Fizika va kimyo

Ma’ruza№3.

KIMYOVIY MUVOZANAT. MUVOZANAT KONSTANTA IFODALARI. IZOTERMA, IZOBARA TENGLAMALARI.

REJA:

1.Kimyoviy muvozanat. Muvozanat konstantalari.

2.Kimyoviy reaksiyalarning izoterma tenglamasi.

3.Kimyoviy reaksiyalar izoxora va izobara tenglamalari.

4.Muvozanatni siljishi.

Ma’lumki, ko‘pchilik kimyoviy reaksiyalar oxirigacha bormaydi, ya’ni olingan dastlabki moddalarni xammasi reaksiyaga kirishib, maxsulotlarni xosil qilmaydi. Bunda ma’lum bir vaqtga kelib, sistemada muvozanat xolati (kimyoviy muvozanat) qaror topadi va reaksion aralashmada dastlabki moddalar ham, mahsulotlar ham mavjud bo‘ladi. Bu xolatda tashqari muhit va sharoit o‘zgarmay tursa kimyoviy sistemani tashqil qiluvchi modda molekulalari soni ham (sistema tarkibi) vaqt mobaynida o‘zgarmay turadi. Bu toifadagi reaksiyalarning o‘ziga xos xususiyatlaridan yana biri-ikki qarama -qarshi yo‘nalishlarda boradi.

Misol uchun quyidagi reksiyaning qaysi tomonga borishi dastaval temperaturaga bog‘liq.

CO_(g) +1/2 O_2(g) g‘SO_2(g)

Nisbatan past temperaturalarda muvozanat C_ xosil bo‘lish tomoniga siljiydi, yuqori temperaturalarda bu gazning dissotsiatsiyasi kuchayadi.

Umuman olganda bu reaksiyalar - qaytar reaksiyalardir. SHuning uchun muvozonat holati ikki tomondan- dastlabki moddalar o‘zaro ta’siri orqali yoki reaksiya maxsulotlari o‘zaro ta’siri orqali kelish mumkin.

Kimyoviy muvozanat xolatida to‘g‘ri va teskari reaksiyalar tezliklari tenglashadi.

Misol uchun aA+vVg‘dD+eE reaksiya qaytar bo‘lsin. To‘g‘ri reaksiya tezligi V₁g‘k₁^{ } ^ demak (bu erda  lar A va V moddalarning konsentratsiyalari, k- proporsionallik koeffitsenti) va V₂g‘k₂ D^{d .} E^e orqali teskari reaksiya tezligini belgilasak muvozanat maxalida bu tezliklar tenglashadi. V₁g‘V₂, binobarin tenglamalar o‘ng tomonlarini xam tenglashtirsak va k₁/k₂g‘K deb qabul qilsak, muvozanat xolatida quyidagicha nisbat bajarilishi kerak.

Kg‘[D]^d [E]^e/ [A]^a  [B]^b

K- muvozanat konstatasi deb ataladi va shu sharoit uchun o‘zgarmas songa teng. Demak muvozanatda maxsulot moddalari konsentratsiyalari ko‘paytmasini dastlabki moddalar konsentratsiyalari ko‘patmasiga nisbati o‘zgarmas kattalik ekan. Bu Guldberg va Vaagelar tomonidan (1867) kashf qilingan massalar ta’siri qonunidir.

Kimyoviy muvozanat–statik xolat emas, ya’ni reaksion aralashmada reaksiya to‘xtaydi-degani emas. Balki muvozanat dinamik harakterga ega bo‘ladi deyish to‘g‘riroq bo‘ladi. YA’ni vaqt birligida to‘g‘ri reaksiya natijasida hosil bo‘layotgan molekulalar (yoki boshqa zarrachalar) teskari reaksiya 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 xam oldingi xolatiga qaytadi. Tashqi sharoitning cheksiz o‘zgarishi muvozanat xolatida cheksiz o‘zgarishni vujudga keltiradi.

SHunday qilib, qaytar kimyoviy reaksiyalar termodinamik muvozanat jarayonlar kabi borishi mumkin, ya’ni ularga ham termodinamik muvozanatning umumiy shartlarini qo‘llash mumkin. Kimyoviy termodinamika muvozanat reaksion aralashmadagi moddalarni konsentratsiyalarini oldindan aytib berish, ularning o‘zgarishiga tashqi sharoitni ta’sirini va kerakli bo‘lgan maxsulotning maksimal chiqishini oldindan bashorat qilish imkonini beradi. Bular kimyoviy texnalogiyada katta amaliy ahamiyat kasb etadi.

Muvozanat konstantasini termodinamik usulida chiqarish uchun (kimyoviy potensiallar orqali ifodalangan) muvozanatning umumiy shartidan foydalanamiz.

Masalan, sistemada quyidagi kimyoviy reaksiya mobaynida Gibbs energiyasini o‘zgarishi ifodasini yozak (pconst, Tconst)

aA+bB↔dD+eE

Reaksiya borishi bilan dastlabki moddalar-A va V ning mollar soni kamayib, mahsulotning-D va E niki ortib boradi. Izobarik-izotermik sharoitda borayotgan kimyoviy reaksiyada Gibbs energiyasini o‘zgarishining umumiy ko‘rinishi quyidagicha bo‘ladi:

dG_p,Tg‘(_idn_i)_p,Tg‘_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 xolatida dG_(p,T) g‘(_idn_i)_p,Tg‘0 ni hisobga olib va A,V,D,E lar ideal gazlar deb qarab, ularning kimyoviy potensiallari tenglamasilardan (_i ^o_i RTlnP_i) foydalanamiz. Bunda kattaliklarni aloxida guruhlasak

yoki

Bu tenglamaning o‘ng tomonidagi ifoda o‘zgarmas temperaturada o‘zgarmas kattaliklardir. Uni Ln K_p bilan belgilasak

yoki

Bu erda Kr – bosim orqali ifodalangan muvozanat konstantasi. Bu tenglamadagi parsial bosimlar muvozanat parsial bosimlaridir. Agar bosimlar o‘rniga rcRT tenglamadan ularning qiymatini qo‘yilsa,

bu tenglamadan

K_s-konsentratsiyalar orqali ifodalangan muvozanat konstantasi va bu tenglamadagi konsentratsiyalar muvozanat konsentratsiyalardir.

Muvozanat konstantasini molyar qism orqali ifodalash mumkin:

K_r ning qiymatlari umumiy bosimga bog‘liq emas, K_N qiymati esa bog‘liq

K_P g‘K_C(RT)^ng‘K_N(RT)^n

bu erda n-mahsulot moddalari stexiometrik koeffitsientlari yig‘indisidan dastlabki moddalar stexiometrik koeffitsienlari yig‘indisining ayirmasiga teng.

Bu tenglamadan ko‘rinib turibdiki ng‘0 bo‘lsa Krg‘Ksg‘K_N bo‘ladi. YA’ni reaksiya 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 konsentratsiya o‘rniga aktivlikni qo‘llash lozim.

YA’ni

Muvozanat konstantasi reaksiya maxsulotlarining unumini (reaksiya chiqimini) ya’ni muvozanat qaror topganda dastlabki moddalarning qanchasi maxsulotga aylanganligini ko‘rsatadi. SHuning uchun xam bu kattalik kimyoviy texnologiyada katta ahamiyatga ega.