Chương 2 : CÂN BẰNG HÓA HỌC, CÂN BẰNG PHA
CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG HÓA HỌC, CÂN BẰNG PHA 2.1.KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC : Trong thực tế có những phản ứng xảy ra đến cùng, một (hoặc nhiều) chất phản ứng đến hết, ví dụ như phản ứng nhiệt phân KClO3 có MnO2 xúc tác, phản ứng sẽ xảy ra đến khi hết KClO3,... là phản ứng một chiều. Nhưng có một số phản ứng khác như phản ứng ester hóa, phản ứng thủy phân, phản ứng phân hủy HI,... các phản ứng ấy không bao giờ tác dụng nhau đến cùng dù ta có để bao lâu đi nữa, những phản ứng như thế gọi là phản ứng thuận nghịch. Tại sao gọi là phản ứng thuận nghịch ? Vì loại phản ứng này các chất phản ứng phản ứng với nhau cho ra sản phẩm thì cùng lúc ấy khi các sản phẩm đủ đến một lượng nào đó nó sẽ phản ứng lại với nhau để cho lại các chất ban đầu - như vậy đồng thời các chất phản ứng phản ứng với nhau theo chiều thuận thì cũng thời gian đó các chất tạo thành lại phản ứng với nhau theo chiều nghịch. Lúc đầu khi các chất ban đầu có nhiều (nồng độ lớn) thì xác suất của sự va chạm giữa các chất phản ứng lớn nên phản ứng thuận xảy ra nhanh, lúc ấy sản phẩm mới tạo nên rất ít nên xác suất của sự va chạm giữa các sản phẩm nhỏ, phản ứng nghịch xãy ra chậm và càng lúc thì phản ứng thuận càng chậm lại do nồng độ chất phản ứng giảm và phản ứng nghịch nhanh dần lên (do nồng độ của sản phẩm tăng), đến một lúc nào đó khi tốc độ phản ứng của hai chiều bằng nhau, thì lúc ấy số lượng các chất trong một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian sẽ không đổi ta gọi phản ứng đạt đến cân bằng - cân bằng động, cân bằng sẽ giữ mãi nếu điều kiện bên ngoài không đổi. Tại sao lại là cân bằng động ? Do tại thời điểm cân bằng đó các chất phản ứng, chất sản phẩm, vẫn phản ứng với nhau theo hai chiều ngược nhau với tốc độ như nhau làm cho nồng độ các chất không đổi. Ðối với phản ứng một chiều, trên cơ sở sự thống nhất 2 nguyên lý (G) ta đã biết được khả năng phản ứng. Còn đối với phản ứng thuận nghịch khi đạt tới cân bằng, dĩ nhiên G = 0, nhưng mức độ phản ứng ra sao ? đến đâu ? Trả lời câu hỏi này cũng dựa trên sự thống nhất 2 nguyên lý và giúp chúng ta tính toán được các nồng độ lúc ấy. 2.2.HẰNG SỐ CÂN BẰNG : Xét phản ứng ở thể khí : aA (k) + bB (k) eE (k) + fF (k) (k) : thể khí Ở nhiệt độ và áp suất không đổi thì : G = e E f F (a A b B ) Từ chương 1 ta đã có : T = oT + RT lnp. (Chú ý : p tính bằng atm) Nên : G e E0 eRTlnp E f F0 fRTlnp F (a A0 aRTlnp A b B0 bRTlnp B ) . Hoán vị các số hạng : 0 G (e E0 f F0 ) (a A b B0 ) (eRTlnp E fRTlnp F ) (aRTlnp A bRTlnp B )
Mà : (e E0 f F0 ) (a A0 b B0 ) G 0 . Nên : G G 0 RT ln( Khi cân bằng ở T = const, thì G 0 . Nên : Go = - RTln( Hay :
-
p Ee . p Ff p aA . p bB
p Ee . p Ff p aA . p bB
(2.1).
)
)cb
(2.2)
pe .p f G o = ln( Ea Fb )cb RT p A. pB
Go chính là năng lượng tự do ở điều kiện chuẩn ở nhiệt độ T của phản ứng xác định : aA + bB eE + fF là một đại lượng xác định, hay nói cách khác ở T không đổi của một phản ứng xác định thì Go là hằng số. Vì vậy : -
26
G o là hằng số và người ta đặt : RT
HÓA ĐẠI CƯƠNG 2