम के आधार पर, हम उचित परिभाषाएँ दे सकते हैं: प्रतिक्रियाएँ अपरिवर्तनीय मानी जाती हैं यदि वे पूरी हो जाती हैं, दबाव की बूंदों और तापमान में उतार-चढ़ाव की परवाह किए बिना, अपनी दिशा नहीं बदलती हैं और दिए गए पथ पर आगे बढ़ती हैं। उनकी विशिष्ट विशेषता यह है कि कुछ उत्पाद प्रतिक्रिया क्षेत्र छोड़ सकते हैं। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, एक गैस (CaCO 3 = CaO + CO 2), एक अवक्षेप (Cu(NO 3) 2 + H 2 S = CuS + 2HNO 3) या अन्य प्राप्त करना संभव है। इसे अपरिवर्तनीय भी माना जाएगा यदि प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में तापीय ऊर्जा निकलती है, उदाहरण के लिए: 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 + Q.

प्रकृति में होने वाली लगभग सभी प्रतिक्रियाएँ प्रतिवर्ती होती हैं। दबाव और तापमान जैसी बाहरी स्थितियों के बावजूद, लगभग सभी प्रक्रियाएँ अलग-अलग दिशाओं में एक साथ हो सकती हैं। जैसा कि रसायन विज्ञान में सामूहिक क्रिया के नियम के अनुसार, अवशोषित ऊष्मा की मात्रा जारी की गई मात्रा के बराबर होगी, जिसका अर्थ है कि यदि एक प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी थी, तो दूसरी (विपरीत) ऊष्माशोषी होगी।

रासायनिक संतुलन: रासायनिक संतुलन स्थिरांक

प्रतिक्रियाएँ रसायन विज्ञान की "क्रियाएँ" हैं - वे गतिविधियाँ जिनका रसायनशास्त्री अध्ययन करते हैं। कई प्रतिक्रियाएँ पूर्णता की ओर बढ़ती हैं और फिर रुक जाती हैं, जिसका अर्थ है कि अभिकारक अपनी मूल स्थिति में वापस लौटने में सक्षम हुए बिना पूरी तरह से उत्पादों में परिवर्तित हो जाते हैं। कुछ मामलों में प्रतिक्रिया वास्तव में अपरिवर्तनीय होती है, उदाहरण के लिए जब दहन भौतिक और रासायनिक दोनों में परिवर्तन करता है। हालांकि, कई अन्य परिस्थितियां हैं जिनमें यह न केवल संभव है, बल्कि निरंतर भी है, क्योंकि पहली प्रतिक्रिया के उत्पाद दूसरे में प्रतिक्रियाशील बन जाते हैं .

एक गतिशील अवस्था जिसमें अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता स्थिर रहती है, संतुलन कहलाती है। विशिष्ट रसायनों के उत्पादन की लागत को कम करने की मांग करने वाले उद्योगों पर लागू होने वाले कुछ कानूनों का उपयोग करके पदार्थों के व्यवहार की भविष्यवाणी करना संभव है। रासायनिक संतुलन की अवधारणा उन प्रक्रियाओं को समझने में भी उपयोगी है जो मानव स्वास्थ्य को बनाए रखती हैं या संभावित रूप से खतरे में डालती हैं। रासायनिक संतुलन स्थिरांक एक प्रतिक्रिया कारक मान है जो आयनिक शक्ति और तापमान पर निर्भर करता है, और समाधान में अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता से स्वतंत्र होता है।

संतुलन स्थिरांक की गणना

यह मात्रा आयामहीन होती है, अर्थात इसमें इकाइयों की एक निश्चित संख्या नहीं होती है। हालाँकि गणना आमतौर पर दो अभिकारकों और दो उत्पादों के लिए लिखी जाती है, यह किसी भी संख्या में प्रतिक्रिया प्रतिभागियों के लिए काम करती है। संतुलन स्थिरांक की गणना और व्याख्या इस बात पर निर्भर करती है कि रासायनिक प्रतिक्रिया में सजातीय या विषम संतुलन शामिल है या नहीं। इसका मतलब यह है कि सभी प्रतिक्रियाशील घटक शुद्ध तरल या गैस हो सकते हैं। विषम संतुलन तक पहुंचने वाली प्रतिक्रियाओं के लिए, एक नियम के रूप में, एक चरण नहीं, बल्कि कम से कम दो चरण होते हैं। उदाहरण के लिए, तरल पदार्थ और गैस या दोनों तरल पदार्थ।

संतुलन स्थिर मान

किसी भी दिए गए तापमान के लिए, संतुलन स्थिरांक का केवल एक ही मान होता है, जो केवल तभी बदलता है जब जिस तापमान पर प्रतिक्रिया होती है वह एक दिशा या किसी अन्य में बदलता है। संतुलन स्थिरांक बड़ा है या छोटा, इसके आधार पर रासायनिक प्रतिक्रिया के बारे में कुछ पूर्वानुमान लगाना संभव है। यदि मान बहुत बड़ा है, तो संतुलन दाईं ओर की प्रतिक्रिया का पक्ष लेता है और जितने अभिकारक थे, उससे अधिक उत्पाद प्राप्त होते हैं। इस मामले में प्रतिक्रिया को "पूर्ण" या "मात्रात्मक" कहा जा सकता है।

यदि संतुलन स्थिरांक का मान छोटा है, तो यह बाईं ओर की प्रतिक्रिया का पक्ष लेता है, जहां अभिकारकों की संख्या गठित उत्पादों से अधिक थी। यदि यह मान शून्य हो जाता है, तो हम मान सकते हैं कि प्रतिक्रिया नहीं होती है। यदि आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं के लिए संतुलन स्थिरांक का मान लगभग समान है, तो अभिकारकों और उत्पादों की मात्रा भी लगभग समान होगी। इस प्रकार की प्रतिक्रिया को प्रतिवर्ती माना जाता है।

आइए एक विशिष्ट प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया पर विचार करें

आइए आयोडीन और हाइड्रोजन जैसे दो रासायनिक तत्व लें, जो मिश्रित होने पर एक नया पदार्थ देते हैं - हाइड्रोजन आयोडाइड।

आइए हम v 1 को आगे की प्रतिक्रिया की दर के रूप में लें, v 2 को विपरीत प्रतिक्रिया की दर के रूप में लें, k को संतुलन स्थिरांक के रूप में लें। सामूहिक कार्रवाई के नियम का उपयोग करते हुए, हम निम्नलिखित अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

वी 1 = के 1 * सी(एच 2) * सी(आई 2),

वी 2 = के 2 * सी 2 (एचआई)।

जब आयोडीन (I 2) और हाइड्रोजन (H 2) के अणुओं को मिलाया जाता है, तो उनकी परस्पर क्रिया शुरू हो जाती है। प्रारंभिक चरण में, इन तत्वों की सांद्रता अधिकतम होती है, लेकिन प्रतिक्रिया के अंत तक नए यौगिक - हाइड्रोजन आयोडाइड (HI) की सांद्रता अधिकतम होगी। तदनुसार, प्रतिक्रिया दरें भिन्न होंगी। आरंभ में ही वे अधिकतम होंगे। समय के साथ एक क्षण ऐसा आता है जब ये मान बराबर हो जाते हैं और यह अवस्था रासायनिक संतुलन कहलाती है।

रासायनिक संतुलन स्थिरांक की अभिव्यक्ति आमतौर पर वर्ग कोष्ठक का उपयोग करके निरूपित की जाती है: , , । चूँकि संतुलन में वेग बराबर होते हैं, तो:

क 1 = क 2 2 ,

यह हमें रासायनिक संतुलन स्थिरांक के लिए समीकरण देता है:

क 1 /क 2 = 2 / = क.

ले चेटेलियर-ब्राउन सिद्धांत

निम्नलिखित पैटर्न है: यदि किसी प्रणाली पर एक निश्चित प्रभाव पड़ता है जो संतुलन में है (उदाहरण के लिए तापमान या दबाव को बदलकर रासायनिक संतुलन की स्थितियों को बदलें), तो परिवर्तन के प्रभाव को आंशिक रूप से प्रतिसाद देने के लिए संतुलन बदल जाएगा। रसायन विज्ञान के अलावा, यह सिद्धांत औषध विज्ञान और अर्थशास्त्र के क्षेत्र में भी थोड़े अलग रूपों में लागू होता है।

रासायनिक संतुलन स्थिरांक और इसे व्यक्त करने की विधियाँ

संतुलन अभिव्यक्ति को उत्पादों और अभिकारकों की सांद्रता के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है। संतुलन सूत्र में केवल जलीय और गैसीय चरणों के रसायनों को शामिल किया जाता है क्योंकि तरल और ठोस पदार्थों की सांद्रता नहीं बदलती है। कौन से कारक रासायनिक संतुलन को प्रभावित करते हैं? यदि कोई शुद्ध तरल या ठोस शामिल है, तो इसे K = 1 माना जाता है, और तदनुसार, अत्यधिक केंद्रित समाधानों के अपवाद के साथ, इसे ध्यान में रखा जाना बंद हो जाता है। उदाहरण के लिए, शुद्ध जल की सक्रियता 1 होती है।

एक अन्य उदाहरण ठोस कार्बन है, जो कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन बनाने के लिए दो कार्बन मोनोऑक्साइड अणुओं की प्रतिक्रिया से बन सकता है। संतुलन को प्रभावित करने वाले कारकों में एक अभिकारक या उत्पाद का शामिल होना शामिल है (एकाग्रता में परिवर्तन संतुलन को प्रभावित करता है)। एक अभिकारक जोड़ने से रासायनिक समीकरण के दाईं ओर संतुलन बन सकता है, जहां उत्पाद के अधिक रूप दिखाई देते हैं। उत्पाद को जोड़ने से बाईं ओर संतुलन बन सकता है क्योंकि अभिकारकों के अधिक रूप उपलब्ध हो जाते हैं।

संतुलन तब होता है जब दोनों दिशाओं में चलने वाली प्रतिक्रिया में उत्पादों और अभिकारकों का अनुपात स्थिर होता है। सामान्य तौर पर, रासायनिक संतुलन स्थिर होता है, क्योंकि उत्पादों और अभिकारकों का मात्रात्मक अनुपात स्थिर होता है। हालाँकि, करीब से देखने पर पता चलता है कि संतुलन वास्तव में एक बहुत ही गतिशील प्रक्रिया है, क्योंकि प्रतिक्रिया दोनों दिशाओं में समान गति से चलती है।

गतिशील संतुलन एक स्थिर अवस्था फ़ंक्शन का एक उदाहरण है। स्थिर स्थिति में किसी सिस्टम के लिए, वर्तमान में देखा गया व्यवहार भविष्य में भी जारी रहता है। इसलिए, एक बार जब प्रतिक्रिया संतुलन पर पहुंच जाती है, तो उत्पाद और प्रतिक्रियाशील सांद्रता का अनुपात वही रहेगा, हालांकि प्रतिक्रिया जारी रहती है।

जटिल चीज़ों के बारे में आसानी से कैसे बात करें?

रासायनिक संतुलन और रासायनिक संतुलन स्थिरांक जैसी अवधारणाओं को समझना काफी कठिन है। आइए जीवन से एक उदाहरण लें। क्या आप कभी दो शहरों के बीच किसी पुल पर फंस गए हैं और आपने देखा है कि दूसरी दिशा में यातायात सुचारू और नियमित है, जबकि आप निराशाजनक रूप से यातायात में फंसे हुए हैं? यह अच्छा नहीं है।

क्या होगा यदि कारें दोनों तरफ सुचारू रूप से और समान गति से चलें? क्या दोनों शहरों में कारों की संख्या स्थिर रहेगी? जब दोनों शहरों में प्रवेश और निकास की गति समान है, और प्रत्येक शहर में कारों की संख्या समय के साथ स्थिर है, तो इसका मतलब है कि पूरी प्रक्रिया गतिशील संतुलन में है।

किसी प्रतिक्रिया की दिशा और पदार्थों की सांद्रता में बदलाव को दर्शाने वाली मात्रात्मक विशेषता को रासायनिक प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक कहा जाता है। संतुलन स्थिरांक तापमान और अभिकर्मकों की प्रकृति पर निर्भर करता है।

प्रतिवर्ती एवं अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएँ

सभी प्रतिक्रियाओं को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

• प्रतिवर्ती, एक साथ दो परस्पर विपरीत दिशाओं में बहती हुई;
• अचल, कम से कम एक प्रारंभिक पदार्थ की पूरी खपत के साथ एक दिशा में प्रवाहित होना।

अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएं आमतौर पर अवक्षेप या गैस के रूप में अघुलनशील पदार्थ उत्पन्न करती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं में शामिल हैं:

• दहन:

  सी 2 एच 5 ओएच + 3ओ 2 → 2सीओ 2 + एच 2 ओ;

• अपघटन:

  2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + H 2 O;

• तलछट या गैस के निर्माण से संबंध:

  BaCl 2 + Na 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2NaCl।

चावल। 1. BaSO4 अवक्षेप का निर्माण।

प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएँ केवल कुछ निश्चित परिस्थितियों में ही संभव हैं। मूल पदार्थ एक नए पदार्थ को जन्म देते हैं, जो तुरंत अपने घटक भागों में टूट जाता है और पुनः एकत्रित हो जाता है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया 2NO + O 2 ↔ 2NO 2 के परिणामस्वरूप, नाइट्रिक ऑक्साइड (IV) आसानी से नाइट्रिक ऑक्साइड (II) और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है।

संतुलन

एक निश्चित समय के बाद, प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया की दर धीमी हो जाती है। रासायनिक संतुलन हासिल किया जाता है - एक ऐसी स्थिति जिसमें समय के साथ शुरुआती पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों की एकाग्रता में कोई बदलाव नहीं होता है, क्योंकि आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर बराबर हो जाती है। संतुलन केवल सजातीय प्रणालियों में ही संभव है, अर्थात सभी प्रतिक्रियाशील पदार्थ या तो तरल या गैस हैं।

आइए आयोडीन के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया के उदाहरण का उपयोग करके रासायनिक संतुलन पर विचार करें:

• सीधी प्रतिक्रिया -

  एच 2 + आई 2 ↔ 2एचआई;

• प्रतिक्रिया -

  2HI ↔ H 2 + I 2 .

जैसे ही दो अभिकर्मकों को मिलाया जाता है - हाइड्रोजन और आयोडीन - हाइड्रोजन आयोडाइड अभी तक मौजूद नहीं है, क्योंकि साधारण पदार्थ ही प्रतिक्रिया करते हैं। बड़ी संख्या में प्रारंभिक पदार्थ सक्रिय रूप से एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, इसलिए सीधी प्रतिक्रिया की गति अधिकतम होगी। इस स्थिति में, विपरीत प्रतिक्रिया नहीं होती है, और इसकी गति शून्य है।

आगे की प्रतिक्रिया की दर को रेखांकन द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

ν पीआर = के पीआर ∙ ∙ ,

जहां k pr प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक है।

समय के साथ, अभिकर्मकों का उपभोग हो जाता है और उनकी सांद्रता कम हो जाती है। तदनुसार, आगे की प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है। इसी समय, एक नए पदार्थ, हाइड्रोजन आयोडाइड की सांद्रता बढ़ जाती है। एकत्रित होने पर यह विघटित होने लगता है और विपरीत प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है

ν एआर = के एआर ∙ 2 .

हाइड्रोजन आयोडाइड का वर्ग, चूँकि अणु का गुणांक दो है।

एक निश्चित बिंदु पर, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें बराबर हो जाती हैं। रासायनिक संतुलन की स्थिति उत्पन्न होती है।

चावल। 2. प्रतिक्रिया गति बनाम समय का ग्राफ.

संतुलन को या तो प्रारंभिक सामग्रियों की ओर या प्रतिक्रिया उत्पादों की ओर स्थानांतरित किया जा सकता है। बाह्य कारकों के प्रभाव में होने वाले विस्थापन को ले चेटेलियर का सिद्धांत कहा जाता है। संतुलन तापमान, दबाव और किसी एक पदार्थ की सांद्रता से प्रभावित होता है।

लगातार गणना

संतुलन की स्थिति में, दोनों प्रतिक्रियाएं होती हैं, लेकिन साथ ही पदार्थों की सांद्रता संतुलन में होती है (संतुलन सांद्रता बनती है), क्योंकि दरें संतुलित होती हैं (ν pr = ν arr)।

रासायनिक संतुलन की विशेषता रासायनिक संतुलन स्थिरांक से होती है, जिसे सारांश सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:

के पी = के पीआर / के एआरआर = स्थिरांक।

प्रतिक्रिया दर स्थिरांक को प्रतिक्रिया दर अनुपात के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। आइए विपरीत प्रतिक्रिया का सशर्त समीकरण लें:

एए + बीबी ↔ सीसी + डीडी।

तब आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरें बराबर होंगी:

• ν पीआर = के पीआर ∙ [ए] पी ए ∙ [बी] पी बी
• ν एआर = के एआर ∙ [सी] पी सी ∙ [डी] पी डी।

तदनुसार, यदि

ν पीआर = ν गिरफ्तार,

के पीआर ∙ [ए] पी ए ∙ [बी] पी बी = के एआर ∙ [सी] पी सी ∙ [डी] पी डी।

यहां से हम स्थिरांकों के संबंध को व्यक्त कर सकते हैं:

के एआरआर / के पीआर = [सी] पी सी ∙ [डी] पी डी / [ए] पी ए ∙ [बी] पी बी।

यह अनुपात संतुलन स्थिरांक के बराबर है:

के पी = [सी] पी सी ∙ [डी] पी डी / [ए] पी ए ∙ [बी] पी बी।

चावल। 3. संतुलन स्थिरांक का सूत्र.

मान दर्शाता है कि आगे की प्रतिक्रिया की दर विपरीत प्रतिक्रिया की दर से कितनी गुना अधिक है।

हमने क्या सीखा?

अंतिम उत्पादों के आधार पर, प्रतिक्रियाओं को प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय में वर्गीकृत किया जाता है। प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएँ दोनों दिशाओं में आगे बढ़ती हैं: प्रारंभिक पदार्थ अंतिम उत्पाद बनाते हैं, जो प्रारंभिक पदार्थों में विघटित हो जाते हैं। प्रतिक्रिया के दौरान, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर संतुलित होती है। इस अवस्था को रासायनिक संतुलन कहते हैं। इसे प्रतिक्रिया उत्पादों की संतुलन सांद्रता के उत्पाद और प्रारंभिक पदार्थों की संतुलन सांद्रता के उत्पाद के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।

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