화학적 평형의 예를 고려해 봅시다 :
2NO2 (g) → N2O4 (g)
No2는 적갈색이며 N2O4는 무색입니다. NO2가 밀봉 된 대피 유리 용기에 25 ℃에서 유지되면 무색 N2O4로 변환되기 시작합니다. 그러나, 잠시 후, 갈색의 강도가 일정 해져서 NO2의 농도가 더 이상 변하지 않는다는 것을 나타냅니다. 그러한 단계에 도달하면 평형 상태에 도달했다고 말할 수 있습니다.
가역적 반응에서의 화학적 평형은 동일한 속도로 두 개의 반대 반응이 발생하는 상태로 정의 될 수있다. 반응은 멈추지 않습니다.
반응이 유형 인 경우 :JA + KB ⇌ LC + MD
질량 행동의 법칙은 아래에 주어진 평형 표현으로 표시 될 수 있습니다.
k =[c] l [d] m ∕ [a] j [b] k
여기서 k는 평형 상수입니다.
화학 평형의 유형 및 예
화학적 평형에는 두 가지 유형이 있습니다 :(i) 균질하고 (ii) 이종.
균질 평형
모든 반응물과 생성물이 동일한 상태에 존재하는 가역적 반응, 즉 단 하나의 상만 존재하는 반응은 균질 반응이다. 이러한 화학 반응에서 평형이 달성되면 균질 평형으로 알려져 있습니다.
균질 반응은 세 가지 유형으로 분류 될 수 있습니다 :
첫 번째 유형 :반응에서 분자의 수는 변하지 않습니다. 예는 다음과 같습니다.
(a) H2 (g) + i2 (g) ⇌ 2hi (g)
(B) CH3COOH (L) + CH3CH2OH (L) ⇌ CH3COOCH2CH3 (L) + H2O (L)
두 번째 유형 :반응에서 분자 수가 증가합니다. 예는 다음과 같습니다.
(A) PCL5 (G) ⇌ PCL3 (g) + Cl2 (g)
(b) 2NH3 (g) ⇌ n2 (g) + 3H2 (g)
세 번째 유형 :반응에서 분자의 수가 감소합니다. 예는 다음과 같습니다.
(a) N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
(b) 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)
평형 상수의 값은 또한 이러한 반응의 특정 요인에 의존합니다.
- 반응의 표현 모드 :생성물의 농도는 분자에 유지되는 반면 반응물의 농도는 분모에 보관됩니다.
a + b + c + d
여기에서 평형 상수 K는
로 작성 될 수 있습니다k =[c] [d]/[a] [b]
그러나 역 반응을 고려하면
c + d ⇌ a + b
이제 k '=[a] [b]/[c] [d] =1/k
- 화학량 론적 표현 :가역적 반응이 2 개 이상의 화학량 론적 방정식의 형태로 기록 될 수있는 경우, k의 값은 각각의 경우에 다릅니다. 일반적으로 균형 방정식을 값 N에 곱하면 새로운 평형 상수는 이제 Kn과 동일합니다.
a+ b⇌ c+ d, k =[c] [d]/[a] [b]
na + nb ⇌ nc + nd, k '=[c] n [d] n/ [a] n [b] n =kn
- 농도 대신 부분 압력의 사용 :기체상에서 반응이 발생하면 물질의 부분 압력이 기상에서의 농도에 비례하기 때문에 농도 대신 부분 압력을 사용할 수 있습니다.
이상적인 가스 방정식에서 pv =nrt
또는 p =(n/v) rt =crt
여기서 C는 단위 부피 당 가스의 두더지 수
일반적인 반응
JA + KB⇌ LC + MD
부분 압력을 평형에서 각각 PA, PB, PC 및 PD로 두십시오.
따라서, kp =(pcl) (pdl) / (paj) (pbk)
=(CC × RT) L (CD RT) M / (CA RT) J (CBRT) K
=[c] l [d] m/[a] j [b] k × (rt) (l+m)-(j+k) =k (rt) ∆N
여기서 ∆N =기체 반응물 및 생성물에 대한 계수의 합의 차이.
평형 상수 단위
K는 반응물과 생성물이 등마체 인 반응을위한 단위가 없습니다.
일반적으로 k =[m] ∆n
의 단위여기서 m =mol litre-1 및 ∆N =기체 생성물의 두더지- 기체 반응물의 두더지.
유사하게, KP =[atm] ∆N
의 단위이종 평형
성분이 하나 이상의 단계에서 발생하는 가역적 반응은 이종 반응으로 알려져 있습니다. 이종 반응에서 달성 된 평형을 이질적인 평형이라고합니다.
예는 다음과 같습니다.
(A) CACO3 (S) ⇌ CAO (S) + CO2 (g)
(b) H2O (g) + C (S) ⇌ H2 (g) + Co (g)
탄산 칼슘의 분해의 예를 고려하고 평형 발현을 도출하려고한다면
K '=[CO2] [CAO]/ [CACO3]
그러나, 순수한 고체 및 순수한 액체상의 농도는 이종 반응을 위해 평형 상수의 발현에 나타나지 않는 것으로 실험적으로 결정되었다. 여기서 CACO3은 순수한 고체이며, 그 활성은 단일성으로 간주됩니다. 마찬가지로, CAO의 활성은 기준 상태가 각각 순수한 CACO3 및 순수한 CAO이기 때문에 통일성이다.
따라서 평형 발현은
로 작성 될 수 있습니다k =[CO2] (1)/ (1) =[CO2]
및 kp =pco2 (1) / (1) =pco2
일반화하기 위해, 우리는 순수한 고체 또는 순수한 액체의 경우 활동이 항상 1이라고 말할 수 있습니다.
결론
요약하면, 우리는 두 가지 유형의 화학적 반응, 즉 가역적이고 돌이킬 수없는 반응이 있다고 말할 수 있습니다. 화학적 평형은 가역적 반응의 특징적인 특성이다. 평형 상태는 순방향 반응 및 후진 또는 역 반응의 속도가 동일 한 상태입니다.
그러나 반응은 실제로 멈추지 않으므로 본질적으로 역동적입니다.
화학적 평형- 이종과 균질 한 두 가지 유형이 있습니다.
모든 성분이 단계에있는 반응에서 발생하는 평형은 균질 평형이라고 불리는 반면, 둘 이상의 상이 있으면 평형은 이질적입니다.
여기서 k는 가스 V의 부피와 그 온도 p.
에 의해 값이 결정되는 상수입니다.Boyle의 법칙에 따르면, 특정 온도에서 주어진 양의 가스의 부피와 압력의 산물은 이전 방정식에 따라 일정합니다.
t는 온도이고 p2는 특정 양의 가스의 압력이되도록하십시오. 이제 온도 T에서의 가스 압력이 V2로 증가하면 Boyle의 법칙에 따르면 V2가 발생하면 가스의 부피는 v2입니다.
P1 V1 =P2V2
질량과 온도가 일정 할 때 상수입니다.
p1 =가스에 의해 가해진 초기 압력
p2 =가스에 의해 가해진 최종 압력
v1 =가스가 차지하는 초기 부피
v2 =가스가 차지하는 최종 볼륨
Boyle 's Law의 사례
호흡 :우리의 폐는 호흡 중에 Boyle의 법칙을 사용합니다. 숨을 쉬면 폐가 공기로 가득 차기 때문에 팽창합니다. 부피가 증가함에 따라 압력 수준이 감소합니다. 마찬가지로 공기가 수축되면 폐가 수축되어 부피가 줄어들고 압력이 증가합니다. 압력과 부피의 변화는 순간적이고 주기적입니다.
소다 병 :Boyle의 법칙의 가장 좋은 예 중 하나는 이산화탄소와 물의 혼합물로 채워진 소다 병입니다. 밀봉 음료 캔 또는 용기를 짜내는 것은 어렵습니다. 용기 내부의 공기 분자가 단단히 포장되어 움직일 공간이 거의 없기 때문입니다. 캔이나 병을 열면 일부 공기 분자는 용기를 떠나 더 많은 공기 분자가 병에 들어가서 짜낼 수있는 공간을 허용합니다. 이 예에서 볼륨의 함수로서의 압력 변화는 명확하게 볼 수 있습니다.
스쿠버 다이빙 :수중 다이빙은 질병이나 부상을 피하기 위해 부피와 압력 비율이 균형을 이루도록하는 것이 중요합니다. 물 몸체의 깊이에 들어가거나 다가 갈 때 큰 압력을 느낍니다. 인간 혈액에서 가스의 용해도는 고압으로 증가합니다. 그것이 상승하거나 올라 가면 혈액의 압력이 떨어지기 시작하고 혈액의 가스가 팽창하기 시작합니다. 결과적으로 다이버는 손상을 피하기 위해 천천히 올라 가야합니다. Boyle의 법칙은 압력과 양의 관계에 근거합니다.
Boyle 's Law의 그래픽 표현
고정 된 양의 연료 라인에 대한 꾸준한 온도에서 P vs 1/v 플롯의 출발점을 통해 직접 선은 Boyle의 법칙의 그래픽 일 수 있습니다.
직사각형 쌍곡선은 특정 가스 질량의 일정한 온도에서 P 대 V의 플롯입니다.
PV 축에 평행 한 직선은 특정 질량의 가스 질량에 대해 일정한 온도에서 P (또는 v)를 플로팅하는 데 사용됩니다.
결론
보일의 법률 규제는 가스가 어떻게 행동하는지 설명 하듯이 매우 중요합니다. 그것은 연료 라인 변형과 수량이 반비례한다는 의심의 그림자를 과거에 보여줍니다. 연료 라인을 아래로 누르면 수량이 줄어들고 변형이 상승합니다.
