اثر دما بر تعادل ها

ج) اثر تغییر دما
تأثیر دما بر تعادل به گرماگیر (ΔH>0) یا گرماده (ΔH<0) بودن واکنش بستگی دارد. برای تحلیل ساده‌تر، گرما (Q) را مانند یک ماده در معادلات وارد می‌کنیم:
• واکنش گرماده (ΔH<0): گرما در سمت فرآورده‌ها (راست) قرار می‌گیرد. گرما + فرآورده‌ها ⇌ واکنش‌دهنده‌ها
• واکنش گرماگیر (ΔH>0): گرما در سمت واکنش‌دهنده‌ها (چپ) قرار می‌گیرد. فرآورده‌ها ⇌ گرما + واکنش‌دهنده‌ها
اصول جابه‌جایی یا دما:
1. افزایش دما: سامانه در جهتی جابه‌جا می‌شود که گرما را مصرف کند.
2. کاهش دما: سامانه در جهتی جابه‌جا می‌شود که گرما تولید کند.
تغییر ثابت تعادل (K) یا دما: \[K \propto \frac{[\text{فرآورده‌ها}]}{[\text{واکنش‌دهنده‌ها}]}\]
• در واکنش گرماده:
◦افزایش دما ← جابه‌جایی به چپ ← [واکنش‌دهنده‌ها] افزایش و [فرآورده‌ها] کاهش ←  کاهش K
◦ کاهش دما ← جابه‌جایی به راست ← افزایش K

• در واکنش گرماگیر:
◦افزایش دما ← جابه‌جایی به راست ← [واکنش‌دهنده‌ها] کاهش و [فرآورده‌ها] افزایش ←  افزایش K
◦  کاهش دما ← جابجایی به چپ ← کاهش K

مثال 4 (دما و ثابت تعادل):
واکنش تعادلی اکسایش گاز دی‌اکسید گوگرد:\[2SO_{2}(g) + O_{2}(g) \rightleftharpoons 2SO_{3}(g) + \text{گرما} (\Delta H < 0)\]• افزایش دما: سامانه به سمت چپ جابه‌جا می‌شود تا گرمای اضافی را مصرف کند. در نتیجه، غلظت \(SO_{3}\) کاهش و غلظت \(SO_{2}\) و \(O_{2}\) افزایش می‌یابد و مقدار K کاهش می‌یابد.

• کاهش دما: سامانه به سمت راست جابه‌جا شده و مقدار K افزایش می‌یابد.
نکته یسیلر مهم: نقش کاتالیزگر در سامانه‌های تعادلی
1. سرعت رسیدن به تعادل: کاتالیزگر سرعت واکنش‌های رفت و برگشت را به یک نسبت افزایش می‌دهد؛ بنابراین زمان رسیدن به تعادل را کاهش می‌دهد.
2. عدم جابه‌جایی تعادل: کاتالیزگر موضع تعادل را تغییر نمی‌دهد (میزان فرآورده در تعادل تغییر نمی‌کند).
3. عدم تغییر K: کاتالیزگر هیچ تأثیری بر مقدار عددی ثابت تعادل (K) ندارد.
مسئله مفهومی حل شده:
در یک ظرف 4 لیتری دربسته، مقدار 0.8mol گاز A و 0.6mol گاز B وارد می‌شوند تا تعادل زیر برقرار شود:\[A(g) + 2B(g) \rightleftharpoons C(g)\]اگر در حالت تعادل، مقدار 0.2mol از گاز C در ظرف موجود باشد:

1. غلظت تعادلی هر یک از گونه‌ها را به دست آورید.
2. مقدار ثابت تعادل (K) را در این دما حساب کنید.
پاسخ:
ابتدا جدول تغییرات مولی را تشکیل می‌دهیم (حجم ظرف = 4L):
• تغییرات C: چون در ابتدا C صفر بوده و در تعادل به 0.2mol رسیده، پس \(+x = 0.2 \implies x = 0.2 \text{ mol}.\)
• تغییرات A: \(-x = -0.2 \implies A = 0.8 - 0.2 = 0.6 \text{ mol} \text{ مول تعادلی}\)
• تغییرات B: \(-2x = -0.4 \implies B = 0.6 - 0.4 = 0.2 \text{ mol} \text{ مول تعادلی}\)
حالا غلظت‌های تعادلی (mol/L) را محاسبه می‌کنیم:\[[A] = \frac{0.6}{4} = 0.15 \text{ M}\]\[[B] = \frac{0.2}{4} = 0.05 \text{ M}\]\[[C] = \frac{0.2}{4} = 0.05 \text{ M}\]محاسبه ثابت تعادل K: \[ K = \frac{[C]}{[A][B]^2} = \frac{0.05}{0.15 \times (0.05)^2} = \frac{0.05}{0.15 \times 0.0025} = \frac{1}{0.15 \times 0.05} \approx 133.33 M^{-2} \]