Σημειώσεις για την 2η άσκηση Φυσικοχημείας
Η άσκηση είναι μια πειραματική επιβεβαίωση της αρχής του Λε Σατελιέ.
"..Η αρχή αυτή διατυπώνεται ως εξής: Όταν μεταβάλλεται ένας από τους παράγοντες που
καθορίζουν την ισορροπία ενός συστήματος, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται με τέτοιο τρόπο
ώστε να αναιρέσει την μεταβολή αυτή" ( Σημειώσεις, σελ. 18)
Η αντίδραση που μελετάται είναι η ακόλουθη:
FeCl3 + 3NH4SCN ↔ Fe(SCN) 3 + 3NH4Cl
αντιδρώντα προϊόντα
Η σταθερά ισορροπίας (από τον νόμο δράσης των μαζών, σημειώσεις, σελ.15), είναι
Keq = [Fe(SCN) 3] [NH4Cl]3
/ [FeCl3] [NH4SCN]3
όπου το σύμβολο [ ] εκφράζει τις συγκεντρώσεις των αντιστοίχων χημικών ενώσεων.
Η Keq είναι σταθερά, εξαρτάται όμως από την θερμοκρασία (Σημειώσεις, σελ. 16).
(Σημείωση: Μαθηματικά, αν αλλαχθεί ένας από τους όρους του κλάσματος, για να συνεχίσει να ισχύει η ισότητα, τότε πρέπει να αλλάξει και ο άλλος όρος του κλάσματος. ΑΝ πχ αυξηθεί η συγκέντρωση του θειοκυανιούχου σιδήρου, Fe(SCN) 3 , ενός δηλαδή προϊόντος, τότε πρέπει να αυξηθεί και ο παρανομαστής επίσης, ώστε το κλάσμα να διατηρήσει την τιμή του σταθερή και ίση με Keq. Αύξηση του παρανομαστή όμως σημαίνει αύξηση των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων. Άρα η αντίδραση μετατοπίστηκε αριστερά, προς τα αντιδρώντα, όπως αναμένεται από την αρχή του Λε Σατελιέ.) Πειραματικά, η αρχή του Λε Σατελιέ επιβεβαιώνεται από τις χρωματικές αλλαγές του διαλύματος, οι οποίες οφείλονται στην συγκέντρωση του Fe(SCN)3 ,όταν στο εν ισορροπία σύστημα, προστίθενται μικρές ποσότητες των χημικών ενώσεων, όπως φαίνεται και στον ακόλουθο πίνακα:
Αριθμός δείγματος Προσθήκη χρώμα Μετατόπιση αντίδρασης προς
2ο FeCl3 Σκουρότερο Προϊόντα (δεξιά)
3ο NH4SCN Σκουρότερο προϊόντα (δεξιά)
4ο NH4Cl Ανοιχτότερο Αντιδρώντα (αριστερά)
5ο Θερμότητα Ανοιχτότερο Αντιδρώντα (αριστερά)
Με την αύξηση δηλαδή ενός εκ των αντιδρώντων (2ο και 3ο δείγμα), η ισορροπία μετατοπίστηκε προς τα δεξιά, ώστε η αύξηση αυτή των αντιδρώντων να μειωθεί. Αντίθετα, με την αύξηση της συγκέντρωσης ενός εκ των προϊόντων (4ο δείγμα), η
ισορροπία μετατοπίστηκε προς τα αριστερά, ώστε η αύξηση αυτή να μειωθεί. Για την κατανόηση της συμπεριφοράς του 5ου δείγματος, θα χρειαστεί η βοήθεια της θερμοχημείας. Έχουμε την ακόλουθη αντίδραση
α + β ↔ γ + δ + Q
όπου Q είναι θερμότητα.
Όταν παράγεται (εκλύεται) θερμότητα, η αντίδραση καλείται εξώθερμη και το Q είναι θετικό (θυμηθείτε την καύση ενός ξύλου στο τζάκι! Αυτό είναι ένα κλασικό παράδειγμα εξώθερμης αντίδρασης, μια και ...ζεσταινόμαστε!!!) Σύμφωνα με την θεωρία (σημειώσεις, σελ. 16), το ΔΗ μιας εξώθερμης αντίδρασης είναι αρνητικό. (Σημείωση: Σε εξώθερμη αντίδραση, το αρνητικό ΔΗ εκφράζει το δεδομένο ότι η ενέργεια των προϊόντων είναι μικρότερη από την ενέργεια των αντιδρώντων,
δηλαδή Η προϊόντων < Ηαντιδρώντων. Άρα Ηπροϊόντων - Ηαντιδρώντων < 0. Αλλά
Ηπροϊόντων - Ηαντιδρώντων =ΔΗ, άρα ΔΗ<0 Επιπλέον, η Κeq επηρεάζεται από την
θερμοκρασία. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η Κeq μειώνεται στις εξώθερμες και
αυξάνεται στις ενδόθερμες αντιδράσεις)
Όταν σε μία αντίδραση απορροφάται θερμότητα, τότε αυτή είναι ενδόθερμη, το Q είναι
αρνητικό και το ΔΗ θετικό.
Δηλαδή,
ΔΗ<0 εξώθερμη αντίδραση και Q θετικό
ΔΗ>0 ενδόθερμη αντίδραση και Q αρνητικό
Η θερμότητα προκαλεί για το σύστημα την ίδια αντίδραση με αυτή που προκαλούν οι συγκεντρώσεις. Ας σημειωθεί ότι, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία σε ένα σύστημα, αυτό γίνεται γιατί του προσδίδουμε θερμότητα. Άρα, σύμφωνα με την αρχή Λε Σατελιέ, το σύστημα θα αντιδράσει (θα κινηθεί) με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώσει την ενέργεια του και επομένως να μειώσει την επίδραση της προσφερομένης ενέργειας.
Αν λοιπόν η αντίδραση είναι εξώθερμη, τότε θα γίνει μετατόπιση της ισορροπίας προς τα αντιδρώντα, ώστε το σύστημα να παράγει λιγότερη θερμότητα.
Το αντίστροφο ισχύει για τις ενδόθερμες αντιδράσεις.
Αφού το 5ο δείγμα έγινε ανοιχτότερο με την αύξηση της θερμοκρασίας (δηλαδή με την παροχή θερμότητας), αυτό δείχνει ότι η ισορροπία της μετατοπίστηκε προς τα αντιδρώντα. Αυτό γίνεται μόνο στις εξώθερμες αντιδράσεις, άρα το ΔΗ της αντίδρασης του πειράματος είναι αρνητικό, δηλαδή ΔΗ<0.
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου