A kémiai egyenletek felírásakor feltételezzük, hogy a reakciók 'teljesen' végbemennek, tehát minden kiindulási anyag termékké alakul át. A kiindulási anyagok egy része azonban többnyire megtalálható a termékek mellett.
A rendszerben jelenlevô anyagok mennyiségének meghatározásához szükség van a kémiai egyensúly vizsgálatára. A kémiai egyensúly szerepet játszik abban, hogy a teáskannában vagy az erômű kazánjában mennyi gôz fejlôdik, mennyi oxigént tud szállítani a vér hemoglobinja, hogyan lehet optimalizálni egy vegyi üzemben az elôállított termék mennyiségét.
Az illékony folyadékok folyadék-gôz egyensúlya és az oldható sók só-oldat egyensúlya dinamikus egyensúly. Ha egy illékony folyadék zárt edényben van, a folyadék párolgási sebessége megegyezik a gôz kondenzálódási sebességével. A folyadék fölött egyensúlyi gôznyomás alakul ki. A telített oldatban a kicsapódás sebessége azonos az oldódás sebességével. A egyensúlyt érô 'zavar' hatását a Le Chatelier-elv alapján jósolhatjuk meg.
1. A rendszerekben reverzibilis változás játszódik le. (Erre az egyenletben kettôs nyillal, az alábbiakban a <=> jellel utalunk.)
2. Az egyensúlyban levô rendszer 'zárt': egyetlen anyag sem léphet be vagy hagyhatja el a rendszert.
3. A egyensúly dinamikus. Úgy tűnik, mintha semmi sem történne, mert két ellentétes változás azonos sebességgel játszódik le:
4. A felsô és az alsó nyíl irányában zajló reakció sebessége megegyezik.
Adott hômérsékleten minden kémiai egyensúlyra érvényes, hogy ha a reakcióegyenlet jobb oldalán feltüntetett vegyületek koncentrációit - az egyenletben szereplô, megfelelô együtthatók hatványára emelve - összeszorozzuk, és az egyenlet bal oldalán szereplô vegyületek koncentrációiból ugyanígy képzett szorzattal elosztjuk, a kapott hányados állandó. Ezt az állandót nevezzük egyensúlyi állandónak (K).
Kidolgozott feladat:
Kémiatörténeti és vegyipari szempontból is fontos
homogén egyensúlyi reakció az ammónia képzôdése nitrogénbôl és hidrogénbôl.
A nitrogén a növények számára fontos tápanyag. Bár a légkör kb. 80 %-a nitrogénbôl áll, a növények legtöbbje képtelen az elemi formában jelen lévô nitrogént megkötni. Az ipari ammóniagyártás kidolgozása a német Fritz Haber nevéhez fűzôdik. Ha a légköri nitrogént ammóniává alakítjuk, ebbôl olyan műtrágya készíthetô, amelyet a növények könnyen hasznosítani tudnak.
Írja fel annak a reakciónak az egyenletét, amelynek során nitrogénbôl és hidrogénbôl ammónia képzôdik.
Fejezze ki a reakció egyensúlyi állandóját.
Megoldás:
1. Írjuk a jobb oldalon szereplô vegyület koncentrációját - az egyenletben szereplô együtthatóra emelve - a számlálóba. (A szögletes zárójel moláris koncentrációt jelöl.)
[NH3]2
K = -------
2. Hasonló módon írjuk a bal oldalon levô vegyületek megfelelô hatványra emelt koncentrációinak a szorzatát a nevezôbe.
[NH3]2
K = --------
[N2][H2]3
Most Ön következik.
Írja fel azt az egyensúlyi reakciót, amelynek során nitrogénbôl és oxigénbôl NO(g) képzôdik.
Fejezze ki a reakció egyensúlyi állandóját.
Kidolgozott feladat:
Nitrogén, hidrogén és ammónia egyensúlyi elegyében 400 oC-on 0,45 mól nitrogén, 0,63 mól hidrogén és 0,24 mól ammónia van literenként. Számítsa ki a rendszer egyensúlyi állandóját.
Megoldás:
1. Írjuk fel a reakcióegyeletet:
N2 (g) + 3 H2 (g) ---> 2 NH3 (g)
2. Írjuk fel az egyensúlyi állandó kifejezését.
[NH3]2
K = ----------
[N2] [H2]3
(0,24 mól/l)2
K = -------------------------
(0,45 mól/l)(0,63 mól/l)3
K = 0,51 (mól/l)-2
Most Ön következik.
Nitrogén, hidrogén és ammónia egyensúlyi elegyében 500 oC-on 1,15 mól nitrogén, 1,35 mól hidrogén and 0,412 mól ammónia van literenként. Számítsa ki az ammónia képzôdésének egyensúlyi állandóját.