Химиялық тепе-теңдік

Оқулық: Оспанова М.Қ., Аухадиева Қ.С., Белоусова Т.Г. Химия: 9-сынып, 1-бөлім. — Алматы: Мектеп, 2019. Мәтін — оқулық тақырыптары бойынша өз сөзімізбен жазылған конспект. Жақшадағы бет — параграфтың басталатын беті.

§17. Қайтымды және қайтымсыз реакциялар. Химиялық тепе-теңдік (9-сынып 1-бөлім, 63-б.)

Қайтымсыз реакциялар — тек бір бағытта, реагенттердің бірі толық жұмсалғанша жүретін реакциялар. Олардың белгілері: тұнба түзілуі, газ бөлінуі, аз диссоциацияланатын зат (су) түзілуі; сондай-ақ жану реакциялары. Мысалдар: BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl; CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O; 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.

Қайтымды реакциялар — бір мезгілде екі қарама-қарсы бағытта (тура және кері) жүретін реакциялар. Теңдеуде «⇄» белгісімен жазылады. Мысалдар: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃; 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃; H₂ + I₂ ⇄ 2HI; CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃; әлсіз электролиттердің диссоциациясы мен тұздар гидролизі.

Химиялық тепе-теңдік — тура реакция жылдамдығы кері реакция жылдамдығына тең болатын жүйенің күйі: v(тура) = v(кері).

Тепе-теңдіктің орнығуы: реакция басында тура реакция жылдамдығы ең үлкен, ал кері реакция жылдамдығы нөлге тең. Реагенттер жұмсалған сайын тура реакция баяулайды, өнімдер жиналған сайын кері реакция жылдамдайды. Белгілі бір уақытта екі жылдамдық теңеседі.

Тепе-теңдік — динамикалық: реакциялар тоқтамайды, бірақ заттардың концентрациялары өзгеріссіз қалады (тепе-теңдік концентрациялар). Сыртқы жағдай (температура, қысым, концентрация) өзгермейінше, тепе-теңдік сақталады.

Тепе-теңдік константасы: aA + bB ⇄ cC + dD үшін K = [C]ᶜ·[D]ᵈ / ([A]ᵃ·[B]ᵇ). K үлкен болса, тепе-теңдік өнімдер жағына ығысқан.

§18. Тепе-теңдіктің ығысу жағдайлары. Ле Шателье принципі (9-сынып 1-бөлім, 65-б.)

Ле Шателье принципі: тепе-теңдіктегі жүйеге сырттан әсер етілсе (температура, қысым, концентрация өзгертілсе), тепе-теңдік сол әсерді әлсірететін реакция бағытына қарай ығысады.

Концентрацияның әсері: реагенттің концентрациясын арттыру немесе өнімді жүйеден шығарып отыру тепе-теңдікті оңға (өнімдер жағына) ығыстырады; өнімнің концентрациясын арттыру — солға.

Температураның әсері: қыздырғанда тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына, суытқанда экзотермиялық реакция бағытына ығысады. Мысал: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q (экзотермиялық) — аммиак шығымын арттыру үшін температураны тым көтеруге болмайды.

Қысымның әсері (газдар үшін): қысымды арттырғанда тепе-теңдік газ молекулаларының саны (көлемі) аз жаққа, төмендеткенде — көп жаққа ығысады. Мысал: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ — сол жақта 4 моль газ, оң жақта 2 моль, сондықтан қысымды арттыру аммиак түзілуін қолдайды. H₂ + I₂(г) ⇄ 2HI — екі жақта да 2 моль газ, қысым тепе-теңдікке әсер етпейді.

Катализатор тепе-теңдікті ығыстырмайды — ол тура және кері реакцияларды бірдей жылдамдатып, тепе-теңдіктің тезірек орнауына көмектеседі.

Өндірістегі маңызы: аммиак синтезі (Габер процесі) — жоғары қысым (≈ 200–300 атм), орташа температура (≈ 450–500 °C), темір катализаторы және түзілген аммиакты салқындатып бөліп алу; күкірт қышқылы өндірісінде SO₂-ні SO₃-ке тотықтыру — артық ауа, V₂O₅ катализаторы, ≈ 450 °C.

Мысал-есеп: 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ + Q жүйесінде SO₃ шығымын арттыру үшін не істеу керек? Жауабы: қысымды арттыру (3 моль газ → 2 моль), O₂ концентрациясын арттыру, SO₃-ті шығарып отыру, температураны шамадан тыс көтермеу.

№7 зертханалық жұмыс. Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы (9-сынып 1-бөлім, 68-б.)

1-тәжірибе (температураның әсері): натрий ацетаты ерітіндісіне фенолфталеин тамызылып қыздырылады — ерітінді таңқурай түске енеді. Сынауықты суық су ағынымен суытқанда түс әлсірейді немесе жоғалады, қайта қыздырғанда түс қайта пайда болады. Түсіндірме: ацетаттың гидролизі CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻ — эндотермиялық процесс; қыздырғанда тепе-теңдік оңға ығысып, OH⁻ көбейеді, суытқанда солға ығысады.

2-тәжірибе (концентрацияның әсері): фенолфталеин қосылған аммоний гидроксиді ерітіндісі екі сынауыққа құйылады, біреуіне аммоний хлоридінің кристалдары салынады. Тұз салынған сынауықта таңқурай түс әлсірейді. Түсіндірме: NH₃·H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻; NH₄⁺ иондарының концентрациясын арттырғанда тепе-теңдік солға ығысады, OH⁻ азаяды.

Қорытынды: екі тәжірибе де Ле Шателье принципін растайды.