تحقیق سینتیک شیمیایی

"سینتیک شیمیایی"
فصل 1
" بنام ایزد یکتا "
مولف : مطیع فر
تمام فرآیندهایی که در جهان هستی در حال انجام شدن می باشند با آهنگ یا سرعت خاصی رخ می دهند. گستره ای از علم شیمی که مربوط به سرعت واکنش های شیمیائی می باشد، سینتیک شیمیائی نام دارد. سینتیک شیمیائی با سرعت انجام یک فرآیند شیمیائی و عوامل موثر بر سرعت سر و کار دارد.
اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه کنیم در اثر گذشت زمان، واکنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند. برخی کند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.
نکته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند. بسیاری از واکنش های خودبخودی آنچنان کند می باشند که شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند. مانند:

نکته1: خودبخودی بودن واکنش بحثی است ترمودینامیکی و ترمودینامیک با تعیین سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی امکان وقوع واکنش را بررسی می کند، در حالی که سینتیک درباره چگونگی تبدیل آن ها به یک دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن، واکنش را بررسی می کند.
نکته2: سینتیک تابع مسیر است.
سرعت یا شتاب یک فرآیند عبارت است از تغییر یک کمیت معین در یک زمان معین. حال این کمیت معین می تواند غلظت – بو – زنگ و … باشد.
همچنان که در علم فیزیک، سرعت یک متحرک را با تغییرات جابه جائی متحرک در تغییرات واحد زمان، بیان می کنیم در علم شیمی نیز به دنبال یک کمیت هستیم تا در واحد زمان تغییر کند. از آنجائی که در حین یک واکنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یک واکنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یک واکنش دهنده و یا یک فرآورده در واحد زمان.
مثلاً در واکنش اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب کنیم. (در علم شیمی سرعت را با R نمایش می دهیم و از آنجائی که سرعت یک واکنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می کند. همچون علم فیزیک به بیان سرعت متوسط واکنش می پردازیم یعنی ) حرف R از کلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.

غلظت A در t1 – غلظت A در t2

t2-t1

توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر
حرف یونانی (دلتا) به معنای تغییر یک کمیت اندازه گیری شده است.
نکته3 : سرعت در لحظه های مختلف واکنش با یکدیگر تفاوت دارد. به عبارتی سرعت یک واکنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی که غلظت واکنشگرها رو به کاهش می گذارد، کم می گردد.
سرعت یک واکنش کمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واکنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.
توجه گردد که عبارت همواره یک عبارت منفی است. زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن همواره از غلظت اول A کوچکتر است و از آنجائی که در علم شیمی سرعت بصورت مثبت بیان می شود، بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت:

به عبارتی همواره سرعت را با بیان یک علامت منفی برای واکنش دهنده (ها) بیان می کنیم.
بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود:

پرسش: تغییرهای سرعت واکنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟
1) سرعت واکنش در ابتدا کم است و در نزدیک پایان زیاد می شود.
2) در تمام مدت سرعت واکنش ثابت است.
3) سرعت واکنش در ابتدا زیاد و در نزدیک پایان کم می گردد.
4) با پیشرفت زمان سرعت واکنش به طور منظم افزایش می یابد.
نکته4 :
انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واکنش کند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات کاغذی یک کتاب از واحدهای نظیر روز – هفته – ماه وسال استفاده می شود. در این بحث بیشتر از واحد ثانیه استفاده می گردد.
بنابراین سرعت واحدهای مختلفی دارد.
نکته5 : انواع واحدهای سرعت
1- واحد mol/s یا mol/min
2- واحد mol/lit/s یا mol/lit/min یا M/S
3- واحد lit/s که بیشتر برای گازها استفاده می شود.
پرسش: در یک آزمایش 08/0 مول N2 را در ظرف یک لیتری قرار داده تا با هیدروژن واکنش دهد. و مطابق واکنش زیر آمونیاک تشکیل گردد.

اگر در دقیقه های چهارم و هشتم پس از شروع واکنش مقدار N2 باقیمانده در ظرف بترتیب 04/0 و 02/0 مول باشد سرعت متوسط مصرف N2 در فاصله زمانی دقیقه های چهارم و هشتم برابر است با :
1) 3-10*5 2) 2-10*1 3) 2-10*2 4) 3-10*5/2

نکته5: زمانی که سرعت واکنش بر حسب mol/s باشد آن را به صورت نمایش می دهند و زمانی که سرعت واکنش برحسب مول بر لیتر بر ثانیه باشد آن را به صورت نمایش می دهند.
نکته 6:
پرسش: 23/0 گرم سدیم در مدت 100 ثانیه در آب حل می شود، سرعت متوسط مصرف مولهای سدیم برحسب ثانیه کدام است؟ 23=Na
1) 2-10*1 2) 4-10*1 3) 3-10*5/2 4) 3-10*3/2

پرسش: اگر غلظت یکی از مواد در واکنش در مدت 25 ثانیه از 05/0 مول در لیتر به 025/0 مول بر لیتر کاهش یابد، سرعت متوسط آن واکنش در مدت زمان گفته شده برحسب، مول بر ثانیه کدام است؟
1) 4-10*1 2) 3-10*5/2 3) 2-10*5 4) 3-10*1
نکته 7:
پرسش: واکنش روبرو در یک ظرف 2 لیتری در حال انجام شدن است.
اگر در مدت 10 ثانیه مقدار NO2 به 4/0 مول افزایش یابد، سرعت متوسط تشکیل NO2 برحسب 1-mol.S و 1-M.S متر بترتیب کدامند؟
1) 04/0-02/0 2) 02/0-02/0 3) 04/0-04/0 4) 02/0-04/0

بررسی نمودار غلظت زمان در واکنش ::
با توجه به این که غلظت مواد اولیه رو به کاهش و غلظت مواد حاصل رو به افزایش است با گذشت زمان می توان رسم نمود:
نکته 8: در رسم نمودار دقت کنید مصرف یا تولید نسبی هر ماده در یک بازه زمانی متناسب با ضریب استوکیدمتری آن ماده در معادله موازنه شده است.
پرسش: مطلوب است سرعت واکنش مصرف در فاصله زمانی 10 تا 20 ثانیه ــــ؟
1) 01/0
2) 02/0
3) 1/0
4) 2/0
نکته 9 : بسیار مهم:
نکته 10:
پرسش :
در واکنش کدام گزینه صحیح است؟
1) 2RB=3RD 2) 3RB=2RD
3) RB=RD 4) 2RB=RD
پرسش: در واکنش اگر سرعت مصرف برابر 1-mol.s6 باشد. سرعت تولید آمونیاک بر حسب 1-mol.s کدام است؟
1) 6 2) 3 3) 4 4) 1

نکته 11:
پرسش:
در واکنش سرعت تشکیل یا از بین رفتن کدام ماده از بقیه مواد کمتر است؟
1) H2 2) 3) Fe 4)
نکته 12:
هر چه ضرایب استوکیومتری یک جزء شرکت کننده در واکنش بیشتر باشد به آن معناست که شیب نمودار غلظت زمان (سرعت) آن واکنش بیشتر است.
مثلا نمودار واکنش (شیب خط منفی نشان مصرف است و شیب خط مثبت نشانه تولید است.)
نکته : بلورها توانایی زیادی برای جذب سطحی مواد گازی شکل دارند مانند جذب بخار آب موجود در هوا. بعنوان مثال واکنش زیر را در نظر بگیرید.

دقت نمائید با کوبیدن این دو جامد در هاون سطح تماس مناسب و بسیار بیشتر برقرار شده همراه با جذب سطحی بخار آب موجود در هوا.
پرسش : در یک ارلن 100 میلی لیتر محلول 2 مولار دی نیتروژن پنتا اکسید درتترا کلرید کربن قرار داده شده است تا مطابق واکنش زیر تجزیه گردد.

پراز 5 دقیقه دیده شد که غلظت به 98/1 مولار کاهش یافته است، سرعت متوسط تجزیه و سرعت تشکیل NO2 برحسب کدام می باشند؟
1) 004/0 ، 008/0 2) 008/0 ، 004/0 3) 008/0، 02/0 4) 02/0-04/0
عوامل موثر بر سرعت واکنش:
عوامل موثر بر سرعت متعدد می باشند ولی 5 عامل آن که در کتاب درسی بررسی شده است، عبارتند از:
1- طبیعت واکنش دهنده ها 2- حالت فیزیکی 3- غلظت 4- دما 5- کاتالیزور. از بین این 5 عامل شماره یک از دیگر عوامل مهمتر است.
1- طبیعت واکنش دهنده ها: جرقه در مخلوطی از H2 و O2 سبب می شود که واکنش انفجاری شدید تولید آب رخ دهد ولی همین جرقه در مخلوط N2 و H2 جهت تولید آمونیاک بی اثر است. بنابراین طبیعت واکنش اول بسیار متفاوت تر از طبیعت واکنش دوم است. به عبارتی طبیعت با متفاوت است. بنابراین نوع مواد شرکت کننده در واکنش بسیار مهم است. سه سطر سرعت کدام واکنش زیر بیشتر است و چرا؟

پرسش: واکنش کدام عنصر زیر با آب شدیدتر است؟
1) Na 2) K 3) Rb 4) Cs
2- حالت فیزیکی مواد: همچنان که می دانید ماده می تواند به 3 حالت فیزیکی جامد – مایع و گاز باشد – از آنجا که برای انجام واکنش باید واکنش دهنده ها مخلوط شوند تا در مجاورت یکدیگر قرار گیرند. بنابراین واکنش میان مواد گوناگون در فازهایی که چنین شرایطی را فراهم می آورند، سریع تر خواهد بود – مثلا تمام مواد واکنش دهنده گاز یا محلول در آب باشند، واکنش با سرعت بیش تری رخ می دهد. اما اگر واکنش میان یک گاز و یک جامد رخ دهد فقط سطح تماس ماده جامد (مرز میان دو فاز) در این واکنش موثر است و بنابراین خرد کردن ماده جامد باعث ایجاد افزایش سطح تماس می شود.
کدام واکنش زیر سریع تر است؟
نکته: هر چه ذره های واکنش دهنده تحرک بیشتری داشته باشند برخوردها با انرژی بیشتر و سرعت واکنش نیز بیشتر می گردد.
فاز جامد >فاز مایع > فاز گازی : سرعت واکنش
3- غلظت: غلظت یک واکنشگر در سرعت آن ماده اثر بسیار مهمی دارد.
این عبارت که چگونگی وابستگی سرعت را با غلظت بیان می دارد قانون سرعت نامیده می شود. مثلاً واکنش زیر را در نظر بگیرید.

با فرض این که واکنش برگشت رخ نمی دهد. قانون سرعت یا معادله سرعت که وابستگی سرعت به غلظت را می رساند چنین نگارش می گردد.
معادله سرعت =
K ثابت سرعت است و m و n مرتبه واکنش بترتیب نسبت به NO2 و H2 نامیده می شوند و بایستی از راه تجربه یا به عبارتی انجام آزمایش تعیین گردند.
K نیز کمیتی است تجربی، مقدار n یا m می تواند یک عدد صحیح (و یا صفر) و حتی اعشاری باشد اگر مقدار m و n صفر باشند، چنین واکنشی را مرتبه صفر گویند. به جمع توانهای m و n مرتبه نسبت به کل واکنش گویند.
نکته 13:

نکته 14:
نکته 15:
مثال: با توجه به واکنش و آزمایش زیر که بصورت جدول در چند آزمایش آمده است معادله سرعت را نوشته و مرتبه واکنش را تعیین کنید؟
سرعت واکنش پس از مدت کوتاهی از آغاز آزمایش
mol.L-1.S-1
غلظت واکنش دهنده ها در آغاز واکنش
(mol.L-1)
شماره آزمایش

H2
No

3-10*23/1
1/0
1/0
1
3-10*46/2
2/0
1/0
2
3-10*92/4
1/0
2/0
3

تمرین : با توجه به جدول زیر در واکنش معادله سرعت را نوشته و مرتبه کل واکنش را بدست آورید.
شماره آزمایش
سرعت اولیه mol/l.hr
غلظت اولیه mol.l

[A]
[B]
1
2-10*50/0
5/0
2/0
2
2-10*50/0
75/0
2/0
3
2-10*50/0
00/1
2/0
4
2-10*0/1
5/0
4/0
5
2-10*50/1
5/0
6/0
4- اثر دما: دما یکی از مهمترین عوامل موثر بر سرعت واکنش های شیمیائی است، عموماً افزایش دما با افزایش سرعت واکنش همراه است. البته بعد از آنکه طریقه انجام واکنش و ارتباط دادن با سرعت شرح داده شد نکاتی راجع به دما برای شما می آوریم. مثلاً در واکنش فلز منزیم با آب 6 هر چه دما بیشتر باشد سرعت واکنش نیز بیشتر خواهد شد.
تذکر: در حقیقت با افزایش فشار در واکنش های گازی شکل، حجم مواد واکنش دهنده کم شده و یا به عبارتی غلظت ذرات در واحد حجم افزایش می یابد بنابراین سرعت واکنش نیز زیاد می گردد.
5- اثر کاتالیزگر. کاتالیزگرها: موادی هستند که سرعت واکنش را افزایش می دهند.
و اگر در واکنش مصرف شوند مجدداً تولید می گردنند، گوئی که دست نخورده اند. نکاتی راجع به کاتالیزور در مبحث بعدی که ساز و کار واکنش شیمیایی است خواهید خواند.

ساز و کار واکنش شیمیائی :
یکی از اهداف بنیادین سرعت واکنش های شیمیایی بررسی مراحل انجام واکنش است، این سری از واکنش ها، ساز و کار واکنش نامیده می شوند.
برای این منظور از دو نظریه مهم و اساسی که واکنش های شیمیائی را در سطح مولکولی بررسی می نمایند استفاده می شود.
1- نظریه برخورد 2- نظریه حالت گذار
هر دو نظریه با این که برخورد بین ذره های واکنش دهنده را بررسی می نمایند ولی تفاوت های بنیادی با یکدیگر دارند. (هر دو نظریه امروزه معتبرند)
نظریه برخورد:
مطابق این نظریه باید جهت انجام یک واکنش بین ذره های واکنش دهنده برخوردی صورت گیرد. این برخوردها باید 3 ویژگی داشته باشد.
1- تعداد برخورد 2- جهت برخورد 3- انرژی ذرات هنگام برخورد
1- تعداد برخورد: بر طبق نظریه برخورد باید بین ذره ها واکنش دهنده که بصورت کره های سخت در نظر گرفته می شوند، برخورد صورت گیرد و هر چه تعداد برخورد بیشتر باشد سرعت واکنش نیز بیشتر است. تعداد برخورد به تعداد ذرات واکنش دهنده در واحد حجم یعنی (غلظت ) بستگی دارد.

نکته16: اگر غلظت دو ماده واکنش دهنده به ترتیب m و n برابر شود، تعداد برخورد آن ها در حجم و زمان معین m n برابر خواهد شد.
2- جهت گیری مناسب مولکولهای برخورد کننده : هر برخوردی منجر به انجام واکنش نمی شود مگر آنکه آن برخورد جهت مناسب داشته باشد. مثلا در واکنش

برخورد بین اتم Cl با اتم Cl در مولکول رخ می دهد و همچنین برخورد بین و اتم N در مولکول رخ می دهد؛ ناگفته پیداست که برخورد بین اتم Clبا اتم Cl در مولکول است و دارای جهت مناسب می باشد. و منجر به انجام واکنش می شود. برخورد بین اتم Cl با اکسیژن مولکول کارا و موثر نیست.
سوال
در واکنش برخوردهای جهت دار و غیر جهت دار را بررسی نمائید؟
3- انرژی ذرات هنگام برخورد:
اگر برخورد رخ دهد و جهت مناسب داشته باشد در صورتی منجر به انجام واکنش می شود که دارای انرژی کافی نیز باشد. بسیاری از برخوردها در محیط واکنش یا دارای جهت نامناسبی می باشند و یا انرژی لازم برای انجام واکنش ندارند.
به طور کلی جهت شروع هر واکنش شیمیایی به حداقلی از انرژی نیاز است. مثلاً برای پرتاب یک توپ و گذر از آن از یک بلندی (مانند یک تپه) و رسیدن به دیگر نقطه مقابل در آن طرف بلندی نیاز به یک حداقل انرژی می باشد. اگر این حداقل انرژی نباشد توپ به نقطه مقصد نمی رسد. به این حداقل انرژی لازم برای شروع یک واکنش شیمیایی انرژی فعالسازی یا اکتیواسیون می گویند.
نکته 17:
نظریه حالت گذار: در نظریه حالت گذار برخی از نارساهایی نظریه برخورد بر طرف شده است.
نکته 18: تفاوت بین نظریه حالت گذار و نظریه برخورد:
بعنوان مثال واکنش گازی را در نظر بگیرید. جهت تشکیل فرآورده HI ابتدا باید مولکولهای برخورد نمایند. در این زمان پیوندهای مواد اولیه دچار دگرگونی می شوند. بواقع پیوندهای اولیه تا حدودی ضعیف و سست می شوند . در این حالت پیوندهای جدیدی که منجر به تولید مواد محصول می شوند در حال تشکیل می باشند و این مورد خود به تولید یک گونه پیچیده مولکولی فعال می انجامد که به آن کمپلکس فعال یا پیچیده فعال گویند.
سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها را می توان به صورت نمودار (انرژی ـ پیشرفت واکنش) نشان داد.
Ea انرژی فعالسازی واکنش برگشت است و Ea انرژی فعالسازی واکنش رفت.
تفکر کنید؟ در این واکنش چیست؟ کدام واکنش سریع تر است رفت یا برگشت؟ این واکنش گرماده است یا گرماگیر؟
بررسی انواع واکنش ها از لحاظ آثار گرمایی:
1- واکنش گرماده (گرمازا) : واکنش هایی هستند که در ضمن انجام شدن آنها انرژی گرمایی آزاد می شود. در این دسته از واکنش ها سطح انرژی مواد اولیه بالاتر از سطح انرژی مواد حاصل است.
مثلا در واکنش
Ea انرژی فعالسازی واکنش رفت
Ea انرژی معناسازی واکنش (اگر واکنش را معکوس در نظر بگیریم) برگشت
: آنتالپی واکنش
با توجه به منحنی می توان نکات زیر را بدست آورد.
1- انرژی فعالسازی رفت کوچکتر از برگشت است بنابراین سرعت واکنش رفت بیشتر از سرعت واکنش برگشت است.
2- برای بدست آوردن می توانیم بنویسیم:

در واکنش های گرمازا و در واکنش گرماگیر است.
3- سطح انرژی مواد فرآورده کمتر از سطح انرژی واکنش دهنده ها است.
پرسش: اگر انرژی فعالسازی رفت و برگشت واکنشی به ترتیب kj180 و kj210 باشد واکنش برابر است با:
1) 30 2) 30- 3) 390 4) 390-
پرسش: با توجه به نمودار، کدام مطلب درباره واکنش گازی درست است؟
1) انرژی فعالسازی آن در جهت مستقیم بیشتر است.
2) واکنش گرماده و با افزایش محسوس بی نظمی ذرات است.
3) واکنش گرماگیر و با افزایش سطح انرژی ذرات همراه است.
4) آن برابر 1-kjmol226- است.
پرسش: اگر در یک واکنش انرژی فعالسازی رفت برابر kj10 و واکنش به اندازه 150 کیلوژول بر مول انرژی ده باشد، انرژی فعالسازی واکنش برگشت کدام است؟
1) 160- 2) 140- 3) 160 4) 140
2- واکنش های گرماگیر (یا گرماخواه) :
واکنش های گرماگیر (یا گرماخواه) :
واکنش های هستند که برای انجام شدن آنها نیاز به انرژی گرمایی است. در این واکنش ها سطح انرژی مواد اولیه پائین تر از مواد حاصل است.
است زیرا و همچنین واکنش برگشت سریع است. چرا؟
نکته: 19:
نکته 20:
پرسش: کدام مطلب در مورد انرژی فعالسازی واکنش نادرست است؟
1) از روی تفاوت محتوای انرژی کمپلکس فعال و مواد اولیه مشخص می گردد.
2) عامل مهمی در تعیین سرعت نسبی واکنش ها می باشد.
3) مقدار آن در واکنش رفت، عکس مقدار آن در واکنش برگشت است.
4) هر چه مقدار آن در واکنش بزرگتر باشد، سرعت آن واکنش کمتر است.
با پیشرفت یک واکنش در دمای ثابت کدام تغییر روی می دهد؟
1) انرژی فعالسازی کاهش می یابد 2) برخورد موثر بین مولکولها افزایش می یابد.
3) سرعت آن واکنش کاهش می یابد 4) مقدار افزایش می یابد.

نکته 21: شرایط متفاوتی در حجم گازها در این شرایط:
پرسش: از اثر Mg بر HCl در مدت 5 دقیقه 6/5 لیتر گاز هیدروژن در شرایط متعارفی حاصل شده است، سرعت متوسط واکنش برحسب مولهای هیدروژن در دقیقه کدام است؟
1) 2) 3) 4)
نکته 22:
نکته 23:
نکته 24:
پرسش: علت اصلی افزایش سرعت واکنش با افزایش دما این است که :
1) مولکولهای در جهت مناسب برخورد قرار می گیرند.
2) انرژی فعالسازی واکنش کاهش می یابد.
3) توانایی مولکولها جهت تشکیل کمپلکس فعال افزایش می یابد.
4) بی نظمی مولکولها در محیط افزایش می یابد.
ساز و کار واکنش های شیمیائی: بررسی جزء به جز مراحل انجام شدن یک واکنش شیمیایی را یا بررسی فرآیند انجام شده در سطح ذره ای و میکروسکوپی ساز و کار واکنش نامیده می شود.
مثلا واکنش زیر را در نظر بگیرید.

شواهد تجربی نشان می دهد که واکنش از طریق ساز و کار دو مرحله ای زیر انجام می گیرد.
مرحله 1: مرحله آهسته واکنش
مرحله 2: مرحله سریع واکنش
واکنش کلی از جمع مراحل تشکیل دهنده ساز و کار بدست می آید.

نکته 25: واکنش تک مرحله ای و یا واکنشی که طی آن در یک مرحله فراورده از برخورد مستقیم واکنش بدست آید یک واکنش … نامیده می شود. یک واکنش کلی اغلب از چند مرحله بنیادی تشکیل شده است.
نکته 26:
مثالی دیگر از واکنش چند مرحله ای :

کاتالیزگرها: موادی هستند که سرعت را زیاد می کنند و در واکنش در نهایت مصرف نمی شوند.
نکته 27: با این که افزایش دما سرعت واکنش را زیاد می کند به سه دلیل نباید از آن استفاده نمود، این سه دلیل کدامند؟
چگونه یک کاتالیزگر سرعت را افزایش می دهد؟
دو واکنش زیر را در نظر بگیرید.

در غیاب کاتالیزور این دو واکنش کند می باشند ولی با حضور کاتالیزور سریع می شوند زیرا کاتالیزور انرژی فعالسازی واکنش را کاهش می دهد.
نکته 28:
توجه: آنزیم ها کاتالیزگرهای بیوشیمیایی می باشند. ضمناً کاتالیزگر واکنش انجام ناپذیر را انجام پذیر نمی کند.
نکته29 : و سئوال در واکنش بین گاز SO2 و گاز O2 کاتالیزگر کدام است؟

این واکنش در دو مرحله رخ می دهد. کاتالیزگر همگن است یا ناهمگن.

انواع واکنش های کاتالیز شده:
کاتالیزگر همگن

نکته30: این واکنش در غیاب کاتالیزگر بسیار آهسته است ولی در حضور گرونیکل یا پلاویم یا پلاتین به عنوان کاتالیزگر، چه در فشار بالای H2 و چه در دمای اتاق سریع است.

و یا

نکته31: واکنش فوق اصولاً در صنعت صورت نمی گیرد. چرا؟
2- اتم با یک اتم هیدروژن واکنش می دهد و رادیکال را می دهد. این فعال با سطح کاتالیزگر پیوند می دهد.
3- رادیکال تولیدشده با دومین اتم هیدروژن واکنش می دهد و مولکول اتان می دهد.
4- مولکولهای اتان تولید شده از کاتالیزگر جدا می شوند.
نکته 26: جذب مواد محلول در سطح جامد دشوارتر از جذب گاز در سطح جامد است. زیرا در حالت محلول، حلال ماده حل شونده را از سطح جامد جدا می کند.
تعریف رادیکال:

تعادل های شیمیائی
مولف: مطیع فر
در محاسبه استوکیومتری فرض کردیم که واکنش ها به طور کامل پیش می روند، یعنی تا هنگامی که یکی از واکنش دهنده ها تمام شود. رویهمرفته، بسیاری از واکنش ها تا پایان پیش می روند. اگر یادتان باشد در شیمی 3 با واکنش های خودبخودی آشنا شدید . به عبارتی عوامل افزایش بی نظمی و کاهش انرژی هم دو در یک طرف واکنش بودند.
حال اگر عامل حداقل انرژی و حداکثر بی نظمی در دو سمت مخالف یک واکنش باشند در این صورت واکنش پیشرفت خوبی فقط به یک سمت ندارد و به عبارتی واکنش به هر دو طرف کشیده می گردد. زیرا در هر دو طرف عامل مساعد دارد. در این حالت می گوئیم واکنش برگشت پذیر است. آشنائی با واکنش های برگشت پذیر مبنای درک واکنش های تعادلی می باشد.
واکنش های که در آن هم واکنش رفت و هم واکنش برگشت به طور همزمان دو طرف واکنش قابل انجام باشد واکنش های برگشت پذیر می گویند. که اصولاً آنها را با علامت
نشان می دهند. اگر در واکنش برگشت پذیر سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت باشد در این صورت واکنش تعادلی است.

نکته 1: هر واکنش برگشت پذیری تعادلی نیست. ولی تمام واکنش های تعادلی برگشت پذیرند.
یک نمونه از واکنش های برگشت پذیر جوش خوردن دو جزء NO2 به یکدیگر و تولید تترا اکسید دی نیتروژن می باشد.

یک نمونه دیگر از واکنش های برگشت پذیر، حرارت دادن نمک آبپوشیده کبالت (II) کلرید شش آبی می باشد که به رنگ ارغوانی بوده و بر اثر گرم شدن و از دست دادن آب، آبی رنگ می شود.
نکته 2: اغلب آب زدایی نمک های آبپوشیده با تغییر رنگ همراه است مانند که دارای شش مولکول آب تبلور است.
نکته 3: اغلب شکل بلور نمک آبپوشیده با نمک کاملاً بی آب متفاوت است مثلا سدیم اورات (عامل بیماری نقرس) دارای بلورهای سوزنی شکل بوده و بر اثر حرارت به صورت بلور کروی تقریباً سیاه رنگ بدست می آید.
نکته 4: اصولا خصلت آبپوشی مربوط به ترکیب های یونی می باشد چند نمونه نمک معروف آبپوشی شده:
زاج سبز
کات کبود
سنگ گچ (ازیپس)
مفهوم حالت تعادل: اگر در یک واکنش برگشت پذیر سرعت واکنش رفت با سرعت واکنش برگشت برابر باشد، حالت تعادل بوجود می آید. در این حالت غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد، شاید به نظر برسد که همه چیز متوقف شده است. اما این باور درست نیست. در سطح مولکولی فعالیتی جنون آسا در جریان است، این تعادل ایستا نیست بلکه حالتی پویا و دینامیک دارد. مانند یک کتری کاملاً در بسته که در حال جوش است. سرعت واکنش تبخیر (واکنش رفت) در ابتدا زیاد است. واکنش برگشت (میعان) در ابتدا دارای سرعت صفر است. بعد از گذشت مدتی که غلظت بخار به حد معینی رسید سرعت واکنش رفت یعنی تبخیر کم گشته و سرعت واکنش معیان زیاد می گردد سپس و در زمان مشخصی سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت می شود. در این حالت تعادل برقرار شده است. از این لحظه به بعد غلظت مایع و بخار ثابت گشته ولی مرتب مایع به بخار و بخار به مایع تبدیل می شود.
به عبارتی اگر در حالت تعادل فرض شود n مولکول به حالت بخار (از حالت مایع) در می آیند دقیقاً n مولکول نیز از حالت بخار به حالت مایع در می آیند. و بنابراین سرعت واکنش رفت و برگشت برابر می شود. (البته آنچه که ذکر نمودیم مثالی از یک تعادل فیزیکی بود که جلوتر انواع تعادلها را بررسی خواهیم نمود)

بررسی نمودار سرعت – زمان واکنش تعادلی:
در بررسی واکنش های تعادلی از دستگاهی بنام سرعت سنج استفاده می شود. این دستگاه سرعت واکنش های رفت و برگشت را به صورت صفر – آهسته – متوسط و سریع نشان می دهد.
انواع تعادل ها:
1- تعادلهای فیزیکی 2- تعادلهای شیمیایی
1- تعادلهای فیزیکی: که در زیر با انواع این تعادل آشنا می شویم. شرایطی است که به دو حالت فیزیکی ماده با سرعت برابر به یکدیگر تبدیل می شود.
1-1- تعادل جامد – مایع (انحلال شکر در آب و تولید محلول سیر شده و یا ترمیم بلور نبات)
1-2- تعادل جامد – گاز (تصعید ید در ظرف در بسته)
1-3- تعادل مایع – گاز (جوش آمدن آب در ظرف سربسته)
2- تعادلهای شیمیائی
2-1- تعادلهای شیمیائی همگن
2-2- تعادلهای شیمیائی ناهمگن
شرایط تعادل:
1- سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت باشد (اساسی ترین شرط تعادل)
2- خواص درشت مولکولی ثابت ولی خواصی در سطح مولکولی پویا و در حال انجام شدن باشد.
3- سیستم بسته باشد.
4- عواملی چون رنگ، بو، فشار، دما و غلظت در ابتدا تغییر کند سپس در حد معینی ثابت بماند. زمان این حد معین لحظه رسیدن به تعادل می باشد.
بررسی نمودار غلظت – زمان:
واکنش تعادلی را در نظر بگیرید.
در ابتدا غلظت A زیاد است ولی غلظت جزء B در لحظه شروع واکنش صفر است ولی با گذشت زمان غلظت جزء A کاهش یافته و غلظت جزء B افزایش می یابد. در لحظه رسیدن به تعادل غلظت جزء A و B ثابت می گردند.
هر 3 نمودار بالا در واکنش فرضی معتبرند ولی نمودارهای شماره های 2 و 3 کمتر امکان تحقق دارند.
تعادل شیمیائی همگن:

کاتالیزگر این واکنش است: از واکنش فوق در صنعت جهت تولیداسید سولفوریک به روش مجاورت استفاده می نمایند. آنچه که در مورد تغییرات غلظت مواد اولیه و حاصل گفته شد در رسیدن به تعادل فوق نیز رخ می دهد. (غلظت های را قبل از شروع واکنش در مراحل رسیدن به تعادل و در لحظه رسیدن به تعادل بررسی کنید؟)
در این حالت می گویند در سامانه تعادل برقرار شده است.
پرسش: کدام گزینه یک خصوصیت ضروری برای تعادل نیست؟
1- سیستم بسته باشد.
2- خواصی در سطح مولکولی پویا باشد.
3- سرعت واکنش رفت برابر برگشت باشد.
4- غلظت مواد اولیه و حاصل با یکدیگر برابر باشد.
"تعادل شیمیائی ناهمگن":
در تعادل ناهمگن، مواد شرکت کننده در تعادل در فازهای متفاوتی قرار دارند. برای نمونه اگر کلسیم کربنات CaCO3 را در محفظه بسته ای گرم شود تعادل زیر میان این ترکیب و فرآورده های حاصل از تجزیه گرمایی آن برقرار می شود.

"ثابت تعادل":
هدف : آشنایی با قانون اثر جرم و شیوه محاسبه ثابت تعادل.
علم شیمی اساساً علمی است تجربی یعنی بر پایه آزمایش استوار است. مطرح کردن مفهوم تعادل نمونه ای از این مقوله است.
طبق محاسبات دو شیمیدان نروژی بنام های "گولدبرگ" و "واگ" می توان برای هر واکنش تعادلی ثابتی در نظر گرفت بنام ثابت تعادل K که اگر واکنش تعادلی بصورت در فاز گازی رخ دهد داریم ) d,c,b,a ضرایب معادله موازنه شده اند)

کروشه نشان دهنده غلظت گونه هایی شیمیایی در حالت تعادل است و K ثابتی است که به آن ثابت تعادل می گویند.
نکاتی در مورد K ثابت تعادل
نکته 5:
نکته 6:
نکته 7:
نکته 8:
سوال ؟ در واکنش تعادلی رابطه ثابت تعادل را نوشته و واحد آن را تعیین نمائید؟

سوال ؟ در واکنش تعادلی رابطه ثابت تعادل را نوشته و واحد آن را تعیین نمائید؟

تمرین: غلظت تعادل زیر برای واکنش تعادلی زیر داریم: (فرض شود اما
می باشد)

الف) مقدار k را در این دما حساب نمائید.
جواب :
مقدار k در این واکنش 1/2 است.
ب) مقدار ثابت تعادل () را در دمای 100 درجه سانتیگراد برای واکنش محاسبه نمائید.
مقدار در این واکنش 1/k است به عبارتی 2 است.
ج ) مقدار ثابت تعادل () را در 100 درجه سانتیگراد برای واکنش زیر محاسبه کنید؟

مطابق تمرین بالای توان نکات زیر را بدست آورد!
نکته 9 : اگر معادله تعادلی وارانه گردد (معکوس گردد) k آن نیز معکوس می شود.
نکته 10: اگر معادله موازنه شده ای در عدد n ضرب ضرب شود. عبارت تعادل جدید همان عبارت اولیه است که به توان n رسیده باشد بنابراین:
نکته 11: اگر دو واکنش با یکدیگر جمع گردند، ثابت تعادل آنها در یکدیگر ضرب می شود.
پرسش: با در دست داشتن معلومات زیر برای دو واکنش الف ، ب
(الف (ب

مقدار ثابت تعادل واکنش تعادلی در شرایط یکسان کدام است؟
1) 01/100 2) 1000 3) 0001/0 4) 1/0
پاسخ : گزینه 4
پرسش: ثابت تعادل واکنش برابر K1 با ثابت تعادل واکنش برابر k2 چگونه مقایسه می گردد؟
1) 2) 3) 4)
پاسخ :
چند مثال از محاسبه ثابت تعادل: اگر غلظت مواد واکنش دهنده و فرآورده را در هنگام تعادل داده باشند باید k را نوشت و به جای غلظت ها در فرمول k ،مقدار گذاشت.
پرسش: در تعادل اگر مقدار در حال تعادل ترتیب برابر با 005/0 و 04/0 و 1/0 مول برلیتر باشد، مقدار k واکنش در دمای آزمایش کدام است؟
1) 6/38 2) 40 3) 8/42 4) 50
نکته: اگر واکنش تعادلی در ظرف a لیتری انجام شود، چون باید در هنگام تعادل غلظت ها بر حسب مول بر لیتر باشد، باید مقدار مواد را به حجم ظرف تقسیم نمود تا غلظت بر حسب مول بر لیتر گردد.
پرسش: مقداری کربنات کلسیم را در ظرفی سربسته 10 لیتری در دمای ثابت قرار می دهیم تا تعادل برقرار شود، اگر هنگام تعادل مقدار گاز برابر 5/2 مول باشد ثابت تعادل برابر است با:
1) 5/2 2) 25/0 3) 250 4) 025/0
پرسش: تعادل در یک ظرف 10 لیتری در دمای ثابت 450 برقرار است هرگاه مقدار مولهای HI موجود در حالت تعادل 2/47 برابر مولهای I2 و تعداد مولهای I2 خود 022/0 برابر تعداد مولهای H2 می باشد، آنگاه ثابت تعادل k کدام است؟
1) 2/47 2) 29 3) 19 4) 49
چند مثال از محاسبه غلظت های در حال تعادل: اگر غلظت مواد فرآورده در هنگام تعادل بدهند باید غلظت مواد اولیه را در هنگام تعادل محاسبه نمود و برعکس و در فرمول k تعادل قرار داد.
پرسش: مخلوطی از گازهای CO و Cl2 را به نسبت مولی برابر و معین در ظرف سربسته ای تا برقراری تعادل گازی گرم می کنیم، در این حالت برابر 4/0 مول در لیتر است. اگر مقدار 10=k باشد، غلظت Cl2 برحسب مول در لیتر کدام است؟
1) 2/0 2) 4/0 3) 6/1 4) 4/2
پرسش: با توجه به تعادل گازی ، ، اگر غلظت و CO در حالت تعادل به ترتیب برابر 2/0 ،5-10 مول بر لیتر باشد، غلظت تعادلی O2 چند مول بر لیتر است؟
1) 12-10*2 2) 17-10*1 3) 20-10*2 4) 22-10*1
پرسش: در ظرف سربسته 2 لیتری مقداری را تا برقراری تعادل گازی گرم می کنیم. اگر در حالت تعادل مقدار برابر 2/0 مول باشد مقدار چند مول است؟
1) 1/0 2) 2/0 3) 3/0 4) 4/0
پرسش: اگر 4/2 مول HI را در ظرف سربسته یک لیتری گرم کنیم و پس از تجزیه شدن 4/0 مول از آن تعادل گازی برقرار شود ثابت تعادل کدام است؟
1) 01/0 2) 02/0 3) 03/0 4) 04/0
پرسش: 3/0 مول حجم A را در یک ظرف سربسته حرارت می دهیم تا تعادل گازی شود. هر گاه مجموع تعداد مولها در حال تعادل 5/0 باشد تعداد مولهای باقی مانده A کدام است؟
1) 1/0 2) 2/0 3) 3/0 4) 04/0
پرسش : در یک ظرف 2 لیتری 2 مول حجم A را وارد می کنیم تا تعادل برقرار شود اگر در هنگام تعادل مجموع تعداد مولها 5/1 مول گردد مطلوب است k ثابت تعادل؟
1) 4 2) 3 3) 2 4) 1
تفسیر ثابت تعادل "k":
حال که با k آشنا شدیم این سوال مطرح می گردد که مقدار عددی k چه اطلاعاتی را در اختیار ما می گذارد؟ می توان اطلاعات زیر از مقدار عددی k بدست آورد.
1- هرچه مقدار عددی k بزرگتر باشد نشان می دهد که محصولات عمل بیشتر از مواد اولیه است و پیشرفت واکنش رفت بیشتر بوده است.
2- ثابت تعادل نشان دهنده پیشرفت یک واکنش است نه سرعت آن. به عبارتی دیگر برخی از واکنش های تعادلی وجود دارند که k بسیار بزرگی دارند ولی برای انجام شدن این واکنش در دمای اتاق نیاز به سالها زمان داریم.
3- مقدار عددی ثابت تعادل با تغییرات دما تغییر می کند.
4- برای اینکه یک واکنش تعادلی در زمانی نسبتاً کوتاه محصول زیادی بدهد باید ثابت تعادل آن (k) عدد بزرگی باشد و سرعت رسیدن به حالت تعادل زیاد باشد و یا به عبارتی زمان رسیدن به تعادل کوتاه باشد.
5- در واکنش های گرمازا (گرماده) با افزایش دما مقدار k کوچکتر و با کاهش دما مقدار k بزرگتر می شود. (نسبت عکس)
6- در واکنش های گرماگیر گرما زا (گرماده) با افزایش دما مقدار k کوچکتر وبا کاهش دما مقدار k بزرگتر می شود. (نسبت مستقیم)
7- هنگامی می توان از عبارت ثابت تعادل استفاده نمود که واکنش برگشت به تعادل رسیده باشد. اما این که چه موقع، تعادل برقرار می شود بستگی به سرعت واکنش دارد. بعنوان مثال مقدار k برابر واکنش و در دمای 25 بسیار بزرگ است. این می رساند که واکنش تا مرز کامل شدن پیش می رود اما چون انرژی فعالسازی واکنش زیاد است، سرعت واکنش آن قدر کم خواهد بود که هرگز در دمای 25 به تعادل نمی رسد. اما اگر مخلوط تعادلی گرم شود و یا جرقه ایجاد گردد واکنش به صورت انفجاری انجام می گیرد. شیمی دان ها می گویند که واکنش و در دمای 25 از نظر ترمودینامیکی مساعد است (یعنی این که مقدار ثابت تعادل آن بزرگ است) اما به طور سینتیکی کنترل می شود (یعنی این که سرعت بسیار کم مانع از انجام شدن آن می شود)
نمونه دیگر از این مثال واکنش:

می باشد که از نظر ترمودینامیکی مساعد است ولی به طور سینتیکی کنترل می گردد.
پرسش: واحد ثابت تعادل برای واکنش تعادلی کدام است؟
1) 2) 3) 4)
پاسخ: گزینه3
پرسش: واحد ثابت تعادل برای واکنش کدام است؟
1) 2) 3) 4)
پاسخ: گزینه 2
پرسش: ترکیب جامد AB را در یک ظرف در بسته 10 لیتری در یک دمای ثابت قرار می دهیم تا تعادل زیر در آن برقرار شود اگر برای این تعادل داشته باشیم 01/0 = k آنگاه تعداد مول های گاز در ظرف واکنش و در موقع تعادل کدام است؟
1) 2/0 2) 1 3) 2 4) 01/0
پیش بینی جهت پیشرفت واکنش و خارج قسمت واکنش:
هنگامی که واکنشگرها و فرآورده های یک واکنش شیمیایی مفروض با هم آمیخته می شوند، دانستن این نکته که آیا مخلوط در تعادل است یا نه و جهتی که سیستم باید داشته باشد، تا به تعادل برسد، مفید است. اگر غلظت یکی از واکنش دهنده ها یا فرآورده ها صفر باشد، سیستم به سویی می رود که آن چه را که نیست، تولید کند. اما اگر همگی غلظت های آغازی، غیر از صفر باشند، تعیین جهت حرکت به سوی تعادل، دشوارتر است. برای تعیین جهت حرکت در این گونه از موارد از خارج قسمت واکنش که آن را با Q نمایش می دهیم، استفاده می گردد.
زمانی که غلظت واکنشگرها و فرآورده ها در آغاز در عبارت ثابت تعادل قرار گیرد آن چه بدست می آید، خارج قسمت واکنش نام دارد. خارج قسمت را با نماد Q به صورت زیر نمایش می دهیم: (البته واکنش بصورت گازی انجام می گیرد)

برای تعیین اینکه یک سیستم، برای رسیدن به تعادل، در کدام راستا حرکت می کند، مقادیر Q و k را با هم مقایسه می نمائیم. که 3 حالت زیر امکان وجود دارد:
1- Q برابر k باشد: در این حالت سیستم در تعادل است و حرکتی صورت نمی گیرد.
2- Q بزرگتر از k باشد: در این حالت، نسبت غلظت های آغازی فرآورده ها به غلظت های آغاز واکنشگرها، نسبت بسیار بزرگی است. برای رسیدن به تعادل یک تغییر از فرآورده ها به سوی واکنشگرها، بایستی رخ دهد، بنابراین سیستم به سمت چپ پیشرفت می کند تا فرآورده ها را مصرف کند و صورت Q کوچکتر شود تا با k هم ارز گردد.
3- Q کوچکتر از k است: در این حالت غلظت های آغازی فرآورده ها نسبت به غلظت های آغازی واکنشگرها بسیار کم است، سیستم برای رسیدن به تعادل، بایستی به سمت راست پیشرفت کند تا واکنشگرها را مصرف و فرآورده ها را تولید کند.
مسئله: در دمای 450 و فشار 500 اتمسفر ثابت تعادل واکنش گازی برابر می باشد. در کدام حالت داده شده مخلوط در تعادل نیست. در این صورت جهت پیشرفت واکنش تا رسیدن به تعادل را مشخص نمائید.
الف:
ب :
پ :
عوامل موثر بر تعادل:
دریافتیم که با برقراری تعادل، سرعت واکنش های رفت و برگشت با هم برابر و غلظت مواد شرکت کننده در تعادل ثابت می شود. این تساوی سرعت و ثابت شدن غلظت تا زمانی که عاملی مزاحم تعادل نشود، پا بر جای ماند، عواملی چون تغییر غلظت، تغییر فشار و تغییر دما می توانند موجب بر هم زدن تعادل شوند که هر کدام از این عوامل در زیر بررسی می شوند. قبل از شروع این بررسی به یک اصل مهم شیمیائی بنام اصل لوشاتلیه می پردازیم.
اصل لوشاتلیه: هر گاه بر یک تعادل پویا، تغییری تحمیل شود، آن تعادل در جهتی جا به جا می شود که اثر آن تغییر تحمیل شده را تعدیل، جبران و یا کاهش دهد و آن را به حداقل ممکن برساند.
منظور از جا به جا شدن تعادل این است که تعادل موقتاً به هم بخورد و تا اندازه معین در جهت رفت و یا برگشت پیشرفت گردد.
1) اثر تغییر غلظت در یک سامانه تعادلی:
هر گاه در یک سامانه تعادلی غلظت یکی از مواد را افزایش دهیم، مطابق اصل لوشاتلیه سامانه به سمتی جا به جا می گردد که اثر آن غلظت را به حداقل ممکن برساند به عبارتی کمبود باید جبران گردد و اضافی باید مصرف شود.
مثال: تعادل در ظرفی با حجم ثابت و در دمای 727 برقرار شده است. اثر هر یک از تغییرهای زیر را بر تعادل مشخص نمائید.
الف ) افزودن مقداری گاز اکسیژن: بر اثر افزودن مقداری اکسیژن، غلظت اکسیژن در سامانه تعادلی افزایش می یابد و بر طبق اصل لوشاتلیه که می گوید اضافی باید مصرف گردد تعادل به هم می خورد و سامانه در جهت مستقیم جا به جا می شود که با عامل مزاحم مقابله کند، بدین ترتیب در سامانه یک تعادل جدید برقرار می گردد.
ب ) خارج کردن مقداری گاز گوگرد دی اکسید:
در این حالت کاهش غلظت را داریم بنابراین حالت تعادلی این سامانه بهم می خورد و سامانه در جهت معکوس پیشرفت می کند زیرا طبق لوشاتلیه کمبود باید جبران گردد بدین ترتیب در سامانه یک تعادل جدید برقرار می گردد.
نکته 12:
نکته 13:
نکته 14:
پرسش: با توجه به تعادل :
1) با افزایش مقدار تعادل به سمت چپ جا به جا می گردد.
2) با افزایش مقدار Fe ، تعادل به سمت راست جا به جا می گردد.
3) با افزایش مقدار H2 غلظت Fe افزایش می یابد.
4) با افزایش مقدار H2 مقدار کاهش می یابد.
نکته 15:
پرسش: در تعادل گازی کدام گزینه به میزان بیشتری باعث تولید آمونیاک می شود؟
1) دو برابر کردن غلظت مولی N2 2) دو برابر کردن غلظت مولی H2
3) کاهش غلظت مولی N2 4) هر سه گزینه اثری یکسان دادند.
2- اثر تغییر فشار:
همواره به یاد داشته باشیم که فشار بر تعادلهای موثر است که تعداد مولهای گازی دو طرف تعادل برابر نباشد. مثلاً در سامانه زیر افزایش یا کاهش فشار موثر نمی باشد، زیرا تعداد مولهای گازی دو طرف برابر است و در هر دو طرف 2 مول گاز وجود دارد.

بنابراین در دمای ثابت فشار گاز موجود در یک ظرف سربسته با میزان تراکم مولکولهای آن گاز که همان غلظت مولی گاز است، متناسب است.
ولی در تعادل زیر، افزایش یا کاهش فشار بر تعادل موثر است، زیرا تعداد مولهای گازی دو طرف برابر نمی باشد، در سمت راست 2 مول گاز و در سمت چپ 3 مول گاز داریم.
نکته 16:
پرسش: تغییر فشار بر کدام تعادل زیر بی اثر است؟
1) 2)
3) 4)
نکته 17:
پرسش: کدام سیستم تعادلی زیر در اثر افزایش فشار در جهت برگشت جا به جا می شود؟
1) 2)
3) 4)
نکته 18:
پرسش: در سیستم تعادلی گاز با افزایش فشار کدام گزینه روی نمی دهد؟
1) افزایش مقدار an 2) جا به جایی تعادل به سمت راست
3) افزایش سرعت واکنش رفت و برگشت به یک میزان 4) جا به جایی تعادل در جهت گرما ده
3- اثر دمابر وضعیت تعادل:
واکنش تعادلی زیر را در نظر بگیرید.

در این واکنش گرماگیر افزایش دما سبب جا به جایی تعادل به سمت راست شده و شدت رنگ خرمایی محیط افزایش می یابد. و کاهش دما موجب جا به جایی تعادل به سمت چپ شده تا در محیط گرما تولید گردد بنابراین رنگ سیستم تعادل به سمت بی رنگ شدن جا به جا می شود.
در مورد دما در سیستم های تعادلی ذکر نکات زیر ضروری است.
1) در حالت تعادل، تغییر دمای یک سیستم باعث جا به جایی آن تعادل و ایجاد تعادل جدید می گردد.
2) در یک سیستم تعادلی، کاهش دما سرعت واکنش رفت و برگشت را کاهش داده و افزایش دما سرعت واکنش رفت و برگشت را افزایش می دهد.
3) در هر دمایی، از لحظه برقراری تعادل، سرعت واکنش های رفت و برگشت با هم برابر می شوند.
4) در واکنش های گرماگیر افزایش دما، سبب جا به جایی تعادل به سمت راست شده و کاهش دما سبب جا به جایی تعادل به سمت چپ می گردد.
5) در واکنش های گرمازا افزایش دما سبب جا به جایی تعادل به سمت چپ و کاهش دما سبب جا به جایی تعادل به سمت راست می شود.
6) اغلب واکنش هایی که با کاهش حجم همراه می باشند، گرما ده هستند.
به عنوان مثال در واکنش چون واکنش گرما زا است، افزایش دما سبب می گردد تعادل در جهت برگشت جا به جا شده و بر غلظت افزوه شده و از غلظت کاسته شود همچنین کاهش دما تعادل را به سمت راست جا به جا کرده و غلظت افزایش می یابد. به طور کلی، هر گاه دما افزایش یابد، تعادل در جهتی جا به جا می شود که گرما را جذب کند.
پرسش: در سیستم تعادل ، افزایش دما موجب افزایش غلظت کدام ماده یا مواد می شود؟
1) 2) 3) 4)
سوال؟ اگر مخلوط قهوه ای روشن و را در یک بالون در دمای 25 داشته باشیم و یک بار این بالون را در مخلوط آب و یخ و یک بار دیگر همین مخلوط تعادلی را در آب جوش وارد کنیم رنگ سیستم تعادلی را در هر دو حالت فوق بررسی کنید؟
نکته 19:
چرا در مثال بالا افزایش دما باعث کوچک شدن k گردید؟
پرسش: اگر فقط دمای سیستم در حال تعادل را افزایش دهیم، چه تغییری در آن دیده می شود؟
1) مقدار آمونیاک بیشتری تولید می شود.
2) مقداری آمونیاک به مواد اولیه تجزیه می شود.
3) واکنش زیاد می شود.
4) هیچ تغییری در مقدار مواد شرکت کننده در تعادل داده نمی شود.
4- اثر کاتالیزگر:
اگر در تعادلی کاتالیز به کار برده شود، تاثیری در جا به جای تعادل ندارد ولی سرعت رسیدن به تعادل را افزایش می دهد. و زمان فرارسیدن به تعادل را کوتاه می نمایند.
پرسش: کدامیک از عوامل زیر در جا به جا نمودن تعادل موثر نیست؟
1) دما 2) غلظت 3) فشار 4) کاتالیزگر
سوال؟ اثر تغییرات فشار را با بیان رنگ سیستم در مخلوط تعادلی گازی بررسی کنید؟
پرسش: هرگاه در مخلوط گازی در دمای ثابت تعادل برقرار شده باشد و مخلوط تعادلی را از ظرف 4 لیتری به یک ظرف یک لیتری منتقل کنیم:
1) غلظت بیشتر شده و غلظت کمتر می شود.
2) غلظت از غلظت کمتر می شود.
3) نسبت غلظت به غلظت برابر است.
4) غلظت به غلظت برابر می شود.
پرسش: هدف از به کار بردن کاتالیزور در یک واکنش شیمیایی چیست؟
1) انرژی فعالسازی واکنش کاهش می یابد. 2) تعادل به سمت محصولات محل جا به جا شود.
3) واکنش زیاد شود. 4) یک واکنش غیرممکن را ممکن می سازد.
فرآیند هابر – طرز تهیه آمونیاک در صنعت:
آمونیاک ماده پر ارزشی است که در تهیه کودهای شیمیایی، مواد منفجره و مواد شیمیایی، صنعتی و تجاری بسیاری کاربرد دارد. هابر دانشمند آلمانی موفق شد آمونیاک را از اختلاط مستقیم نیتروژن و هیدروژن بدست آورد.
25 در دمای
فرآیند هابر نه تنها از نظر صنعتی بلکه از نظر علمی نیز دارای اهمیت فراوان می باشد. از آنجایی که در فرآیند هابر تعداد مول گاز در دو طرف واکنش باهم برابر نیست، انتظار داریم که فشار بتواند تعادل را جا به جا کند، با توجه به این که دو مول گاز فرآورده و چهار مول گاز دو سمت واکنش دهنده ها وجود دارد، افزایش فشار می تواند، موجب تولید بیشتر آمونیاک شود. بنابراین فرآیند هابر تا آنجا که به دستگاه ها آسیب نرسد، در فشار بالا انجام می شود. (حدود 150 تا 350 اتمسفر)
از سوی دیگر فرآیند هابر یک فرآیند گرماده است. بنابراین اگر دما را کاهش دهیم، طبق اصل لوشاتلیه تعادل به سمت راست جا به جا می گردد. ولی اگر دما را کاهش دهیم، تعداد برخوردهای موثر بین مواد اولیه کاسته می شود در نتیجه سرعت واکنش کاهش می یابد. بنابراین این فرآیند را در دمای بالا انجام می دهند. البته افزودن کاتالیزگر موجب می شود که تعادل سریع برقرار شود. در واقع، کاتالیزگر کمک می کند تا در دماهایی پائین تر، آمونیاک سریع تر تشکیل شود و در نتیجه بهره درصدی NH3 و عمر مفید دستگاه ها افزایش یابد. البته حدود دما است و کاتالیزگر ترکیبات آهن و اکسیدهای فلزی مانند می باشد.
یکی از جنبه های اصلی فرآیند هابر، خارج کردن NH3 از محیط واکنش از طریق مایع کردن گاز آمونیاک است. با این کار تعادل به سمت کامل شدن پیش می رود. در ضمن N2 و H2 واکنش نکرده بازگردانی می شوند.
نکته 20: برای تولید آمونیاک به روش هابر نیتروژن مورد نیاز از تقطیر هوای مایع و گاز هیدروژن از طریق عبور بخار آب از روی زغال داغ بدست می آید.

در ضمن، هیدروژن را می توان از پالایش نفت خام نیز بدست آورد.
پرسش: در سیستم به حالت تعادل گازی کدام تغییر زیر شدت رنگ خرمایی محیط واکنش را کاهش می دهد؟
1) افزایش دما 2) افزایش فشار 3) به کاربردن کاتالیزگر 4) به هم زدن مخلوط تعادل
پرسش: x مول جسم A را در یک ظرف سر بسته و در دمای معین قرار می دهیم تا تعادل برقرار گردد هر گاه در حالت تعادل تعداد مولهای جسم C برابر 3/0 مول و تعداد مولهای A برابر 2/0 مول باشد. X کدام است؟
1) 4/0 2) 2/0 3) 5/0 4) 3/0
پرسش:5/2 مول NOCl را در یک ظرف سربسته به حجم 2 لیتر در دمای ثابت مناسب قرار می دهیم تا تعادل برقرار شود، هرگاه 20 درصد NOCl از این راه تجزیه شود، ثابت تعادل را بدست آورید؟
1) 2-10*25/6 2) 3-10*8/7 3) 2-10*12/3 4) 1-10*12/3
پرسش: در واکنش تعادلی در صورتی که غلظت N2 و NH3 در حال تعادل به ترتیب 1/0 و 003/0 مول باشد مطلوب است K ؟
1) 300 2) 3 3) 3/0 4) 1/0
پرسش: یک مول گاز را در ظرف سر بسته 5 لیتری گرم می کنیم تا تعادل گازی برقرار شود، اگر در حالت تعادل در مجموع 25/1 مول گاز در ظرف واکنش موجود باشد ثابت تعادل در شرایط آزمایش کدام است؟
1) 2) 3) 4)
سوال؟ اثر هر یک از تغییرهای زیر را بر تعادل گازی مشخص کنید. این واکنش در ظرفی به حجم ثابت روی می دهد؟
1) افزودن 2) خارج کردن

49
شیمی پیش 1

10