Тепе-теңдік әдетте жүйенің немесе дененің оған түсетін барлық әсерлер бірін-бірі өтейтін ерекше күйі ретінде түсініледі. Немесе мүлде жоқ. Химияда тепе-теңдік ұғымы әртүрлі заттар арасында болатын реакцияларға, дәлірек айтсақ, олардың пайда болу шарттарына қолданылады.
Баланс түсінігі
Химиялық реакциялардың әртүрлі критерийлерге сәйкес көптеген классификациялары бар, бірақ химиялық тепе-теңдік туралы айтқанда қайтымды және қайтымсыз реакциялардың не екенін есте ұстаған жөн.
Егер реакция нәтижесінде бір-бірімен әрекеттеспейтін өнімдер түзілсе, олар қайтымсыз реакциялар туралы айтады, яғни тек алға бағытта жүреді. Әдетте, олардағы өнімдердің бірі газ тәрізді, аздап диссоциацияланатын немесе ерімейтін қосылыс болып табылады. Мысалы:
Pb(NO3)2 + 2ΗCl PbCl2↓ + 2HNO 3
Na2CO3 + 2ΗCl 2NaCl + CO2↑ + Η 2O
NaOΗ + ΗCl NaCl + Η2O
Қайтымды реакциялардың өнімдері бір-бірімен әрекеттесе алады, осылайша бастапқы заттарды құрайды, яғнибір мезгілде екі қарама-қарсы бағытталған реакциялар жүреді. Егер белгілі бір жағдайларда белгілі бір уақытта ілгерілемелі реакцияның жылдамдығы кері реакцияның жылдамдығына тең болса, онда химиялық тепе-теңдік орнайды.
Мұндай тепе-теңдік динамикалық ретінде сипатталатынын атап өткен жөн. Басқаша айтқанда, екі реакция да жалғасады, бірақ оның барлық қатысушыларының концентрациясы өзгеріссіз қалады және тепе-теңдік деп аталады.
Математикалық түрде бұл күй тепе-теңдік тұрақтысы (Kp) арқылы өрнектеледі. аΑ + bB сс + dD теңдеуімен сипатталған заттардың өзара әрекеттесуі болсын. Қарама-қарсы реакциялар үшін олардың жылдамдықтарын әсер етуші массалар заңы арқылы есептеу формулаларын жазуға болады. Бұл жылдамдықтар тепе-теңдік күйінде тең болатындықтан, екі қарама-қарсы реакцияның жылдамдық константаларының қатынасын өрнектеуге болады. Мұнда ол тепе-теңдік тұрақтысына сандық түрде тең болады.
Kr мәні жүріп жатқан реакциялардың толықтығын анықтауға көмектеседі. Егер Kp<1 болса, онда алға бағыттағы реакция дерлік жүрмейді. Егер Кр>1 болса, онда тепе-теңдік өнімдерге ауысады.
Тепе-теңдік түрлері
Химиялық тепе-теңдік ақиқат, айқын және жалған. Шынайы тепе-теңдік белгілері:
- Егер сыртқы әсер болмаса, ол уақыт бойынша өзгермейді.
- Сыртқы әсерлер өзгерсе (бұл температураға, қысымға, т.б. қатысты), жүйенің күйі де өзгереді. Бірақ шарттардың бастапқы мәндерін қайтару керек,теңгерім бірден қалпына келтіріледі.
- Нағыз тепе-теңдік күйіне химиялық реакция өнімдері жағынан да, бастапқы заттардан да жетуге болады.
Егер осы шарттардың ең болмағанда біреуі орындалмаса, онда мұндай тепе-теңдік айқын (метстабилді) деп айтамыз. Егер сыртқы жағдайлар өзгерген кезде жүйенің күйі қайтымсыз өзгере бастаса, онда мұндай тепе-теңдік жалған (немесе тежелген) деп аталады. Соңғысына мысал ретінде темірдің оттегімен әрекеттесуін келтіруге болады.
Тепе-теңдік ұғымы термодинамика мен кинетика тұрғысынан біршама ерекшеленеді. Термодинамикалық тепе-теңдік деп белгілі бір жүйе үшін Гиббс энергиясының ең аз мәні түсініледі. Шынайы тепе-теңдік ΔG=0 арқылы сипатталады. Ал тура және кері реакциялардың жылдамдықтары теңестірілген күй туралы, яғни v1=v2, дейді олар, тепе-теңдік дегеніміз не - кинетикалық.
Ле Шателье принципі
Анри Ле Шателье 19 ғасырда тепе-теңдіктің ауысу заңдылықтарын зерттеді, бірақ ол осы жұмыстардың барлығын қорытындылап, кейінірек Карл Браун қозғалатын тепе-теңдік принципін тұжырымдады:
егер тепе-теңдік жүйеге сырттан әсер етілсе, онда тепе-теңдік өндірілген әсерді азайту бағытында ауысады
Басқаша айтқанда, тепе-теңдік жүйесіне қандай да бір әсер болса, ол бұл әсер аз болатындай өзгереді.
Тепе-теңдік ауысуы
Теңдеу мысалында Ле-Шателье принципінің салдарын қарастырайықреакциялар:
N2+ 3Η22NΗ3+ Q.
Температураны арттырсаңыз, онда тепе-теңдік эндотермиялық реакцияға ауысады. Бұл мысалда жылу бөлінеді, яғни тікелей реакция экзотермиялық және тепе-теңдік бастапқы заттарға ауысады.
Егер қысымды арттырсаңыз, бұл тепе-теңдіктің газ тәрізді заттардың азырақ көлемдеріне ауысуына әкеледі. Жоғарыда келтірілген мысалда 4 моль газ тәрізді бастапқы заттар және 2 моль газ тәрізді өнімдер бар, бұл тепе-теңдік реакция өнімдеріне ауысатынын білдіреді.
Егер бастапқы заттың концентрациясын арттырса, тепе-теңдік тура реакция бағытына және керісінше ығысады. Осылайша, егер сіз N2 немесе Η2 концентрациясын арттырсаңыз, онда тепе-теңдік алға бағытта, ал аммиак болса - онда қарама-қарсы бағыт.
