Hemijska ravnoteza

Predmet: Hemijski parametri radne i životne sredine

Seminarski rad

Tema: Hemijska ravnoteža

Mentor:

Studenti:

Niš, 2015. god.

dr Amelija Đorđević

Luka Popović  13010

 SADRŽAJ

UVOD.................................................................................................................

3

1

. H

emijska ravnoteža.............

...............................................................................

4

                1

.2.1.

Termodinamičko izvođenje konstante ravnoteže

..........

...

....................

7

1

.1. Hemijski afinitet..........................................................................................

4

1

.1.1.

Određivanje slobodne energije

....................................

...

.....

....

........

...

.

5

1

.1.2.

Električni metod za određivanje promene slobodne energije

.....

...

...

..

.

5

1

.1.3.

Standardne slobodne energije reakcija

...........

...

.................................

6

1

.2. Konstanta ravnoteže.....................................................................

......

.......

...

6

  1

.2.2.

Ravnoteža u tečnim sistemima

............

......

..

.

.......

..

...........................

..10

1

.2.3.

Uticaj inertnih gasova i viška reaktanata

.....

..

...................

...

.............

10

1

.2.4.

Reakciona izoterma

...........................................................................

11

1

.2.5.

Idealni tečni sistemi

..........................................................................

.

11

1

.2.6.

Aktivnosti i reakcione brzine

.

..

..........................................................1

2

1

.3. Zavisnost konstante ravnoteže od temperature........................................

...

1

3

1

.4. Le Chatielier-Braunov princip pokretne ravnoteže....................................1

4

1

.5. Ravnoteža u homogenim sistemima...........................................................1

5

1

.6. Povezivanje ravnoteža................................................................................1

8

1

.7. Ravnoteže u tečnim sistemima...................................................................1

9

1

.8. Ravnoteže u  heterogenim sistemima.........................................................

20

LITERATURA................................................

.....

...................................................

22

Težnja elemenata i jedinjenja da stupaju u hemijsku reakciju nazvana je 

hemijskim 

afinitetom

 reagujućih supstancija. Boyle (1674) je zaključio da velike količine reaktanta 

mogu "nadoknaditi nedostatak njihove jačine afiniteta", dok je Bergman (1775), uočio 

da je često potrebno upotrebiti višak reagujuće supstancije da se reakcija dovede do 

kraja. Wenzel (1777) je merio afinitet reagujućih supstancija merenjem brzine kojom 

one reaguju i tako došao do zaključka da je brzina reakcije srazmerna koncetracijama 

reaktanata. Berthollet (1803) je istakao da hemijska aktivnost jedne supstancije zavisi 

od jačine njenog afiniteta i mase koja je prisutna u datoj zapremini. Guldberg i Waage 

(1864) su, baveći se problemom hemijske ravnoteže, formulisali "

Zakon o hemijskom 

dejstvu masa

" koji kaže da je brzina hemijske reakcije srazmerna aktivnim masama 

reagujućih supstancija, uzimajući da je koncetracija susptancije u rastvoru ili u gasnoj 

fazi   merilo   njene   aktivne   mase.   Thomsen   (1854)   i   Berthelot   (1867)   su   smatrali   da 

kvantitativnu  meru hemijskog afiniteta  reaktanta predstavlja  količina toplote koja se 

oslobodi   pri   spontanom   odigravanju   hemijske   reakcije.   Van

'

t   Hoff   je   predložio   da 

hemijski   afinitet   treba   meriti   pomoću   smanjenja   slobodne   entalpije  

Δ

G:   pri 

reverzibilnom   izotermskom   vođenju   procesa,   hemijski   afinitet   je   jednak   promeni 

slobodne entalpije 

ΔG, 

odnosno maksimalnom korisnom radu hemijske reakcije A

k

, ako 

u   sistemu   dolazi   do   prevođenja   slobodne   entalpije   u   koristan   rad.   Afinitet   se   meri 

pomoću 

ΔG

 pri konstantnom pritisku, a pomoću 

ΔF

 pri konstantnoj zapremini sistema. 

Najveći   hemijski   afinitet   imaju   reaktanti   čijim   sjedinjavanjem   dolazi   do   najvećeg 

smanjenja slobodne entalpije sistema 

ΔG.

 Zato se u zatorenom sistemu pri konstantnom 

pritisku i konstantnoj temperaturi, sam od sebe dešava proces samo u pravcu smanjenja 

slobodne   entalpije.   Ako   je  

ΔG

  pozitivna   vrednost,   što   znači   da   postoji   povećanje 

slobodne entalpije, reakcija se pod tim uslovima ne dešava. Reakcija se može odigrati 

ako se izmene temperatura, parcijalni pritisak ili koncetracija reaktanata i produkata 

reakcije. Ako postoji mogućnost za odvijanje paralelnih reakcija, odigraće se reakcija 

koja teži najvećem smanjenju funkcije G. Otuda, 

ΔG

0

 služe kao kriterijum za stabilnost 

tih jedinjenja.

4

1

. HEMIJSKA RAVNOTEŽA

1

.1. HEMIJSKI AFINITET

Od   posebnog   značaja   je   jednačina   reakcione   izoterme   pošto   direktno   daje 

smanjenje  slobodne energije  koje proizilazi  iz prevođenja  reaktanata  u produkte pri 

proizvoljno izabranim aktivnostima. Umesto aktivnosti mogu se uzeti parcijalni pritisci 

za gasne reakcije ili koncetracije ili molski udeli za reakcije u rastvorima, pod uslovom 

da ne postoji ozbiljno odstupanje od idealnog ponašanja. 

Primer:   Određivanje   slobodne   energije   prelaza   rombičnog   (α)   sumpora   u 

monoklinični   (β)   sumpor   na   određenoj   temperaturi.   Smanjenje   slobodne   energije 

prelaza jednog mola od α do β sumpora, preko pare, je 

-ΔF=μ

α

-μ

β

=RT ln p

α / 

p

β

(1)

Ispod   94

0

C,   α   oblik   je   stabilan   pa   ima   niži   napon   pare,   -ΔF   ima   negativnu 

vrednost, ΔF je pozitivna, pa nije moguć spontan prelaz od α do β oblika. Preko 94

0

C, p

α 

je   veće   od

p

β

,   ΔF   je   negativna   i   reakcija   prelaženja   α   do   β   sumpora   se   odigrava 

spontano. Na prelaznoj tački (94

0

C) dva oblika su u ravnoteži, ΔF je nula, oba oblika 

moraju imati isti napon pare.

To je najtačnija metoda za određivanje promena slobodne energije reakcija koje 

obuhvataju elektrolite kad se reakcija dešava u termodinamički reverzibilnoj ćeliji. Ako 

je E elektromotorna sila ćelije, a nF broj kulona elektriciteta koja mora proći da se 

odigra reakcija u obimu predstavljenom hemijskom jednačinom, tada je električni rad 

nEF. Ovo je ukupan reverzibilan rad, odvojen od rada usled promene zapremine i može 

se  identifikovati  sa  smanjenjem   slobodne  energije   koje  prati  odigravanje  reakcije  u 

ćeliji, pod uslovom da se elektromotorna sila meri na konstantnom pritisku, pa je:

-ΔF=nFE

(2)

5

1

.1.1. Određivanje slobodne energije

1

.1.2. Električni metod za određivanje promene 

   slobodne energije

gde  

a

,  

b

  predstavljaju  brojeve  molekula  reaktanata  

A

,  

B

, a  

L

,  

m

  brojeve  molekula 

produkata 

L

, 

M 

važi sledeće: 

L

m

L

M

1

a

b

A

B

2

  (c ) (c )

k

=

=

(c ) (c )

k

⋅

Κ

⋅

K

K

(5)

Van

'

t Hoff je izveo misaoni ogled pomoću koga je dao relaciju između promene 

slobodne entalpije hemijske reakcije i konstante ravnoteže hemijskog sistema. Hemijska 

reakcija se odigrava u gasnom stanju, na reverzibilan i izoterman način, a izvodi se u 

reakcionoj   komori,   koja   je   preko   polupropustljivih   membrana   povezana   sa   četiri 

cilindra.

Slika br. 1. Van

'

t Hoffova reakciona komora

U ovoj komori se u određenom trenutku uspostavlja hemijska ravnoteža: 

P

o

A 

+ P

o

B  



→

←



P

o

C 

+ P

o

D

gde su sa 

P

o

označeni ravnotežni pritisci učesnika reakcije. 

Promena slobodne entalpije hemijske reakcije može se izračunati iz promene 

pritisaka koje su se tokom reakcije dešavale u komori. Kako je 

d

G=V

d

P-S

d

T, a reakcija 

se izvodi pri izotermalnim uslovima, imamo da je:

d

G=V

d

P

(6)

G

2

-G

1

=ΔG=RT ln 

2

1

P

P

(7)

7

1

.2.1. Termodinamičko izvođenje konstante ravnoteže

Van't Hoffov ogled