Omkeerbare reactiekarakteristieken en voorbeelden

EEN omkeerbare reactie Het is er een die op een bepaald punt in zijn verloop een evenwichtstoestand bereikt waarin de concentraties van de reactanten en producten constant blijven; dat wil zeggen, ze variëren niet, aangezien de snelheid waarmee de ene wordt geconsumeerd, dezelfde is als waarmee de andere verschijnt. Er wordt ook gezegd dat een dergelijke toestand overeenkomt met een dynamisch evenwicht.

Evenwicht kan echter worden gezien als een gevolg van de omkeerbaarheid van een chemische reactie; omdat het bij onomkeerbare reacties onmogelijk is om enig evenwicht tot stand te brengen. Om dit te laten gebeuren, moeten de producten met elkaar kunnen reageren, onder specifieke omstandigheden van druk en temperatuur, waardoor de reactanten terugkeren..

Het bovenstaande wordt versimpeld door het dubbele pijlsymbool te gebruiken (met twee antiparallelle koppen). Als we het in een chemische vergelijking zien, betekent dit dat de reactie in beide richtingen verloopt: van links naar rechts (vorming van producten) en van rechts naar links (vorming van reactanten of reactanten).

De minderheid van chemische reacties is omkeerbaar, en ze worden meestal aangetroffen in organische en anorganische syntheses. Hierbij is het uitermate belangrijk om te weten welke condities het evenwicht bevorderen om een ​​schatting te kunnen maken van de hoeveelheden product die kunnen worden verkregen..

Artikel index

• 1 Kenmerken van omkeerbare reacties
  • 1.1 Algemene vergelijking en evenwicht
  • 1.2 Le Châtelier-principe
  • 1.3 Chemische veranderingen
  • 1.4 Chemische soorten
• 2 Voorbeelden van omkeerbare reacties
  • 2.1 Kobaltchloride-oplossing
  • 2.2 Waterstofjodide
  • 2.3 Hydrolyse
  • 2.4 Chromaat-dichromaatoplossing
  • 2,5 Ammoniak
  • 2.6 Verestering
• 3 referenties

Kenmerken van omkeerbare reacties

Algemene vergelijking en evenwicht

Een omkeerbare reactie heeft de volgende algemene vergelijking, aangezien er slechts twee reactanten zijn, A en B:

A + B ⇌ C + D

De dubbele pijl geeft aan dat A en B reageren om C en D te produceren, maar ook C en D kunnen met elkaar reageren om de reactanten te regenereren; dat wil zeggen, de reactie in de tegenovergestelde richting, van rechts naar links, vindt plaats.

De directe reactie produceert producten, terwijl de omgekeerde reactie reactief is. Als de ene exotherm is, moet de andere logischerwijs endotherm zijn, en beide treden spontaan op; maar niet per se met dezelfde snelheid.

A en B kunnen bijvoorbeeld kleiner of instabiel zijn dan C en D; en dat ze daarom sneller worden geconsumeerd dan C en D ze kunnen regenereren.

Als producten C en D nauwelijks met elkaar reageren, zal er een grotere accumulatie van producten zijn dan reactanten. Dit betekent dat wanneer een chemisch evenwicht is bereikt, we hogere concentraties van C en D zullen hebben dan van A of B, ongeacht of hun concentraties niet variëren..

Het evenwicht zou dan naar links worden verschoven, waar er meer producten dan reactanten zullen zijn.

Le Châtelier principe

Een omkeerbare reactie wordt gekenmerkt door het plaatsvinden in beide richtingen in een chemische vergelijking, het bereiken van een evenwichtspunt en het reageren op externe veranderingen of invloeden volgens het principe van le Châtelier.

Dankzij dit principe konden de waarnemingen van Berthollet in 1803, toen hij Na-kristallen herkende, in feite worden verklaard._tweeCO₃ in een zanderig meer in Egypte. De dubbele verplaatsingsreactie zou zijn:

Na_tweeCO₃(ac) + CaCl_twee(ac)  ⇌ NaCl (aq) + CaCO₃(ac)

Om de omgekeerde reactie te laten plaatsvinden, moet er een overmaat aan NaCl zijn, en dus zou het evenwicht naar rechts verschuiven: naar de vorming van Na_tweeCO₃.

Deze eigenschap is van groot belang omdat op dezelfde manier drukken of temperaturen worden gemanipuleerd om de richting van de reactie te bevorderen die wordt gegenereerd door de soort van belang..

Chemische veranderingen

Chemische veranderingen voor omkeerbare reacties zijn meestal minder duidelijk dan die voor onomkeerbare reacties. Er zijn echter reacties, vooral die met metaalcomplexen, waarbij we temperatuurafhankelijke kleurveranderingen zien..

Chemische soorten

Elk type verbinding kan bij een omkeerbare reactie betrokken zijn. Men zag dat twee zouten in staat zijn om een ​​evenwicht tot stand te brengen, Na_tweeCO₃ en CaCl_twee. Hetzelfde gebeurt tussen metaalcomplexen of moleculen. In feite zijn veel van de omkeerbare reacties te wijten aan moleculen met specifieke bindingen die keer op keer breken en regenereren..

Voorbeelden van omkeerbare reacties

Kobaltchloride-oplossing

Een oplossing van kobaltchloride, CoCl_twee, in water kleurt het roze, vanwege de vorming van een complex waterig. Wanneer deze oplossing wordt verwarmd, verandert de kleur naar blauw, wat de volgende omkeerbare reactie geeft:

[Co (H_tweeOF)₆​^twee+(ac) (roze) + 4Cl^-(ac) + Q ⇌ CoCl₄^twee-(ac) (blauw) + 6H_tweeO (l)

Waar Q de geleverde warmte is. Deze warmte zorgt ervoor dat het complex uitdroogt, maar als de oplossing afkoelt of als er water wordt toegevoegd, keert het terug naar zijn oorspronkelijke roze kleur..

Waterstofjodide

De volgende omkeerbare reactie is misschien wel de meest klassieke bij de introductie van het concept van chemisch evenwicht:

H._twee(g) + I_twee(s) ⇌ 2HI (g)

Merk op dat de reactie erin slaagt een evenwicht tot stand te brengen, zelfs als het jodium in vaste toestand is. Alle soorten zijn moleculair: H-H, I-I en H-I.

Hydrolyse

Hydrolyses zijn zeer representatieve voorbeelden van omkeerbare reacties. Een van de eenvoudigste is degene die een geconjugeerd zuur of base ondergaat. Hydrolyse van het ammoniumion, NH₄⁺, en het carbonaation, CO₃^twee-, zijn als volgt:

NH₄⁺(ac) + H_tweeO (l) ⇌ NH₃(g) + OH^-

CO₃^twee-(ac) + H_tweeO (l) ⇌ HCO₃^-(ac) + OH^-

Als we een base toevoegen die OH-ionen bijdraagt^- naar het midden verschuiven we beide saldi naar links.

Chromaat-dichromaat-oplossing

Zeer vergelijkbaar als in het eerste voorbeeld, ondergaat een chromaatoplossing een kleurverandering, maar door variaties in temperatuur maar niet in pH. De omkeerbare reactie is:

2CrO₄^twee-(ac) (geel) + 2H₃OF⁺(ac) ⇌ Cr_tweeOF₇^twee-(ac) (oranje) + 3H_tweeO (l)

Dus als het om een ​​gele CrO-oplossing gaat₄^twee- als het met een zuur wordt aangezuurd, wordt de kleur onmiddellijk oranje. En als het dan alkalisch wordt gemaakt of als er overvloedig water wordt toegevoegd, zal de balans naar rechts verschuiven, de gele kleur verschijnt weer en de Cr wordt geconsumeerd._tweeOF₇^twee-.

Ammoniak

De synthese van ammoniak, NH₃, Het betreft een omkeerbare reactie die zo is aangepast dat de gasvormige stikstof, een zeer inerte soort, reageert:

N_twee(g) + 3H_twee(s) ⇌ 2NH₃(g)

Verestering

En tot slot wordt een voorbeeld van organische chemie genoemd: verestering. Dit bestaat uit het verkrijgen van een ester uit een carbonzuur en een alcohol in een sterk zuur medium. De omkeerbare reactie is:

RCOOH + R'OH ⇌ RCOOR '+ H_tweeOF

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Walter J. Moore. (1963). Fysische chemie. In chemische kinetiek. Vierde editie, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Principes van fysicochemie. Zesde editie, blz. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Omkeerbare reactie. Hersteld van: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 augustus 2019). Omkeerbare reactiedefinitie en voorbeelden. Hersteld van: thoughtco.com
6. Binod Shrestha. (05 juni 2019). Omkeerbare en onomkeerbare reacties. Chemie LibreTexts. Hersteld van: chem.libretexts.org
7. David Wood. (2020). Omkeerbare chemische reacties: definitie en voorbeelden. Studie. Hersteld van: study.com