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 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 1 [CH 3 COOH].[C 2 H 5 OH] = k 2 [CH 3 COOC 2 H 5 ]. [H 2 O] Tömeghatás törvénye K: egyensúlyi állandó K = k1/ k2 = [CH 3 COOH].[C 2 H 5 OH] [CH 3 COOC 2 H 5 ].[H 2 O]

Kémiai egyensúly jellemzése Egyensúlyi reakció általános felírása a.A + b.Bc.C + d.D K = ▬▬▬▬▬ [C] c [D] d [A] a [B] b Ha K értéke nagy, a reakció termékei vannak többségben Ha K értéke kicsi alig képződik reakció termék [C] ; [D][A] ; [B] ; : egyensúlyi koncentrációk a, b, c, d : sztöchiometriai együtthatók K : dimenziómentes szám, amelyhez mindig tartozik egy egyensúlyi egyenlet

Sztöchiometriai együttható j sztöchiometriai együttható (a termokémiában használtuk először) általános kémiai reakció: j reaktánsra negatív, a termékre pozitív. A j az anyag képlete Például: 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O 0 =  2 H 2 +  1 O H 2 O  1 =  2 2 =  1 3 = +2 A 1 = ” H 2 ” A 2 = ”O 2 ” A 3 = ” H 2 O” 4

Az egyensúlyi állandó Egyensúlyi állandó a középiskolában: K c moláris koncentrációkkal kifejezett egyensúlyi állandó A + B ⇄ C + D egyensúly reakciónál: K x móltörtekkel kifejezett egyensúlyi állandó: pl. A + B ⇄ C + D egyensúly reakciónál: A =  1, B =  1, C = + 1, D = + 1 K p parciális nyomásokkal kifejezett egyensúlyi állandó: pl. A + B ⇄ C + D egyensúly reakciónál: A =  1, B =  1, C = + 1, D = + 1 Bevezetése reakciókinetikai alapon: r 1 = k 1 [A][B]; r -1 = k -1 [C][D]; egyensúlyban r 1 = r -1, tehát K = k 1 /k -1 = [C][D] / ([A][B])

Reakciószabadentalpia Volt már a „II. főtétel” fejezetben („termokémia szabadentalpiával”): DEF standard reakciószabadentalpia: a standard állapotú, tiszta termékek és reaktánsok szabadentalpiáinak különbsége. Standard reakciószabadentalpia: Reakciószabadentalpia tetszőleges p nyomáson: CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O Hac + EtOH = EtAc + H 2 O

2) Van egy állandó nyomású és hőmérsékletű elegyünk, ebbe a j-edik anyag dn j mólját juttatjuk. G megváltozása: G változása elegyben a komponensek mólszámával 1) Van egy állandó nyomású és hőmérsékletű elegyünk, ebbe a j-edik anyag egy mólját juttatjuk. Mekkora lesz a G megváltozása? Ismétlés: DEF kémiai potenciál avagy parciális moláris szabadentalpia: G megváltozása, ha elegyhez állandó T hőmérséklet, p nyomás és elegyösszetétel mellett az j-edik komponens egy mólját adjuk. G megváltozása: 3) Van egy állandó nyomású és hőmérsékletű elegyünk, ebbe minden komponensből beleteszünk egy kicsit. Az anyagmennyiségek változása (mol): dn 1, dn 2, dn 3,..., dn j,... G megváltozása:

3) tetszés szerint tudok anyagokat betenni 4) a kémiai reakcióegyenlet kapcsolatot teremt a keletkező és elfogyó anyagok között: pl. A + B ⇄ C + D reakció ha 0,1 mól C keletkezik, akkor biztosan  1  0,1 mól A változás,  1  0,1 mól B változás, +1  0,1 mól D változás A fogyás/keletkezés aránya a sztöchiometriai együtthatóknak felel meg! G változása kémiai egyensúly eltolódásakor/1 Mi a különbség a két eset között ? 3) beleteszem az anyagokat 4) reakcióban keletkeznek és fogynak az anyagok G megváltozása: 4) Van egy állandó nyomású és hőmérsékletű elegyünk, ebben kémiai reakció játszódik le. Az egyes komponensek anyagmennyiségének változása (mol): dn 1, dn 2, dn 3,..., dn j,... G megváltozása:

G változása kémiai egyensúly eltolódásakor 2. Kémiai reakció esetén az anyagmennyiségek d n j változásai a sztöchiometriai együtthatók által megszabott arányban állnak egymással: A szabadentalpia változása a reakció előrehaladása során: Állandó p, T zárt rendszerben a szabadentalpia spontán folyamatban mindig csökken. Ha tiszta reaktánsokból indulunk, G csökken. Ha tiszta termékekből indulunk, G csökken. Az egyensúlyban G-nek minimuma van. DEF  reakciókoordináta a kémiai reakció előrehaladását jellemzi a reaktánsoktól a termékekig. Mértékegysége: mol és 

G meredeksége  szerint nulla az egyensúly koncentrációknál:  j (e) az egyensúlyi koncentrációkhoz tartozó kémiai potenciál. G változása kémiai egyensúly eltolódásakor 3. Állandó p, T zárt rendszerben a szabadentalpia spontán folyamatban mindig csökken. Ha tiszta reaktánsokból indulunk, G csökken. Ha tiszta termékekből indulunk, G csökken. Az egyensúlyban G-nek minimuma van. G változása  függvényében: G meredeksége  szerint:

A j. komponens jellemzői:  j (e) az egyensúlyi koncentrációkhoz tartozó kémiai potenciál. j sztöchiometriai együttható Az egyensúly feltétele Ideális elegyben az i. anyag kémiai potenciálja: j. anyag egyensúlyban:

Az egyensúly feltétele Szabadentalpiaváltozás a reakcióban:

Reakciókinetika Arrhenius összefüggés: k = A*e -Ea/RT v 1 = v 2

Egyensúlyi összefüggések alkalmazása Egyensúlyi folyamatok: pl.: észterképződés Gyenge savak, bázisok disszociációja Víz ionszorzata, pH Oldhatósági szorzat – szennyezők eltávolítása Komplexképződési egyensúlyok