X. Chemická ROVNOVÁHA Pozor: tato kapitola se velmi plete s chemickou kinetikou (kapitola VIII) !! Pozn.: Jen stručně, podrobnosti jsou v učebnicích chemie
1) Vratné reakce a dynamická rovnováha: Téměř každá chemická reakce je vratná, tzn. i po dlouhé době jsou v reakční směsi nejen produkty, ale i reaktanty. Př. Výroba amoniaku: 3 H2(g) + N2(g) ↔ 2 NH3(g), Hr0 = - 90kJ dynamická rovnováha čas rychlost reakce rychlost 1 pro H2+N2 → NH3 rychlost 1 = = rychlost 2 rychlost 2 pro NH3 → H2 + N2
Opět, rovnice výroby NH3: 3 H2(g) + N2(g) ↔ 2 NH3(g), V rovnováze : je ve směsi NH3 i H2 a N2 , koncentrace látek je konst. rychlost dopředné reakce = rychlost zpětné reakce platí (bez ohledu na počáteční koncentrace) : kde: K = rovnovážná konstanta, [....] jsou molární koncentrace v rovnováze, mocniny = stechiom. koeficientům Je patrné, když: K >> 1, v rovnovážné směsi jsou hlavně produkty K << 1, v rovnovážné směsi jsou hlavně reaktanty
2) Posun rovnovážného složení: Složení v rovnováze lze změnit přidáním (odběrem) látek, ohřátím (ochlazením), někdy i zvýšením (snížením) tlaku. Změnu rovnovážného složení zjistíme pomocí: a) principu akce a reakce; tj. : je-li na systém v rovnováze učiněn nátlak, složení se změní tak, aby byl zmenšen účinek nátlaku; anebo b) vztahu pro rovnovážnou konstantu (ten musí pořád platit)
Př. Opět výroba amoniaku: 3 H2(g) + 1 N2(g) ↔ 2 NH3(g), Hr0 = - 90kJ Pozn.: reakce je exothermní, vzniká teplo; ze 4 molů plynu vznikají 2 moly plynu nátlak na reakční soustavu v rovnováze odezva soustavy (změna složení) přídavek reaktantu (vzrůst koncentrace N2 či H2) tvorba produktu (vzrůst koncentrace NH3) ODBĚR produktu (pokles koncentrace NH3) OCHLAZENÍ reakční směsi ohřev směsi (tvorba NH3) ZTLAČENÍ reakční směsi (tam, kde v produktech je menší počet molů plynů než v reaktantech) posun reakce tak, aby se zmenšil počet molů plynů (tvorba NH3)
Souhrnně: Při výrobě NH3 chceme co největší výtěžek NH3. Proto : a) je třeba odvádět vznikající amoniak b) je třeba pracovat za vysokého tlaku c) měli bychom pracovat při nízkých teplotách; ale pak by byla rychlost reakce malá, proto je třeba nalézt i dobrý katalyzátor (ten zvětší rychlost reakce a neovlivní rovnovážné složení)