chp4 χημικη ισορροπια

Question 1

Name some theories που ερμηνεύουν την πραγματοποίηση των χημικών αντιδράσεω

Answer 1

1) Arrhenius: για να αντιδράσουν δύο μόρια πρέπει να συγκρουστούν αποτελεσματικά. This depends on:
1. την κατάλληλη ταχύτητα
2. το σωστό προσανατολισμό
This results in σχάση (fission) των αρχικών δεσμών των αντιδρώντων μορίων και η δημιουργία νέων δεσμών των προϊόντων.

2) Ea(kJ/mol) ενέργεια ενεργοποίησης: η ελάχιστη τιμή ενέργειας που πρέπει να έχουν τα σωματίδια ώστε να αντιδράσουν αποτελεσματικά.
Η θεωρία του ενεργοποιημένου συμπλόκου:
κατά τη σύγκρουση των σωματιδίων των αντιδρώντων σχηματίζεται ένα ενδιάμεσο προϊόν (ενεργοποιημένο σύμπλοκο) μεταβατικής κατάστασης (transition state), το οποίο διασπάται παρέχοντας τα τελικά προϊόντα.

Question 2

Explain the formulas of the theories

Answer 2

1) Ζ’ = Ζe-Ea/RT
Z’: αριθμός αποτελεσματικών συγκρούσεων
Ζ: ο ολικός αριθμός συγκρούσεων
R: η παγκόσμια σταθερά αερίων
Τ: η θερμοκρασία σε Κ

2) Εa = Εενεργοποιημένου − Εαντιδρώντων συμπλόκου
Εενεργοποιημένου is the peak Ea needed from the graph
Εαντιδρώντων συμπλόκου is the Ea of reactants at the start
Ea is the energy needed to get from the reactants to the peak

Question 3

define ταχύτητα αντίδρασης

Answer 3

η μεταβολή της συγκέντρωσης ενός από τα συστατικά του χημικού συστήματος ανά μονάδα χρόνου

Question 4

Give the formula for rate of reaction

Answer 4

aA + bB —–> cC + dD
u = (-1/a ) x ( Δ [A] / Δτ) = (-1/β ) x ( Δ [Β] / Δτ) =
(1/c ) x ( Δ [C] / Δτ) = (1/d ) x ( Δ [D] / Δτ)
Units: molL-1s-1 ή Μs-1

Question 5

Does the rate change during reactions?

Answer 5

Δεν είναι σταθερή, στην αρχή η ταχύτητα είναι η μέγιστη και ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου, καθώς μειώνεται η συγκέντρωση των αντιδρώντων, ώσπου στο τέλος μηδενίζεται

Question 6

what is the relation to show the experimental rate of reaction

Answer 6

υ = k[A]x[B]y
x and y are the square root.
concentration is mol per L.
k: η σταθερά του ρυθμού (ή της ταχύτητας)

Question 7

what does k depend on?

Answer 7

εξαρτάται από:
- τη θερμοκρασία
- τη φύση των αντιδρώντων
- είναι αριθμητικά ίση με την ταχύτητα της αντίδρασης, όταν οι συγκεντρώσεις καθενός από τα αντιδρώντα είναι 1 mol·L-1

Question 8

what are x and y?

Answer 8

x = η τάξη της αντίδρασης ως προς το Α
y = η τάξη της αντίδρασης ως προς το Β
Η ολική τάξη της αντίδρασης (total order) είναι x+y.

Question 9

when does this formula apply

Answer 9

Σε περίπτωση που η αντίδραση πραγματοποιείται με
τον απλό μηχανισμό που περιγράφει η χημική εξίσωση
τότε x = α, y = β.
BUT if δεν είναι απλή, δηλ. πραγματοποιείται σε περισσότερα στάδια), τότε x ≠ α ή y ≠ β.

Question 10

what is the actual Arrhenius equation

Answer 10

k = Ae (-Ea/RT)
the parenthesis is square root
Α: προεκθετικός παράγοντας = represents the probability that collisions occur in the proper orientation for the reaction to take place
Εα: η ενέργεια ενεργοποίησης (J/mol),
R: η παγκόσμια σταθερά αερίων (8.314 J/mol.K)
Τ: temp (Κ).

Question 11

how do you get Arrhenius from a graph

Answer 11

lnK =-Ea/RT + lnA
- the point of y and x crossing is = lnA
- the m gradient from y= mx+b is = -Ea/R
- e to the power is done to switch the ln

Question 12

how do we get total ταξη αντιδραση

Answer 12

• look at the difference between concentrations and the change in the rate and see accordingly which class
  eg if they both double = 1st. if one doubles and one stays the same = 2nd class etc
  total order = all the orders of reactants

Question 13

how to find the k from the table

Answer 13

k = rate of reaction / concentration of reactants to the power of their order each
you get the units from crossing out: rate is always ms-1 and concentration is m to the power of the order.

Question 14

how to get Ea from just K and temp?

Answer 14

Ea = [ ln(k2/k1) / (1/T1 - 1/T2) ] x 8.314

Question 15

Name παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα της αντίδρασης

Answer 15

 Η συγκέντρωση των αντιδρώντων.
 Η θερμοκρασία.
 Η φύση των αντιδρώντων.
 Οι καταλύτες.
 Οι ακτινοβολίες.
 Η πίεση (ένα τουλάχιστον από τα αντιδρώντα είναι αέριο).
 Η επιφάνεια επαφής (των στερεών αντιδρώντων).

Question 16

Expain how each factor can affect the rate

Answer 16

1) Η συγκέντρωση των αντιδρώντων:
↑ conc ↑ rate ↑ collisions ↑ αποτελεσματικών συγκρούσεων
can only be found from experiments.

2) Η θερμοκρασία:
both endo and exo ↑ when temp ↑ bc ↑ avg KE of reactants

3) φύση των αντιδρώντων:
eg στερεοχημική παρεμπόδιση, όγκος μορίου, φορτίο ιόντος
Οι αντιδράσεις στις οποίες δεν γίνεται ανακατανομή δεσμών έχουν μικρή Εα have ↑ rate.
eg ionic are fast, molecular are slow
eg2 solids are the fastest, gas are the slowest

4) Οι καταλύτες:
↑ ταχύτητα της αντίδρασης ↓ Ea ↑ το ποσοστό των ενεργών σωματιδίων

5) οι ακτινοβολίες: only affect the compounds that absorb them and ↑ KE bc its form of energy so more collisions.
6) Η πίεση: only for gas
↓ ογκο ↑ πιεση ↑ ταχυτητα

7) επιφάνεια επαφής (του στερεού):
↓ size ↑ SA ↑rate

Question 17

Name the 2 types of reactions ( based on the arrow)

Answer 17

1) µονόδροµη ή ποσοτική:
= χηµικές αντιδράσεις που εξελίσσονται προς µία µόνο κατεύθυνση
eg καύση του µαγνησίου:
2Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)

2) Αµφίδροµες αντιδράσεις:
= χηµικές αντιδράσεις οι οποίες πραγµατοποιούνται ταυτόχρονα και ισοταχώς και προς τις δύο κατευθύνσεις και οδηγούνται, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, σε κατάσταση δυναµικής ή χηµικής ισορροπίας.
eg Η2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)

Question 18

describe how to know from a graph how the reaction has reached equilibrium

Answer 18

the 2 curves increase/ decrease simultaneously at different rate: products increase, reactants decrease until they reach the same point where u1= u2 - αποκτά σταθερή σύσταση, δηλ. έχει αποκατασταθεί χηµική ισορροπία

Question 19

what is the equilibrium in both directions called?

Answer 19

Ονομάζεται δυναµική χηµική ισορροπία και όχι στατική
ισορροπία, γιατί σε αυτή την κατάσταση η αντίδραση συνεχίζει και πραγµατοποιείται και προς τις δυο κατευθύνσεις µε την ίδια όμως ταχύτητα

Question 20

describe the rate and qtty of reactants and products in these cases of dynamic eq

Answer 20

οι δύο αντίστροφες αντιδράσεις γίνονται ταυτόχρονα µε τον ίδιο ρυθµό. Έτσι κάθε στιγµή έχουµε τον ίδιο αριθµό µορίων, όχι όμως τα ίδια µόρια.

Question 21

what do we get in a state of πραγματικής (ή θερμοδυναμικής) χηµικής ισορροπίας

Answer 21

η σύσταση (ποιοτική και ποσοτική) των αντιδρώντων και των προϊόντων παραμένει σταθερή και αµετάβλητη, εφόσον οι συνθήκες του πειράματος παραµένουν σταθερές.

Question 22

how to check if a reaction has reached eq experimentally

Answer 22

προσθέτουμε καταλύτη και δούμε αν αυξάνει η συγκέντρωση σημαίνει ότι δεν είχε φτάσει σε φάση ισορροπία, αλλά αν μένει σταθερή σημαίνει ότι έχουμε ισρροπία

Question 23

what are these reactions called? when they look like they reached eq but they hadn’t

Answer 23

γίνεται µε τόσο αργό ρυθµό, ώστε δίνεται η ψευδαίσθηση
ισορροπίας (φαινοµενική ισορροπία)

Question 24

give the formulas Νόμος δράσεως μαζών σε αμφίδρομη αντίδραση and the formula when they reach eq

Answer 24

k1
aA+ bB ——> cC + dD
<——–
K-1
u1 = k1 [A]a x [B]b (square root)
u2 = k-1 [C]c x [D]d
K = k1/k-1 = conc of products / conc of reactants

Question 25

what is k affected by?

Answer 25

temperature only

Question 26

what does the value of K indicate?

Answer 26

Η τιμή της Κ μας δίνει πληροφορίες σχετικά με τη θέση της
ισορροπίας και εκφράζει την απόδοση της αντίδρασης:
- Κ > 103 ⇒ υπερισχύουν τα προϊόντα (ποσοτική αντίδραση),
μετατόπιση προς τα δεξιά. ——–>
<—
- 10-3 < Κ < 103 ⇒ τα προϊόντα και τα αντιδρώντα υπάρχουν
σε αξιόλογες ποσότητες. ———->
<———-
- Κ < 10-3 ⇒ υπερισχύουν τα αντιδρώντα (μικρή απόδοση),
μετατόπιση προς τα αριστερά —->
<————-

Question 27

Πώς μπορούμε να προβλέψουμε αν μία χημική αντίδραση μπορεί να συμβεί ή όχι, και κάτω από ποιες συνθήκες μπορεί να συμβεί

Answer 27

πρέπει να υπολογίσουμε ένα θερμοδυναμικό μέγεθος που ονομάζεται ελεύθερη ενέργεια (G) :
. αυθόρμητη χημική αντίδραση (ΔG < 0) - χημική αντίδραση που συμβαίνει κάτω από ορισμένες συνθήκες
. μη-αυθόρμητη χημική αντίδραση (ΔG > 0) - χημική αντίδραση που δεν συμβαίνει κάτω από ορισμένες συνθήκες
. ΔGT = 0 τότε η αντίδραση είναι στην ισορροπία.

Question 28

what’s the formula for ΔG

Answer 28

ΔGT= ΔGo + RTlnΚ
ΔGο = -RTlnΚ
Κ = exp(-ΔGo/RT)

Question 29

what’s another formula for H μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας
ΔGο and explain its components

Answer 29

ΔGο = ΔΗο – ΤΔSο
ΔΗ είναι το ποσό θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά την αντίδραση.
- ΔΗ<0 για τις εξώθερμες αντιδράσεις
- ΔΗ>0 για τις ενδόθερμες αντιδράσεις.

Η εντροπία (S) αποτελεί μέτρο της τάξης ή της αταξίας ενός
συστήματος. Μεγαλύτερη αταξία σημαίνει μεγαλύτερη
εντροπία.

Question 30

what does the formula for ΔG show

Answer 30

Για ΔΗ<0 και ΔS>0 ⇒ ΔG<0 αυθόρμητη αντίδραση = exo
Για ΔΗ>0 και ΤΔS>ΔΗ ⇒ ΔG<0 αυθόρμητη αντίδραση = endo

Question 31

what’s the principle of le chatelier

Answer 31

Εάν μια εξωτερική μεταβολή επιβληθεί σε ένα σύστημα που βρίσκεται σε ισορροπία τότε το σύστημα θα κινηθεί στην κατεύθυνση που να εξισορροπήσει αυτή την μεταβολή

Question 32

list παράγοντες που επηρεάζουν τη χημική ισορροπία

Answer 32

1. Θερμοκρασία.
2. Πίεση.
3. Συγκέντρωση αντιδρώντων ή προϊόντων.
4. Διαλύτης.
5. Επίδραση κοινού και μη κοινού ιόντος.

Question 33

explain how each factor affects eq

Answer 33

1) temp:
increase temp goes to endo side για την απορρόφηση της επιπλέον θερμότητας.
decrease in temp goes to exo side για την παραγωγή επιπλέον θερμότητας

2) Πίεση:
increase pressure by decreasing the όγκου του αντιδραστήρα μετατόπιση της θέσης ισορροπίας προς την κατεύθυνση που οδηγεί σε μείωση της πίεσης, όπου θα υπάρχει μικρότερος αριθμός μορίων αερίου (the opposite happens in low pressure, and in the same pressure the reaction doesn’t go right or left).

3) συγκέντρωσης:
προς την κατεύθυνση που θα επιφέρει μείωση στη συγκέντρωση του μοριου που εχουμε σε μεγαλη concentration.

4) Διαλύτης:
συνήθως χρησιμοποιείται το Η2Ο.
Το Η2Ο,έχει μεγάλη διηλεκτρική σταθερά με αποτέλεσμα τον εύκολο διαχωρισμό των ιόντων μεταξύ τους σε αυτό. Ο ιονισμός των ασθενών ηλεκτρολυτών είναι μεγαλύτερος στο νερό παρά σε οργανικούς διαλύτες με μικρότερη διηλεκτρική σταθερά.
SOS όμοια διαλύουν όμοια

5) κοινού ιόντος
when an ion already present in the dissolved equation is added it shifts to the side where there isn’t that ion to balance it out

Question 34

what is the συντελεστής ενεργότητας and formula

Answer 34

= καθαρός αριθμός και αποτελεί μέτρο της απόκλισης από την ιδανική συμπεριφορά = yi
ai = γi x Ci
ai = ενεργότητα ή ενεργός συγκέντρωση
Ci = η συγκέντρωση της ουσίας στο διάλυμα

Question 35

what is the yi in πολύ αραιά ηλεκτρολυτικά διαλύματα and why

Answer 35

= 1
why? οι ενδοϊονικές και οι ενδομοριακές έλξεις είναι πολύ ασθενείς και θεωρούνται αμελητέες και οι συντελεστές ενεργότητας των ιόντων και των μορίων είναι περίπου ίσοι με 1.

Question 36

what does the value of yi depend on? formula?

Answer 36

εξαρτάται από:
-φορτίο z του ιόντος
- την ιοντική ισχύ, μ ή Ι, του δ/τος

log yi = A.zi2 √ μ
I or μ = 1/2 τοταλ ( Ci Zi2 )

A = 0.51
Ci = η συγκέντρωση του ιόντος i στο δ/μα