by 
Η κινητική ερμηνεία που δίνουμε στη μετατόπιση της θέσης μιας χημικής ισορροπίας είναι ότι, μία αλλαγή στη συγκέντρωση ή στην πίεση ή στη θερμοκρασία επηρεάζει μόνο ή σε μεγαλύτερο βαθμό την ταχύτητα προς τη μία φορά της αμφίδρομης αντίδρασης, οπότε η ισορροπία μετατοπίζεται προς αυτήν την κατεύθυνση.
Ας θεωρήσουμε ότι σε κλειστό δοχείο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: CaCO3(s) <–> CaO(s) + CO2(g). Λέμε ότι η προσθήκη στερεού δε μετατοπίζει την ισορροπία διότι η συγκέντρωσή του είναι σταθερή. Ας υποθέσουμε ότι προσθέτουμε στο δοχείο επιπλέον ποσότητα CaO. Σκέφτομαι ότι με την προσθήκη αυτή αυξάνεται η επιφάνεια επαφής του στερεού CaO με το αέριο CO2, οπότε θα πρέπει η ταχύτητα της αντίδρασης προς τα αριστερά να αυξάνεται. Πως μπορεί να εξηγηθεί, κινητικά, ότι δε μετατοπίζεται η ισορροπία προς τα αριστερά;
Καλησπέρα συνάδελφοι.
Σχετικά με το ερώτημα που τέθηκε.
Κατά την θερμική διάσπαση του CaCO3 σε κλειστό δοχείο
CaCO3 ß à CaO + CO2
το σύστημα οδηγείται σε ισορροπία ή σε πλήρη διάσπαση του CaCO3 ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης PCO2 και θερμοκρασίας T.
Είναι ενδιαφέρουσα η διαδικασία αποβολής CO2 από έναν κόκκο CaCO3.
Η αποβολή CO2 ξεκινά από την εξωτερική επιφάνεια του κόκκου CaCO3 και προχωρά προς τον πυρήνα του δημιουργώντας έναν σύνθετο κόκκο ο οποίος διατηρεί σχεδόν τον αρχικό του όγκο. Το περίβλημα από CaO κάθε κόκκου είναι πορώδες με πάρα πολύ μεγάλη
εσωτερική επιφάνεια.
Συνεπώς κατά την προσθήκη μικρών ποσοτήτων CaO [σταθερός ο διαθέσιμος όγκος για το CO2 ] σε κλειστό δοχείο που περιέχει το σύστημα
CaCO3 ß à CaO + CO2
σε ισορροπία, καμία επίδραση δεν θα έχει στην ισορροπία αφού η αντιδρώσα επιφάνεια του προστιθέμενου CaO είναι απείρως μικρότερη από την εσωτερική επιφάνεια των κόκκων του CaO που προέρχονται από την διάσπαση του CaCO3.
Θα μου επιτρέψετε δύο παρατηρήσεις :
1η είναι ατυχής η εικόνα του σχολικού βιβλίου που παρουσιάζει την διάσπαση του CaCO3 σε κλειστό δοχείο με τις δύο ξεχωριστές τούφες CaCO3 και CaO .
2η δεν πρέπει να συγχέουμε το θέμα, όπως ετέθη, με την μοντελοποίηση της θερμικής διάσπασης του CaCO3 προς παραγωγή CaO
[ ρυθμοί διάσπασης του CaCO3 σε διάφορες συνθήκες Ρ,Τ , κατάτμηση κ.τ.λ.].
Καλησπέρα Κώστα. Το πρόβλημα δεν είναι στην ενεργότητα-συγκέντρωση αλλά στην αύξηση της επιφάνειας επαφής στερεού-αερίου και αν επηρεάζει αυτό την ταχύτητα, άρα και τη θέση της ισορροπίας.
γαπητέ Δημήτρη είναι τιμή σου και καμάρι σου ο τίτλος "καθηγητής δευτεροβάθμιας". Και η δουλειά του καθηγητή δευτεροβάθμιας δεν είναι καθόλου εύκολη και απλή. Όλοι στο forum το γνωρίζουν καλύτερα από εμένα. Το γνωρίζουν από τα βιώματά τους.
Όσον αφορά τώρα στο θέμα. Όταν αναφερόμαστε σε ιοντικές ουσίες για να έχει νόημα η ύπαρξή τους σημαίνει ότι έχουν σχηματιστεί κρύσταλλοι. Για την συγκεκριμένη αντίδραση η ύπαρξη CaO(s) και CaCO3(s) σημαίνει ταυτόχρονα και την ύπαρξη κρυστάλλων CaO(s) και CaCO3(s). Αυτό συνεπάγεται ύπαρξη καθαρών συστατικών (κρυσταλλικό πλέγμα έχουμε αν επαναλαμβάνεται η ίδια δομική μονάδα). Η μελέτη με περίθλαση ακτίνων Χ της πορείας της αντίδρασης το επιβεβαιώνει. Βέβαια, δεν είναι το CaCO3(s) στη μια μεριά του δοχείου και το CaO(s) στην άλλη. Οι κρύσταλλοι είναι μικροκρύσταλλοι και είναι αναμεμειγμένοι. Αναμεμειγμένοι όμως σε μακροσκοπικό επίπεδο και όχι σε "μοριακό", αν μου επιτραπεί η έκφραση.
Αγαπητέ Θοδωρή έχεις δίκιο, ότι σε πολλά εγχειρίδια υπάρχει ο ισχυρισμός ότι σε μια χημική ισορροπία u1=u2. Αυτός ο ισχυρισμός έχει πολλά προβλήματα, και όχι μόνο για την αντίδραση που συζητάμε. Καταρχήν τι σημαίνει u1 και τι u2; Από την θεωρία της Χημικής Κινητικής η αντίδραση aA + bB <-> xX + yY έχει μια ταχύτητα την u=-(1/a)(d[A]/dt)=-(1/b)(d[B]/dt)=… Αυτή η ταχύτητα σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να εξαρτάται από τις [Α], [Β], [Χ], [Υ] ως u=k1([A]^l)([B]^m)-k2([X]^n)([Y]^q), ή με κάποιο πιο περίπλοκο νόμο. Αν η αντίδραση είναι μονόδρομη εξαρτάται μόνο από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Σε κάθε περίπτωση όμως η ταχύτητα της αντίδρασης είναι μια. Αυτή που προβλέπεται από το ορισμό. Αν δούμε και στις δημοσιεύσεις που ανέφεραν οι συνάδελφοι πριν δεν αναφέρεται u1 και u2, αλλά, μόνο u. Δυστυχώς, και το σχολικό βιβλίο αναφέρει u1 και u2!! Έχει μάλιστα και διάγραμμα. Ελπίζω να μην ρωτήσουν κάτι σχετικά με αυτό στις εξετάσεις.
Για την πρόοδο όμως της συζήτησης ας θεωρήσουμε ότι η σχέση d[A]/dt=0,… είναι ισοδύναμη με τη σχέση u1=u2. Αυτό, από μόνο του, δεν αρκεί για να θεωρηθεί ότι το σύστημα βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία. Για παράδειγμα, αν αναμείξουμε σε συνήθεις συνθήκες κυτταρίνη (χαρτί) και μείγμα ατμοσφαιρικού αέρα CO2(g) και H2O(g) δεν θα συμβεί η αντίδραση καύσης. 'Αρα u1=u2 ή ορθότερα u=0. Όμως σίγουρα το σύστημα δεν βρίσκεται σε ισορροπία.
Η αναγκαία και ικανή συνθήκη θερμοδυναμικής ισορροπίας είναι G=ολικό ελάχιστο στις δεδομένες συνθήκες P,T.
Καλησπέρα συνάδελφοι.
Σχετικά με το ερώτημα που τέθηκε.
Κατά την θερμική διάσπαση του CaCO3 σε κλειστό δοχείο
CaCO3 ß à CaO + CO2
το σύστημα οδηγείται σε ισορροπία ή σε πλήρη διάσπαση του CaCO3 ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης PCO2 και θερμοκρασίας T.
Είναι ενδιαφέρουσα η διαδικασία αποβολής CO2 από έναν κόκκο CaCO3.
Η αποβολή CO2 ξεκινά από την εξωτερική επιφάνεια του κόκκου CaCO3 και προχωρά προς τον πυρήνα του δημιουργώντας έναν σύνθετο κόκκο ο οποίος διατηρεί σχεδόν τον αρχικό του όγκο. Το περίβλημα από CaO κάθε κόκκου είναι πορώδες με πάρα πολύ μεγάλη
εσωτερική επιφάνεια.
Συνεπώς κατά την προσθήκη μικρών ποσοτήτων CaO [σταθερός ο διαθέσιμος όγκος για το CO2 ] σε κλειστό δοχείο που περιέχει το σύστημα
CaCO3 ß à CaO + CO2
σε ισορροπία, καμία επίδραση δεν θα έχει στην ισορροπία αφού η αντιδρώσα επιφάνεια του προστιθέμενου CaO είναι απείρως μικρότερη από την εσωτερική επιφάνεια των κόκκων του CaO που προέρχονται από την διάσπαση του CaCO3.
Να μου επιτρέψετε δύο παρατηρήσεις :
1η είναι ατυχής η εικόνα του σχολικού βιβλίου που παρουσιάζει την διάσπαση του CaCO3 σε κλειστό δοχείο με τις δύο ξεχωριστές τούφες CaCO3 και CaO .
2η δεν πρέπει να συγχέουμε το θέμα, όπως ετέθη, με την μοντελοποίηση της θερμικής διάσπασης του CaCO3 προς παραγωγή CaO [ ρυθμοί διάσπασης του CaCO3 σε διάφορες συνθήκες Ρ,Τ , κατάτμηση κ.τ.λ.].
Συνάδελφε Γιώργο ( Παπ…) για κάποιο λόγο το σχόλιό σου -ίσως λόγω μεγέθους, ίσως γιατί δεν υπήρχαν άλλα δικά σου – παρέμενε προς έγκριση μέχρι που το ανακάλυψα μετά την τελευταία παρέμβαση του Μιχάλη και το έφερα στην επιφάνεια.
Να ευχαριστήσω όλους για την συνεισφορά τους στην προσπάθεια κατανόησης του συγκεκριμένου προβλήματος … και ιδιαίτερα τον Μιχάλη διότι για μια ακόμη φορά οι παρατηρήσεις του είναι καθοριστικές στην προσπάθεια να τεκμηριώσουμε επιστημονικά τις ερμηνείες των φαινομένων …
Δημήτρη παλιός είμαι, για κάποιο λόγο, όμως ίσως λόγω των αλλαγών βρέθηκα εκτός.
΄Ηθελα να ανεβάσω κάποια εικόνα αλλά δεν το κατώρθωσα.
@Γεώργιος Παπαδόπουλος
Αν προσθέταμε στο δοχείο όπου έχει αποκατασταθεί η ισορροπία επιπλέον CaO(s) το οποίο να έχει ειδική επιφάνεια ίδια με αυτή του CaO(s) που έχει παραχθεί και διατηρείτο Τ σταθερά, θα μετατοπιζόταν η θέση της ισορροπίας; Θα αντιδρούσε δηλαδή ένα μέρος του CO2(g);
Κατά την γνώμη μου όχι αφού δεν άλλαξε το χημικό δυναμικό κανενός σώματος.
Αν για οποιοδήποτε λόγο άλλαζε κάποιο χημικό δυναμικό (π.χ. εισάγαμε CaCO3(s) αραγωνίτη αντί ασβεστίτη) τότε ναι, θα άλλαζε η θέση της ισορροπίας (και η σταθερά της). Αυτό δεν σημαίνει βέβαια ότι θα συνέβαινε και αντίδραση! Οι ουσίες θα αντιδρούσαν αν είχαν την κατάλληλη ενέργεια ενεργοποίησης.
Παρεμπιτόντως, το τελευταίο έχει να κάνει και με το τρόπο που θέτουμε τις ερωτήσεις σχετικά με την αρχή Le Chatelier. Με την αλλαγή ενός παράγοντα που επηρεάζει τη θέση ισορροπίας μετατοπίζεται η θέση ισορροπίας και όχι κατ' ανάγκη η αντίδραση.
Γεια σας κ.Βλαχιωτη
νομιζω οτι εξαιτιας της Χ.Ι που ηδη βρισκεται το συστημα,μεσα στο δοχειο οι ποσοτητες των ουσιων ειναι σταθερες.
Αρα η ποσοτητα του παραχθεντος CO2 ειναι δεδομενη και σταθερη μεσα στο δοχειο,αρα υπαρχει συγκεκριμενος αριθμος μοριων τα οποια αντιδρουν με το CaO που υπαρχει επισης και ξανασχηματιζουν το CaCO3.
Η επιπλεον ποσοτητα CaO που θα προστεθει,ναι μεν αυξανει την επιφανεια επαφης του στερεου,αλλα επειδη στην αερια φαση το πληθος των μοριων του CO2 ειναι δεδομενο και σταθερο με αυτα της Χ.Ι,δεν θα υπαρχουν περισσοτερα διαθεσιμα μορια για να αντιδρασουν με τα επιπλεον μορια του CaΟ,οποτε η ταχυτητα πρακτικα αμεταβλητη.
Προφανως εφοσον το συστημα ειναι σε ισορροπια ,τα μορια των δυο ουσιων (CaO – CO2) που ειναι να αλληλεπιδρασουν,το εχουν ηδη κανει οποτε τα περισσοτερα μορια απο το CaO δεν θα κανουν τη διαφορα,σαν να λεμε τα διαθεσιμα κλειδια για τις κλειδαριες εχουν δεσμευτει,αρα τα περισσοτερα κλειδια δεν θα κανουν κατι το διαφορετικο,ειναι σαν να εχει κορεστει το συστημα.
Καπως ετσι το αντιλαμβανομαι.
Σιγουρα μια μαθηματικη προσεγγιση ειναι οτι καλυτερο,εγω προσπαθησα χωρις εξισωσεις και με τη οποια λογικη εχω,αυτο μπορω να καταλαβω.
ευχαριστω
Ξαναβλέποντας αυτήν τη συζήτηση μετά από ακριβώς 8 χρόνια(!), νομίζω ότι είμαι πλέον έτοιμος να δώσω μια απλή απάντηση(!): Η ταχύτητα δεν εξαρτάται από την επιφάνεια επαφής στερεού αντιδρώντος, αλλά από την επιφάνεια επαφής ανά μονάδα όγκου στερεού αντιδρώντος! Αυτή παραμένει σταθερή. Γηράσκω αεί διδασκόμενος!