פרק ד

1. פרק ד שינוי התנאים במערכת ש"מ

2. כיצד מחשבים את ערכו של Kc CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)

3. תאור גרפי של מצב שיווי משקל • שינוי ריכוזים הדרגתי במגיבים ובתוצרים המוביל למצב של שיווי משקל ( דינמיות, ריכוזים קבועים...)

4. CO(g) +2H2(g) CH3OH(g) • לכלי תגובה סגור הוכנס CO(g) ו- H2(g). • לכלי תגובה סגור הוכנס CH3OH(g). • לכלי תגובה סגור הוכנס H2(g) . • לכלי תגובה סגור הוכנסו CO(g) , H2(g) , CH3OH(g). • האם המערכת תגיע למצב שיווי משקל? • אם כן, איזו תגובה תתרחש עד לש"מ: ישירה או הפוכה?

5. Q K Q K K K Q ג. מתגברת תגובה ישירה א. קיים ש"מ במערכת ב. מתגברת תגובה הפוכה השוואת יחס ריכוזים Qלערכו של Kc

6. דוגמה לשאלה • דוגמה: השאלה דנה בתגובה: 2NO2(g)  2NO(g) + O2(g) נתון שב 1100K קבוע שיווי משקל הוא 20. לשני כלים הנמצאים ב- 1100K ונפח כל אחד מהם הוא 1 ליטר, הכניסו את ההרכבים הבאים: לכלי A: 0.05 מול NO2 ו 0.4 מול משני הגזים האחרים לכלי B: 0.08 מול NO2, 0.8 מול NO ו 0.2 מול O2. השאלה: האם וכיצד ישתנה ריכוזו של NO2 בכל אחד מהכלים? הסבר.

7. המשך: יחס ריכוזים Q לעומת קבוע שיווי משקל Kc • חישוב יחס ריכוזים בכלי A: Q (A)= [NO]2 [O2]/ [NO2]2= 0.42 0.4 / 0.052 Q (A)= 25.6 Kc=20 Q>Kc מסקנה: בכלי A קצב התגובה ההפוכה גדול מהישירה, ריכוזו של NO2יגדל עד להשגת ש"מ • חישוב יחס ריכוזים בכלי B: Q (B)= [NO]2 [O2]/ [NO2]2= 0.82 0.2 / 0.082 Q (B)= 20 = Kc מסקנה: בכלי B קיים מצב ש"מ וריכוזו של NO2יישאר ללא שינוי

8. ניבוי מול הסברעקרון לה שטלייה - מאפשר ניבוי בלבד • דוגמה: הגדלת הריכוז של אחד המגיבים נניח שנתונה המערכת : N2(g) + 3Cl2(g)2NCl3(g) במצב ש"מ. מוסיפים עוד NCl3(g), ללא שינוי בטמפרטורה, או בנפח הכלי. מה יקרה? • ניבוי לפי עקרון לה שטלייה:המערכת תפעל להקטנת הריכוז של NCl3(g) • ניבוי על פי השוואת ערכו של Q ל- Kc

9. הסבר (מבוסס על השפעת הריכוז על קצב תגובה) הוספת מגיב, תגרום להגדלת קצב התגובה הישירה. ** הגדלת ריכוז התוצרים תגרום להגדלת קצב התגובה ההפוכה. ייווצר מצב ש"מ חדש, בו ריכוזי התוצרים יהיו גבוהים ממצב ש"מ קודם וכן גם ריכוזו של NCl3(g. ערכו של קבוע ש"מ (יחס בין ריכוזים של תוצרים ושל מגיבים) יישאר קבוע, למרות שהלחץ בכלי גבוה יותר מאשר בהתחלה. ** מודל ההתנגשויות

10. השפעת טמפרטורה על קבוע ש"מהסבר מול ניבוי ניבוי לפי עקרון לה שטלייה: חימום יגרום להעדפת התגובה האנדותרמית.

11. העשרה: הסבר השפעת הטמפרטורה על אנרגיית שפעול • תגובה בעלת אנרגיית שפעול גדולה יותר מושפעת יותר משינוי טמפרטורה.

12. ככל שאנרגיית השפעול של תגובה גדולה יותר היא רגישה יותר לשינויי טמפרטורה אנרגיית השפעול של תגובה אנדותרמית גדולה מזו של התגובה האקסותרמית ההפוכה לה. מסקנה: אנרגיית שפעול של התגובה אנדותרמית בתגובת שיווי משקל רגישה יותר לשינויי טמפרטורה.

13. המשך ..... ( העשרה) • הסברקינטי: לתגובה האנדותרמית במערכת הנמצאת בש"מ יש אנרגיית שפעול גדולה יותר מאשר לתגובה ההפוכה האקסותרמית. • תגובה עם אנרגיית שפעול גדולה יותר מושפעת יותר מהעלאת טמפרטורה, כלומר קצב התגובה האנדותרמית גדל יותר מאשר קצב התגובה ההפוכה, האקסותרמית. התוצאה: מתרחשת יותר התגובה האנדותרמית. • אם התגובה הישירה היא האנדותרמית, קבוע ש"מ יגדל.

14. אנימציות על ש"מ • http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animations/equilvpBr2V8.html • http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animations/no2n2o4equilV8.html • http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/run.cgi?ChemicalEquilibrium.678.441 • http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/ChemicalEquilibrium/HTML/page05.htm

15. שאלות נתונה התגובה A(g) + 2B(g) 2C(g) מהו הגרף המתאר נכון את השינויים בריכוזי המרכיבים עד להגעה לשיווי משקל?

16. לתוך כלי שנפחו 1 ליטר הנמצא בטמפרטורה T , הוכנסו 0.5 מול חנקן N2(g), ו-0.8 מול מימן H2(g) . • בעזרת מדידת הלחץ בכלי, נקבע כי המערכת הגיעה לשיווי משקל. מדידות נוספות הראו כי במצב שיווי משקל היו בכלי 0.15 מול אמוניה NH3(g). • הסבירו כיצד מדידת הלחץ בכלי מאפשרת לקבוע כי המערכת הגיעה לשיווי משקל. • תארו את מצב שיווי משקל מבחינה מיקרוסקופית.

17. סיכום: שינוי התנאים במערכת שיווי משקל

18. הרחבה למורה קינטיקה ושווי משקל האם קיים קשר בין קבועי הקצב לקבוע שיווי משקל? רק במקרה בו מעריכי התגובות הם גם המקדמים הסטויכיומטרים בשווי משקל: המהירויות של התגובות ההפוכות שוות זו לזו נניח שמתרחשתA + B  C + D :**תגובה ישירה והפוכה אלמנטרית הביטוי לקבוע ש"מ K= [C] [D]/ [A][B] מהירות תגובה ישירה=k [A][B] מהירות תגובה הפוכה = k* [C][D] בשווי משקל: k [A][B]= k* [C][D] נחלק ב- k* [A][B] מתקבל ש k/k* = [C][D]/ [A][B] =K נכון לגבי תגובה בה סדר התגובה זהה למקדמים או שהיא שלב במנגנון.

19. המשך הקשר בין קבועי המהירויותלבין ה-K קיים: K= k/k* כלומר, קבוע ש"מ שווה ליחס בין קבועי המהירויות של התגובה הישירה וההפוכה - כאשר קבוע המהירות של התגובה הישירה גדול משל התגובה ההפוכה (k>k*), נוצרים עד לש"מ הרבה תוצרים קבוע ש"מ יהיה K > 1 ריכוז התוצרים במצב ש"מ יהיה גדול מריכוז המגיבים. בש"מ: מהירות הישירה שווה להפוכה, למרות ריכוזי מגיבים נמוכים. כאשר קבוע המהירות של התגובה ההפוכה גדול משל התגובה הישירה (k*>k), בש"מ יש עדיין הרבה מגיבים קבוע ש"מ יהיה K < 1המגיבים מועדפים בש"מ: מהירות הישירה שווה להפוכה, למרות ריכוזי תוצרים נמוכים.