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;
Καλημέρα Θοδωρή.
Χαίρομαι που βλέπω και ένα ερώτημα Χημείας στο φόρουμ, μετά από καιρό.
Και να σκεφτείς ότι ο "κολλημένος" Φυσικός σκέφτηκε:
Πώς θα συνδέσει το στερεό με τη Χημεία;
Και για να μπω στο "παιχνίδι", μια γνώμη:
Αυξάνεται η ταχύτητα προς τ΄αριστερά, αν αυξήσεις την "διαθέσιμη" επιφάνεια του CaO. Αλλά πόση είναι αυτή η αύξηση της ταχύτητας; Πρακτικά πρέπει να είναι μικρή, μα πολύ μικρή, οπότε την θεωρούμε αμελητέα και προχωράμε σε "συμπέρασμα", ότι δεν μετατοπίζεται η χημική ισορροπία.
Γεια σου Διονύση. Η συζήτηση μαζί σου είναι πάντα απολαυστική! Ξέρεις, γέλασα με αυτό που είπες για το στερεό γιατί ο αρχικός τίτλος της ανάρτησης ήταν "Στερεό και μετατόπιση ισορροπίας", χωρίς δηλ. το "χημικής", οπότε σκέφτομαι μετά: "Θα φάω χοντρό κράξιμο από τους φυσικούς γιατί θα νομίζουν ότι αφορά σε μηχανική στερεού και θα μπαίνουν όλοι να το δουν". Επειδή όμως είμαι καλός άνθρωπος τους απήλαξα από τον περιτό κόπο βάζοντας στον τίτλο "χημικής ισορροπίας". Χα, χα. Βέβαια, κάποιοι "κωλυμένοι" όπως ο Γκενές και ο Δουκατζής θα το δούνε, αλλά μέχρι εκεί!
Επί της ουσίας: Δε με ικανοποιεί η απάντησή σου! Τι θα πει θεωρούμε αμελητέα την αύξηση της ταχύτητας; Κάνουμε προσέγγιση; Εδώ νομίζω τα πράγματα είναι διχοτομικά. Δεν υπάρχει ¨ολίγον έγκυος"! Ή αυξάνεται η ταχύτητα ή δεν αυξάνεται. Και αν αυξάνεται, που θα πρέπει να αυξάνεται, γιατί η ισορροπία δε μετατοπίζεται;
Γεια σου Θοδωρή.
Να συμπληρώσω κάτι στην προηγούμενη τοποθέτησή μου
Το ότι θα αυξηθεί "ολίγον" η ταχύτητα προς τα αριστερά, συνεπάγεται ότι θα μετατοπισθεί επίσης "ολίγον" και η Χ.Ι.
Έτσι θα είναι "ολίγον έγκυος"
Με την προσθήκη μικρής ποσότητας στέρεου CaO (ώστε να θεωρείται αμελητέος ο όγκος του στερεού συγκριτικά με τον όγκο του δοχείου, οποίος είναι και σταθερός) στο σύστημα που ισορροπεί και παράλληλα θεωρούμε Δθ=0 στην διάρκεια της διαδικασίας και πως οι 2 αντιδράσεις αντίθετης κατεύθυνσης είναι απλές,δηλαδή από νόμο ταχύτητας ισχύει: u1=k1(προς τα δεξιά) και u2=k2[CO2](προς τα αριστερά) και k1,k2 σταθερά αφού Δθ=0
προκύπτει:
κατά την είσοδο του στο δοχείο θα πραγματοποιηθούν επιπλέον συγκρούσεις(κάποιες από αυτές αποτελεσματικές) μεταξύ αερίων μορίων CO2 και στερεού και θεωρούμε πως αντιδρούν ψ mol CaO και CO2
mol/ CaCO3(s) <–>CaO(s) + CO2(g)
A.X.I α β γ Μεταβολή – +χ –
Αντ/Παρ + ψ -ψ -ψ
Ενδιάμεσα α+ψ β+χ-ψ γ-ψ με 0<ψ<γ,(β+χ) mol
και αφού στην κατάσταση της νέας ισορροπίας να ισχύει u2=u1=k1=k2[CO2]=k2[CO2]' <=> [CO2]=[CO2]' <=> nCO2=nCO2' =γ δηλαδή θα παραχθούν άλλα ψ mol CO2
Διασπ/Παρ -ψ +ψ +ψ
Ν.Χ.Ι. α β+χ γ
Δηλαδή αρχικά πραγματοποιείται ελάττωση της [CO2] και άρα της u2 και έπειτα αύξηση της ώστε να αποκτήσει τελικά την αρχική τιμή της.
Η u1 σταθερή σε όλη τη διαδικασία.
Έτσι προκύπτει ότι δεν μετατοπίζεται η θέση της χημικής ισορροπίας όπως θα μπορούσαμε να είχαμε προβλέψει απλά από την έκφραση της Kc, αλλά θεωρώ ότι πραγματοποιείται ενδιάμεσα μία αυξομείωση στην ταχύτητα u2 λόγω της επιπλέον ελεύθερης επιφάνειας στερεού CaO που έρχεται σε επαφή με τα αέρια μόρια.
Καλησπέρα στους συναδέλφους όλους
Ένας από του κολλημένους … ( ευχαριστώ τον Θοδωρή γιατί το θεωρώ μεγάλο κοπλιμέντο )
ο οποίος σήμερα είναι μονόφθαλμος….
σκέφτεται κάπως διαφορετικά.
Η ενεργότητα των στερεών ( οπως και κάθε άλλος παράγοντας της ΘΧΙ εκτός αό τις συγκεντρώσες ) επηρεάζει την Kc . Στην συξκεκριμένη περίπτωση σκέφτομαι ότι η Kc μειώνεται, όπως και η Κp …και η ΘΧΙ σκέφτομαι ότι θα μειωθεί ( λίγο ή πολύ εξαρτάται από το ποσοστό αύξησης της επιφάνειας του CaO …
Πολύ θα ήθελα να μου εξηγήσετε αν κάνω λάθος και πού …
Καλό και δροσερό βράδυ σε όλους
Καλημέρα Μήτσο.
Ελπίζω να έχουν προχωρήσει οι χημικές αντιδράσεις και σήμερα να μην μπορείς να χαρακτηρισθείς "μονόφθαλμος"!
Εννοείς ότι "ο βαθμός κατάτμησης" που λέγαμε παλιότερα μεταβάλλει την ταχύτητα της αντίδρασης;
Η προσθήκη δηλαδή του στερεού CaO αυξάνει την ενεργότητά του και τη σταθερά της ταχύτητας προς τα αριστερά και αυτό θα έχει ως συνέπεια η νέα Χ.Ι. να αποκατασταθεί όταν τελικά στο δοχείο θα έχουμε μικρότερη ποσότητα αερίου διοξειδίου του άνθρακα;
Λογικό μου ακούγεται…
Ανέργυρε, αν καταλαβαίνω καλά, λες ότι η ισορροπία θα μετατοπιστεί πρώτα αριστερά και μετά, χωρίς άλλη παρέμβαση, προς τα δεξιά; Μου φαίνεται λίγο τραβηγμένο…
Δημήτρη και Διονύση. ΌΛΑ τα βιβλία χημείας είναι κατηγορηματικά: Με προσθαφαίρεση στερεού η θέση της ισορροπίας ΔΕ ΜΕΤΑΤΟΠΙΖΕΤΑΙ.
Γεια σου Θοδωρή.
Τα βιβλία λένε αυτό που γράφεις
Ας προσπαθήσουμε να οδηγηθούμε σε ένα συμπέρασμα, ανεξαρτήτως του τι λένε τα βιβλία και ανεξαρτήτως σταθερών ή μαθηματικών νόμων, με βάση το μηχανισμό που οδηγεί σε Χ.Ι.
Ας δούμε τι προβλέπει αυτός.
Έστω ότι η αντίδραση προς τα δεξιά παράγει 0,001mol/L CO2 σε κάθε s. Τότε η αντίδραση προς τα αριστερά “καταναλώνει επίσης 0,001mol/L CO2 σε κάθε s.
Αν προσθέσεις (σταθερή πίεση, θερμοκρασία) κάποια ποσότητα σκόνης CaO κάποια επιπλέον μόρια CO2 θα συγκρουστούν με CaO με αποτέλεσμα να καταναλωθεί περισσότερο CO2. Ας πούμε ότι στο επόμενο δευτερόλεπτο θα αντιδράσουν 0,0012mol/L CO2 , ενώ προς τα δεξιά θα παραχθούν 0,001mol/L CO2 , αφού η επιφάνεια του στερεού CaCO3 δεν θα έχει αλλάξει.
Στο επόμενο δευτερόλεπτο θα αντιδράσουν προς τα αριστερά 0,00119mol/L CO2 και θα παραχθούν ξανά 0,001mol/L CO2.
Στο επόμενο θα καταναλωθούν 0,00117mol/L CO2 , ενώ θα παραχθούν 0,001mol/L CO2.
Στο επόμενο θα καταναλωθούν 0,00112mol/L CO2 και θα παραχθούν επίσης 0,001mol/L CO2 .
Αυτό θα συνεχίζεται και (θεωρώντας σταθερή την ενεργή επιφάνεια του CaCO3, πράγμα που δεν απέχει από την πραγματικότητα…) θα καταναλώνονται όλο και λιγότερα mol CO2 μέχρι που να φτάσει ξανά να αντιδρούν 0,001mol/L CO2 , σε κάθε s και να παράγονται επίσης 0,001mol/L CO2 σε κάθε sec.
Συμπέρασμα: Το αντίθετο από αυτό που είχα υποστηρίξει παραπάνω
Η τελική συγκέντρωση του CO2 δεν θα αλλάξει και με αυτήν την έννοια η χημική ισορροπία “δεν μετατοπίζεται”.
Υ.Γ.
Πήρα ως δεδομένο ότι στη διάρκεια όλου αυτού του φαινομένου δεν άλλαξε η επιφάνεια του CaCO3.
Αν η αντίδραση προκαλέσει αλλαγή στην επιφάνεια αυτή, τότε η ισορροπία θα επιτευχθεί σε παραγωγή-κατανάλωση μεγαλύτερη από 0,001mol/L CO2 σε κάθε sec, έστω σε 0,00103mol/L CO2 σε κάθε sec.
Διονύση ο συλλογισμός σου με οδηγεί στο αντίθετο συμπέρασμα από αυτό που καταλήγεις εσύ: αφού με την προσθήκη CaO αυξάνεται η ταχύτητα που αντιδρά το CO2, μέχρι να ξαναεξισωθούν οι ταχύτητες η ισορροπία θα πρέπει να έχει μετατοπιστεί αριστερά…
Γεια σου και πάλι Θοδωρή.
Ο συλλογισμός μου κατέληξε στο συμπέρασμα ότι:
“Η τελική συγκέντρωση του CO2 δεν θα αλλάξει και με αυτήν την έννοια η χημική ισορροπία «δεν μετατοπίζεται».”
Θα ήταν ίσως καλύτερα, να το διατυπώσω ότι ο ρυθμός παραγωγής και κατανάλωσης CO2 δεν άλλαξε και όχι ότι η συγκέντρωση δεν άλλαξε.
Βέβαια η τελική πίεση στο δοχείο θα έχει μικρύνει, πράγμα που οδηγεί στη διατύπωση του Μήτσου:
“Η ενεργότητα των στερεών ( όπως και κάθε άλλος παράγοντας της ΘΧΙ εκτός αό τις συγκεντρώσες ) επηρεάζει την Kc .”
Επί της ουσίας δηλαδή αυξήθηκε η ποσότητα του CaCO3 στο δοχείο και έχουμε συνολικά “αντίδραση προς τα αριστερά”. Αυτό ήταν και το νόημα της αρχικής μου τοποθέτησης….
Με την ευκαιρία ας προσθέσω και κάτι γενικότερο.
Αυτά που λένε τα βιβλία είναι σωστά, μέχρι να επισημανθεί κάποιο “προβληματικό” σημείο, το οποίο θέλει ψάξιμο. Δεν είμαστε Θεολόγοι να αποδεχόμαστε το δόγμα.
Το τι γράφουν τα βιβλία, εξαρτάται και καθορίζεται από το τι θέλουν οι συγγραφείς να αναδείξουν. Πάντα όμως “αποκρύπτουν” και πράγματα, αφού αλλιώς η διδασκαλία δεν θα οδηγούσε πουθενά.
ΥΓ
Αν αποδεχόμαστε όμως το μηχανισμό που περιέγραψα παραπάνω, θα μπορούσαμε να το πάμε και ένα βήμα παρακάτω….
Περιμένω τοποθετήσεις!
Καλησπέρα Φίλοι
Θοδωρή Διούση, Ανάργυρε
μελέτησα και επανέρχομαι με μιά κάποια ανασκευή των όσων είχα στο νου μου …
αν και δεν νομίζω ότι έλυσα τον γρίφο …
( ΕΔΩ )
Καλησπέρα Μήτσο.
Νομίζω ότι πρέπει να ξεκαθαρίσουμε ότι δεν τίθεται θέμα αλλαγής του τι διδάσκουμε στα παιδιά.
Διδάσκουμε αυτό που γράφουν τα σχολικά βιβλία. Δεν μεταβάλλεται η θέση της χημικής ισορροπίας με την προσθήκη στερεού…
Αλλά τη συζήτηση, εγώ τουλάχιστον, δεν την αντιμετώπισα με βάση τι λογική του “τι διδάσκουμε”, αλλά του τι συμβαίνει στην πραγματικότητα.
Πάνω σε αυτό, θα επανέλθω, αφού θυμίσω μια πρόταση του σχολικού:
Τι σημαίνει “είναι ενσωματωμένη στην τιμή της σταθεράς ισορροπίας”;
Καλησπέρα φίλοι φυσικοχημικοί! Δημήτρη προσπάθησα και εγώ να το προσεγγίσω το θέμα μέσω προσρόφησης και ισοθέρμου Langmuir αλλά δεν έβγαλα κάποια άκρη, δηλ. κάποια απάντηση που να μου φαίνεται εμένα λογική. Όλοι και όλα γράφουν ότι με την προσθήκη CaO η ισορροπία δε μετατοπίζεται. Κι όμως, για τη συγκεκριμένη ισορροπία εγώ δεν το πιστεύω. Συμφωνώ με τη μοριακή προσέγγιση του φαινομένου από το Διονύση και κινδυνεύοντας να πω χοντρές πατάτες θα διατυπώσω αυτό που εμένα μου φαίνεται λογικό για τη συγκεκριμένη ισορροπία. Πιστεύω ότι η προσθήκη CaCO3 δε θα μετατοπίσει την ισορροπία αλλά προσθήκη CaO θα την μετατοπίσει αριστερά. Θα μου πει κάποιος ότι αυτό θα μειώσει την [CO2] και αυτό δε μπορεί να γίνει διότι Kc=[CO2]=σταθερή όταν θ=σταθερή. Ναι αλλά εγώ πιστεύω ότι θα ελαττωθεί και η Kc!!
Ανθεωρήσουμε ότι ισχύουν υ1=κ1 και υ2=κ2[CO2] και Κc=k1/k2, θεωρώ ότι αυξάνοντας την ποσότητα του CaO, άρα και την επιφάνεια επαφής του με το CO2, αυξάνεται η κ2 άρα η Kc θα ελαττωθεί!! Καλά θα μου πείτε, και τότε γιατί λέμε ότι η Kc εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία; Δεν ξέρω!! Ίσως αυτό δεν ισχύει στη συγκεκριμένη ισορροπία!!
ΥΓ. Έχω να φάω πολύ ξύλο αλλά, τι να κάνω, δε βρίσκω άλλη εξήγηση!!
Καλημέρα Δημήτρη καλημέρα Θοδωρή.
Θοδωρή σε βλέπω να προσεγγίζεις λίγο και σκέφτομαι να ρίξω σχοινί για …πρόσδεση! Αν …φας ξύλο από Χημικούς, σε κάνουμε μετεγγραφή στους Φυσικοχημικούς
Όσον αφορά την μεταβολή της Κc νομίζω ότι η θέση σου «η Kc θα ελαττωθεί» είναι σωστή και χωρίς θαυμαστικά!
Όταν μιλάμε για ταχύτητα αντίδρασης η σταθερά k, εξαρτάται λέμε από όλους τους άλλους παράγοντες πλην της συγκέντρωσης. Προφανώς εξαρτάται από το εμβαδόν της επιφάνειας των στερεών και προσθήκη στερεού σημαίνει αλλαγή του εμβαδού και αλλαγή της σταθεράς της ταχύτητας. Αν λοιπόν στην περίπτωσή μας μεταβληθεί (αυξηθεί) η k2, ενώ η k1 μείνει σταθερή, θα μεταβληθεί η σταθερά χημικής ισορροπίας kc και η πρόταση «η Kc εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία» είναι μια γενική αρχή που μας καλύπτει γενικά και που πειραματικά επιβεβαιώνεται, αφού η παραπάνω μεταβολή της kc δεν θα είναι τέτοια που να μας εμφανίσει σοβαρές αποκλίσεις και να χρειαστεί να το διδάξουμε σαν θεωρία.
Αλλά για να φανεί καλύτερα η παραπάνω θέση μου, θα χρειαστεί να επανέλθω με μια άλλη ισορροπία…
Καλή Κυριακή.
Πάντως Διονύση όταν βλέπω σε πανεπιστημιακές παραδόσεις αυτό: "Η CCO2
μένει σταθερή ανεξάρτητα από τις ποσότητες CaCO3 (s)και CaO (s) που περιέχονται στο δοχείο σε σταθερή θερμοκρασία" προβληματίζομαι!