Kimyoviy muvozanat Le Shatelye prinsipi

Kimyoviy muvozanat, uning siljishi

Kimyoviy jarayonda hosil bo‘ladigan mahsulotlar konsentratsiyasi ma’lum miqdorga yetganda reaksiya tezligi kamaya borishi ma’lum miqdordagi mahsulotning boshlang‘ich moddalarga aylanishi bilan bog‘langan.

Bunday vaziyatda o‘ng tomonga boradigan reaksiya tezligi bilan chap tomonga boradigan reaksiya tezligi orasida ma’lum munosabat kuzatiladi. Bu munosabat o‘zgarmas bo‘lganda sistema dinamik muvozanat holatiga o‘tadi. Bunday muvozanatda qarama-qarshi tomonlarga yo‘nalgan reaksiyalar tezliklari bir-biriga teng bo‘lib, vaqt birligida qancha mahsulot hosil bo‘lsa, shuncha miqdorda u parchalanib boshlang‘ich moddalarga aylanadi.

Bunday sistemalar uchun muhim xususiyatlar mavjud:

• a) muvozanat holatdagi sistema tarkibi vaqt o‘tishi bilan o ‘zgarmaydi;
• b) agar shunday sistemada tashqi ta’sir natijasida muvozanat buzilsa, u tashqi kuch yolqolishidayoq o ‘z holatiga qaytib keladi;
• d) dinamik muvozanatni omillar ta’sirida xohlagan tomonga siljitish mumkin.

Qaytar reaksiyalar boshlangan vaqtda o‘ng tomonga boradigan reaksiya tezligi ma’lum miqdorda moddalar hosil qilib ortib boradi, u maksimal qiymatga ega bo'lgandan keyin, reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsen­tratsiyasi kamaya boradi va natijada tezlik ham tobora kamayib boradi.
Mahsulot miqdori ortib borishi natijasida teskari reaksiya tezligi ham ortib borishi tabiiydir. Shu jarayon qarama-qarshi tomon borayotgan reaksiyalar tezligi bir xil kattalikka ega bo'lguncha davom etadi. Shunday qaytar reaksiyalar holatini muvozanat konstantasi tavsiflaydi. Uning ifodasini keltirib chiqarami?.
Qaytar reaksiya

aA + bB = cC + dD

uchun o‘ngga va chapga boradigan reaksiyalar tezlik ifodalari

v_o.= k_o.[A]^a • [B]^h va v_ch= k_ch[C]^c • [D]^d bo‘ladi,

k_r va k_o' ikkala reaksiyaning tezlik konstantalari. Ikkala reaksiya tezligi tenglashganda (v_o.= v_ch) k_o' Ikkala reaksiya tezligi tenglashganda (vo.= vch) k o,[A]a • [ 5 ] b= kch[ C)c • [ D]^d bo‘lad i, undan= k_ch[ C)^c • [ D]^d bo‘ladi, undan

(K_M — muvozanat konstantasi.) Har bir qaytar reaksiya uchun bu qiymat ma’lum sharoitda doimiy kattalikka ega. U reaksiyada qatnashuvchi m oddalar konsentratsiyasiga bog‘liq emas, lekin temperatura o‘zgarishiga sezgir. Endotermik jarayonlarda temperatura ko‘tarilsa, muvozanat konstantasi kattalashadi va aksincha, ekzotermik jarayonlarda esa uning kichiklashishiga olib keladi.
Muvozanat konstantasini hisoblash uchun reaksiyada qatnashuvchi moddalarning muvozanat konsentratsiyalarini amalda aniqlash talab etiladi. Bu qiymatlardan boshlang‘ich moddalar konsentratsiyalarini hi­soblash mumkin.

K_M qiymati qancha katta bo ‘lsa, mahsulot unumi shuncha yuqori bo‘ladi.
Muvozanat holatini katalizatorlar o ‘zgartirmaydi, lekin muvozanat holat qaror topishini tezlatadi, ya’ni sistemaning statsionar holatga kelishini osonlashtiradi.

Geterogen kimyoviy muvozanat

Geterogen sistemalarda qattiq yoki suyuq moddalar konsentratsiyasi gazlarnikiga o'xshab o‘zgarmaydi. Ularning konsentratsiyalari reaksiya tezliklari ifodasiga kirmasligi to‘g‘risida aytib o‘tilgan edi. Shunday holat muvozanat konstanta ifodasi uchun ham o‘rin topadi.

Masalan, C_(k)+ CO_2(g)= 2 CO_(g) tenglamasi uchun

fodani gaz moddalar uchun konsentratsiyasini parsial bosim bilan almashtirsak

bo‘ladi.

Le Shatelye prinsipi

Har qanday muvozanat holatidagi sistemaga tashqi omillar (reaksiyada qatnashuvchi moddalar konsentratsiyasi, gazlar uchun tashqi bosim, temperatura) ta’siri natijasida muvozanat o ‘zgarishi kuzatiladi.

Muvozanatning o‘zgarishini 1884-yilda Le Shatelye ta’rifladi:
Muvozanat holatda turgan sistemaga biror tashqi ta’sir o‘tkazilsa (temperatura , bosim yoki m oddalardan birining konsentratsiyasi о‘zgartirilsa), muvozanat shu ta’sirni kamaytiruvchi reaksiya tomon siljiydi.
Sistema temperaturasi ko‘tarilganda muvozanat endotermik jarayon tomoniga, bosim orttirilganda hajmi kamroq bo'lgan moddalar hosil bo‘ladigan reaksiya tomon siljiydi.

Le Shatelye prinsipiga asoslangan holda kimyoviy jarayonlarni boshqarish imkoniyatiga ega bo‘lamiz. Misol uchun o‘ng tomonga boradigan ekzotermik (teskari tomonga esa endotermik) jarayonni olamiz:

N₂+ 3H₂ = 2NH₃, ΔH°₂₉₈ = -92 kJ

Xulosa

Temperatura orttirilganda muvozanat chap tomonga siljiydi, ya’ni ammiakning parchalanishiga olib keladigan reaksiya tezligi ortadi. Tempe­ratura pasayganda (sistema sovitilganda) muvozanat ammiak sintezi (o‘ng tomon) ortadigan tomon siljiydi.
Xulosa qilib aytganda, temperatura ortganda muvozanat endotermik reaksiya tomon, temperatura pasaytirilganda ekzotermik jarayon tomon siljiydi.

Bosim o‘zgarishi bu sistema muvozanatiga ta’sir ko‘rsatadi. Yopiq idishda o'zgarmas temperaturada mahsulotlar kam hajm egallaydi, boshla- ng‘ich moddalar esa ko‘proq hajm egallaydi.
Demak, reaksiya to'g‘ri tomonga borishi natijasida sistemada bosim kamayadi, reaksiya teskari tomonga borganda esa bosim ortadi. Reaksion hajmni siqilganda muvozanat o‘ng tomonga siljiydi va aks holda, bosim kamaytirilganda muvozanat chap tomonga siljiydi.

Konsentratsiya o'zgarishining muvozanatga ta ’sirini ham Le Shatelye prinsipi tushuntiradi. Agar boshlang‘ich moddalardan birining konsentratsiyasi orttirilsa, shu modda ishtirokida o‘ng tomonga boradi­gan reaksiya tezligi ortadi, ya’ni qo‘shilgan modda konsentratsiyasini kamaytirishga olib keladigan reaksiya tezligi teskari tomonga boradigannikiga qaraganda kattaroq bo‘ladi, muvozanat o ‘ng tom onga siljiydi.

Yuqorida ko‘rib o ‘tilgan omillarning muvozanatga ta’siri natijalaridan amaliy xulosalar qilish mumkin. Bizning misolimizda ammiak unumini orttirish uchun reaksiyani mumkin qadar past temperaturada va boshlang‘ich moddalardan birining konsentratsiyasi tenglamadagi stexiometrik nisbatlarga nisbatan kattaroq bo‘lgan sharoitda olib borish yaxshi natijaga olib keladi. Lekin, H₂ va N₂ aralashmasining temperaturasi kamaygan sari reaksiya tezligi ortavermaydi, past temperaturada zarrachalar harakat tezligi kamayadi, aktiv zarrachalar soni kamayadi, reak­siya tezligi ham kamayib ketadi. Shu sababli temperaturani ma'lum darajagacha kamaytiriladi.