2. ECHILIBRUL CHIMICConsideraii teoretice

ntr-o reacie chimic reversibil la un moment dat, n condiii determinate de temperatur i presiune se stabilete starea de echilibru dinamic, caracterizat printr-o compoziie invariabil n timp.

Reacie chimic reversibil - reacie care poate decurge n ambele sensuri n cursul creia ntre participanii la reacie se poate stabili, n anumite condiii de reacie, un echilibru chimic: N2 + 3H2 2NH3Starea de echilibru

stare stabil i independent de timp a unui sistem; n condiii exterioare constante;(presiune, temperatur) se poate menine timp nelimitat;

prezint mobilitate, adic revine spontan la starea iniial, cnd nceteaz aciunea perturbatoare;

este rezultatul a dou procese care se desfoar cu viteze egale, dar n sensuri opuse aceasta justificnd caracterul dinamic al strii de echilibru. Caracteristicile echilibrului chimic:

reactanii i produii de reacie coexist, concentraiile lor rmn neschimbate;

reaciile direct i invers decurg simultan i cu viteze egale vd = vi 0; viteza total de reacie este nul pentru reacia reversibil vt = vd - vi = 0.Echilibrul chimic se poate instala att din direcia reactanilor ct i din direcia produilor de reacie.

n continuare sunt prezentate cteva tipuri de echilibre chimice:A. Echilibrul de protoliz se instaleaz ntr-o reacie acido-bazic (reacie cu transfer de protoni):

CH3COOH+H-OH CH3COO-+H3O+ (disociere acid slab n ap) (3.1)NH3+H-OH NH4OHNH4++HO- (disociere baz slab n ap) (3.2)HCl + NaOH Na+ + Cl- + HOH (reacia de neutralizare acid baz) (3.3)CH3COONa+H-OH CH3COOH+NaOH (reacia de hidroliz a unei sri) (3.4)B. Echilibrul de precipitare se instaleaz ntre substana nedizolvat (greu solubil) i soluia saturat a respectivei substane greu solubile:Ba +2 (aq) + SO4-2 (aq) BaSO4 (s)

(3.5)

soluie saturat (ioni substan nedizolvat) (s)

Formarea precipitatului are loc atunci cnd la amestecarea a dou soluii cu ionii unei sri greu solubile, produsul concentraiilor acestor ioni este mai mare dect produsul de solubilitate, Ps al srii.

Ks = produsul concentraiilor ionilor unei substane greu solubile, dizolvat n soluia saturat (constanta de echilibru a echilibrelor de solubilitate):

AmBn (s) m A+z (aq) + n B-z(aq)

(3.6)

(3.7)C. Echilibrul de oxido-reducere se stabilete n cazul reaciilor cu schimb de electroni, ntre perechile redox corespondente:

M+z + ne- M(z-n)+

(3.8)

Fe3+ + e- Fe+2

(3.9)

Br20 + 2NaOH NaBr+1O + NaBr-1 + H2O

(3.10)

D. Echilibrul de formare a complecilor se instaleaz n reacia ionilor metalici (hidratai) cu liganzii; n reacia cu liganzii monodentai are loc treptat dislocarea moleculelor de ap:

[Ag( H2O)2]+ + NH3 [Ag(NH3)(H2O)]+ + H2O

(3.11)

[Ag(NH3)(H2O)]+ + NH3 [Ag(NH3)2]+ + H2O

(3.12)

Constante de echilibru

Pentru o reacie chimic general n faz de gaz:

nAA + nBB nCC + nDD

(3.1.1)

unde, nA,nB, nC i nD coeficieni stoechiometrici; - viteza reaciei directe, respectiv viteza reaciei inverse.condiia cinetic de echilibru este ca vitezele celor dou procese s fie egale:

(3.1.2)

iar, condiia termodinamic de echilibru la T=ct. i P=ct. este ca variaia entalpiei libere a sistemului s fie nul:

(3.1.3)

, legea aciunii maselor(3.1.4)

- constanta de echilibru n funcie de concentraie, descrie n mod preferenial echilibrele chimice ntre substanele aflate n soluie; .Legea aciunii maselor. Guldberg i Waage au stabilit n anul 1867 c raportul dintre produsul concentraiilor produilor de reacie la puteri egale cu coeficienii lor stoechimetrici i produsul concentraiilor reactanilor la puteri numeric egale cu coeficienii lor stoechiometrici este o constant, numit constant de echilibru, Kc (3.1.4).

(3.1.5)

- constanta de echilibru n funcie de presiunile pariale, descrie echilibrele ntre partenerii de reacie gazoi; .

(3.1.6)

Kx = constanta de echilibru n funcie de fraciile molare, descrie echilibrele ntre partenerii de reacie gazoi.

Kc, Kp i Kx sunt dependente de temperatur.

unde, p, x i c reprezint presiunea parial, fracia molar i concentraia molar a unui component la echilibru.

Folosind relaiile:

(3.1.7)

(3.1.8)

unde, P - presiunea total a amestecului gazos,

R =8,314 [J/molK]=1,987 [cal/ molK] i reprezint constanta general a gazelor,

T temperatura absolut, [K] .Relaia ntre cele trei constante de echilibru:

(3.1.9)

- reprezint variaia stoechiometric a numrului de moli n reacia chimic,

(3.1.10)

dac, .Factorii care influeneaz echilibrul chimic:

Concentraia - Modificarea concentraiei unuia din componenii amestecului de reacie, va determina desfurarea reaciei chimice n sensul care se consum substana adugat;

Temperatura - Creterea temperaturii unui sistem n echilibru (la p = constant) favorizeaz reacia ce consum cldur (endoterm) i defavorizeaz reacia ce se produce cu degajare de cldur (exoterm). Reaciile reversibile, dac sunt endoterme ntr-un sens, sunt exoterme n sensul invers;

Presiunea - Este caracteristic reaciilor de echilibru n faz gazoas care se produc cu variaie de volum. Creterea presiunii (la t0 C = constant) determin deplasarea echilibrului n sensul concentraiei de volum, echivalent cu micorarea numrului de moli.

pH-ul Este caracteristica reactiilor de echilibru in care se formeaza un acid sau o baza. 3.1 Influena concentraiei asupra echilibrului chimic.Principiul Le ChtelierScopul lucrrii

Se aplic principiul lui Le Chtelier pentru a examina deplasarea echilibrului chimic n funcie de concentraie. Se va studia n mediu omogen, lichid, reacia dintre FeCl3 (clorur feric) i KSCN (sulfocianur de potasiu) cu formarea de Fe(SCN)3 (sulfocianur feric) i KCl (clorur de potasiu);

Se calculeaz constanta de echilibru a reaciei reversibile dintre FeCl3 i KSCN care decurge n soluie.

Introducere Starea de echilibru se stabilete atunci cnd vitezele cu care se desfoar cele dou reacii opuse i simultane sunt egale.

Pentru reacia:

nAA + nBB nCC + nDD

(3.2.1)

Viteza reaciei directe este:

(3.2.2)Viteza reaciei inverse este:

(3.2.3)

EMBED Equation.3

(3.2.4)

(3.2.5) variaia numrului de moli

(3.2.6)

Relaia , reprezint legea aciunii maselor

(3.2.7)

Deplasarea echilibrului chimic se face n conformitate cu principiul lui Le Chtelier, principiul diminurii constrngerii. Conform acestui principiu, dac un sistem aflat n echilibru chimic sufer o constrngere, echilibrul se deplaseaz n sensul diminurii constrngerii.

Constrngerea poate fi reprezentat de variaia temperaturii, a concentraiei sau a presiunii, conform tabelului 1.

Tabel nr. 1

Constrngere exterioarEfectul asupra echilibrului chimic

Concentraia:-reactanilor crete

-reactanilor scade

-produilor de reacie crete

-produilor de reacie scadefavorizeaz reacia direct

favorizeaz reacia invers

favorizeaz reacia invers

favorizeaz reacia directPn

se

instaleaz

un

nou echilibru chimicde reacie

Temperatura: - crete - scadefavorizeaz reacia endoterm

favorizeaz reacia exoterm

Presiunea: - crete

- scade

favorizeaz reacia care decurge cu scderea volumului

favorizeaz reacia care decurge cu creterea volumului

n aceast lucrare se studiaz influena concentraiei asupra echilibrului chimic efectund urmtoarea reacie, care decurge n soluie:

FeCl3 + 3KSCNFe(SCN)3 + 3KCl

(3.2.8)Galben incolor incolor rosu intensincolor

(3.2.9) Aparatur i substane: pahar Berzelius, eprubete, stativ pentru eprubete, cilindru gradat, pipete, spatul, termometru, par de cauciuc, soluii de FeCl3 i KSCN, KCl solid.

Mod de lucru

ntr-un pahar Berzelius se introduc 39 mL ap distilat msurai cu un cilindru gradat, peste care se adaug 0.5 mL FeCl3 i 0.5 mL KSCN msurai cu o pipet gradat.

Se noteaz temperatura T a soluiei. Din soluia obinut se toarn volume egale (10 mL) n 4 eprubete, astfel:

- Eprubeta 1 se pstreaz ca etalon de culoare.

- n eprubeta 2 se introduc 4-5 picturi FeCl3.

- n eprubeta 3 introduc cte 4-5 picturi KSCN i un vrf de spatul KCl. - n eprubeta 4 se introduce un vrf de spatul KCl i se agit pn la dizolvare.Calitativ se va observa deplasarea echilibrului chimic prin compararea culorilor diferitelor probe n care s-a variat pe rnd concentraia uneia din substanele iniiale sau finale.

Rezultate i calcule

Se completeaz tabelul 2 comparnd culorile obinute cu, culoarea soluiei din eprubeta etalon i schimbrile de culoare se explic n funcie de modul n care s-a produs deplasarea echilibrului chimic:

Tabel nr. 2 Deplasarea echilibrului chimic

Nr.

Eprub.Culoare iniialSe adaug n excesCuloare

finalSensul deplasrii echilibrului chimic

(FeCl3)aqKSCN(aq)KCl(s)

1---

24-5 pic.--

3-4-5 pic.un vrf

4--un vrf

Se calculeaz compoziia de echilibru, pe baza bilanului de material, cunoscnd: concentraiile iniiale ale reactanilor i tiind c la echilibru n cei 40 mL soluie (rezultat prin amestecarea reactanilor cu apa) se formeaz 0.0005 mol Fe(SCN)3.

Se completeaz tabelul 3:

Tabelul nr. 3 Bilan materialConcentraie [mol/L]FeCl3KSCNFe(SCN)3KCl

iniial

consumat

echilibru

Se calculeaz constanta de echilibru Kc cu relaia (3.2.9).

Se calculeaz entalpia liber de reacie G cu relaia:

.

(3.2.10)Interpretarea rezultatelor: Se trag concluziile pentru sensul n care s-a deplasat echilibrul chimic n cele 3 eprubete pe baza principiului lui Le Chtelier.

PAGE 5

_1315662233.unknown

_1315662294.unknown

_1315921310.unknown

_1315922108.unknown

_1315662387.unknown

_1315918873.unknown

_1315662347.unknown

_1315662279.unknown

_1315662286.unknown

_1315662271.unknown

_1273830532.unknown

_1290798247.unknown

_1290798267.unknown

_1293604787.unknown

_1315662213.unknown

_1293604857.unknown

_1290798426.unknown

_1290798257.unknown

_1273830644.unknown

_1290714696.unknown

_1290748787.unknown

_1290749042.unknown

_1290522800.unknown

_1273830562.unknown

_1272704332.unknown

_1272708618.unknown

_1272708669.unknown

_1273826297.unknown

_1272704733.unknown

_1272701173.unknown

_1272701192.unknown

_1272700152.unknown

_1256199760.unknown