Analitik, fizikaviy va kolloid kimyo

KIMYOVIY MUVOZANAT. MUVOZANAT KONSTANTA IFODALARI.
IZOTERMA, IZOBARA TENGLAMALARI.
REJA:
1. Kiyoviy muvozanatning kinetik sharti
2. Kimyoviy muvozanatning termodinamik sharti
3. Kimyoviy muvozanat doimiysi va uning T,S,R, ∆N ga bog`liqligi
4. Kimyoviy muvozanatning siljishi va uning asosida metallurgiya jarayonlarini boshqarish.
Ma'lumki, ko’pchilik kimyoviy reaktsiyalar oxirigacha bormaydi, ya'ni olingan dastlabki moddalarni hammasi reaktsiyaga kirishib, mahsulotlarni hosil qilmaydi. Bunda ma'lum bir vaqtga kelib, sistemada muvozanat holati (kimyoviy muvozanat) qaror topadi va reaktsion aralashmada dastlabki moddalar ham, mahsulotlar ham mavjud bo’ladi. Bu holatda tashqari muhit va sharoit o’zgarmay tursa kimyoviy sistemani tashkil qiluvchi modda molekulalari soni ham (sistema tarkibi) vaqt mobaynida o’zgarmay turadi. Bu toifadagi reaktsiyalarning o’ziga xos xususiyatlaridan yana biri-ikki qarama -qarshi yo’nalishlarda boradi.
Misol uchun quyidagi rektsiyaning qaysi tomonga borishi dastaval temperaturaga bog’liq.
CO_(g) +1/2 O_2(g) =SO_2(g)
Nisbatan past temperaturalarda muvozanat CO₂ hosil bo’lish tomoniga siljiydi, yuqori temperaturalarda bu gazning dissotsiatsiyasi kuchayadi.
Umuman olganda bu reaktsiyalar - qaytar reaktsiyalardir. Shuning uchun muvozonat holati ikki tomondan- dastlabki moddalar o’zaro ta'siri orqali yoki reaktsiya mahsulotlari o’zaro ta'siri orqali kelish mumkin.


Kimyoviy muvozanat holatida to’g’ri va teskari reaktsiyalar tezliklari tenglashadi.
Misol uchun aA+vV=dD+eE reaktsiya qaytar bo’lsin. To’g’ri reaktsiya tezligi V₁=k₁^^ demak (bu yerda {A},{B} lar A va V moddalarning kontsentratsiyalari, k- proportsionallik koeffitsenti) va V₂=k₂ D^{d .}E^e orqali teskari reaktsiya tezligini belgilasak muvozanat mahalida bu tezliklar tenglashadi. V₁=V₂, binobarin tenglamalar o’ng tomonlarini ham tenglashtirsak va k₁/k₂=K deb qabul qilsak, muvozanat holatida quyidagicha nisbat bajarilishi kerak.
K=[D]^d [E]^e/ [A]^a  [B]^b
K- muvozanat konstatasi deb ataladi va shu sharoit uchun o’zgarmas songa teng. Demak muvozanatda mahsulot moddalari kontsentratsiyalari ko’paytmasini dastlabki moddalar kontsentratsiyalari ko’patmasiga nisbati o’zgarmas kattalik ekan. Bu Guldberg va Vaagelar tomonidan (1867) kashf qilingan massalar ta'siri qonunidir.
Kimyoviy muvozanat-statik holat emas, ya'ni reaktsion aralashmada reaktsiya to’xtaydi-degani emas. Balki muvozanat dinamik harakterga ega bo’ladi deyish to’g’riroq bo’ladi. Ya'ni vaqt birligida to’g’ri reaktsiya natijasida hosil bo’layotgan molekulalar (yoki boshqa zarrachalar) teskari reaktsiya natijasida hosil bo’layotgan molekulalar (yoki boshqa zarrachalar) soniga teng bo’ladi. Undan tashqari, tashqi shart-sharoitlar o’zgarsa muvozanat siljiydi, shart-sharoitlar dastlabi holatiga qaytsa muvozanat ham oldingi holatiga qaytadi. Tashqi sharoitning cheksiz o’zgarishi muvozanat holatida cheksiz o’zgarishni vujudga keltiradi.
Shunday qilib, qaytar kimyoviy reaktsiyalar termodinamik muvozanat jarayonlar kabi borishi mumkin, ya'ni ularga ham termodinamik muvozanatning umumiy shartlarini qo’llash mumkin. Kimyoviy termodinamika muvozanat reaktsion aralashmadagi moddalarni kontsentratsiyalarini oldindan aytib berish, ularning o’zgarishiga tashqi sharoitni ta'sirini va kerakli bo’lgan mahsulotning maksimal chiqishini oldindan bashorat qilish imkonini beradi. Bular kimyoviy texnalogiyada katta amaliy ahamiyat kasb etadi.
Muvozanat konstantasini termodinamik usulida chiqarish uchun (kimyoviy potentsiallar orqali ifodalangan) muvozanatning umumiy shartidan foydalanamiz.
Masalan, sistemada quyidagi kimyoviy reaktsiya mobaynida Gibbs energiyasini o’zgarishi ifodasini yozak (p=const, T=const)
aA+bB ↔ dD+eE
Reaktsiya borishi bilan dastlabki moddalar-A va B ning mollar soni kamayib, mahsulotning-D va E niki ortib boradi. Izobarik-izotermik sharoitda borayotgan kimyoviy reaktsiyada Gibbs energiyasini o’zgarishining umumiy ko’rinishi quyidagicha bo’ladi:
dG_p,T=(_idn_i)_p,T = _Ddn_D + _Edn_E + _Adn_A + _Bdn_B
Dastlabki moddalar kamayib boradi, shuning uchun (dn_A va dn_B lar manfiy ishoralar bilan olingan) muvozanat holatida dG_(p,T) =(_idn_i)_p,T=0 ni hisobga olib va A,V,D,E lar ideal gazlar deb qarab, ularning kimyoviy potentsiallari tenglamasilardan (_i ^o_i RTlnP_i) foydalanamiz. Bunda kattaliklarni alohida guruhlasak

yoki
Bu tenglamaning o’ng tomonidagi ifoda o’zgarmas temperaturada o’zgarmas kattaliklardir. Uni Ln K_p bilan belgilasak
yoki
Bu yerda Kr - bosim orqali ifodalangan muvozanat konstantasi. Bu tenglamadagi partsial bosimlar muvozanat partsial bosimlaridir. Agar bosimlar o’rniga rcRT tenglamadan ularning qiymatini qo’yilsa,

bu tenglamadan
K_s-kontsentratsiyalar orqali ifodalangan muvozanat konstantasi va bu tenglamadagi kontsentratsiyalar muvozanat kontsentratsiyalardir.
Muvozanat konstantasini molyar qism orqali ifodalash mumkin:

K_r ning qiymatlari umumiy bosimga bog’liq emas, K_N qiymati esa bog’liq
K_P = K_C(RT)^n = K_N(RT)^n
bu yerda n-mahsulot moddalari stexiometrik koeffitsientlari yig’indisidan dastlabki moddalar stexiometrik koeffitsienlari yig’indisining ayirmasiga teng.
Bu tenglamadan ko’rinib turibdiki n=0 bo’lsa Kr=Ks=K_N bo’ladi. Ya'ni reaktsiya mobaynida molekulalar soni o’zgarmasa bu uchchala konstantalar qiymati bir xil bo’ladi.
Agarda gazlar-real gazlar bo’ladigan bo’lsa, bosim o’rniga uchuvchanlikni qo’llash lozim. Xuddi shuningdek, real eritma va aralashmalarda kontsentratsiya o’rniga aktivlikni qo’llash lozim.
Ya'ni
Muvozanat konstantasi reaktsiya mahsulotlarining unumini (reaktsiya chiqimini) ya'ni muvozanat qaror topganda dastlabki moddalarning qanchasi mahsulotga aylanganligini ko’rsatadi. Shuning uchun ham bu kattalik kimyoviy texnologiyada katta ahamiyatga ega.