<4D F736F F F696E74202D20E4F8F6E0E D20F9E9E5E5E920EEF9F7EC20EBE9EEE92E707074>

תמליל

1 שיווי משקל כימי כימיה פיסיקלית שיווי משקל כימי שבו דינמי כימיות נעות לכוון שיווי משקל ריאקציות אין למגיבים ולתוצרים נטייה לשינוי נוסף בממוצע מסוימים ריכוז המגיבים זניח ביחס לריכוז במקרים כך כל מטרה מעשית ה הומה התוצרים 4 דני פורת ד"ר Tel: e-mil: oth@chem.ch.hui.c.il Oice: Los ngeles 7 Couse ook: Physicl Chemisty P. tkins & J. de Pul (7 th ed) Couse site: htt://chem.ch.hui.c.il/suce-ssche/eld/dniclss.html htt://chem.ch.hui.c.il/~oth/physicl_chemisty/ אחרים יש בתערובת שיווי המשקל ריכוז במקרים מגיבים ותוצרים משמעותי הרכבי שיווי המשקל לחיזוי בתרמודינמיקה נשתמש אנו שונים, בתנאי גיבס אנרגית מציאת המינימום סילבוס קורס תרמודינמיקה. הגזים א-תכונות ומנגנונים מושגים הראשון התרמודינמיקה: החוק ב- ומנגנונים מושגים והישי: השני החוק ג- פזות ד-דיאגרמת כימי משקל ה-שיווי קינטיקה. ראקציות כימיות א-קצב וקטליזות ב-מנגנונים מינימום אנרגית גיבס,T ה: מידת בכמות: dn dξ,dn -dξ לתוצר הופך מגיב כאשר בים נמדד והוא ה מידת נקרא ξ : G גיבס ל אנרגית G G µ µ ξ גיבס ל היא קצב שינוי אנרגית גיבס עם אנרגית ה ושווה להפרש הפוטנציאלים הכימיים מידת והתוצרים הרכב ה הנתון המגיבים 5 שעור מס' שיווי משקל כימי tkins קריאה מלווה מומלצת: ספונטניות כימיות ריאקציות. אנרגית גיבס א-מינימום שיווי משקל ב-תיאור שיווי משקל לשינוי תנאים תגובת. שיווי משקל לשינוי לחץ א-תגובת שיווי משקל לשינוי טמפרטורה ב-תגובת שיווי משקל לשינוי תגובת ג- ה: מידת ספונטניות: מינימום אנרגית גיבס והפוטנציאלים הכימיים משתנים תוך כדי ה, מאחר גם השיפוע משתנה תוך כדי ה ספונטנית אם: היא µ >µ ספונטנית אם: היא µ >µ כאשר: µ µ נעצרת ה תערובת ה ה הרכב שוויון הוא הרכב שיווי משקל יש 6

2 ) ריאקציות אקסרגוניות ואנדרגוניות ספונטנית: כוון אקסרגונית) (אקסרגונית ספונטנית היא קדימה אםםםם G< אנדרגונית) (אנדרגונית ספונטנית היא אחורה אםםםם G> משקל בשיווי ה אםםםם G הריאקציות: סוגי להניע תהליך נוסף כמו יכולה אקסרגונית נוספת או עבודה שאינה התפשטות עבודה, כאשר היא מונעת ע מתרחשת אנדרגונית אלקטרוליזה ההופכת את כוון יצירת המים למ משקל בשיווי ספונטניות ריאקציות אין אינטרפרטציה קולרית למינימום G מאנרגית נובע באנרגית גיבס המתייחס ל ל- G המינימום נקבע על ומיקומו הגזים) (הגזים התוצרים והמגיבים הערבוב ידה הרכב הופכות היו קולות גז אם ש"מ תערובת ה ערבוב השינוי ללא לקולות גיבס היה יחסי לכמות באנרגיית שינוי האנרגיה עם הכמות היה ושיפוע בי בכל ושווה ל ל- G ליניארי מינימום ללא ה, : עם מתערבב התוצר למעשה, mix G nrt( x ln x x ln x ביטוי עם מינימום המתואר בגרף זהו 7 תיאור שיווי משקל בגז אידיאלי לכתוב את אנרגית גיבס ל: ניתן ב- Q : P /P את יחס הלחצים נסמן G µ µ ( µ RT ln מ מ- הוא Q תחום שה מנה לריאקצית דוגמא זוהי 8 ) ( µ RT ln טהור) טהור) עדדדד ),P,P ) מוגדרת: גיבס הסטנדרטית ל,, G אנרגית מקרה כללי הרחבת נרחיב למקרה כללית ע כעת מידת ה מושג : נניח משוואה מהצורה: זו הסטוכיומטרי המספר החומר ו ו- ν הוא זה: - ν,ν C,ν -,ν במקרה C לתוצר וילי למגיב חיובי סטוכיומטרי מספר υ C הוא: בכל גורם השינוי, ξ ש שינוי כך ξ מגדירים ν ξ ) G G G RT lnq G G, m G, m µ µ RT ln תיאור שיווי משקל בגז אידיאלי בעבר שאנרגית גיבס ל היא הפרש ראינו היצירה בין התוצרים והמגיבים: אנרגיות G G ( ) G ( ) הלחצים מסומן ע ייי :( / ) equiliium ויחס בששש""""ממממש G G RT ln G RT ln קבוע שיווי המשקל הוא העדפה למגיב בש"מ ויש ו: < אםםםם > G > העדפה לתוצר בש"מ ויש ו: > אםםםם < G > המשוואה: בצורה: תכתב דוגמא N ( H ( NH ( NH ( N ( H ( זה: NH ν N -,ν H -,ν במקרה אם יש כלומר N N משתנה ξ מידת ה ואם ו ו- NH ב ב- - משתנה H ( ξ ξ) מ- ל-. ל ל- 9 יורד ו ו- ב- 9

3 6 מקרה כללי נסתכל על אנרגית גיבס: כעת כללי: באופן בספר) (הוכחה ) היא: ה מנת G כל חומר מועלית לחזקה המקדם האקטיביות ו הסטוכיומטרי דוגמא ריאקצית סינתזה אמוניה: את נחשב G G ( NH, [ G ( N, G ( H, ] G ( NH, ( 6.5kJ / mol ) N ( H ( NH ( NH ( N ( H ( ( 6.5 x J / mol ) ( 6.5 x ) ln k 8.45J / mol )x( 98 ) ( 8.45 )x( 98 ) 5 k 6.x G G RT lnq υ G υ G υ G oducts ec tn ts ctivities _o _ oducts Q ctivities _o _ec tn ts ( υ ) 7 4 ב: נסתכל דוגמא C זה: - ν,ν C,ν -,ν במקרה היחס בין קבועי שיווי המשקל הרי השבר במושגי נרצה לבטא את כעת הליות x כך יש למצוא את מקדמי האקטיביות: לשם γ γ x : : C C γ Cγ C x γ γ γ אוווו האקטיביות צריך להיות מחושב הרכב ש ש"ממממ מקדם דרישה קשה לפני שידוע ההרכב ולכן מניחים: זו ~k k γ Q C 8 מקרה כללי האקטיביות הם ערכי וערכי G שיווי משקל במצב משקל: שיווי מחושב עם ערכי האקטיביות אבל זה דומה ל ל- Q ביטוי משקל בשיווי 5 equiliiu m התרמודינמי השיווי משקל קבוע נקרא האקטיביות) (כמו ממדים חסר נקבל: G שינוי במצב שיווי משקל עם שינוי לחץ לחץ המוגדר G בערך תלוי ערכו תלוי בלחץ שבו מושג שיווי משקל אינו ולכן סטנדרטי לבטא את אי התלות ע ייי: ניתן פורמלי באופן T להסיק מכך שהרכב שיווי המשקל אינו תלוי בלחץ אין הוספת גז אידיאלי לתערובת גזים שינוי לחץ ע למ אינה משנה את הלחצים החלקיים או את אידיאליים נפח המיכל קבוע שכן הריים הריכוזים G υ RT ln e G RT

4 שינוי במצב שיווי משקל עם שינוי לחץ שינוי הנפח משנה גם את הלחצים לחץ ע שינוי הריים וגם את הריכוזים החלקיים משתנה עם שינוי הלחץ למרות שכל אחד אינו החלקיים משתנה שכן אופן שינויים במהלך מהלחצים היחס ביניהם נשמר) (כלומר משמר את הדחיסה דוגמא: 9 : זה נשמר קבוע כי הגידול ב ב- ביטוי גידול זהה בריבוע ע מתאזן נע ש"מ זה אפשרי רק אם הרכב ש איזון גדל קולות ומספר לכיוון עקרון לה-שטלייה עקרון לה-שטלייה בשיווי משקל שמצבה מופרע מגיבה כך מערכת מינימלית ההפרעה תהיה שהשפעת העוברת דחיסה בש"מ שמערכת היא העקרון משמעות ע ייי למ מינימלית, כך שעליית הלחץ תהיה תגיב (מונומרים מספר החלקיקים בפזה הגזית הקטנת לדימרים): יהיה: הדיסוציאציה, α קבוע α 4 בשקף הבא) (הוכחה תלוי אינו רואים שגם כאשר מכאן בו תלויות ו- כמויות בלחץ, העיקרון עפ"י קטן גדל, α כאשר קבוע הדיסוציאציה ללא n שיש כמות נניח αn : וכמות היא: (-α)n משקל הכמות בשיווי משקל החלקים היחסיים יהיו: בשיווי x ( α )n α ( α )n αn α x α α (/ ( ) יהיה: שיווי המשקל ל קבוע x 4α x α α 4 עקרון לה-שטלייה בשיווי משקל שמצבה מופרע מגיבה כך מערכת מינימלית ההפרעה תהיה שהשפעת העוברת דחיסה בש"מ שמערכת היא העקרון משמעות ע ייי למ מינימלית, כך שעליית הלחץ תהיה תגיב (מונומרים מספר החלקיקים בפזה הגזית הקטנת לדימרים): שינוי במצב שיווי משקל עם שינוי הטמפרטורה להעלאת אנדותרמית תגובה צופה לה-שטלייה לה עקרון שכן בליעת חום מקטינה את עליית טמפרטורה הטמפרטורה לגרום לירידה צפויה אכסותרמית דומה תגובה באופן שכן אנרגיה משתחררת ומקטינה את ירידת טמפרטורה הטמפרטורה זה מסוכם על ידי: עקרון מגיבים העדפת <-- טמפרטורה עליית אכסותרמית: תוצרים העדפת <-- טמפרטורה עליית אנדותרמית: 4 4

5 שינוי במצב שיווי משקל עם שינוי הטמפרטורה שינוי במצב שיווי משקל עם שינוי ה- יש בסיסים וחומצות בתמיסה, כאשר המשקל שיווי פרוטונים מתייצב במהירות העברת log H O 8 5 משוואת ון-ט'הוף עם ln() (אוווו זו מבטאת את השיפוע שינוי משוואה בספר): (הוכחה בשני אופנים אפשריים הטמפרטורה כלומר: d/dt< זו רואים ש ש: d(ln)/dt< ממשוואה ( H <) סטנדרטיים בתנאים אכסותרמית כאשר הטמפרטורה עולה קטן ילי מראה ש ש- שיפוע המשקל אכן נע אל שיווי אכסותרמית ב כלומר המגיבים אנדותרמית נכון ההפך שיווי משקל בסיס וחומצה במים שיווי משקל שבו יש העברת על לדון בהשפעת כדי בשה קבועי ש ש"ממממ: נשתמש פרוטונים, [ H O ][ ] [ H ] החומציות קבוע H( q ) H O( l ) H O ( q ) ( q ) : במושגי מבטאים את ערכי לפעמים H O H log d ln dt H RT d ln H d( / T ) R 9 6 הערך בטמפרטורות שונות הוא: T ב- ערכו במושגי T בטמפרטורה הערך ln ln R T T H d T מעט בתחום הטמפרטורות משתנה נניח ש ש: H אם : הרלוונטי ln ln H R T T חשובה לתכנון תהליכי בטמפרטורה התלות להגדלת יעילות ריאקציות למ ותעשייה), (ותעשייה מעבדה שיווי משקל בסיס וחומצה במים השני: ש"מ ש קבוע הבסיסיות קבוע H OH ( q ) H O( l ) H ( q ) OH ( q ) 7 5

6 חומצות ובסיסים שיווי משקל בסיס וחומצה במיים הישי: ש"מ ש קבוע המשך): (המשך מקבלים בסיס חלש מכאן log[h] וגם: (utootolysis) מים עצמית פרוק) (פרוק פרוטוליזה OH H O log[] H O( l ) H O ( q ) OH ( q ) 4 שיווי משקל בסיס וחומצה במיים הישי: ש"מ ש קבוע (utootolysis) מים עצמית פרוטוליזה H O( l ) H O ( q ) OH ( q ) להגדיר: ניתן טטרציה חומצות ובסיסים (מוסיפים שמטטרים נניח בריכוז ידוע לתמיסה תמיסה נפח לא ידוע) בריכוז V רי חלשה בריכוז חומצה ללל MOH תמיסה בסיס חזק עם הרי שריכוזו הסטוכיומטרית בנקודה מספיק מטטר כדי יש הטטרציה את ריכוזי הבסיס להתאים והחומצה OH OH H O log OH נקבל: OH מכאן בכל את ה ה- לחשב מעונינים בטטרציה ב 5 חומצות ובסיסים בין חומצות חלשות וחזקות ובין בסיסים: ההבדלה טטרציה חומצות ובסיסים הוספה: VV V המינימום בגרף מסמן את רמת החומציות מיקום למגיבים קרוב חומצות חלשות: העברת הפרוטונים נמוכה ולכן כמות אינו H הרי שהריכוז מניחים משתנה הריכוז הרי דומה ולכן: הפרוטונים תוצרי העברת שהחומצה חלשה ולכן יש מניחים - מאשר H יותר הרבה log יוני ריכוז הוספת בסיס, מהמלח שנוצר מגיע - H(q) OH (q) (q) HO( l ) את תרומת נזניח - הנשארים ריכוז ה: [-]~S שנשאר ה המלח [ H O ] [ H] [ H O ] ( [ H]) 6 6

7 טטרציה חומצות ובסיסים קולות כמות 7 H לא שהפכו H פחות משתנה: V למלח הוא: ריכוזן הנדרסון-הסלבך משוואת זוהי ' S הריכוז הוא H הרי הבסיס ו ו- S החומצה O H ' log S H O טטרציה חומצות ובסיסים את עודף הבסיס ב ב- : נסמן 4 S [ OH ] לוגריתם ושימוש ב ב- -OH logs היא מעבר לנקודה ה הוספת כמות כזו בסיס, הבסיס: ] - ]~/[OH [H O ע נקבע וההה----ה הסטוכיומטרית log' [cid] log [se] 4 תרמודינמיקה. 8 טטרציה חומצות ובסיסים שווים: ריים בריכוזים החומצה ניתן ה ה- כלומר ישירה מה- למדידה התמיסה מעשי זה קורה ע ייי באופן אחר ה ה- מעקב בזמן נקודת חצי ומציאת הטטרציה הדרך זו יוני בנקודה H O אינם OH - יוני יותר ע מאוזנים מהעברת פרוטונים הנוצרים ל ל- - ממים הגזים א-תכונות סילבוס קורס ומנגנונים מושגים הראשון התרמודינמיקה: החוק ב- ומנגנונים מושגים והישי: השני החוק ג- פזות ד-דיאגרמת כימי משקל ה-שיווי קינטיקה. ראקציות כימיות א-קצב וקטליזות ב-מנגנונים טטרציה חומצות ובסיסים H קטנה יונים כמות בדרך זו ולכן ריכוז יוני נוצרת - המלח: לריכוז שוה כמעש [ - ]~S מהעברת הנובע OH - יוני מספר גובר על אלו בש"מ פרוטונים מים: בפרוטוליזה הנוצרים [H]~[OH - ] H OH [OH ] S 9 7