Pe scurt
Cinetică chimică studiază viteza reacțiilor și factorii care o influențează: concentrație, temperatură, presiune și catalizatori. Echilibrul chimic este o stare dinamică în care viteza reacției directe egalează viteza reacției inverse, iar constanta de echilibru Kc depinde doar de temperatură. Principiul lui Le Chatelier afirmă că un sistem aflat la echilibru, supus unei perturbări, se va deplasa în sensul care contracarează perturbarea.
Viteza de reacție și legea vitezei
- Viteza de reacție se exprimă prin variația concentrației unui reactant sau produs în unitatea de timp.
- Legea vitezei pentru o reacție elementară aA + bB → produși este v = k[A]^m[B]^n, unde m și n sunt ordine parțiale, determinate experimental.
- Factorii care influențează viteza: concentrația, temperatura, presiunea (pentru gaze) și catalizatorii.
Constanta de viteză și energia de activare (Arrhenius)
- Constanta de viteză k depinde de temperatură conform legii Arrhenius: k = A·exp(-Ea/RT).
- Energia de activare (Ea) este bariera energetică ce trebuie depășită pentru ca reacția să aibă loc.
- Catalizatorii micșorează Ea, accelerând reacția fără a fi consumați.
Echilibrul chimic și constanta de echilibru Kc
- Echilibrul chimic este o stare dinamică în care viteza reacției directe egalează viteza reacției inverse, iar concentrațiile reactanților și produșilor rămân constante.
- Legea acțiunii maselor definește constanta de echilibru Kc = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b (pentru reacția aA + bB ⇌ cC + dD).
- Kc depinde doar de temperatură, nu de concentrații.
Principiul Le Chatelier și factorii care influențează echilibrul
- Principiul lui Le Chatelier: un sistem aflat la echilibru, supus unei perturbări (modificare de concentrație, temperatură, presiune), se va deplasa în sensul care contracarează perturbarea.
- Creșterea
temperaturii favorizează reacția
endotermă.
- Creșterea presiunii favorizează sensul cu număr mai mic de moli de gaz.
- Catalizatorii nu modifică poziția echilibrului, ci doar accelerează atingerea acestuia.
Exemple de aplicare
- Exemplul 1 (calcul constantă de echilibru): La temperatura T, pentru reacția N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g), concentrațiile la echilibru sunt: [N₂]=0,5 M, [H₂]=1,5 M, [NH₃]=1 M. Calculați Kc.
-
Rezolvare: Kc = [NH₃]² / ([N₂]·[H₂]³) = (1)² / (0,5·1,5³) = 1 / (0,5·3,375) = 1 / 1,6875 ≈ 0,593. Deci Kc ≈ 0,593.
- Exemplul 2 (deplasare echilibru Le Chatelier): Reacția 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) + căldură este exotermă.
- a) Cum se deplasează echilibrul la creșterea presiunii?
- Rezolvare: Creșterea presiunii favorizează sensul cu mai puțini moli de gaz: reactanții au 3 moli (2+1), produșii au 2 moli → echilibrul se deplasează spre dreapta (formare SO₃).
- b) La creșterea temperaturii?
- Rezolvare: Reacția este exotermă, deci căldura este produsă. Creșterea temperaturii favorizează reacția endotermă (inversa) → echilibrul se deplasează spre stânga (formare SO₂ și O₂).
- Exemplul 3 (legea vitezei și catalizator): Reacția 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) are viteza v = k[H₂O₂]. La 25°C, k=0,1 s⁻¹. Dacă adăugăm un catalizator (MnO₂), viteza crește de 1000 de ori. Explicați.
-
Rezolvare: Catalizatorul reduce energia de activare Ea, ceea ce mărește constanta de viteză k conform legii Arrhenius. Nu se modifică ordinul reacției, ci doar k. Astfel, v crește proporțional cu noul k.
Verifică-te!
- Care este expresia constantei de echilibru Kc pentru reacția N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)?
- Cum se deplasează echilibrul la creșterea presiunii pentru reacția 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)?
- Ce efect are un catalizator asupra energiei de activare și asupra poziției echilibrului chimic?