Химическое равновесие
Химическое равновесие — состояние химической системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной.
В большом количестве заданий, которые мне довелось увидеть, я ни один раз видел, как коверкают это определение. Например, в заданиях верно-неверно предлагают похожий вариант, однако говорят о «равенстве концентраций исходных веществ и продуктов» — это грубая ошибка. Химическое равновесие — равенство скоростей.
Принцип Ле Шателье
В 1884 году французским химиком Анри Ле Шателье был предложен принцип, согласно которому, если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление, концентрацию), то система будет стремиться компенсировать внешнее воздействие.
Это принцип обоснован термодинамически и доказан. Однако в такой абстрактной формулировке его сложно применить для решения конкретных задач по химическому равновесию. В этой статье я покажу конкретные примеры и обозначу алгоритм действия, чтобы вы могли успешно справляться с заданиями.
Влияние изменения концентрации на химическое равновесие
При увеличении концентрации какого-либо компонента химической реакции, система будет стремиться восстановить равновесие: равновесие будет смещаться в сторону расходования добавленного компонента.
Объясню проще: если вы увеличиваете концентрацию вещества, которое находится в левой части, равновесие сместится в правую сторону. Если добавляете вещество из левой части (продуктов реакции) — смещается в сторону исходных веществ. Посмотрите на пример ниже.
Если мы попытаемся удалить какое-либо вещество из системы (уменьшить его концентрацию), то система будет стремиться заполнить «пустое» место, которые мы создали. Наглядно демонстрирую на примере:
Можно подвести итог полученным знаниям таким образом: «Куда добавляем — оттуда смещается, откуда берем — туда смещается». Воспользуйтесь этой или придумайте свое правило для запоминания этой закономерности 😉
Изменения давления и химическое равновесие
Если речь в задании идет об изменении давления, то первое, что нужно сделать, это посчитать количество газов в уравнении слева и справа. Твердые вещества и жидкости считать не нужно. Например:
В приведенном уравнении количество молекул газа в левой части — 1, в правой — 2.
Запомните правило: «При увеличении давления равновесие смещается в сторону меньших газов, при уменьшении давления — в сторону больших газов». Для нашей системы правило действует таким образом:
В случае, если слева и справа количество молекул газа одинаково, например, в реакции:
Слева — 2 газа, и справа — 2. В такой реакции увеличение или уменьшение давления не повлияет на химическое равновесие.
Изменение температуры и химическое равновесие
Если в задании увеличивают или уменьшают температуру, то первое, что вы должны оценить: экзотермическая это реакция или эндотермическая.
Следуйте следующему правилу: «При увеличении температуры в равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при уменьшении — в сторону экзотермической реакции». У любой обратимой реакции есть экзо- и эндотермические части:
Поэтому данное правило универсально и применимо для всех реакций. Для примера разберем следующие задачи:
Чтобы не осталось белых пятен, возьмем экзотермическую реакцию и повторим с ней подобный эксперимент.
Катализатор
Действие катализатора касается только ускорения химической реакции. Катализатор никоим образом не влияет на равновесие.
Константа равновесия
Константой равновесия называют отношения скоростей прямой и обратной реакции. Для реакции типа aA + bB = cC + dD константа равновесия будет записана следующим образом:
Решим задачу. Дана реакция: 2NO + Cl2 ⇄ 2NOCl . Вычислите константу равновесия, если равновесные концентрации веществ для данной реакции: c(NO) = 1.8 моль/л , c(Cl2) = 1.2 моль/л , c(NOCl) = 0.8 моль/л.
Константу равновесия для данной задачи можно представить в виде 1.64 * 10 -1 .
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Давление: повышенное и пониженное
Гипотония и гипертония. В чем же разница между этими состояниями, кроме чисел на экране тонометра?
Проблемы с давлением – вещь распространенная. Причем проблем этих может быть две: давление пониженное или повышенное, то есть гипотония и гипертония. В чем же разница между этими состояниями, кроме чисел на экране тонометра? И какое из них опаснее?
У кого бывает?
Гипотония
Как правило, гипотония является проявлением вегетососудистой дистонии (более правильно называть ее соматоформной дисфункцией) – заболевания, при котором нарушается работа вегетативной нервной системы (ВНС). Этот отдел нервной системы регулирует функционирование и взаимодействие остальных систем организма, и, в частности, поддерживает тонус сосудов.
Кроме дистонии, гипотонию могут вызвать различные нарушения в работе сердца, уменьшение объема крови (при повышенной потере или недостаточном поступлении жидкости), прием некоторых лекарственных и наркотических препаратов.
Типичный гипотоник худощав и бледен, но не обязательно. Состояние чаще встречается у женщин и появляется обычно в подростковом или молодом возрасте.
Гипертония
В 90% случаев гипертония — первичное заболевание (не спровоцированное другими болезнями), которое возникает из-за сложных нарушений водно-солевого обмена и регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы. В остальных 10% она осложняет заболевания почек и эндокринной системы.
Типичный гипертоник плотен и полнокровен, хотя, опять же, не обязательно. Как правило, первичная гипертония начинается в возрасте 30-35 лет и позже, у женщин ее начало может быть связано с началом климакса.
Уровень давления
Гипотония
Четкой нижней границы артериального давления не существует. Если человек нормально себя чувствует при давлении ниже среднестатистического, гипотонией это не считается. Обычно пониженное давление начинает ощущаться при давлении меньше 95-90/65-60 мм рт. ст., но эта цифра индивидуальна.
Гипертония
Верхняя граница абсолютно нормального давления – 130/85 мм рт. ст. Артериальное давление 130-140/85-90 мм рт. ст называется повышенным нормальным и свидетельствует о риске его дальнейшего повышения.
Все, что больше 140/90 мм рт. ст. – это гипертония.
Проявления
Гипотония
Гипотония проявляется вялостью, сонливостью, снижением работоспособности, быстрой утомляемостью, склонностью к обморокам, ноющей головной болью – в общем, всеми «прелестями», свойственными состоянию невыспавшегося человека. Особенно сильно все вышеперечисленное проявляется при перемене погоды – гипотоники метеозависимы.
Часто встречается также ортостатическая, или постуральная гипотония – резкая слабость в сочетании с мельканием мушек или потемнением в глазах при переходе из горизонтального положения в вертикальное, например, при вставании с кровати. Это происходит из-за низкого тонуса кровеносных сосудов, свойственного гипотонии – при вставании кровь под действием гравитации отливает от головы, оставляя мозг на голодном пайке, а сосуды не могут быстро это компенсировать.
В то же время, хроническая гипотония редко бывает настолько тяжелой, что приводит к серьезным проблемам. Однако случается, что механизмы регуляции давления страдают настолько сильно, что человек, долго находящийся в вертикальном состоянии, теряет сознание. В некоторых случаях значительное снижение давления возникает только после приема пищи.
Гипертония
В отличие от гипотонии, легкая и умеренная гипертония зачастую никак себя не проявляет и определяется случайно при измерении давления. Даже тяжелая гипертония может не ощущаться человеком, если она развивалась постепенно, исподволь, без резких перепадов давления. Симптомы появляются лишь при относительно быстром повышении давления – в течение минут, часов или нескольких дней. В этом случае будет ощущаться давящая боль в затылке, гул и пульсация в ушах (в голове будто играет оркестр), неуверенность движений. При сопутствующей ишемической болезни сердца (ИБС) могут появиться характерные боли за грудиной. Причем, как правило, гипертоник переносит ощутимые проявления своего состояния тяжелее, чем гипотоник, хотя это, конечно, вещь субъективная.
Влияние на организм
Гипотония
Несмотря на утомительные субъективные ощущения, гипотония редко приносит серьезный ущерб организму (речь идет, конечно, о хроническом состоянии). Большинство гипотоников сохраняет работоспособность и жизненную энергию, время от времени подкрепляя себя кружкой кофе. Однако из-за нарушений регуляции сосудистого тонуса пониженное давление зачастую с возрастом повышается, причем чрезмерно – гипотоник становится гипертоником.
Гипертония
Постоянная гипертония (даже незначительная), несмотря на минимум проявлений, медленно, но верно, нарушает работу практически всех систем организма. Это происходит оттого, что изменяются свойства сосудов, вынужденных справляться с повышенной нагрузкой, а, следовательно, страдает кровоснабжение органов. Наиболее чувствительны к этому головной мозг, сетчатка глаза и почки, работа которых при гипертонии нарушается первой.
Сердце реагирует на повышенное давление так же, как любая мышца, выполняющая большой объем работы – оно начинает разрастаться. Однако, в отличие от скелетной мускулатуры, пронизанной сосудами, сердце получает кислород только из сосудов, находящихся на его поверхности. А это значит, что при разрастании сердечной мышцы нагрузка на них возрастает и начинается «голодание» внутренних слоев сердца. Это приводит к снижению резерва работоспособности, а при сопутствующем атеросклерозе – к быстрому развитию и прогрессированию ишемической болезни сердца.
Острое состояние
Гипотония
Резкое снижение артериального давления, как правило, имеет конкретную причину: аллергическую реакцию, кровопотерю, резкое нарушение сердечной деятельности, инфекцию и отравление.
Кратковременное резкое снижение давления проходит само по себе при принятии горизонтального положения. Более длительное представляет угрозу для жизни из-за нарушения кровоснабжения жизненно важных органов, в первую очередь головного мозга. Они требуют неотложной медицинской помощи.
Гипертония
Резкий подъем артериального давления обычно развивается на фоне уже имеющейся гипертонии и всегда опасен для здоровья и жизни. Он может возникнуть при физической или эмоциональной нагрузке, в результате начала или обострения болезней почек и эндокринной системы. Зачастую его причину определить не удается.
При резком повышении давления многократно возрастающая нагрузка на стенки сосудов может привести к их разрыву и кровоизлиянию в какой-либо орган. Чаще всего это кровоизлияние в мозг (геморрагический инсульт) или в сетчатку глаза. Под действием повышенного давления может разрушиться и закупорить сосуд атеросклеротическая бляшка, что приводит к отмиранию участка соответствующего органа – инфаркту. Наиболее распространенное осложнение гипертонического криза: инфаркт миокарда и инсульт мозга. Поэтому при резком повышении давления срочно вызывайте неотложку. Лучше перестраховаться.
Вывод
Что безопаснее – гипотония или гипертония? Ответ прост: лучше всего иметь нормальное давление. Тем более, что в современных условиях это вполне возможно при любых исходных данных. Гипотонику помогут тонизирующие напитки на основе кофеина, женьшеня и других стимуляторов, гипертонику – регулярный прием препаратов для контроля давления. Но если отвлечься от вопросов лечения и сравнить опасность для здоровья и риск осложнений, ответ – гипотония как хроническое состояние гораздо менее опасна, хотя и неприятна по проявлениям.
Источник
Химия ЕГЭ. Равновесие в химических процессах
Согласно спецификации в 24 задании проверяют Ваши знания: обратимых и необратимых химических реакций, химическое равновесие, смещение равновесия под действием различных факторов.
Давайте разберем эту тему по пунктам.
Сначала, приведу определения обратимой и необратимой реакций.
Необратимой называется реакция, которая идет практически до конца в одном направлении.
Условия необратимости реакции:
- образование осадка: BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl
- выделение газа: K2S + 2HCl = 2KCl + H2S↑
- образование слабого электролита: HCl + NaOH = NaCl + H2O.
Обратимой называется реакция самопроизвольно протекающая как в
прямом, так и в обратном направлении.
Некоторые обратимые реакции:
NH4Cl(тв) ⇄ NH3(г) + HCl(г)
СН3СООН ⇄ СН3СОО(-) + Н(+)
Исходя из определения обратимой реакции, можем представить себе, что начиная с какого-то момента, параллельно проходят обе реакции, как прямая, так обратная. Образующиеся в результате прямой реакции продукты реагируют между собой, превращаясь в исходные вещества, а исходные, в свою очередь, продолжают реагировать с образованием продуктов реакции. Понятно, что на начальном этапе скорость прямой реакции значительно больше скорости обратной, только по тому, что концентрации исходных веществ несоизмеримо больше концентраций продуктов реакции. Но, через некоторое время, концентрации продуктов увеличиваются, и скорость их взаимодействия между собой также увеличивается, а концентрации исходных веществ – уменьшаются, как и скорость их взаимодействия. В некоторый момент скорости прямой и обратной реакции уравниваются V(пр.) = V(обр.) (на рисунке, линии, описывающие скорость прямой и обратной реакции, сливаются в одну) и система приходит к состоянию химического равновесия. То есть, к состоянию с минимумом энергии в котором система может находиться неограниченно долгое время.
Химическое равновесие — состояние системы, в котором скорость прямой реакции равна скорости обратной.
О том, что система достигла состояния химического равновесия можно судить по тому, что концентрации всех веществ, участвующих в процессе, на протяжении достаточно долгого времени будут постоянны (не равны между собой, но постоянны во времени), как это видно на рисунке. Такие концентрации называются равновесными.
Для смещения равновесия, например для получения большего количества продуктов реакции, нужно целенаправленно повлиять на систему.
О влиянии на равновесную систему внешних факторов: температуры, давления, концентрации веществ говорит принцип Ле-Шателье (принцип «наоборот» ):
Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменив температуру, давление или концентрации веществ), то положение равновесия сместится таким образом, чтобы ослабить внешнее воздействие.
Разберем влияние каждого из факторов.
Изменение температуры
Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции (реакции проходящей с поглощением теплоты):
Понижение температуры смещает равновесие в сторону экзотермической реакции (реакции проходящей с выделением теплоты):
Изменение давления
Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего количества моль газа :
Понижение давления смещает равновесие в сторону большего количества моль газ ообразных веществ:
Изменение концентрации
Увеличение концентрации реагентов или продуктов смещает равновесие в сторону той реакции, которая приводит к уменьшению их концентраций:
где С – концентрация вещества.
Уменьшение концентрации реагентов или продуктов смещает равновесие в сторону той реакции, которая приводит к увеличению их концентраций:
Хочу отметить, что ни добавление твердых веществ, ни их измельчение не приводит к смещению равновесия, так как равновесная реакция проходит на границе раздела фаз (твердое-газ, твердое- жидкость) и увеличивая поверность раздела фаз мы ускоряем как прямую, так и обратную реакции.
Влияние других веществ, не участвующих в реакции
- Прибавление веществ не участвующих в реакции, но взаимодействующих с реагентами или продуктами реакции:
добавление Н2SO4(конц.) (сильное водоотнимающее средство) снижает концентрацию Н2О(ж). Равновесие смещается вправо.
Добавление NaOH снижает концентрацию CH3COOH(ж), так как образуется соль — ацетат натрия. Равновесие смещается влево.
- Прибавление веществ, несущих одноименный ион.
добавление НCl увеличивает концентрацию ионов H(+). Равновесие
Разбавление усиливает диссоциацию слабых электролитов (закон разбавления Оствальда).
Ниже приведен график зависимости степени диссоциации слабого электролита от его концентрации.
Как видно из графика, с увеличением концентрации степень диссоциации уменьшается и наоборот с уменьшением концентрации, разбавлением — степень диссоциации увеличивается.
Рассмотрим это на примере уксусной кислоты:
для уксусной кислоты концентрацией 0,1 моль/л — степень диссоциации составляет 1,42%, а при разведении ее в 10 раз до концентарции 0,01 моль/л — степень диссоциации уже увеличится до 4,2%.
- Добавление инертного газа к газовой смеси
Здесь инертным можно считать любой газ, не реагирующий с веществами входящими в уравнение реакции.
- При условии сохранения постоянного объема ( V — const ) – равновесие не смещается, так как не изменяются концентрации газообразных веществ.
- При условии постоянного давления ( Р -const ) увеличивается объем смеси, что равносильно уменьшению давления в системе и смещению равновесия в сторону образования большего числа моль газа.
Добавление катализатора (ингибитора)
Катализаторы (ингибиторы) не приводят к смещению равновесия, а только ускоряют (замедляют) достижение состояния равновесия.
А теперь давайте рассмотрим некоторые примеры тестовых заданий:
А — повышение давления смещает равновесие в сторону образования меньшего количества моль газов. Смотрим на уравнение реакции и видим, что у нас слева 3 моль газа (Н2) и справа 3 моль газа (Н2О (г)), поэтому равновесие практические не смещается. ( ответ 3 )
Б — добавление катализатора не смещает равновесие. ( ответ 3 )
В — увеличение концентрации паров воды приводит к увеличению концентрации одного из продуктов, поэтому равновесие сместиться в сторону их расходования, то есть в сторону обратной реакции. ( ответ 2 )
Г — измельчение железа, твердого вещества — не смещает равновесие. ( ответ 3 )
А — повышение давления не влияет на смещение равновесия в растворе. ( ответ 3 ).
Б — добавление твердого гидроксида натрия в раствор приведет к его растворению. В растворе гидроксид натрия прореагирует с соляной кислотой. Таким образом равновесие сместится в сторону прямой реакции, так как уменьшается концентрация одного из продуктов реакции. ( ответ 1 )
В — увеличение температуры приводит к усилению гидролиза. ( ответ 1 )
Для реакций гидролиза тепловой эффект реакции могут не указывать, но Вы должны помнить, что гидролиз это эндотермический процесс.
Г — разбавление или увеличение концентрации воды приводит к смещению равновесия в сторону прямой реакции. ( ответ 1)
Третий и последний пример:
А — введение инертного газа при постоянном объеме не влияет на смещение равновесия. ( ответ 3 )
Б — уменьшение концентрации бутадиена смещает равновесие в сторону прямой реакции, так как уменьшается концентрация одного из продуктов. ( ответ 1 )
В — увеличение температуры приводит к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции, то есть в сторону прямой реакции. ( ответ 1 )
Г — понижение давления смещает равновесие в сторону образования большего числа моль газа, то есть в сторону прямой реакции, в ходе которой образуется 3 моль газа. ( ответ 1)
А вот некоторые задания для самостоятельного решения:
Источник