หลักการ กฎหมาย กฎของเลอชาเตอลิเยร์ หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ ตัวอย่างหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ บราวน์

บ้าน

การเปลี่ยนแปลงสภาวะภายนอกอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์และฟังก์ชันที่กำหนดคุณลักษณะของระบบ และสถานะของสมดุลจะหยุดชะงัก กระบวนการเริ่มต้นในระบบที่นำไปสู่สภาวะสมดุลใหม่พร้อมกับพารามิเตอร์สมดุลอื่นๆ ลองแสดงสิ่งนี้ด้วยตัวอย่าง เครื่องปฏิกรณ์มีส่วนผสมของก๊าซ N 2, H 2 และ NH 3 ในสภาวะสมดุล:

ให้เราแนะนำ N 2 จำนวนเพิ่มเติมเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ เช่น มาเพิ่มความเข้มข้นกันเถอะ ค่าคงที่เท่ากับ 2 เวเซียถึง

=---^ จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากไม่ได้ขึ้นอยู่กับ

[ม 2 พี เอ็น 2 ] 3 เกี่ยวกับความเข้มข้น สิ่งนี้เป็นไปได้เฉพาะจากการเปลี่ยนแปลงค่าความเข้มข้นของสมดุล: การเพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การลดลงของ [H 2 ] เนื่องจากปฏิสัมพันธ์เพิ่มเติมของส่วนหนึ่งของไฮโดรเจนที่แนะนำกับไนโตรเจนและจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของระบบซึ่งนำไปสู่สถานะใหม่ของความสมดุลผ่านการเกิดขึ้นที่โดดเด่นของกระบวนการโดยตรงหรือย้อนกลับเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมี

ตามลำดับในทิศทางไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ ในตัวอย่างที่กำลังพิจารณา ความสมดุลเลื่อนไปในทิศทางไปข้างหน้า

ปัญหาเชิงคุณภาพของการเปลี่ยนสมดุลเคมีสามารถแก้ไขได้โดยไม่ต้องคำนวณทางอุณหพลศาสตร์หรือจลน์ศาสตร์โดยใช้กฎที่ Le Chatelier กำหนดขึ้นในปี 1884 มันถูกเรียกว่าหลักการของ Le Chatelier (เป็นอิสระจาก Le Chatelier หลักการนี้ถูกกำหนดขึ้นในปี 1887 โดย Brown):

หากอิทธิพลภายนอกใด ๆ เกิดขึ้นกับระบบในสภาวะสมดุล อันเป็นผลมาจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบ สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่นำไปสู่ผลกระทบที่ลดลง ที่เพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของสารใดๆ ที่อยู่ในสมดุล (เช่น NH 3 ในระบบที่กล่าวถึงข้างต้น) ความสมดุลจะเปลี่ยนไปการบริโภค สารนี้ (ไปในทิศทางตรงกันข้าม) ที่ลด ความเข้มข้นของสาร (เช่น H 2) ความสมดุลจะเลื่อนไปทางการศึกษา

พิจารณาผลกระทบของแรงกดดันต่อกระบวนการสังเคราะห์แอมโมเนีย (4.51) ปล่อยให้ความดันในเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้น 2 เท่าโดยการบีบอัด ภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ ปริมาตรจะลดลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้น ความเข้มข้นของส่วนประกอบทั้งหมดจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ก่อนการเปลี่ยนแปลงความดัน อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าคือ

พอบีบอัดก็กลายเป็น

เหล่านั้น. เพิ่มขึ้น 16 เท่า ความเร็วของปฏิกิริยาย้อนกลับก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน:

แต่แค่ 4 ครั้งเท่านั้น ส่งผลให้สมดุลเคลื่อนไปในทิศทางข้างหน้า

ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ เมื่อความดันเพิ่มขึ้นโดยการบีบอัดระบบ สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่จำนวนโมเลกุลของก๊าซที่ลดลง กล่าวคือ ในทิศทางของแรงกดดันที่ลดลง (ในตัวอย่างที่ให้ไว้ในทิศทางไปข้างหน้า) เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การเพิ่มจำนวนโมเลกุลของก๊าซ เช่น ในทิศทางของแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น (ในตัวอย่างนี้ให้ไปในทิศทางตรงกันข้าม) ถ้าปฏิกิริยาดำเนินไปโดยไม่เปลี่ยนจำนวนโมเลกุลของแก๊ส สมดุลจะไม่ถูกรบกวนจากการบีบอัดหรือการขยายตัวของระบบ ตัวอย่างเช่นในระบบ

H 2 (g) + 1 2 (g) 2H1 (g) เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง สมดุลจะไม่ถูกรบกวน เอาต์พุต HI ไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงดัน

ความดันแทบไม่มีผลกระทบต่อสมดุลของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่มีการมีส่วนร่วมของเฟสก๊าซ เนื่องจากของเหลวและของแข็งแทบจะอัดตัวไม่ได้ อย่างไรก็ตาม ที่แรงกดดันสูงเป็นพิเศษ สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การอัดแน่นของอนุภาคในตาข่ายคริสตัลที่หนาแน่นขึ้น ตัวอย่างเช่น กราไฟท์ ซึ่งเป็นหนึ่งในการปรับเปลี่ยนคาร์บอนแบบ allotropic (ความหนาแน่น p = 2.22 g/cm3) ที่ความดันลำดับ 10 10 Pa (10 5 atm) และอุณหภูมิประมาณ 2,000 ° C เปลี่ยนเป็นเพชร การปรับเปลี่ยนคาร์บอนอีกครั้งโดยมีอะตอมอัดแน่นมากขึ้น (p = 3.51 g/cm 3)

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปตามทิศทางของปฏิกิริยาดูดความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปตามทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์แอมโมเนีย (สมการ 4.51) เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน (DN^98 = -92.4 kJ) ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลในระบบ H 2 - N 2 - NH 3 จะเลื่อนไปทางซ้าย - ไปสู่การสลายตัวของแอมโมเนียเนื่องจากกระบวนการนี้เกิดขึ้นกับการดูดซับความร้อน ในทางกลับกัน การสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ (II) เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน:

ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลในระบบ N2 จะเป็นดังนี้ โอ 2- ไม่มีการเลื่อนไปทางขวา - ไปสู่การก่อตัวของ N0

ผลกระทบของอุณหภูมิ

ในแต่ละปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ ทิศทางใดทิศทางหนึ่งสอดคล้องกับกระบวนการคายความร้อน และอีกทิศทางหนึ่งสอดคล้องกับกระบวนการดูดความร้อน

ยังไม่มีข้อความ 2 + 3H 2 ⇄ 2NH 3 + Q

ปฏิกิริยาไปข้างหน้าเป็นแบบคายความร้อน และปฏิกิริยาย้อนกลับเป็นแบบดูดความร้อน

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิต่อตำแหน่งของสมดุลเคมีจะขึ้นอยู่กับกฎต่อไปนี้: เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลเคมีจะเปลี่ยนไปในทิศทางของปฏิกิริยาดูดความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลงไปในทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน

ผลกระทบของแรงกดดัน

ในปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับสารที่เป็นก๊าซ ร่วมกับการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารระหว่างการเปลี่ยนจากสารเริ่มต้นเป็นผลิตภัณฑ์ ตำแหน่งสมดุลจะได้รับอิทธิพลจากความดันในระบบ

อิทธิพลของความดันที่มีต่อตำแหน่งสมดุลจะขึ้นอยู่กับกฎต่อไปนี้: เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสาร (หรือผลิตภัณฑ์เริ่มต้น) ที่มีปริมาตรน้อยลง เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารที่มีปริมาตรมากขึ้น:

ยังไม่มีข้อความ 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

ดังนั้นในระหว่างการเปลี่ยนจากสารตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์ ปริมาตรของก๊าซจึงลดลงครึ่งหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของ NH 3 ตามที่เห็นได้จากข้อมูลต่อไปนี้สำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนียที่อุณหภูมิ 400°C:

ผลของความเข้มข้น

อิทธิพลของความเข้มข้นต่อสภาวะสมดุลอยู่ภายใต้กฎต่อไปนี้:

• เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา
• เมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารตั้งต้น

หมายเหตุ

มูลนิธิวิกิมีเดีย

2010.

ดูว่า "หลักการ Le Chatelier-Brown" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ บราวน์ (พ.ศ. 2427) หากระบบที่อยู่ในสมดุลเสถียรได้รับอิทธิพลจากภายนอกโดยการเปลี่ยนแปลงสภาวะสมดุลใดๆ (อุณหภูมิ ความดัน ความเข้มข้น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก) จากนั้นใน ... ... Wikipedia

หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ บราวน์ (พ.ศ. 2427) หากระบบในสมดุลได้รับอิทธิพลจากภายนอกโดยการเปลี่ยนแปลงสภาวะใดๆ (อุณหภูมิ ความดัน ความเข้มข้น) ความสมดุลก็จะเปลี่ยนไปในลักษณะที่ลดการเปลี่ยนแปลงลง อองรี... ... วิกิพีเดียหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์-บราวน์ - Le Šateljė ir Brauno principas statusas T sritis chemija apibrėžtis Principas, pagal kurį pusiausviroji sistema, kintant išorės sęlygoms, pati mažina išorės poveikį. ทัศนคติ: engl. หลักการของ Le Chatellier Braun อังกฤษ หลักการของ Le Chatelier-Brown...

Henri Louis Le Chatelier Henri Louis Le Chatelier (ฝรั่งเศส Henri Louis Le Chatelier; 8 ตุลาคม พ.ศ. 2393 ปารีส 17 กันยายน พ.ศ. 2479 Miribel les Echelles) นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวฝรั่งเศส สารบัญ 1 ชีวประวัติ ... Wikipedia

ปฏิกิริยาที่ดำเนินไปในทิศทางเดียวและไปสู่จุดสิ้นสุดเรียกว่า กลับไม่ได้มีไม่มาก ปฏิกิริยาส่วนใหญ่สามารถย้อนกลับได้ เช่น ไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามและไม่ไปตลอดทาง ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา J 2 + H 2 D 2HJ ที่อุณหภูมิ 350°C เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ทั่วไป ในกรณีนี้ จะมีการสร้างสมดุลเคมีเคลื่อนที่ขึ้น และอัตราของกระบวนการทางตรงและทางกลับจะเท่ากัน

สมดุลเคมี– สถานะของระบบสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน

สมดุลเคมีเรียกว่าสมดุลไดนามิก ที่สภาวะสมดุล ปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเกิดขึ้น อัตราเท่ากัน ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในระบบที่ไม่สามารถสังเกตได้

ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่สร้างขึ้นที่สมดุลเคมีเรียกว่าความเข้มข้นสมดุล โดยปกติจะแสดงด้วยวงเล็บเหลี่ยม เช่น , ,

ลักษณะเชิงปริมาณของสมดุลเคมีคือค่าที่เรียกว่าค่าคงที่สมดุลเคมี สำหรับปฏิกิริยาในรูปแบบทั่วไป: mA + nB = pC + qD

ค่าคงที่สมดุลเคมีมีรูปแบบดังนี้

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและธรรมชาติของสารตั้งต้น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น ค่าคงที่สมดุลจะแสดงจำนวนเท่าของอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ หากความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละตัวคือ 1 โมล/ลิตรนี่คือความหมายทางกายภาพของ K.

ทิศทางของการกระจัดของสมดุลเคมีกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา อุณหภูมิ และความดัน (ในกรณีของปฏิกิริยาก๊าซ) จะถูกกำหนดโดยสถานการณ์ทั่วไปที่เรียกว่า หลักสมดุลเคลื่อนที่หรือ หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์: หากอิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นกับระบบที่อยู่ในสมดุล (ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดันเปลี่ยนแปลง) ก็จะเอื้อต่อการเกิดปฏิกิริยาตรงกันข้ามอย่างใดอย่างหนึ่งจากสองปฏิกิริยา ซึ่งทำให้อิทธิพลอ่อนลง

ควรสังเกตว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดเร่งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากันดังนั้นจึงไม่ส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุล แต่จะมีส่วนช่วยให้บรรลุผลสำเร็จเร็วขึ้นเท่านั้น

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

คำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยรู้ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 70 °C อัตราจะเพิ่มขึ้น 128 เท่า

สารละลาย:

ในการคำนวณเราใช้กฎ Van't Hoff:

คำตอบ: 2

ตัวอย่างที่ 2

ปฏิกิริยาบางอย่างจะเสร็จสิ้นภายใน 0.5 นาทีที่อุณหภูมิเท่าใด หากที่อุณหภูมิ 70°C ปฏิกิริยาจะเสร็จสิ้นภายใน 40 นาที ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิปฏิกิริยาคือ 2.3

สารละลาย:

ในการคำนวณเราใช้กฎ Van't Hoff . ค้นหาเสื้อ 2:

คำตอบ: 122.6 0 ค

ตัวอย่างที่ 3

อัตราของปฏิกิริยาโดยตรง N 2 (g) + 3H 2 (g) = NH 3 (g) จะเปลี่ยนไปกี่ครั้งหากความดันในระบบเพิ่มเป็นสองเท่า?

สารละลาย:

การเพิ่มแรงดันในระบบ 2 เท่าเท่ากับปริมาตรของระบบลดลง 2 เท่า ในกรณีนี้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะเพิ่มขึ้น 2 เท่า ตามกฎของการกระทำของมวล อัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นคือ V n = k·· 3

หลังจากเพิ่มความดัน 2 เท่า ความเข้มข้นของไนโตรเจนและไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้น 2 เท่า และอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเท่ากับ V k = k·2·2 3 3 = k·32·3 อัตราส่วน V ต่อ /V n แสดงให้เห็นว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรหลังจากการเปลี่ยนแปลงความดัน ดังนั้น V k /V n = k 32 3 /(k 3) = 32

คำตอบ:อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 32 เท่า

ตัวอย่างที่ 4

ปฏิกิริยาดูดความร้อนของการสลายตัวของฟอสฟอรัสเพนตะคลอไรด์เกิดขึ้นตามสมการ PC1 5 (g) ↔ PC1 3 (g) + C1 2 (g); ∆Н = +92.59 กิโลจูล วิธีเปลี่ยน: ก) อุณหภูมิ; ข) แรงกดดัน; c) ความเข้มข้นเพื่อเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรง - การสลายตัวของ PC1 5?

สารละลาย:

การกระจัดหรือการเปลี่ยนแปลงในสมดุลเคมีคือการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นสมดุลของสารที่ทำปฏิกิริยาอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในสภาวะของปฏิกิริยาอย่างใดอย่างหนึ่ง ทิศทางที่สมดุลเปลี่ยนไปนั้นถูกกำหนดตามหลักการของ Le Chatelier: a) เนื่องจากปฏิกิริยาการสลายตัวของ PC1 5 เป็นแบบดูดความร้อน (H > 0) ดังนั้นหากต้องการเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรง จึงจำเป็นต้องเพิ่มอุณหภูมิ: b) เนื่องจากในระบบนี้การสลายตัวของ PC1 5 ส่งผลให้ปริมาตรเพิ่มขึ้น (โมเลกุลก๊าซสองโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลก๊าซหนึ่งโมเลกุล) จากนั้นจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรงจึงจำเป็นต้องลดความดัน c) การเปลี่ยนแปลงสมดุลในทิศทางที่ระบุสามารถทำได้โดยการเพิ่มความเข้มข้นของ PC1 5 หรือโดยการลดความเข้มข้นของ PC1 3 หรือ Cl 2

สถานะของสมดุลเคมีมีอยู่ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดัน- เมื่อเงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่งเปลี่ยนไป สมดุลจะหยุดชะงักเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับไม่เท่ากัน การเปลี่ยนจากสถานะสมดุลหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงหรือการกระจัดของตำแหน่งสมดุลหากอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา หากอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าน้อยกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ ความสมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย เมื่อเวลาผ่านไป สมดุลทางเคมีใหม่จะถูกสร้างขึ้นในระบบ ซึ่งมีคุณลักษณะโดยความเท่าเทียมกันใหม่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ และความเข้มข้นของสมดุลใหม่ของสารทั้งหมดในระบบ

กำหนดทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุล หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์: หากอิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นกับระบบที่อยู่ในสมดุล ความสมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางของปฏิกิริยาที่ทำให้อิทธิพลนี้อ่อนลง

สัมพันธ์กับอิทธิพลภายนอกสามประเภทหลัก - การเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้น ความดัน และอุณหภูมิ - หลักการของ Le Chatelier ถูกตีความดังนี้

1. เมื่อความเข้มข้นของสารเริ่มต้น (ทำปฏิกิริยา) ตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางของปฏิกิริยาที่สารนี้ถูกใช้ไป เหล่านั้น. ต่อผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา- เมื่อความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารนี้เช่น ไปทางวัสดุเริ่มต้น - เมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ความสมดุลจะเปลี่ยนไปทางสารตั้งต้น.

2. เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง อัตราของปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเปลี่ยนไปตามองศาที่แตกต่างกัน ดังนั้นเพื่อชี้แจงผลกระทบของอุณหภูมิต่อสมดุลทางเคมีจึงจำเป็นต้องทราบสัญญาณของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความสมดุลเลื่อนไปด้านข้าง ปฏิกิริยาดูดความร้อน(ΔH > 0, Q< 0), เมื่ออุณหภูมิลดลง- ไปทางด้านข้าง ปฏิกิริยาคายความร้อน(ΔN< 0, Q >0,) ดังนั้นในปฏิกิริยาคายความร้อน 2H 2(g) + O 2(g) « 2H 2 O การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับที่เกิดขึ้นกับการดูดซับความร้อนเช่น ความสมดุลจะเปลี่ยนไปทางสารตั้งต้น

3. เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่จำนวนโมลของก๊าซที่ลดลง เช่น ในทิศทางของแรงกดดันที่ลดลง เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การเพิ่มจำนวนโมลของก๊าซ เช่น ไปสู่ความกดดันที่เพิ่มขึ้น หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนจำนวนโมลของสารที่เป็นก๊าซ ความดันจะไม่ส่งผลต่อตำแหน่งสมดุลในระบบนี้

2. ส่วนทดลอง

2.1. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่อความเข้มข้น

สารตั้งต้น

เพื่อสังเกตการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นเราใช้ปฏิกิริยาของปฏิกิริยาระหว่างสารละลายโพแทสเซียมไอโอเดตกับสารละลายโซเดียมซัลไฟต์ต่อหน้ากรดซัลฟิวริกและแป้ง (ตัวบ่งชี้ไอโอดีนอิสระ) กระบวนการโต้ตอบเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน สมการปฏิกิริยาโดยรวมมีรูปแบบ

หรือในรูปไอออนิก:

เมื่อพิจารณาถึงจุดเริ่มต้นของปฏิกิริยาเป็นช่วงเวลาของการรวมสารละลายรีเอเจนต์และจุดสิ้นสุดเป็นช่วงเวลาของการปล่อยไอโอดีนอิสระ (ลักษณะที่ปรากฏของสีน้ำเงิน) เราสามารถกำหนดเวลาปฏิกิริยา (τ) และกำหนดความสัมพันธ์ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเท่ากับ 1/τ โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารละลายของรีเอเจนต์ตัวใดตัวหนึ่ง สามารถสร้างการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิคงที่ได้

ในการทำการทดลอง ให้ใช้สารละลาย: สารละลาย A (สารละลายโพแทสเซียมไอโอเดต 0.002 N), สารละลาย B (สารละลายโซเดียมซัลไฟต์ 0.02 N, บรรจุสารละลาย 0.02 N 50 มล., สารละลายกรดซัลฟิวริก 2 N 50 มล. และกรดซัลฟิวริก 50 มล. สารละลายแป้งในสารละลาย 0.02 N 500 มล.) ปฏิกิริยาจะดำเนินการที่อุณหภูมิคงที่ (ห้อง) ความเข้มข้นคงที่ของโพแทสเซียมไอโอเดต (สารละลาย A) และความเข้มข้นตัวแปรของโซเดียมซัลไฟต์(สารละลาย B ตารางที่ 2.1)

ขั้นตอนการดำเนินการทดลอง- เตรียมสารละลาย B ที่มีความเข้มข้นต่างกัน 5 ระดับตามตารางที่ 2.1 โดยใช้กระบอกตวงและบีกเกอร์ ในการทำเช่นนี้ให้เทสารละลาย B 10 มล. ลงในแก้วแต่ละใบที่มีหมายเลขแล้วเติมน้ำกลั่นให้แต่ละแก้วตามปริมาณที่ระบุในตาราง 2.1

นำหลอดทดลอง 2 หลอด ปิเปตสารละลาย A 20 หยดใส่หลอดใดหลอดหนึ่ง และสารละลาย B 20 หยด (ตัวเลือกความเข้มข้นแรก) ลงในอีกหลอดจากแก้วหมายเลข 1 ระบายสารละลายออกอย่างรวดเร็วและเปิดนาฬิกาจับเวลาในเวลาเดียวกัน (อย่าเขย่าหลอดทดลองในระหว่างการทดลอง) เมื่อสีฟ้าปรากฏขึ้น ให้ปิดนาฬิกาจับเวลา ป้อนข้อมูลในตาราง 2.1 จากนั้นให้ทำการทดสอบรุ่นที่ 2, 3, 4 และ 5 ตามลำดับเดียวกัน สำหรับแต่ละตัวเลือก ให้คำนวณความเร็วสัมพัทธ์ของกระบวนการ (1/τ, s -1) และป้อนข้อมูลในตาราง 2.1

1. วาดกราฟการขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้น การพล็อตความเข้มข้นสัมพัทธ์ของสารละลายโซเดียมซัลไฟต์บนแกนแอบซิสซา และอัตราการเกิดปฏิกิริยาสัมพัทธ์บนแกนพิกัด อธิบายว่าได้รับการพึ่งพาประเภทใด?

2. อธิบายข้อสังเกตของคุณ- อธิบายว่าเหตุใดเมื่อความเข้มข้นของโซเดียมซัลไฟต์เพิ่มขึ้น สารละลายสีน้ำเงิน (สัญญาณของปฏิกิริยา) จึงเกิดขึ้นเร็วขึ้น อัตราของปฏิกิริยาที่กำลังศึกษานี้เปลี่ยนแปลง (เพิ่มหรือลดลง) อย่างไร สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับอะไร?

3. กฎจลน์คืออะไรสร้างการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือไม่? เขียนการแสดงออกของปฏิกิริยาที่กำลังศึกษาอยู่ ผลลัพธ์ที่ได้ยืนยันการปฏิบัติตามกฎหมายนี้หรือไม่?

4. สรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาต่ออัตราของกระบวนการทางกายภาพและเคมี

2.2. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ

เพื่อศึกษาการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ เราจะใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดออกซาลิก (H 2 C 2 O 4) กับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO 4) ต่อหน้ากรดซัลฟิวริก สมการปฏิกิริยาคือ

หรืออยู่ในรูปไอออนิก

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ไอออนจะลดลงเหลือไอออน Mn 2+ ซึ่งส่งผลให้สีของสารละลายเปลี่ยนไป: จากสีแดงม่วง (สีของไอออน) เป็นสีชมพูอ่อน (สีของไอออน Mn 2+ ที่ ความเข้มข้นสูง) หรือไม่มีสี (ที่ความเข้มข้นต่ำ) ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นคงที่ของสารตั้งต้นและอุณหภูมิที่แปรผัน(ตารางที่ 2.2)

ขั้นตอนการดำเนินการทดลอง- นำหลอดทดลอง 8 หลอด ใส่สารละลาย 0.1 N H 2 C 2 O 4 20 หยด ลงใน 4 หลอด ในหลอดทดลองที่เหลืออีก 4 หลอด ให้เติม KMnO 4 20 หยด และกรดซัลฟิวริกเข้มข้น H 2 SO 4 20 หยดลงในแต่ละหลอด (ปฏิบัติตามลำดับการเตรียมสารละลายที่ระบุอย่างเคร่งครัด) ทำให้ส่วนผสมที่เกิดขึ้นเย็นลงในอากาศ (หรือภายใต้น้ำเย็น) จนถึงอุณหภูมิห้อง

วางหลอดทดลองที่มี H 2 C 2 O 4 และหลอดทดลองที่มีส่วนผสมของ KMnO 4 และ H 2 SO 4 ลงในรูของฝาที่ครอบบีกเกอร์ที่เติมน้ำร้อน 2/3 ของปริมาตร ตรวจสอบอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์ (หลอดทดลองและเทอร์โมมิเตอร์ไม่ควรสัมผัสก้นแก้ว) แช่หลอดทดลองด้วยสารละลายเป็นเวลา 1.5 - 2 นาที จากนั้นเทเนื้อหาของหลอดทดลองที่มีโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่เป็นกรดลงในหลอดทดลองที่มีกรดออกซาลิก โดยไม่ต้องถอดอันหลังออกจากแก้ว บันทึกเวลาด้วยนาฬิกาจับเวลาตั้งแต่วินาทีที่สารละลายผสมกันจนสีเปลี่ยนไปจนหมดและป้อนข้อมูลในตาราง 2.2 จากนั้น ในลำดับเดียวกัน ให้ใช้ตัวเลือก 2–4 ของการทดลองที่อุณหภูมิ 40°C, 50°C, 60°C สำหรับแต่ละตัวเลือก ให้คำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาสัมพัทธ์ (1/τ, s -1) และป้อนข้อมูลในตารางที่ 2.2

เมื่อเสร็จสิ้นการวิเคราะห์ผลการทดลอง ให้ทำงานให้เสร็จสิ้นและตอบคำถาม:

1. คำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิในช่วง: 30–40°C (u 40°C /u 30°C), 40–50°C (u 50°C /u 40°C), 50–60°C (u 60°C /u 50 °C) ให้คำนวณค่าเฉลี่ย (γ เฉลี่ย) กฎของ Van't Hoff พอใจกับปฏิกิริยาที่กำลังศึกษาอยู่หรือไม่ ค่าตัวเลขของ γ ขึ้นอยู่กับปัจจัยใด

2. สร้างกราฟการขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ การพล็อตอุณหภูมิบนแกนแอบซิสซา และความเร็วสัมพัทธ์บนแกนพิกัด การพึ่งพาอาศัยกันที่เกิดขึ้นมีรูปแบบใด?

3. อธิบายข้อสังเกตของคุณ- อธิบายว่าทำไมการเปลี่ยนสีของสารละลาย (สัญญาณของปฏิกิริยา) จึงเกิดขึ้นเร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราของปฏิกิริยาที่กำลังศึกษานี้เปลี่ยนแปลง (เพิ่มหรือลดลง) อย่างไร สิ่งนี้เกี่ยวข้องอย่างไรกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนอนุภาคที่ทำงานอยู่?

4. สรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของอุณหภูมิต่ออัตราของกระบวนการทางกายภาพและเคมี

2.3. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่างกัน

บนพื้นที่ผิวของสารที่ทำปฏิกิริยา

ใส่ชอล์กและหินอ่อนจำนวนเท่ากัน (ไม้พายขนาดเล็กอย่างละหนึ่งชิ้น) ลงในหลอดทดลองสองหลอด หากเป็นไปได้ ให้เทสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 10% ในปริมาณเท่ากัน (2 - 3 มล.) ลงในหลอดทดลอง - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นคงที่ของสารทั้งหมดและอุณหภูมิห้อง เฉพาะลักษณะของสารตั้งต้นเท่านั้นที่จะเปลี่ยนแปลง, เพราะ ชอล์กและหินอ่อนมีโครงสร้างต่างกัน

สังเกตวิวัฒนาการของก๊าซในหลอดทดลองทั้งสองหลอด หลอดทดลองใดที่วิวัฒนาการของก๊าซจะสิ้นสุดเร็วกว่า?

เมื่อเสร็จสิ้นการวิเคราะห์ผลการทดลอง ให้ทำงานให้เสร็จสิ้นและตอบคำถาม:

1. เขียนสมการปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาระหว่างชอล์กและหินอ่อนกับกรดไฮโดรคลอริก โดยพิจารณาว่าชอล์กและหินอ่อนมีสูตรทางเคมีเหมือนกัน CaCO 3

2. อธิบายความแตกต่างของอัตราการเกิดปฏิกิริยา ปัจจัยใดในกรณีนี้ที่มีอิทธิพลต่อการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยา? ในกรณีใดที่พื้นผิวปฏิสัมพันธ์มีขนาดใหญ่ขึ้น และสิ่งนี้ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างไร เขียนนิพจน์กฎแห่งการกระทำของมวลสำหรับแต่ละปฏิกิริยา

3. ทำข้อสรุปทั่วไปเกี่ยวกับอิทธิพลของพื้นที่ผิวของสารที่ทำปฏิกิริยาต่ออัตราของกระบวนการเคมีกายภาพที่แตกต่างกัน

2.4. ผลของความเข้มข้นของสารตั้งต้น

สู่สภาวะสมดุล

การเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมีสามารถสังเกตได้ในปฏิกิริยาของเฟอร์ริกคลอไรด์ (FeCl 3) กับโพแทสเซียมไทโอไซยาเนต (KCNS):

FeCl 3 + 3KCNS « Fe(CNS) 3 + 3KCL

เนื่องจากปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ เมื่อสมดุลเปลี่ยนไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารตั้งต้น ความเข้มของสีแดงของสารละลายเนื่องจากการก่อตัวของเหล็กไทโอไซยาเนต Fe(CNS) 3 จะเปลี่ยนไป - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่.

ขั้นตอนการดำเนินการทดลองเทสารละลาย 0.01N 5 มล. ลงในบีกเกอร์ และเติมสารละลาย 0.01N 5 มล. (หรือ ) เทสารละลายที่ได้ลงในหลอดทดลอง 4 หลอด เติมสารละลายเข้มข้น 3-5 หยดลงในหลอดทดลองหลอดแรก หยดสารละลายเข้มข้น 2-3 หยดลงในหลอดที่สอง ใส่ของแข็ง (หรือ) เล็กน้อยลงในหลอดที่สาม แล้วเขย่าหลอดทดลองหลายๆ ครั้งเพื่อเร่งการละลายของ เกลือ เปรียบเทียบความเข้มสีของสารละลายที่ได้กับสีของสารละลายในหลอดทดลองที่สี่ (ชุดควบคุม) บันทึกผลการสังเกตในตารางที่ 2.3

เมื่อเสร็จสิ้นการวิเคราะห์ผลการทดลอง ให้ทำงานให้เสร็จสิ้นและตอบคำถาม:

1. เขียนสภาวะจลนศาสตร์ความสมดุลของปฏิกิริยาที่กำลังศึกษา

2. อธิบายเหตุใดสีจึงเพิ่มขึ้นในหลอดทดลองหลอดแรกและหลอดที่สอง และหลอดที่สามสีอ่อนลง เมื่อใช้ ZDM อธิบายว่าความเร็วจะเปลี่ยนไปอย่างไร และปฏิกิริยาใด (โดยตรงหรือย้อนกลับ) สำหรับแต่ละที่ระบุ (ตาราง 2.3) จะเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสาร สิ่งนี้นำไปสู่อะไร? ความสมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางใดในแต่ละกรณี?

3. ระบุมันหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงในสมดุลที่เกิดขึ้นระหว่างการทดลองยืนยันหลักการของ Le Chatelier หรือไม่

4. เขียนมันลงไปการแสดงออกของค่าคงที่สมดุล (КС) สำหรับระบบสมดุลที่กำหนด ค่าตัวเลขของค่าคงที่สมดุลขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือไม่?

5. ทำข้อสรุปทั่วไปเกี่ยวกับอิทธิพลของความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาต่อสภาวะสมดุล

2.5. อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อสภาวะสมดุล

เมื่อไอโอดีนทำปฏิกิริยากับแป้งจะเกิดสารที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนขึ้น - ไอโอโดสตาร์ชซึ่งมีสีฟ้า ปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพ

ไอโอดีน + แป้ง «ไอโอโดสตาร์ช (∆H< 0).

ขั้นตอนการดำเนินการทดลอง เทสารละลายแป้ง 4 - 5 มล. ลงในหลอดทดลองแล้วเติมสารละลาย 0.1 N ของ I 2 ลงไปสองสามหยดจนกระทั่งเป็นสีน้ำเงิน แบ่งเนื้อหาของหลอดทดลองออกเป็นสองส่วน อุ่นหลอดทดลองหนึ่งหลอดด้วยสารละลายโดยใส่ลงในแก้วน้ำร้อน จากนั้นทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง (ใต้น้ำไหล) โดยสังเกตทั้งสองกรณีการเปลี่ยนแปลงสีของสารละลายและเปรียบเทียบกับตัวควบคุม

เมื่อเตรียมการวิเคราะห์ผลการทดลองให้ตอบคำถามต่อไปนี้:

1. อธิบาย, เพราะเหตุใดและอย่างไร (เพิ่มขึ้นหรือลดลง) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง สีจะเปลี่ยนไป ทำไมเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นในระดับที่มากขึ้น (ผลการทดลอง) อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจึงเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลง อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้น อธิบายว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับพลังงานกระตุ้นและผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาอย่างไร สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางใดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง?

2. ยืนยันผลลัพธ์ที่ได้ในระหว่างการทดลองเป็นไปตามหลักการของ Le Chatelier หรือไม่

3.มันจะเปลี่ยนไปขนาดไหน.ค่าตัวเลขของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น? คำตอบจะต้องมีเหตุผล

4. ทำข้อสรุปทั่วไปเกี่ยวกับอิทธิพลของอุณหภูมิต่อตำแหน่งของสมดุลเคมีของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้

3. คำถามทดสอบ

1. เขียนนิพจน์ ZDM สำหรับปฏิกิริยา:

ก) 2NO (ก.) + O 2 (ก.) = 2NO 2 (ก.);

b) CaO (cr) + CO 2 (g) = CaCO 3 (cr)

พวกมันเป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกัน? อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อปริมาตรของปฏิกิริยาลดลง 3 เท่า สนับสนุนคำตอบของคุณด้วยการคำนวณ ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาคืออะไร และค่าตัวเลขของมันขึ้นอยู่กับปัจจัยใดบ้าง?

2. เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 298 เป็น 318 K อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 9 เท่า คำนวณพลังงานกระตุ้น (E a) และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (g) ค่าตัวเลขของพวกเขาขึ้นอยู่กับปัจจัยใดและความหมายทางกายภาพของปริมาณเหล่านี้คืออะไร?

3. เขียนนิพจน์และคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา

ส 2(ก) + เจ 2(ก ↔ 2HJ (ก) + คิว

ที่อุณหภูมิ 716 C หากทราบว่าอัตราคงที่สำหรับการก่อตัวของไฮโดรเจนไอโอไดด์ที่อุณหภูมินี้เท่ากับ 1.6 · 10 -2 และค่าคงที่อัตราสำหรับการสลายตัวด้วยความร้อนเท่ากับ 3 10 -4 คือสิ่งนี้ ปฏิกิริยาเอนโดหรือคายความร้อน? สารใดที่มีอยู่ในระบบ ณ สภาวะสมดุล? การลดลงของความดัน อุณหภูมิ และการนำตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าสู่ระบบจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสมดุลและค่าตัวเลขของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้อย่างไร

วรรณกรรม

1. Korovin, N.V. เคมีทั่วไป / N.V. Korovin – ม.: สูงกว่า. โรงเรียน, 2000.

2. Frolov, V.V. เคมี / V.V. – ม.: สูงกว่า. โรงเรียน พ.ศ. 2529

3. Zabelina, I. A. คู่มือระเบียบวิธีสำหรับการเตรียมตนเองสำหรับงานห้องปฏิบัติการในหลักสูตร "เคมี" เวลา 2 ชั่วโมง ตอนที่ 1 / I. A. Zabelina, L. V. Yasyukevich – มินสค์: BSUIR, 1998.

4. ปัญหาและแบบฝึกหัดเคมีทั่วไป / เอ็ด. เอ็น.วี. โคโรวีนา – ม.: สูงกว่า. โรงเรียน พ.ศ. 2549

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 2

ศักยภาพของอิเล็กโทรด องค์ประกอบกัลวานิก

วัตถุประสงค์ของงาน:ใช้ตัวอย่างเฉพาะเพื่อศึกษากระบวนการเคมีไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับอิเล็กโทรไลต์และในเซลล์กัลวานิก

1. ส่วนทางทฤษฎี

เคมีไฟฟ้ามีความสำคัญเชิงปฏิบัติที่สำคัญสำหรับหลาย ๆ ด้านของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี บทบาทของกระบวนการและปรากฏการณ์เคมีไฟฟ้าในเทคโนโลยีการผลิตและการทำงานของอุปกรณ์และระบบวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ (การสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้า การกัดด้วยเคมีไฟฟ้า การเกิดออกซิเดชัน การผลิตฟิล์มบางเพื่อการตกแต่งและวัตถุประสงค์พิเศษ การเคลือบป้องกันการกัดกร่อน การสร้างหน้าสัมผัส ฯลฯ ) มีความสำคัญอย่างยิ่ง

กระบวนการแปลงพลังงานเคมีโดยตรงเป็นพลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมีเรียกว่า กระบวนการไฟฟ้าเคมี

ระบบไฟฟ้าเคมีซึ่งพลังงานเคมีถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเรียกว่า เซลล์กัลวานิก.

กระบวนการเคมีไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับ ปฏิกิริยารีดอกซ์ต่างกันไหลที่ขอบเขตเฟส: อิเล็กโทรด - สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (ละลาย)

ความเร็วกระบวนการไฟฟ้าเคมีขึ้นอยู่กับทั้งสองอย่าง ลักษณะของอิเล็กโทรไลต์ ความเข้มข้น ขนาด ค่า pH(สำหรับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำ) สภาพภายนอก ( ต, ป) การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา และลักษณะของอิเล็กโทรดซึ่งมีลักษณะเป็นตัวเลขด้วยค่าของศักย์ไฟฟ้า

2.6. การเปลี่ยนแปลงในสมดุลเคมี หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

หากระบบอยู่ในสภาวะสมดุล ระบบก็จะยังคงอยู่ในนั้นตราบเท่าที่สภาวะภายนอกยังคงที่

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกรณีของความไม่สมดุลเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับสมดุล ความดัน หรืออุณหภูมิ

ลองพิจารณาแต่ละกรณีเหล่านี้

เมื่อความเข้มข้นของสารใดๆ ที่มีส่วนร่วมในสมดุลเพิ่มขึ้น ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การบริโภคสารนี้ เมื่อความเข้มข้นของสารลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารนี้

ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยา

ให้เราแนะนำไฮโดรเจนเพิ่มเติมเข้าสู่ระบบ ตามกฎของการกระทำของมวลการเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มขึ้น - ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ HI ในขณะที่อัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับจะไม่เปลี่ยนแปลง ในทิศทางไปข้างหน้า ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเร็วกว่าในทิศทางย้อนกลับ กล่าวคือ ความสมดุลเลื่อนไปทางขวา, เช่น. ในทิศทางของปฏิกิริยาไปข้างหน้า เมื่อความเข้มข้นเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้ามก็จะพูดถึง สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย– ไปในทิศทางของปฏิกิริยาย้อนกลับ

2. เมื่อความดันเพิ่มขึ้นโดยการบีบอัดระบบ สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่จำนวนโมเลกุลของก๊าซที่ลดลง กล่าวคือ ในทิศทางของแรงกดดันที่ลดลง เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การเพิ่มจำนวนโมเลกุลของก๊าซ เช่น ไปสู่ความกดดันที่เพิ่มขึ้น

สำหรับปฏิกิริยา

ความดันที่เพิ่มขึ้นควรเปลี่ยนสมดุลไปทางขวา (ทางด้านซ้ายจำนวนโมลของก๊าซคือ 3 ทางด้านขวา - 2)

ในกรณีที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนจำนวนโมเลกุลของก๊าซ ความสมดุลจะไม่ถูกรบกวนระหว่างการบีบอัดหรือการขยายตัวของระบบ เช่นในระบบ

ความสมดุลจะไม่ถูกรบกวนเมื่อปริมาตรเปลี่ยนแปลง เอาต์พุต HI ไม่ขึ้นกับแรงดัน

3. เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปตามทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลง จะเปลี่ยนไปตามทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน

ดังนั้นการสังเคราะห์แอมโมเนียจึงเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ( ∆H)

เลื่อนไปทางซ้าย - ไปสู่การสลายตัวของแอมโมเนียเนื่องจากกระบวนการนี้เกิดขึ้นกับการดูดซับความร้อน

ในทางกลับกัน การสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ (II) เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ( ∆N>0)

ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความสมดุลในระบบก็จะสูงขึ้น
เลื่อนไปทางขวาเพื่อสร้าง NO

รูปแบบที่ปรากฏในตัวอย่างการพิจารณาความไม่สมดุลของสารเคมีถือเป็นกรณีพิเศษทั่วไป หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์:

หากมีผลกระทบใด ๆ ต่อระบบที่อยู่ในสมดุล ผลจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบนั้น สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่ผลกระทบจะลดลง

ความสมดุลทางเคมีที่ต่างกันยังเป็นไปตามหลักการของเลอชาเตอลิเยร์ด้วย วัสดุตั้งต้นที่เป็นของแข็งและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาไม่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมีต่างกัน

2.7. การแก้ปัญหาทั่วไป

ตัวอย่างที่ 1 คำนวณความเข้มข้นสมดุลของไฮโดรเจนและไอโอดีน หากทราบว่าความเข้มข้นเริ่มต้นของพวกมันคือ 0.02 โมล/ลิตร และความเข้มข้นสมดุลของ HI เท่ากับ 0.03 โมล/ลิตร คำนวณค่าคงที่สมดุล

สารละลาย.จากสมการปฏิกิริยา

H 2 +ฉัน 2 ↔ 2HI

จะเห็นได้ว่าการก่อตัวของ HI 0.03 โมล ต้องใช้ไฮโดรเจน 0.015 โมล และไอโอดีนในปริมาณเท่ากัน ดังนั้น ความเข้มข้นของสมดุลจึงเท่ากัน และมีค่าเท่ากับ 0.02 - 0.015 = 0.005 โมล/ลิตร และค่าคงที่สมดุล

.

ตัวอย่างที่ 2 ในระบบ
ความเข้มข้นของสารที่สมดุล
=0.3 โมล/ลิตร
=0.2 โมล/ลิตร และ
=1.2 โมล/ลิตร คำนวณค่าคงที่สมดุลของระบบและความเข้มข้นเริ่มต้นของคลอรีนและคาร์บอนมอนอกไซด์

สารละลาย.จากสมการปฏิกิริยาจะเห็นได้ชัดว่าสำหรับการก่อตัวของ 1.2 โมล
ใช้ไป 1.2 โมล
และ
- ดังนั้น ความเข้มข้นเริ่มต้นของคลอรีนคือ 0.3 + 1.2 = 1.5 โมล/ลิตร คาร์บอนมอนอกไซด์ 0.2 + 1.2 = 1.4 โมล/ลิตร ค่าคงที่สมดุล

ตัวอย่างที่ 3 อัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอน (II) มอนอกไซด์กับออกซิเจนจะเพิ่มขึ้นกี่ครั้งหากความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นสามเท่า

สารละลาย. 1) เขียนสมการปฏิกิริยา:

ตามกฎแห่งการกระทำมวลชน

2) ให้เราแสดง
, แล้ว:

3) เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น 3 เท่าเราจะได้:

, ก

4) คำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยา :

, เช่น. อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 27 เท่า

ตัวอย่างที่ 4 อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึ้นกี่ครั้งเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 40°C หากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็น 3

สารละลาย.ตามกฎของแวนต์ ฮอฟฟ์:

, เช่น. อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 81 เท่า

ตัวอย่างที่ 5 ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 30°C ใช้เวลา 2 นาที ปฏิกิริยานี้จะใช้เวลานานเท่าใดจึงจะเสร็จสมบูรณ์ที่อุณหภูมิ 60°C ถ้าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราเป็น 2

สารละลาย. 1) ตามกฎของ Van't Hoff:

2) อัตราการเกิดปฏิกิริยาแปรผกผันกับเวลาปฏิกิริยา ดังนั้น:

ตัวอย่างที่ 6 ปฏิกิริยาสำหรับการก่อตัวของไนตริกออกไซด์ (IV) แสดงโดยสมการ

อัตราปฏิกิริยาเดินหน้าและถอยหลังจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากความดันเพิ่มขึ้น 3 เท่าและอุณหภูมิคงที่ การเปลี่ยนแปลงความเร็วนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลหรือไม่?

สารละลาย.ให้ก่อนที่ความดันจะเพิ่มความเข้มข้นสมดุลของไนตริกออกไซด์ (II), ออกซิเจนและไนตริกออกไซด์ (IV) คือ: = a, = b,

C แล้วอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้า

,

ความเร็วปฏิกิริยาย้อนกลับ

.

เมื่อความดันเพิ่มขึ้น 3 เท่า ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ทั้งหมดจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่เท่ากัน: = 3a, = 3b, = 3c

อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเป็น:

ความเร็วของปฏิกิริยาย้อนกลับจะกลายเป็น:

.

อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มขึ้น 27 เท่า และปฏิกิริยาย้อนกลับ 9 เท่า ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาไปข้างหน้าซึ่งสอดคล้องกับหลักการของเลอชาเตอลิเยร์

ตัวอย่างที่ 7 ส่งผลต่อความสมดุลในระบบอย่างไร?

, (∆N

ก) ความดันลดลง;

b) อุณหภูมิเพิ่มขึ้น

c) เพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น?

สารละลาย.ตามหลักการของ Le Chatelier การลดลงของความดันจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาที่นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของปริมาตร กล่าวคือ ต่อปฏิกิริยาที่ตรงกันข้าม การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน กล่าวคือ ต่อปฏิกิริยาที่ตรงกันข้าม และในที่สุดความเข้มข้นของสารเริ่มต้นที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุลไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเช่น ไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรง

ตัวอย่างที่ 8 พิจารณาสมดุลเคมี

ให้เราพิจารณาความเข้มข้นสมดุลของ NH 3 สำหรับส่วนผสมสมดุลสองรายการ:

1. = 0.1 ม. และ = 0.1 ม.

2. =1.0 ม. และ = 0.1 ม.

ค่าคงที่สมดุล K = 6.0 ∙ 10 -2 ที่ 525 ˚С

สารละลาย.มาสร้างนิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุลเคมี แทนที่ปริมาณที่ทราบลงไปแล้วทำการคำนวณ

สมดุลเคมีเวอร์ชันแรก:

ที่ไหน

สมดุลเคมีรุ่นที่สอง

ที่ไหน

บทสรุป.เมื่อความเข้มข้นของ N2 (รีเอเจนต์) ในส่วนผสมสมดุลเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของ NH3 (ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา) จะเพิ่มขึ้น

2.8. ปัญหาที่ต้องแก้ไขอย่างอิสระ

1. ควรเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนในระบบกี่ครั้ง?

เพื่อให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 125 เท่า?

2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปอย่างไร?

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าแรงดันในระบบเพิ่มขึ้นสองเท่า?

3. ปฏิกิริยาระหว่างไนตริกออกไซด์ (II) และคลอรีนเกิดขึ้นตามสมการ

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเพิ่มขึ้น:

ก) ความเข้มข้นของไนตริกออกไซด์เพิ่มขึ้นสองเท่า;

b) ความเข้มข้นของคลอรีนเพิ่มขึ้นสองเท่า;

c) ความเข้มข้นของสารทั้งสองเพิ่มขึ้นสองเท่า?

4. ที่อุณหภูมิ 150°C ปฏิกิริยาบางอย่างจะเสร็จสิ้นภายใน 16 นาที ใช้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเท่ากับ 2.5 คำนวณระยะเวลาหลังจากนั้นปฏิกิริยานี้จะสิ้นสุดที่ 80°C

5. ที่อุณหภูมิ 40°C ปฏิกิริยาจะใช้เวลา 36 นาที และที่ 60°C – ภายใน 4 นาที คำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา

6. อัตราของปฏิกิริยาบางอย่างที่ 100 0 C เท่ากับ 1 ปฏิกิริยาเดียวกันจะเกิดขึ้นช้าลงกี่เท่าที่อุณหภูมิ 10 0 C (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราจะเท่ากับ 2)

7. เมื่อส่วนผสมของปฏิกิริยาเย็นลงจาก 50 0 ถึง 20 0 C อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีลดลง 27 เท่า คำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยานี้

8. เขียนนิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับค่าคงที่สมดุลเคมีของปฏิกิริยาแต่ละปฏิกิริยาต่อไปนี้:

เมื่อเสร็จสิ้นภารกิจนี้ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับข้อเท็จจริงที่ว่าสารบางชนิดซึ่งเป็นผู้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยานั้นอยู่ในสถานะของแข็ง

9. คำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา

ถ้าความเข้มข้นของความสมดุลเท่ากัน

10. ใช้หลักการของเลอชาเตอลิเยร์ในการทำนายสภาวะที่เพิ่มผลผลิตของปฏิกิริยาต่อไปนี้โดยการเปลี่ยนสมดุล:

, (∆N

11. ในบรรดาปฏิกิริยาที่ให้มา ให้ระบุปฏิกิริยาที่ความดันเพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนสมดุลเคมีไปทางขวา:

ก)
;

ข)
;

วี)
;

ช)
;

ง)
;

12. ที่อุณหภูมิหนึ่ง ค่าคงที่สมดุลของกระบวนการคือ

ความเข้มข้นเริ่มต้นของ Н2 และ НСО คือ 4 โมล/ลิตร และ 3 โมล/ลิตร ตามลำดับ ความเข้มข้นสมดุลของ CH 3 OH คืออะไร?

13. ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นตามสมการ 2A ↔ B ความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร A คือ 0.2 โมล/ลิตร ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาคือ 0.5 คำนวณความเข้มข้นสมดุลของสารตั้งต้น

14. ที่อุณหภูมิหนึ่งความเข้มข้นสมดุลของซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาคือ

,

เท่ากับ 0.02 โมล/ลิตร ความเข้มข้นเริ่มต้นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์และออกซิเจนเท่ากับ 0.06 และ 0.07 โมล/ลิตร ตามลำดับ คำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา

หัวข้อที่ 3 โครงสร้างอะตอมและระบบธาตุขององค์ประกอบ D.I. เมนเดลีฟ

3.1. โครงสร้างอะตอมรุ่นแรก

ในปี พ.ศ. 2440 เจ. ทอมสัน (อังกฤษ) ค้นพบอิเล็กตรอน และในปี พ.ศ. 2452 อาร์. มัลลิเคน ได้กำหนดประจุของมันซึ่งเท่ากับ 1.6 · 10 -19 องศาเซลเซียส มวลของอิเล็กตรอนคือ 9.11 ∙ 10 -28 กรัม ในปี พ.ศ. 2447 เจ. ทอมสันได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมตามที่อะตอมสามารถแสดงเป็นทรงกลมบวกโดยมีอิเล็กตรอนกระจายอยู่

ในปี 1910 ในห้องปฏิบัติการของ E. Rutherford (ประเทศอังกฤษ) ในการทดลองเกี่ยวกับการระดมยิงฟอยล์โลหะด้วยอนุภาค α พบว่าอนุภาค α บางส่วนกระจัดกระจายโดยฟอยล์ จากข้อนี้ รัทเทอร์ฟอร์ดสรุปว่า ณ ศูนย์กลางของอะตอมจะมีนิวเคลียสขนาดเล็กที่มีประจุบวกล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน รัศมีของนิวเคลียสอยู่ในช่วง 10 -14 – 10 -15 ม. เช่น 10 4 – 10 เล็กกว่าขนาดของอะตอม 5 เท่า รัทเทอร์ฟอร์ดทำนายการดำรงอยู่ของโปรตอนและมวลของมันซึ่งมีมวลเป็น 1,800 เท่าของมวลอิเล็กตรอน

ในปี พ.ศ. 2453 รัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอแบบจำลองดาวเคราะห์นิวเคลียร์ของอะตอม ซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสหนักซึ่งมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงโคจร เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ อย่างไรก็ตาม ตามที่ทฤษฎีของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงให้เห็น อิเล็กตรอนในกรณีนี้ควรเคลื่อนที่เป็นเกลียว ปล่อยพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่อง และตกลงสู่นิวเคลียส

สเปกตรัมอะตอมเมื่อได้รับความร้อน สารจะปล่อยรังสีออกมา (รังสี) ถ้ารังสีมีความยาวคลื่นเดียว จะเรียกว่าเอกรงค์เดียว ในกรณีส่วนใหญ่ การแผ่รังสีจะมีลักษณะเฉพาะโดยมีความยาวคลื่นหลายช่วง เมื่อรังสีถูกสลายเป็นส่วนประกอบที่มีสีเดียว จะได้สเปกตรัมของรังสี โดยที่ส่วนประกอบแต่ละส่วนจะแสดงเป็นเส้นสเปกตรัม ในรูปที่ 3.1 แสดงสเปกตรัมอะตอมของไฮโดรเจน ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับสเปกตรัมอะตอมของไฮโดรเจนถูกกำหนดโดยสมการบัลเมอร์

. (3.1)

โดยที่ λ – ความยาวคลื่น; R – ค่าคงที่ริดเบิร์ก (1,09678 ซม. -1); n และ m เป็นจำนวนเต็ม (n = 1 สำหรับอนุกรม Lyman, n = 2 สำหรับอนุกรม Balmer, n = 3 สำหรับอนุกรม Paschen; m = 2, 3, 4 สำหรับอนุกรม Lyman, m = 3, 4, 5 สำหรับ Balmer, m = 4, 5, 6 – สำหรับซีรีส์ Paschen)

ควอนตัมและแบบจำลองบอร์ในปี 1900 เอ็ม. พลังค์ (เยอรมนี) เสนอแนะว่าสสารดูดซับและปล่อยพลังงานในส่วนที่แยกจากกัน ซึ่งเขาเรียกว่าควอนต้า พลังงานควอนตัม อีสัดส่วนกับความถี่ของการแผ่รังสี (การสั่น) ν:

,

โดยที่ – h – ค่าคงที่ของพลังค์ (6.626∙10 -34 J s) ν = с/แล, с – ความเร็วแสง; แลมบ์ – ความยาวคลื่น

ในปี 1913 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก N. Bohr ใช้แบบจำลองของ Rutherford และทฤษฎีของ Planck ได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมไฮโดรเจนตามที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสไม่อยู่ในใดๆ แต่เฉพาะในวงโคจรที่อนุญาตเท่านั้น ซึ่งในนั้น อิเล็กตรอนมีพลังงานบางอย่าง เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปอีกวงหนึ่ง อะตอมจะดูดซับหรือปล่อยพลังงานออกมาในรูปของควอนตัม แต่ละวงโคจรมีตัวเลข n (1, 2, 3, 4,...) ซึ่งเรียกว่าเลขควอนตัมหลัก บอร์คำนวณรัศมีของวงโคจร รัศมีของวงโคจรแรกคือ 5.29∙10 -13 ม. รัศมีของวงโคจรอื่นเท่ากับ:

พลังงานอิเล็กตรอน (eV) ขึ้นอยู่กับค่าของควอนตัมหลัก

เครื่องหมายพลังงานลบหมายถึงความเสถียรของระบบ ซึ่งจะมีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อพลังงานต่ำ (ยิ่งเป็นลบ) อะตอมไฮโดรเจนมีพลังงานขั้นต่ำเมื่ออิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรแรก (n=1) ภาวะนี้เรียกว่า หลัก- เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปยังวงโคจรที่สูงขึ้น อะตอมจะกลายเป็น ตื่นเต้น- สถานะของอะตอมนี้ไม่เสถียร

ข้าว. 3.1. แผนภาพระดับพลังงานและการเปลี่ยนแปลงควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจน

เมื่อเคลื่อนที่จากวงโคจรบนลงล่าง อะตอมจะปล่อยแสงควอนตัมซึ่งตรวจพบจากการทดลองในรูปแบบของชุดสเปกตรัมของอะตอม (รูปที่ 3.1) ค่าของ n และ m ในสมการ (3.1) สอดคล้องกับค่าของตัวเลขควอนตัมหลักที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ (m) และค่าที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ (n)

ทฤษฎีของบอร์ทำให้สามารถคำนวณพลังงานของอิเล็กตรอนซึ่งเป็นค่าของควอนตัมพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง

ทฤษฎีของบอร์ได้รับการยืนยันจากการทดลอง อย่างไรก็ตาม เธอไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กและเส้นสเปกตรัมของอะตอมทั้งหมดได้ ทฤษฎีของบอร์กลายเป็นว่าไม่เหมาะสมสำหรับอะตอมหลายอิเล็กตรอน มีความจำเป็นที่จะต้องมีแบบจำลองใหม่ของอะตอมโดยอาศัยการค้นพบในพิภพเล็ก ๆ 3.2. แบบจำลองทางกลควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจน

ลักษณะคู่ของอิเล็กตรอน

. (3.2)

De Broglie เรียกคลื่นของสสาร อนุภาค คลื่นวัสดุ เป็นลักษณะของอนุภาคหรือวัตถุทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ตามที่สมการ (3.2) บอกเป็นนัย สำหรับมาโครบอดีนั้น ความยาวคลื่นมีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถตรวจพบได้ในปัจจุบัน ดังนั้น สำหรับวัตถุที่มีมวล 1,000 กิโลกรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 108 กม./ชม. (30 ม./วินาที) แล = 2.21·10 -38 ม.

ในปีพ.ศ. 2470 W. Heisenberg (เยอรมนี) ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับหลักการความไม่แน่นอน โดยพื้นฐานแล้วตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคมูลฐานของอะตอม (อนุภาคขนาดเล็ก) นั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุเมื่อใดก็ได้ด้วยความแม่นยำสูงสุด ในช่วงเวลาที่กำหนด สามารถกำหนดคุณสมบัติเหล่านี้ได้เพียงอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น E. Schrödinger (ออสเตรีย) ในปี 1926 ได้รับคำอธิบายทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอม

ผลงานของ Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg และ Schrödinger ผู้เสนอสมการคลื่น ได้วางรากฐานสำหรับกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งศึกษาการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคขนาดเล็ก

วงโคจรตามแนวคิดทางกลควอนตัม เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุพลังงานและตำแหน่งของอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นในแบบจำลองทางกลควอนตัมของอะตอม จึงใช้แนวทางความน่าจะเป็นเพื่อระบุลักษณะของตำแหน่งของอิเล็กตรอน ความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนในพื้นที่เฉพาะนั้นอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันคลื่น ψ ซึ่งกำหนดลักษณะความกว้างของคลื่นตามฟังก์ชันของพิกัดของอิเล็กตรอน ในกรณีที่ง่ายที่สุด ฟังก์ชันนี้ขึ้นอยู่กับพิกัดเชิงพื้นที่สามพิกัดและถูกเรียก วงโคจร ตามคำจำกัดความของ ψ จะได้ว่า วงโคจรเป็นพื้นที่ของอวกาศซึ่งมีแนวโน้มที่จะพบอิเล็กตรอนมากที่สุดควรสังเกตว่าแนวคิดเรื่องวงโคจรแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากแนวคิดเรื่องวงโคจร ซึ่งในทฤษฎีของบอร์หมายถึงเส้นทางของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอม ขนาดของพื้นที่ที่วงโคจรครอบครองมักจะมีความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนภายในอย่างน้อย 95%

เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบ วงโคจรของอิเล็กตรอนจึงแสดงถึงการกระจายประจุที่แน่นอน ซึ่งเรียกว่า คลาวด์อิเล็กทรอนิกส์.

ตัวเลขควอนตัมเพื่อระบุลักษณะพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอม จึงมีการแนะนำตัวเลขควอนตัม ได้แก่ เงินต้น ออร์บิทัล แม่เหล็ก และสปิน

เลขควอนตัมหลักnกำหนดพลังงานและขนาดของออร์บิทัลของอิเล็กตรอน เลขควอนตัมหลักใช้ค่า 1,2,3,4,5,... และระบุลักษณะของเปลือกหรือระดับพลังงาน ยิ่ง n มาก พลังงานก็จะยิ่งสูงขึ้น เชลล์ (ระดับ) มีการกำหนดตัวอักษร: K (n = 1), L (n = 2), M (n = 3), N (n = 4), Q (n = 5), การเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากเปลือกเดียว (ระดับ ) ไปยังอีกอันหนึ่งจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานควอนตัมซึ่งสามารถปรากฏในรูปแบบของสเปกตรัม (ดูรูปที่ 3.1)

เลขควอนตัมวงโคจรลกำหนดรูปร่างของวงโคจรของอะตอม เปลือกอิเล็กทรอนิกส์ถูกแบ่งออกเป็นเปลือกย่อย ดังนั้นเลขควอนตัมของวงโคจรจึงแสดงลักษณะเฉพาะของระดับย่อยพลังงานในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมด้วย

ตัวเลขควอนตัมในวงโคจรใช้ค่าจำนวนเต็มตั้งแต่ 0 ถึง (n-1) Subshells ยังถูกกำหนดด้วยตัวอักษร:

เปลือกย่อย (ระดับย่อย)………… s p d f

เลขควอนตัมวงโคจร ล……………0 1 2 3

อิเล็กตรอนที่มีเลขควอนตัมในวงโคจรเป็น 0 เรียกว่า ส- อิเล็กตรอนวงโคจรและเมฆอิเล็กตรอนจึงมีรูปร่างเป็นทรงกลม (รูปที่ 3.2, ก)

อิเล็กตรอนที่มีควอนตัมวงโคจรหมายเลข 1 ถูกเรียกว่า พี- อิเล็กตรอนออร์บิทัลและเมฆอิเล็กตรอนจึงมีรูปร่างคล้ายดัมเบล (รูปที่ 3.2, b)

อิเล็กตรอนที่มีเลขควอนตัมในวงโคจรเป็น 2 เรียกว่า ง– อิเล็กตรอน- วงโคจรมีรูปร่างเป็นดอกกุหลาบสี่แฉก (รูปที่ 3.2, c)

อิเล็กตรอนที่มีเลขควอนตัมในวงโคจรเท่ากับ 3 เรียกว่า ฉ– อิเล็กตรอน- รูปร่างของออร์บิทัลนั้นซับซ้อนกว่ารูปร่างของออร์บิทัล d เสียอีก

เชลล์แรก (n=1) สามารถมีได้หนึ่ง (s–), เชลล์ที่สอง (n=2) สอง (s- และ p-), เชลล์ที่สาม (n=3) สาม (s-, p-, d- ) ในส่วนที่สี่ (n=4) มีสี่เชลล์ย่อย (s-, p-, d-, f-)

เลขควอนตัมแม่เหล็ก ม ลกำหนดลักษณะของวงโคจรในอวกาศ (ดูรูปที่ 3.2)

ดังนั้นในเชลล์ย่อย s ( ล= 0) มีหนึ่งวงโคจร ( ม ล= 0) ในเชลล์ย่อย p ( ล= 1) – สามวงโคจร ( ม ล= -1, 0, +1) ในเชลล์ย่อย d ( ล= 2) ห้าวงโคจร ( ม ล = -2, -1, 0, +1, +2).

วงโคจรของอะตอมวงโคจรของอิเล็กตรอนแต่ละตัวในอะตอม (วงโคจรของอะตอม, AO) สามารถกำหนดลักษณะเฉพาะด้วยเลขควอนตัมสามตัว n ลและ ม ล .

ตามอัตภาพ ออร์บิทัลของอะตอมถูกกำหนดให้อยู่ในรูปของกล่อง

ดังนั้น สำหรับ s-subshell จะมีหนึ่ง AO สำหรับ p-subshell จะมี AO หมุนสามตัว งาน... อาจจะ เป็น เป็นอิสระ... หนังสือเรียน เบี้ยเลี้ยงในสังคมวิทยา สำหรับ นักเรียนมหาวิทยาลัย -

วรรณกรรมเนื้อหาสากล

วรรณกรรม

งานที่โพสต์ สำหรับ เป็นอิสระ งาน. ผลประโยชน์ตั้งใจ สำหรับ นักเรียนมหาวิทยาลัยที่กำลังศึกษาอยู่ พิเศษ"คณิตศาสตร์" และ "คณิตศาสตร์ประยุกต์" อาจจะ เป็นอีกด้วย...