סיכום שיווי משקל כימי

סיכום שיווי משקל כימי

בואו נתחיל לרגע ממש מההתחלה, מהי בעצם תורת ההתנגשויות?

כדי שתגובה תתרחש, לא משנה איזה , אנחנו  צריכים שמולקולות יתנגשו זו בזו. אבל סתם התנגשות לא תעשה לנו שום דבר  כי אנחנו צריכים שתנאים מאוד מסוימים יתקיימו- אנחנו צריכים שאותן המולקולות יתנגשו בזווית המתאימה וכמובן באנרגיה המתאימה. אפשר ממש להשוות את זה לשני אנשים ברחוב, אם שניהם יתקעו אחד בשני , זה יכול להיגמר במשהו משעמם כמו איזה סליחה (ואז למי אכפת? אין תוצר) וזה יכול להיגמר גם במכות רצח ומוות (אם הם ממש עצבניים- ואז יש איזה אקשן , בעצם התוצר).

התנגשות באנרגיה ובזווית הנכונה יוצרת לנו תצמיד משופעל, זה דבר שיש לו פוטנציאל ליצור תוצר. אבל , לא כל תצמיד משופעל ייצור תוצר.

כדי להגדיל את כמות התצמידים המשופעלים שכן יוצרים לנו תוצר עלינו בעצם להגדיל את ההסתברות ליצירת תצמיד משופעל . ואיך עושים את זה?

• מעלים את הטמפרטורה- בזה שאנחנו מעלים את הטמפרטורה אנחנו בעצם מגבירים את המהירות של החלקיקים , וכשהם זזים יותר מהר הסיכוי ליצור תצמיד משופעל גדל
• להגדיל את מספר החלקיקים - אם נעלה את כמות החלקיקים בכלי, נגדיל את הסיכוי שהם יתנגשו אחד בשני  וייצרו תצמיד משופעל.

עכשיו אנחנו מבינים את הבסיס של כל תגובה . אבל מה זה בכלל שיווי משקל כימי?

קודם כל בואו נבהיר שמצב לש שיווי משקל כימי הוא מצב שניתן להגיע אליו אך ורק במערכת סגורה (מערכת שלא יוצאים ממנה חלקיקים ולא נכנסים אליה חלקיקים).

• תגובה ישירה- התגובה שקורית עם כיוון החץ משמאל לימין כביכול ממגיבים לתוצרים
• תגובה הפוכה- התגובה שקורית עם כיוון החץ שהולך מימין לשמאל - כביכול מתוצרים למגיבים

אז אנחנו עכשיו בתוך הכלי הסגור שאליו הכנסנו את המגיבים בתגובה.

בהתחלה, יש לי מלא מהמגיבים שלי. הם זזים להם בכלי בחופשיות ובפאנן שלהם. ומתנגשים ביניהם. הסיכוי עכשיו להתנגשות בין שני מגיבים הוא מאוד גדול (כי זה הרי הדבר היחיד שיש לי בכלי) ועל כן הסיכוי שלי לקבל תצמיד משופעל הוא גדול יותר וכמובן הסיכוי לקבל תוצר הוא גדול יותר. ועל כן התגובה הישירה מתחילה לקרות בקצב מהיר.לאט לאט, במשך הזמן , יורד ריכוז המגיבים ועולה ריכוז התוצרים (הרי מולקולות מגיבים התנגשו ביניהן ויצרו לי תוצר ) בעצם, יורדת ההסתברות ששתי מולקולות של מגיבים יתנגשו ביניהם וייצרו תוצר (קצב התגובה הישירה יורד). נכון שבהתחלה של התגובה לא היה לי בכלל תוצרים ? אבל עכשיו אמרנו שהם נוצרו בכלי, אז גם הם מתנגשים ביניהם- הרי עלתה ההסתברות להתנגשויות בין מולקולות התוצרים ברגע שנוצרו מולקולות תוצרים בכלי. ולכן, קצב התגובה ההפוכה עולה  ויורד הקצב של הישירה. ככה עד , שקצב התגובה הישירה משתווה לקצב התגובה ההפוכה ולזה אנחנו נקרא שיווי משקל .

מאפייני שיווי משקל -מאקרוסקופי

• מתרחש רק במערכת סגורה (אם יצאו או יכנסו חלקיקים אנחנו הרי נשנה את הריכוזים וזה לא הוגן)
• אל שיווי המשקל , נוכל להגיע גם אם נתחיל ממצב שבו יש רק מגיבים,או רק תוצרים או גם וגם (הרי אנחנו מדברים על התנגשויות בין חלקיקים , בכל מקרה יתנגש משהו במשהו אחר ויהיה אקשן )
• ריכוזי כל החומרים נשארים קבועים (יעני גם של המגיבים וגם של התוצרים) הרי הקצב של שתי התגובות שווה זה לזה, אז זה נוצר זה מתפרק ולהפך כל הזמן . גם תכונות שונות כמו הצבע, רמת החומציות והלחץ נשארים קבועים במצב של שיווי משקל.

מאפייני שיווי משקל- מיקרוסקופי

• שתי התגובות (הישירה וההפוכה) מתרחשות בו זמנית בקצב שווה, כלומר על כל מולקולת מגיבים "שנעלמת", היא "תיווצר אח"כ בתגובה ההפוכה.
• המערכת דינמית - זה שהגענו למצב של שיווי משקל לא אומר שזהו, הפסקנו לזוז- המולקולות שלנו ממשיכות לזוז ולהתנגש זו בזו כל הזמן.

אז מה בכלל משפיע על קצב התגובה?

1. ריכוז החומרים - אמרנו את זה קודם , אם יהיה יותר מולקולות ,הסיכוי שהן יתנגשו זו בזו וייצרו תמיד משופעל שייצור תוצר עולה. (יותר אנשים באותו גודל חדר)
2. טמפרטורה- ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, המהירות של המולקולות גדולה יותר ובעצם עולה ההסתברות שהמולקולות יתנגשו זו בזו  (אנשים שהולכים ממש ממש מהר באותו חדר לעומת אנשים שהולכים לאט)
3. נפח הכלי- הנפח משפיע על הלחץ , בעצם על מספר ההתנגשויות בין המולקולות לבין דפנות הכלי אבל גם על מספר ההתנגשויות בין המולקולות עצמן , אם יש לי יותר התנגשויות בין המולקולות לבין עצמן זה אומר שגדלה הסתברות ליצירת תצמיד משופעל וכו'(למדתם כבר את התסריט?)(נשווה את זה לאותה כמות של אנשים הולכים, בחדר עצום ובחדר קטן)
4. זרז- זרז הוא חומר שגורם לתהליך להתרחש במסלול בעל אנרגיית שפעול נמוכה יותר (ואז האנרגייה שבה החלקיקים צריכים להתנגש היא כאילו נגישה יותר).

השאלות בנושא הזה לרוב דורשות מאיתנו למצחוא את שינוי הריכוז וכו ' . הדרך הכי נוחה לעשות את זה היא לסדר את כל המידע שיש לנו בטבלה:

	תוצרים (חלקו פה לכמה עמודות שאתם צריכים - כל חומר בעמודה משלו)	מגיבים (חלקו פה לכמה עמודות שאתם צריכים - כל חומר בעמודה משלו)
ריכוז התחלתי (מולר)	מה שרשום בנתוני השאלה	אם לא רשום אז זה 0
שינוי ריכוז (מולר)	אם עלה רשמו + אם ירד רשמו - לפני המספר עצמו
ריכוז בש"מ (מולר)	כנראה שנתון

מעל הטבלה, כדאי להוסיף את יחסי המול בתגובה.

אל תשכחו למרקר ולשים לב לנפח הכלי שבו אתם עובדים - הוא הרי יכול לשנות את הריכוז ההתחלתי שלכם ….

אם לא נתנו לכם תגובה, אלא תרשים , מי שריכוזו עולה הוא התוצר ומי שריכוזו יורד הוא המגיב.

אם נתונה התגובה, הולכים עם מה שנתנו לכם , בלי קשר למה שמראה התרשים .

אל תשכחו שאם ביקשו לצייר גרף , יש לשים לב לזה שגם המגיבים וגם התוצרים מגיעים לש"מ באותו הזמן

אם שואלים מהו הרכב המערכת מתכוונים לאיזה חומרים יש לכם ומה הם הריכוזים שלהם .

קבוע שיווי משקל K

לכל תגובה, לא משנה מה הריכוזים ששמנו (זה תלוי בתגובה עצמה) יש קבוע שיווי משקל שמשתנה רק אם נשנה את הטמפרטורה. זה בעצם ביטוי מתמטי שמציבים בו את הריכוזים בשיווי המשקל.

בגלל שאני עצלנית , ואתם בטח יודעים את הנוסחה, אני רק אגיד אותה במילים : קבוע שיווי המשקל שווה לריכוז כל אחד מהתוצרים בחזקת המקדם שלו (יעני אם יש לי 3C, אני ארשום את הריכוז של C ואעלה בחזקת 3) כל זה, חלקי ריכוז כל אחד מהמגיבים בחזקת המקדם שלו.

שימו לב!

אם נתונה לכם התגובה, אתם הולכים לפי מי שמגיב ומי תוצר שם , לא משנה אם הביאו לכם גם איזה שרטוט יפה ליד.

אל תשכחו שK הוא קבוע שיווי המשקל , משמע רקקקקקק בשיווי משקל .

לעולם אל תשנו את ניסוח התגובה אם לא ביקשו מכם במפורש כי זה ישנה את K.

מה בכלל המשמעות של K?

לי הערך שלו אנחנו לומדים עד כמה התגובה מתרחשת או לא. ככל שK גדול יותר, זה אומר שריכוז התוצרים היה גדול מריכוז המגיבים בש"מ וזה אומר שהתגובה התרחשהב כמעט עד הסוף .

מנת הריכוזים Q

אם נציב בנוסחה של K את הריכוזים של התגובה כשהיא לא  בשיווי משקל, אנחנו נקבל את Q.

אם אנחנו רואים שהערך של משהו שהצבנו בנוסחה לא שווה לK אז אנחנו מבינים שהתגובה שלי היא לא בשיווי משקל.

מה בכלל אנחנו צריכים את Q?

א. כדי לדעת אם התגובה באמת נמצאת במצב של ש"מ.

ב. אם אנחנו מבינים שהתגובה שלנו לא במצב של ש"מ אז אנחנו יכולים בעזרת הערך של Q להבין מה עלינו לעשות, ואיזה כיוון תגובה(ישירה או הפוכה  )יועדף עד ההגעה למצב של ש"מ.

הרי אם Q קטן מK ,אנחנו בעצם רוצים שהוא יגדל ,אנחנו צריכים להקטין את ריכוז המגיבים ולהגדיל את ריכוז התוצרים- בעצם התגובה הישירה, והיא גם זו שתועדף במערכת.

כמובן שהדבר קורה גן במצב ההפוך , אם Q גדול מK , זה אומר שאנחנו רוצים להקטין אותו , ובשביל זה עלינו להגדיל את ריכוז המגיבים ולהקטין את ריכוז התוצרים - זו התגובה ההפוכה והיא זו שתועדף במערכת במצב זה.

הפרעות לש"מ

1. הפרעת ריכוזים - המערכת היפה שלי הגיעה לש"מ , אבל עכשיו אני משנה את הריכוזים של החומרים בה:
   * אני יכולה להוסיף עוד מאחד החומרים ובצעם להגדיל  את ריכוזו
   * אני יכולה להוסיך למערכת חומר סופח , שבעצם יגיב עם אחד החומרים ויוריד את הריכוז  שלו ביחס לתגובה שבה אני מטפלת.
   ברגע ששיניתי את הריכוזים , אני חייבת לחשב את Q ואז אנ יאדע איזה כיוון יועדף עכשיו כדי לחזור אל שיווי המשקל.
2. הפרעת טמפרטורה- אם אנחנו נוריד או נעלה את הטמפרטורה של המערכת לאחר שהיא הגיעה לש"מ.
   בגלל שמחסום אנרגיית השפעול לכיוון האקזותרמי (לא משנה באיזו תגובה) אז הכיוון הזה מתרחש בקצב מהר יחסית בצורה רגילה , אז ההשפעה של הורדה או העלה של הטמפ על כיוון אקזותרמי תשפיע רק במעט. אבל מאוד ישפיע על הכיוון האנדותרמי.
   ובקיצור,
   חימום= העדפת הכיוון האנדותרמי - יעני אם נחמם את המערכת , התגובה שתועדף תהיה התגובה שקורית בכיוון האנדורמי.
   קירור- העדפת הכיוון האקזותרמי - יעני אם נקרר את המערכת , התגובה שתועדף תהיה התגובה שקורית בכיוון האקזותרמי.

דרך נוחה לענות על שאלות של שינוי טמפרטורה היא משולש התגובה:

אנחנו צריכים לדעת שניים מהבאים :

• האם התגובה היא אקזותרמית או אנדותרמית ?
• האם הטמפרטורה עלתה או ירדה?
• האם הK עלה או ירד? (זוכרים שאמרנו שהוא מושפע רק מטמפרטורה?)

הסימן X (יעני כפל כמו במתמטיקה)	אקזותרמי (-)	אנדותרמי (+)
חימום (+)	K יורד (-)	K עולה (+)
קירור (-)	K עולה (+)	K יורד (-)

הערה חשובה, אם אמרו לנו שבהשוואה בין שני כלים שווים , בכלי אחד הגיעה המערכת לש"מ מהר יותר מבשנייה, זה אומר שהטמפרטורה בכלי שבו היה מהר יותר הייתה גבוהה יותר.

שלוש דרכים שאיתן אפשר לענות על תשובות :

1. תורת ההתנגשויות- כאשר עולה הריכוז של X עולה ההסתברות להתנגשויות בינו ובין Y לכן קצב התגובה הישירה \ ההפוכה גדל, פירוש הדבר שריכוז התוצר שלהם עולה וריכוז X Y ירד.
2. עיקרון לה שטליה- לפי עיקרון לה שטליה כאשר נעשית הפרעה במערכת שנמצאת בשיווי משקל , המערכת תגיב תמיד באופן שינסה להביא לביטול ההפרעה (זה אומר שאם נוריד את ריכוזו של חומר מסוים המערכת תפעל בכיוןן שיעלה אותו)
   ההפרעה: עליה בריכוז X
   לפי ל"ש : ריכוז X צריך לרדת
   מה יקרה?: תועדף התגובה הישירה\ההפוכה
3. תקף לריכוזים- לפי Q , כמו שאמרנו בהסבר עליו , אם הוא יותר גדול מK מה צריך לקרות וכו'.

העיקרון שאני הכי מעדיפה הוא ל"ש הוא הכי פשוט ועובד על שתי סוגי ההפרעות .