Chemické reakce a rovnováhy
Přihlásit se
Chemické reakce a rovnováhy (6/6) · 7:57

Příklady na Le Chatelierův princip Ilustrace Le Chatelierova principu na příkladu reakce rozkladu uhličitanu vápenatého.

Navazuje na Chemickou vazbu.
V tomto videu se podíváme na příklad reakce využívající Le Chatelierův princip. Takže teď se pokusíme aplikovat Le Chatelierův princip a podíváme se na různé změny v této reakci, ke kterým dojde po narušení její rovnováhy. Jen tu rychle vyjasníme co vlastně myslím tím, že tato reakce je v rovnováze? To znamená, že zde máme vratnou reakci. Máme zde přímou reakci, která má nějakou rychlost kf. Zpětná reakce má také nějakou rychlost kb a obě jsou v dynamické rovnováze. Tyto rychlosti si musí být rovné. Takže všechny koncentrace zůstanou konstantní. A pak se rozhodneme, že se chceme podívat, co se stane, když přidáme nějaký plynný oxid uhličitý. Pokud přidáme oxid uhličitý, koncentrace oxidu uhličitého vzroste, lze to také vyjádřit jako vzrůst parciálního tlaku. A Le Chatelierův princip nám říká, že pokud jsme měli reakční rovnováhu a tu jsme porušili přidáním více CO₂, rovnováha se posune tak, aby se zmenšil efekt této změny. Upřednostní se zpětná reakce. Pokud přidáme CO₂, přibude našich reaktantů. Další způsob, jak se na to dívat, je sledovat rovnovážnou konstantu pro tuto reakci. Můžeme napsat naši rovnovážnou konstantu K, psanou s velkým K. Je to celkem matoucí, ale pokusím se, aby to opravdu vypadalo jako velké K. Můžeme to napsat dvěma způsoby. Můžeme to napsat z pohledu molární koncentrace a pokud napíšeme Kc, budeme vyjadřovat koncentraci produktů, naši koncentraci plynného CO₂. A to je vše, protože když vyjadřujeme Kc, zapisujeme koncentraci plynů a koncentraci roztoků, ale nezahrnujeme do toho pevné látky. Kc je pouze rovnovážná koncentrace CO₂. Napíšu tu tedy "eq" (rovnováha), abych ukázala, že jde o koncentraci při rovnováze. Říkala jsem, že to také můžete vyjádřit formou parciálních tlaků. Takže tady je naše zdobné K s "p" v dolním indexu, což značí, že místo koncentrací píšeme všechno pro plyny ve formě parciálních tlaků. Máme tedy parciální tlak CO₂, a to je opět všechno, protože všechno ostatní je pevná látka, takže to nezahrnujeme do našeho vyjádření rovnováhy. Vypsat si tyto výrazy bude hodně užitečné pro náš další případ. Budeme přemýšlet o tom, co se stane, když zvětšíte objem nádoby. Parciální tlak můžeme přepsat s vyjádřením objemu. Když použijeme zákon ideálního plynu, parciální tlak CO₂ se rovná molům CO₂ krát RT, děleno objemem. Podobně si můžeme přepsat molární koncentraci jako moly děleno objem. Pokud zvětšíme objem nádoby, jelikož objem je ve jmenovateli, tlak klesne. Takže náš parciální tlak CO₂ také klesne a už nebudeme v rovnováze. To samé platí pro koncentraci. Narušení rovnováhy se projeví snížením koncentrace CO₂. La Chatelierův princip nám říká, že naše reakce se pokusí vyrovnat tuto změnu. Pokusí se dostat zpět do rovnováhy a zkusí opět zvýšit koncentraci CO₂, takže bude muset upřednostnit produkty. Naše reakce tedy poběží ve prospěch produktů, aby se zvýšil počet molů CO₂, abychom se dostali zpátky na rovnovážnou koncentraci CO₂ a rovnovážný parciální tlak. Třetí změna, na kterou se podíváme, je, co se stane, když přidáme argon. Argon je inertní plyn. Nečekáme, že bude s čímkoliv reagovat. Co se stane, když přidáte argon je, že se zvýší celkový tlak v nádobě, takže dojde ke zvýšení celkového tlaku. To nám ale ve skutečnosti neříká, co to udělá s naší rovnováhou. Pojďme se podívat zpátky na vyjádření rovnováhy pomocí Kc a Kp. Můžeme vidět, že parciální tlak pro Kp závisí pouze na molech CO₂ a objemu. Protože jsme nezměnili moly CO₂, ale ani objem, tak přesto, že jsme zvýšili celkový tlak, parciální tlak CO₂ zůstal pořád stejný. To znamená, že jsme nevychýlili naši reakci z rovnováhy a protože jsme to neudělali, nedojde k žádnému posunu. Stále jsme v rovnováze. Koncentrace zůstanou stejné. Co se stane, když přidáme více uhličitanu vápenatého? To je náš reaktant a je to pevná látka. Naše vyjádření rovnováhy je dané koncentrací CO₂, takže přidáním dalšího uhličitanu, který je pevný, neporušíme rovnováhu v naší reakci. Reakce bude stále v rovnováze a nedojde k žádnému posunu v koncentracích. Ještě se podíváme na jednu věc. Podíváme se na to, co se stane, když přidáte kalalyzátor. Řekněme, že chceme urychlit tuhle reakci. Můžeme si představit, co se děje, když přidáme katalyzátor pomocí energetického diagramu. Pokud máme tento diagram, máme energii na ose Y a díváme se na rozdíl v energii mezi reaktanty a produkty. A teď jsem si v podstatě vymyslela tyhle relativní energie. Jak jsem tady nakreslila, můžeme vidět, že naše produkty mají menší energii, než naše reaktanty a rychlost dopředné reakce kf, která je tady nahoře, je určena velikostí této aktivační bariéry mezi našimi reaktanty a přechodným stavem. Rychlost zpětné reakce kb je určena velikostí této energetické bariéry. Tedy rozdílem energie produktu a přechodného stavu. Pokud dodáme katalyzátor do reakce, můžeme o tom přemýšlet jako o snížení aktivační energie naší reakce. A to znamená. že máme nižší energetickou bariéru pro naší přímou reakci, takže naše přímá reakce se zrychlí, ale taky to sníží hodnotu pro naši zpětnou reakci. k(b), se taky zrychlí. A protože se zrychlí jak přímá, tak zpětná reakce, přidáním katalyzátoru nevychýlíme naši reakci z rovnováhy. Přidání katalyzátoru se neprojeví posunem v koncentracích. Na tomto příkladu mi přijde nejvíc zapeklité přidání inertního plynu. Přidáním inertního plynu se sice zvýší celkový tlak, ale ve skutečnosti neudělá nic z žádným z parciálních tlaků. Nevyvede to reakci z rovnováhy. A to samé platí pro pevné látky a katalyzátory. Všechny tři věci – inertní plyny, pevné látky a katalyzátory neposunou reakci z rovnováhy.
video