Kimyasal Denge

Kimyasal Denge

Kimyasal Denge, birçok maddenin reaksiyonlarının ve çözeltilerinin özel bir özelliğidir.Abway Okları ileri ve geri gösteren kimyasal bir denklem gördüğünüzde, bu bir denge reaksiyonudur. Sıradan bir reaksiyonda, başlangıç ​​materyalleri bunlardan biri gidene kadar reaksiyona girer ve sonra ölmeyi bırakır. Ancak bir denge reaksiyonu otomatik olarak tamamlanmaz. Bunun yerine, hala çok sayıda başlangıç ​​materyali kalmasına rağmen, bazı karakteristik bir noktada bir durakta öğütür (dengeyi sağlar: ters reaksiyon ileri reaksiyona eşittir). Her reaksiyonun kendi düzenli denge noktası vardır: bir reaksiyon, başlangıç ​​materyallerinin sadece% 0.0000001'ini kullandıktan sonra durabilir; bir diğeri% 99.999999 tamamlanma noktasına gidebilir._Eq , asla değişmez. Herhangi bir reaktan veya ürünün konsantrasyonu her değiştiğinde (bir şeyi reaksiyona sokarak veya ekleyerek veya çıkararak), denklemdeki diğer tüm maddeler tazminatta değişir ve KEq'in değerini koruyacak şekilde değişir. Örneğin, en basit dengeyi düşünün, ki bu da en basit olanıdır:

Su Dengesi , su moleküllerinin bileşen kısımlarına, hidrojen iyonlarına ve hidroksit iyonlarına (H ⁺ ve OH ^- ) ayrılmasını tanımlar :

10 ^-14 “çok uzak gitmek” değil reaksiyonu demektir çok küçük bir sayı, ve on milyon kişiden sadece birinin molekül aslında herhangi bir anda ayrıştırılır. Hiçbir şey eklenmemiş saf suda, H + ve OH- konsantrasyonda özdeş olacaktır, bu basit durumda K _Eq'nin kare köküne eşittir veya ^10-7 . Bu reaksiyon ve ilişki o kadar önemlidir ki, pH sistemi adı verilen özel bir steno gösterimi geliştirilmiştir: sadece üssü kullanın, işareti bırakın ve bir sembol olarak “p” kullanın ve saf su için pH = 7.0 olsun. (POH = 7.0, ayrıca.) Tüm bunlar önemlidir, çünkü bahsettiğimiz su, aynı zamanda H ⁺su kimyası için çok önemlidir. Hidrojen iyonu bilinen en küçük ve kimyasal olarak aktif sıradan maddedir. Hidrojen elementlerin en küçüğüdür - etrafında tek bir elektron bulunan tek bir proton. Seçimi kaldırın ve çözümde oldukça reaktif, invaziv ve aşındırıcı olan tek, yalnız, çıplak bir protonunuz var. (Gerçekten çıplak tek başına değil, bazen, H olarak bir su molekülü bağlanmış olarak gösterilmektedir ₃ O ⁺ .) * H ⁺ tanımlar asidite; H ⁺ asittir. Böylece, bir su dengesine asitliği tanımlar: 7'den az pH asidiktir; 7'den büyük pH alkalin veya "bazik" tir. H ⁺ veya OH ^-asit veya alkali ekleyerek veya çıkararak yapay olarak arttırılır, aynı oranda diğer değişiklikler , taşa kesilen K _Eq'nin değerine eşittir. ” Bu nedenle, eğer asit, pH = 3, pOH = 11 ve K, böylece denge kaymalar yapmak için saf su ilave edilir _Denklem 10 olarak korunur ^-14 .

Karbonik Asit-Kalsiyum Karbonat Dengesi, su kimyasında diğer “en önemli” dengedir. Su yağmur olarak düştüğünde, karbondioksit gazını havadan emer ve anında bikarbonat ve karbonat iyonlarına ayrışan karbonik asit oluşturur:

Bu hafif asidik su zemine battığında ve kalker (kalsiyum karbonat) veya dolomit (karışık kalsiyum ve magnezyum karbonat) ile temas ettiğinde, kayanın bir kısmını çözerek “sertlik” ve alkalinite ”yapar:

"Sertlik", köpürmeyi önlemek ve sabun pisliğini veya "küvet halkasını" çöktürmek için sabunla reaksiyona giren tüm iyonların toplamıdır. Çoğu su kaynağında hepsi birden fazla "+" yüke sahip, çoğunlukla Ca ⁺² ve Mg ⁺² olan metaller , fakat aynı zamanda Fe ⁺² , Cu ⁺² , Zn ⁺² , Mn ⁺² vb. , varsa.

“Alkalinite” kafa karıştırıcı bir terimdir çünkü kimya anlaşılmadan önce kullanılmaya başlanmıştır. Tek kelimeyle, alkalilik sadece asitliğin tersi veya asitliği tüketen veya nötralize eden bir şey anlamına gelir. Yukarıdaki iki denklemdeki hem karbonik asitlerin hem de iyonlarının aynı şey olduğu anlaşıldığında, “alkalinite”, su kimyasında CO ₂ + H ₂ CO ₃ + HCO ₃ ^- + C0 ₃ ^-2ve böylece suyun asitlikteki değişikliklere direnmek için toplam tamponlama gücü. Tüm çift oklar reaksiyonların hem ileri hem de geri gittiğini gösterir, yani bir yerde çözünmüş kireçtaşı, denge değiştiğinde daha sonra başka bir yerde kireç skalası olarak birikebilir. Denge, ilgili bileşenlerden herhangi biri eklenerek veya tüketilerek kaydırılabilir. Reaktanlar ve ürünler arasındaki ilişkinin - K _Eq - taşa kesildiğini ve dışarıdan yapılacak herhangi bir değişikliğin anında K _Eq'ın değerini koruyacak şekilde telafi edileceğini unutmayın .

Üç K _Denklemin değerleriçünkü üç karbonik asit dengesi (her ok için bir tane) kasıtlı olarak bu tartışmadan yoksundur, sayılarla düşmekten kaçınmak için. Önemli olan, denge kavramı için bir “his” elde etmenizdir. Daha fazla reaktan eklemenin (bir denklemin sol tarafında) bir reaksiyonu daha ileriye (sağa doğru) getireceği mantıklıdır. Ancak denge ile, nihai ürünlerin bazılarını kaldırarak da reaksiyonun sağa gitmesini sağlayabilirsiniz. Çıkarma, doldurulması gereken bir tür kimyasal vakum yaratıyor gibi. Tersi de doğrudur: reaksiyonu tersine çevirmek (sola gitmek) için sağ tarafı yükleyebilir (daha fazla nihai ürün ekleyebilir) veya sol tarafı hafifletebilir (reaktifleri çıkarabilirsiniz). Sanki reaktanlar ve ürünler okla fiziksel olarak bağlanmış gibi, ve reaksiyonu her iki uçtan da itebilir veya çekebilirsiniz. Ve burada birincisi gibi seri olarak bağlanmış birkaç reaksiyonu olan kimyasal sistemlerde, burada yeniden basılmış, “bağlantı” hepsinden geçer. Üçüncü reaksiyonun (en sağda) nihai ürünlerinden birinin H + veya asit olduğuna dikkat edin:

CO ₂ + H ₂ O <=> H ₂ CO ₃ <=> H ⁺ + HCO ₃ ^- <=> 2H ^- + CO ₃ ^-2

Daha fazla asit eklerseniz, üç reaksiyon süresinin tamamı geri döner (sola gider), bir miktar CO2'nin kabarmasına ve sonsuza kadar kaybolmasına neden olarak sistemin toplam alkalinitesini azaltır. Buna dealkalizasyon denir.

Tamponlama Hakkında: Hemen yukarıda, alkalilik varlığının pH değişikliklerine karşı “tamponladığı” söylenir. Tamponlar, kimyasal bir denge kurmak ve sürdürmek için dengeyi kullanan kimyasal stabilizatörlerdir. Hidroklorik, sülfürik ve nitrik asit gibi yaygın "mineral" asitler, tampon olarak çalışmaz, çünkü H + iyonları üretme ayrışmaları denge tarafından yönetilmez: hepsi, çözündükleri anda neredeyse% 100 ayrışırlar. Bu nedenle bunlara “güçlü” asitler denir. Sadece "zayıf" asitler ve bunların karbonik asit ve sodyum karbonat gibi tuzları tampon olabilir. K _Denklem karbonik asit, 10 ile ilgili olan ^-7 normal, karbonik asit milyonlarca molekül arasından sadece biri H yarık olduğu, bu araçların, ⁺ ve HCO ₃^- iyonlar her an. Asitlik “nötr” olduğunda K _Eq değerinin pH değerine (ve ayrıca pOH) yakın olduğuna dikkat edin: pH = 7 = pOH. Bu, karbonik asidin pH 7'ye yakın su tamponlaması için iyi olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, bikarbonat iyonu HCO ₃ ^- hala kaybedilecek bir hidrojene sahiptir ve bu nedenle bikarbonat iyonunun yaklaşık ^10-11 olan kendi K _Eq'sine sahip olduğuna dikkat edin . Bu, sodyum bikarbonatın pH 11'e yakın pH değerlerinde su için iyi bir tampon olacağı anlamına gelir. Karşılaştırma için, asetik asitin (sirke) K _Eq'si yaklaşık ^10-5'tir , bu da asetik asidin civardaki suyu tamponlamak için iyi olacağı anlamına gelir. pH 5.

Peki, tamponlar tam olarak nasıl çalışır? Yeteneklerinin yarısının, hem asidik hem de alkalin bakış açısından, rezervlerde, etkisiz olarak çalışarak çalışırlar: pH, K _Eq üzerindeki üsse eşit olduğunda, çözeltideki zayıf asit moleküllerinin% 50'si ( Bu durumda, karbonik asit) bütün olan ve% 50 * H halinde ayrıştırılır ⁺ ve HCO ₃ ^- . Çözeltiye yapay olarak ilave H ⁺ eklenirse, anında karbonik asit-bikarbonat-karbonat “alkalinite sürekliliğine” dahil edilecek, pH üzerinde çok az etkisi olacaktır. Benzer şekilde, bir miktar OH ^- iyonu yapay olarak eklenirse, anında bir H ⁺ iyonu ile reaksiyona girecek ve nötralize edilecektir , ancak H ⁺pH'a çok az etkisi olacak şekilde alkalilikten anında yenilenecektir. Uzun sudaki toplam alkalinite kalıntılar olarak, H ya da “absorbe” edebilecektir ⁺ ya da OH- ^- pH 7 civarında çok pH değiştirmeden. Bu arada, örneğin, H ⁺ -CI ^- dışındaki iyonlardaki değişikliklere karşı bir solüsyon tamponlamak mümkündür .