Kémiai egyensúlyok A kémiai reakciók reakcióidő szempontjából lehetnek: pillanatreakciók pillanatreakciók időreakciók időreakciók A reakciók lehetnek. egyirányú egyirányú egyensúlyi reakciók egyensúlyi reakciók Egyensúlyi reakció: αA + βB + γC… ↔ λL + μM + νN… v 1 = k 1 [A] α [B] β [C] γ v 2 = k 2 [L] λ [M] μ [N] ν v 1 = k 1 [A] α [B] β [C] γ v 2 = k 2 [L] λ [M] μ [N] ν Egyensúlyban: v 1 = v 2 azaz k 1 [A] α [B] β [C] γ = k 2 [L] λ [M] μ [N] ν K = k 1 / k 2 = egyensúlyi állandó [A]α [B]β [C]γ[A]α [B]β [C]γ[A]α [B]β [C]γ[A]α [B]β [C]γ [L]λ [M]μ [N]ν[L]λ [M]μ [N]ν[L]λ [M]μ [N]ν[L]λ [M]μ [N]ν ________________ Tömeghatás törvénye

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]

2.NO 2 -> N 2 O 4 2 NO 2 N 2 O 4 v -1 = k -1.[N 2 O 4 ] v 1 = v -1 K = k 1 /k -1 = [N 2 O 4 ] / [NO 2 ] 2 N 2 O 4 -> 2.NO 2 v 1 = k 1.[NO 2 ] 2 Egyensúlyi reakció

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

Homogén kémiai egyensúlyok Minden résztvevő azonos fázisban Gőz vagy gáz fázis esetén N H 2 2 NH 3 K p = ▬▬▬▬▬▬ Egyensúlyi állandó parciális nyomásokkal felírva p 2 NH 3 p N 2 p 3 H 2 K = ▬▬▬▬▬ [NH 3 ] 2 [N 2 ] *[H2]3[H2]3 p*V = n*R*T p = R*T * n/V konst koncentráció

Mólszám-változással járó reakciók 1 mol ideális gáz terfogata 1 bár nyomáson 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 3 mol -> 2 mol 2.CO + O 2 = 2.CO 2 3 mol -> 2 mol Nitrogéndioxid bomlása: 2.NO 2 = N O 2 2 mol -> 3 mol 2.NO 2 = N O 2 2 mol -> 3 mol Nincs mólszámváltozás: CH O 2 = CO 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 színtelen exoterm endoterm

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 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 az esetleges szennyeződések feldúsulásának elkerülésére A konverzió nem teljes : recirkuláció

Heterogén kémiai egyensúly Legalább egy résztvevő a többitől eltérő fázisban Szilárd fázis egyensúlyban a gázfázissal CaCO 3 CaO + CO 2 K’ c = ▬▬▬▬▬▬ [CaO] [CO 2 ] [CaCO 3 ] Amig CaCO 3 és CaO is jelen van, addig CO 2 koncentrációja, vagy parciális nyomása állandó. (állandó hőmérsékleten, mert a K hőmérsékletfüggő) konstans K c = [CO 2 ]vagyK p = p CO 2 Mészégetés (900 C o )

Heterogén kémiai egyensúly Legalább egy résztvevő a többitől eltérő fázisban Szilárd fázis az egyensúlyban 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 CO 2 ~ Ca(HCO 3 ) 2 Karbonát-hidrogénkarbonát egyensúly Amíg mészkő van, addig CO 2 koncentrációja arányos a tengervíz hidrogénkarbonát-tartalmával. (Puffer!) (égethető szén kevesebb van mint karbonát!)

Rezervoár Százalékos megoszlás az összmennyiség vonatkozásában (%) * Litoszféra (kőzetek és üledékek) 99,5 Óceánok0,05 Metán hidrátok0,014 Fosszilis tüzelőanyagok0,006 Szárazföldi bioszféra0,003 Vízi bioszféra0, A szén a Föld tömegének mintegy 0,034%-át teszi ki. Teljes szén mennyiség kb. 76 x tonna

Szilárd anyagok oldódása folyadékban A rosszul oldódó anyagok oldhatóságát - az oldódási egyensúlyból származtatható oldhatósági szorzattal (L) jellemezzük A rosszul oldódó anyagok oldhatóságát - az oldódási egyensúlyból származtatható oldhatósági szorzattal (L) jellemezzük AgCl  Ag + + Cl - [Ag + ]·[Cl  ] [AgCl] [AgCl]konstans L = [Ag + ]·[Cl  ] 1,77* = 1,33*10 -5 * 1,33*10 -5 mol/dm 3 mol/dm 3 K = ▬▬▬▬▬

10:54Oldhatóság Vegyület Oldhatósági szorzat Vegyület Oldhatóság g/100g víz) AgCl1,77* AgNO BaSO 4 1,08* CuSO 4 21 CaCO 3 3,36*10 -9 FeCl 3 92 CaSO 4 4,93*10- 5 KMnO 4 6,5 HgS2,00* KNO 3 32 PbSO 4 1,58*10 -8 NH 4 NO NaCl36 NaOH109 L = 1,58*10 -8 = [Pb ++ ]*[SO 4 -- ] [Pb ++ ] =~0,0001 mol/dm 3 0,0207 g/dm 3 Ivóvíz határérték= 0,01 ppm ~ 20 ppm

10:54 Szilárd anyagok oldódása Az oldhatóság hőmérsékletfüggése - növekvő és csökkenő - az oldáshő előjelétől függően Az oldhatóság hőmérsékletfüggése - növekvő és csökkenő - az oldáshő előjelétől függően Oldáshő = szolvatációs hő - rácsenergia Oldáshő = szolvatációs hő - rácsenergia A nyomás gyakorlatilag nem változtat az oldhatóságon A nyomás gyakorlatilag nem változtat az oldhatóságon negatív oldáshő (felmelegszik) pozitív oldáshő (lehül)

Az egyensúly eltolási lehetőségei/1 Koncentráció változtatás az egyensúlyi rendszerben sav + alkoholészter + víz K c = ▬▬▬▬▬▬ [sav] [alkohol] [észter] [víz] 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) K etil-acetát = 4

Az egyensúly eltolás lehetőségei/2 Nyomás változtatás az egyensúlyi rendszerben N 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 Az egyensúlyi rendszer mindig kitér külső behatás esetén 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