1

Масс үйлчлэлийн хууль ба тэнцвэр

Химийн тэнцвэрийн үед хийгдэх үндсэн тооцоо

Химийн òýнöâýðийн øиëæиëò,

түүнд нөлөөлөх хүчин зүйлс.

Ле-Шатальегийн дүрэм

III. Химийн áоäиñûн õàðиëöàн ¿йë÷ëýë

2

Q < Keq, Q > Keq

Õимийн óðâàë áүð нь õàðèëöàí ýñðýã ç¿ãò

áèå áèåý ¿¿ñãýí, çàäàð÷ áàéäàã õөäөëãөөнò

òоãòоëöоонû òóõàйн иëðýë áàéäàã

Химийн òýíöâýð:

Шулуун, эргэх урвалын хурдууд тэнцэх

Урвалын бүтээгдэхүүн, эх бодисын концентрац

үл өөрчлөгдөх хөдөлгөөнт төлөв байдал

Химийн тэнцвэр тогтсон үед тогтмолоор

хадгалагдаж байгаа бодсуудын концентрацыг

тэнцвэрийн концентрац гэнэ

1864 онд Норвегийн химич Като Гульдберг, Петр Вааге нарөөрсдийн явуулсан олон тооны туршилтынхаа үр дүнд,

тодорхой температурт химийн тогтолцоо бүрбүтээгдэхүүн, эх бодисын концентрацийнхарьцаа тогтмол болох тийм төлөв байдалдшилждэг болохыг тогтоосон байна. Үүнийг химийнтэнцвэрийн хууль буюу масс үйлчлэлийн хуульгэнэ.

Масс үйлчлэлийн хууль, химийн тэнцвэр

Нилээд сүүлд кинетикийн хуулиар тэнцвэрт орших тогтолцооны төрхийг

тэнцвэрийн тогтмол (K) -аар илэрхийлэх болсон.

Масс үйлчлэлийн хууль нь тэнцвэрийн нөхцөл дэх бодисын

концентраци, анхдагч бодисын концентрацийг тодорхойлох, урвалын

өрнөлийг тогтооход өргөн ашиглагдана

N2O4(хий) 2N2O (хий) +Q

Νшул = k1 [N2O4]m

Νэрг = k2 [NO2]n

νшул.= νэрг.

k1[N2O4]m = k2 [NO2]

n

n

1 2

m

2 2 2

[NO ]

[N O ]

kK

k

Шулуун, эргэх урвалын хурдын тогтмолын

харьцааг химийн тэнцвэрийн тогтмол (K

эсвэл Kтэнцвэр) гэнэ.

Íалуу буюу италик К үсгээр тэмдэглэнэ.

*Харин температурыг босоо К үсгээр тэмдэглэнэ.

Q K

Тогтолцоон дахь бодисын концентрац стехиометрийн коэффициентоор

илэрхийлэгдэх тул, химийн урвалын ерөнхий тэгшитгэлийн масс

үйлчлэлийн илэрхийлэл дараах байдлаар бичигдэнэ.

dDcCbBaA

a b

c d

[A] [B];

[C] [D]эргэхQ

c d

a b

[C] [D]

[A] [B]c шулQ Q Q

шул

эргэхQ

Q1

Qc -концентрациар

илэрхийлэгдэх масс

үйлчлэлийн илэрхийлэл

Qшул ба Qэргэх -шулуун, эргэх

урвалын масс үйлчлэлийн

илэрхийлэл

Урвалын тогтолцоон дахь бүтээгдэхүүн, эх бодисын концентрацийн харьцааг

масс үйлчлэлийн илэрхийлэл (Q) гэнэ.

([ ]) - бодисын молийн

(моль/л) концентрац

a, b, c, d - стехиометрийн

коэффициент

2

2

2 4

[NO ][ ]

[ ] [N O ]

b

a

бутээгдэхуунQ

эх бодиса, b – эх бодис, бүтээгдэхүүн

бодисын молийн тоо

N2O4(хий) 2N2O (хий)

Масс үйлчлэлийн илэрхийлэл (Q) -ийн утга эх,

бүтээгдэхүүн бодисын концентрацийн өөрчлөлтийн хамт

өөрчлөгдөж байдаг. Зөвхөн тэнцвэрийн нөхцөлд л тогтмол

байна.

Тухайн температурт тэнцвэр тогтсон тогтолцоон дахь масс

үйлчлэлийн илэрхийлэл (Q) нь тэнцвэрийн тогтмол (K) -

тай тэнцүү байна.

• = K = Q =2

2

2 4

[NO ]

[N O ]

n

1 2

m

2 2 2

[NO ]

[N O ]

k

k

Гульдберг, Вааге нарын масс үйлчлэлийн хуулийн үндсэн санаа:

Тогтмол температурт урвал ямар хурдтай

явагдсанаас үл хамааран, нэгэн ижил урвалын

тогтолцоо нэгэн ижил тэнцвэрийн төлөвт оршино

Жишээ нь, 1000С-ын үед тогтсон N2O4 - NO2 урвалын

тогтолцоо янз бүрийн концентрацтай N2O4 -өөс эсвэл цэвэр

NO2-оос үүсэх боломжтой ч аль ч тохиолдолд тодорхой

хугацааны дараах [NO2]2 / [N2O4] гэсэн харьцаа ижил, тогтмол

утгатай болдог байна.

Өөрөөр хэлбэл, тухайн температурт тогтолцооны анхны

концентраци (анхны хурд) ямар байхаас үл хамааран хэсэг

хугацааны дараа N2O4 - NO2 тогтолцооны бүтээгдэхүүн, эх

бодисын концентрацийн харьцаа тогтмол болно.

Òэнцвэрт орших

тогтолцооны төрхийг

ìàññ ¿éë÷ëýëèéí

õóóëèàð èëýðõèéëýõ

áàéäàëА. Эх бодисын

концентрац 0.04 М үед

тогтсон тэнцвэр

Б. Эх бодисын концентрац

0.08 М үед тогтсон

тэнцвэр

Òэнцвэрт орших

тогтолцооны төрхийг

кинетикийн хуулиар

илэрхийлэх áàéäàë

Q = K,

constant

Q = K,

constantQ = K, Q = K,

c d

тэнц тэнц

a b

тэнц тэнц

[C] [D]

[A] [B]c cQ K

Масс үйлчлэлийн илэрхийлэл тэнцвэрийн үеийн

концентрациар тодорхойлогдож байвал химийн тэнцвэрийн

тогтмолыг дараах байдлаар бичиж болно.

Гетероген тогтолцоонд явагдах урвалын хувьд хатуу бодисын концентраци

(нэгж масст ногдох молийн тоо) тогтмол хадгалагдах тул масс үйлчлэлийн

илэрхийлэл зөвхөн шингэн ба хийн концентрациар тодорхойлогдоно.

Кс-концентрациар илэрхийлэгдэх

тэнцвэрийн тогтмол

[ ]тэнц -тэнцвэрийн үеийн

концентаци

хат xий xийaA +bB cC

c

тэнц

a b

mэнц тэнц

[C]

[A] [B]cQ

c

' a тэнц

тэнц b

тэнц

[C][A] =

[B]c cQ Q

3(хат) хат 2(xий)CaCO CaO +CO

mэнц 2 тэнц

3 тэнц

[CaO] [CO ]

[CaCO ]cQ

' 3 mэнц

2 тэнц

тэнц

[CaCO ]=[CO ]

[CaO]c cQ Q

nRTPV ,V

n

RT

P

V

n

MRTCPn

бутээгдэх.

n

эхбодис

P

PpQ

(xий) 2 2(xий)2NO +O 2NO

2

2

2

2

ONO

NO

ppp

pQ

][][

][

2

2

2

2

ONO

NOQc

V

n

RT

P

V

nCM ,[]

Хий байдалтай бодисын концентраци тогтмол

температурт түүний парциал даралтаас шууд

хамаарах тул:- молийн концентаци (CM) гэвэл

Qp -парциал даралтаар илэрхийлэгдэх масс

үйлчлэлийн илэрхийлэл

RTpp

p

RTRT

RT

pp

p

RT

p

RT

p

RT

p

V

n

V

n

V

n

QONO

NO

ONO

NO

ONO

NO

ONO

NO

c

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

)(

1

)(

1

)(

)(

RTQQ pcppcc KQKQ

1)(; RTKKRTKK cppc

Кр-парциал даралтаар илэрхийлэгдэх тэнцвэрийн тогтмол

Тэнцвэрийн нөхцөлд

RT -ийн зэрэгт нь урвалын тэгшитгэл дэх хийн молийн тооны ялгааг ( nxий)

илэрхийлэх тул,

Кр= 2.1 10-4 (1000 К температурын үед)

R = 0.0082 атм л/моль К гэж өгөгдсөн ãýâýë,

xn

cp RTKK )(

xий xий (бутээгдэхуун) xий (эхбодис)n = n - n 1 0 1

1 -4 -1 -6атм л( ) 2.1 10 (0.082 1000K) =2.6 10

моль Кc pK K RT

1)(RTKK cp

урвалын Кс -ыг олъѐ3(хат) хат 2(xий)CaCO CaO + CO

xий xий (бутээгдэхуун) xий (эхбодис)Δn = n - n

Урвалын өрнөл, Q ба K-ийн тоон утга

• Химийн тэнцвэрийн тогтмол (K) нь өгөгдсөн температурт тэнцвэрт

орших тогтолцоо бүрт илрэх тогтмол хэмжигдэхүүн áàéíà

• Ìасс үйлчлэлийн илэрхийлэл (Q) нь тогтолцоо тэнцвэрт орших хүртэл

эсвэл ихсэж эсвэл буурч байдаг.

Химийн урвалын тэнцвэр тогтох хүртэл химийн өөрчлөлт тодорхойчиглэлд өрнөж байдаг бөгөөд түүнийг Q, K-ийн харьцаагаартодорхойлж болдог.

Тухайлбал,Q<K үед урвалд орж байгаа бодисын концентраци бүтээгдэхүүний

концентрациас их байх тул K=Q болтол урвал шулуун урвалынчиглэлд эрчимтэй явагдана. (өрнөнө)

Q>K үед бүтээгдэхүүн бодисын концентраци эх бодисоос ихболсон байх ба урвал эргэх урвалын чигт эрчимтэй явагдана.

Q=K үед эх, бүтээгдэхүүн бодисын концентраци эсвэл даралттогтмол хадгалагдаж, ямар нэг өөрчлөлт ажиглагдахгүй.Шулуун, эргэх урвалын хурд тэнцэж, химийн тэнцвэр тогтсонбайна.

15

16

2. Тэнцвэрийн үеийн бодисын концентрацийг

тодорхойлох.

1. Тэнцвэрийн тогтмолûã òîîöîîëîõ.

ХÈÌÈÉÍ ТЭÍЦВЭРÈÉÍ ÍӨХЦӨЛД ХÈÉГДЭХ

ҮÍДСЭÍ ТÎÎЦÎÎ

Ц.Даржаа, Ерөнхий хими, 306-308 –р талд бичигдсэн жишээг

уншиж ойлгох

17

Тэнцвэрт орших тогтолцооны онцлог шинж:

•Тэнцвэрийн нөхцлийг өөрчилсний дараа шинэ нөхцөлд

тэнцвэр эргэн тогтдог.

•Тэнцвэр эргэн тогтох энэ чиг хандлага Ле-Шательегийн

зарчимаар òàéëáàðëàãäàíà.

Òэнцвэрийн нөхцөлд орших тогтолцоо гадны эвдэх хүчний

íºëººãººð тэнцвэрээ алдах бөгөөд óã үйлчлэлийг бууруулах

чигт явагдах багц урвалын ä¿íä тэнцвэр дахин тогтоно.

Химийн тэнцвэрийн шилжилт, түүнд

нөлөөлөх хүчин зүйлс

Химийн урвалын хувьд тэнцвэрийг эвдэх 3 хүч үйлчилдэг.

КОНЦЕНÒРАЦ, ДАРАЛÒ (ЭЗЭЛХҮҮН), ÒЕМПЕРАÒУР

Тэнцвэрийг шилжүүлэн шинээр тогтоож буй боломжит

урвалуудыг áàãö óðâàë ãýíý.

Ц.Даржаа, Ерөнхий хими, 309-313 –р талд бичигдсэн жишээг

уншиж ойлгох

ЛЕ-ШАТЕЛЬЕГИЙН ЗАРЧИМ

Тэнцвэрт байгаа тогтолцоонд гадны эвдэх хүч (T, P, C ) -ээр

үйлчилбэл уг үйлчлэлийг бууруулах чиглэлд тэнцвэр

шилжинэ.

• Тогтолцоо эвдэрч эхэлбэл тэнцвэрèéã тогтоож байсан харьцаа

хамаарлууд шилжиж эхэлнэ.

• Концентрац, òåìïåðàòóð, даралт зэрэг ãàäààä íºëººëëèéã (эвдэх

хүчийг) çîãñîîõîä тогтолцоо шинэ нөхцөлд шинэ тэнцвэрт

харьцаа тогтоно.

• Тэнцвэр тогтсон тогтолцооны үйлчлэлийн илэрхийлэл (Qтэнц)

–ийн тоон утга хадгалагдана (Kc = Qтэнц ,constant)

3(xий) 2(xий) 5(xий)PCl + Cl PClТогтолцооны аль нэг компонентийн

концентрацийг өөрчилбөл тэнцвэрийг

эвдэгч уг хүчийг сулруулах чигт

тогтолцоо урвалд орж эхэлнэ.

523 К температурт анхны тэнцвэр дараах концентрацийн үед тогтсон гэвэл,

3 5 2[PCl ]=0.200M, [PCl ]=0.600M, [Cl ]=0.125M

5( )

3 2

[PCl ] 0.600= = 24.0

[PCl ][Cl ] 0.200 0.125c тэнц cQ K

Уг тэнцвэрт тогтолцоонд 0.075 М хлор нэмáýë, óðâàëä îðîõ õëîðûí íºëººãººð

тогтолцооíä шинэ тэнцвэр шинэ концентрацийн харьцаагаар үүсгэнэ.

5 тэнц

'

2 тэнц

'

3 тэнц

[PCl ] = 0.600M + x = 0.637M x = 0.037M

[Cl ] = (0.125M + 0.075) - x = 0.020 - 0.037 = 0.163M

[PCl ] = 0.200 - x = 0.163M

'

5 тэнц

( ) ' '

3 тэнц 2 тэнц

[PCl ] 0.637= = 24.0 =

[PCl ] [Cl ] 0.163 0.163c тэнц cQ K

Шинэ тэнцвэр

тогтох үеийн

бодисын концентрац

Kc = Qтэнц ,constant

20

Õèìèéí òýíöâýðèéí øèëæèëòèéí ïðаêòèê

õýðýãëýý

2 2 3N + 3H 2NH -91.8кЖурвH

Германы химич Фриц Хаберийн нэрээр нэрлэгдсэн аммиак

үйлдвэрлэх синтезийн арга дараах эргэх урвалыг ашигладаг.

Аммиак үүсэх урвал экзотерм урвал тул аммиакийн гарцыг

нэмэгдүүлэхийн тулд,

•Температурыг бууруулах

•Ялгарсан аммиакийг урвалын орчноос зайлуулан

концентрацийг багасгаõ

•Даралт (P) -ыг ихэсгэõ (эзэлхүүнийг багасгаõ) шаардлагатай

болно.

21

Тооцоо, судалгааны дүнгээр:

1000 атм даралт, 200 С температурт аммиакийн гарц 98.3%

-д хүрдэг байна.

энэ температурт шулуун урвалын тэнцвэрийн тогтмол Кê

хамгийн их утгандаа хүрч 7.17 1015 болдог

Температур, (

C)

Кk

200 7.17 1015

300 2.69 108

400 3.94 104

500 1.72 102

600 4.53 100

700 2.96 10-1

800 3.96 10-2

22

Бодит үйлдвэрлэлийн процесст дан ганц тэнцвэрийн зарчим хэрэглэн

бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх боломжгүй байдаг.

•Бага температурт бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэл хэт удаан (урвалын хурд

бага) ÿвагдана

• Өндөр даралт гарган авахад хөрөнгө их зарцуулна

Ойролцоогоор 200 - 300 атм даралтын дор 400 С орчим температурт, 5

- 10 мм -ийн õýìæýýòýé áîëòîë үрж, төмөр хавтанд суулгасан MgO,

Al2O3, SiO2 -ийн íóíòàã холимогийг катализатор болгон ашиглана.

Холимог доторх

NH3 -ын эзэлхүүний

агуулга 35%

Ëå-Øàòåëüåãèéí çàð÷ìûã

òоäоðõой õязãààðò

áàðимòàëнà

Лекцийн бие даалт 15

• Асуулт даалгавар

Химийн урвалын тэнцвэрийн шилжилт

концентраци, даралтаас хэрхэн хамаарч

өөрчлөгдөхийг тодорхой урвалын жишээн

авч тайлбарлана уу.

Холбогдох материал [1]-ийн 306-316-р хуудас

23

ÑÎ2

Ãýðèéí äààëãàâàð: Дараах зургуудыг

харьцуулан, äýëãýðýíã¿é

òàéëáàðыг бичих