REVERZIBILNÍ REAKCE: VLASTNOSTI A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Reverzibilní reakce je taková, která v určitém okamžiku v jeho průběhu dosáhne rovnovážného stavu, v němž se koncentrace reakčních složek a produktů zůstává konstantní; to znamená, že se nemění, protože rychlost, s jakou je jedna konzumována, je stejná, s jakou se objevuje druhá. O takovém stavu se také říká, že odpovídá dynamické rovnováze.

Rovnováhu však lze chápat jako důsledek reverzibility chemické reakce; protože v nevratných reakcích není možné nastolit rovnováhu. Aby k tomu došlo, musí být výrobky schopny reagovat mezi sebou za specifických podmínek tlaku a teploty, což způsobí návrat reakčních složek.

Symbol dvojité šipky označuje, že reakce je reverzibilní. Zdroj: Tento obrázek SVG byl vytvořen médiem Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69.Přečtěte si toto: William Crochot

To je zjednodušeno použitím symbolu dvojité šipky (se dvěma antiparalelními hlavami). Když to vidíme v chemické rovnici, znamená to, že reakce probíhá v obou směrech: zleva doprava (tvorba produktu) a zprava doleva (tvorba reaktantu nebo reaktantu).

Menšina chemických reakcí je reverzibilní a vyskytuje se většinou v organických a anorganických syntézách. V nich je nesmírně důležité vědět, jaké podmínky upřednostňují rovnováhu, aby bylo možné odhadnout množství produktu, které lze získat.

Charakteristika reverzibilních reakcí

Obecná rovnice a rovnováha

Reverzibilní reakce má následující obecnou rovnici, vezmeme-li v úvahu, že existují pouze dva reaktanty, A a B:

A + B ⇌ C + D

Dvojitá šipka ukazuje, že A a B reagují za vzniku C a D, ale také C a D mohou spolu reagovat, aby regenerovaly reaktanty; to znamená, že probíhá reakce v opačném směru, zprava doleva.

Přímá reakce produkuje produkty, zatímco zpětná, reaktivní. Pokud je jeden exotermický, druhý musí logicky být endotermický a oba se vyskytují spontánně; ale ne nutně stejnou rychlostí.

Například A a B mohou být menší nebo nestabilní než C a D; a proto se spotřebují rychleji než C a D je může regenerovat.

Pokud produkty C a D sotva spolu vzájemně reagují, dojde k větší akumulaci produktů než reakčních složek. To znamená, že jakmile bude dosaženo chemické rovnováhy, budeme mít vyšší koncentrace C a D než A nebo B, bez ohledu na to, zda se jejich koncentrace nemění.

Rovnováha se pak posouvá doleva, kde bude více produktů než reakčních složek.

Princip Le Châtelier

Reverzibilní reakce je charakterizována tím, že probíhá v obou směrech v chemické rovnici, dosahuje rovnovážného bodu a reaguje na vnější změny nebo vlivy podle principu le Châteliera.

Ve skutečnosti díky tomuto principu lze Bertholletova pozorování v roce 1803 vysvětlit, když rozpoznal krystaly Na ₂ CO ₃ v pískovém jezeře v Egyptě. Reakce dvojitého přemístění by byla:

Na ₂ CO ₃ (aq) + CaCl ₂ (aq) ⇌ NaCl (aq) + CaCO ₃ (aq)

Pro reverzní reakce probíhat, musí být přebytek NaCl, a tím vyváženost se posunou doprava: směrem k tvorbě Na ₂ CO ₃.

Tato charakteristika je velmi důležitá, protože stejným způsobem jsou tlaky nebo teploty upravovány tak, aby upřednostňovaly směr reakce generované sledovaným druhem.

Chemické změny

Chemické změny u reverzibilních reakcí bývají méně zřejmé než změny pozorované u nevratných reakcí. Existují však reakce, zejména reakce zahrnující kovové komplexy, ve kterých vidíme změny barev závislé na teplotě.

Chemické druhy

Reverzibilní reakce se může účastnit jakýkoli typ sloučeniny. Bylo vidět, že dvě soli, jsou schopné se zavádí rovnováhy, Na ₂ CO ₃ a CaCI ₂. Totéž se děje mezi kovovými komplexy nebo molekulami. Ve skutečnosti je většina reverzibilních reakcí způsobena molekulami se specifickými vazbami, které se znovu a znovu rozruší a regenerují.

Příklady reverzibilních reakcí

Roztok chloridu kobaltnatého

Roztok chloridu kobaltnatého, CoCl ₂, na skvrny od vody Pink, vzhledem k tvorbě komplexního vodného. Když se tento roztok zahřeje, barva se změní na modrou, čímž dojde k následující reverzibilní reakci:

²⁺ (aq) (růžový) + 4Cl ^- (aq) + Q ⇌ CoCl ₄ ^2- (vodný) (modrá) + 6H ₂ O (l)

Kde Q je dodávané teplo. Toto teplo dehydratuje komplex, ale jak se roztok ochladí, nebo pokud se přidá voda, vrátí se do své původní růžové barvy.

Jodovodík

Následující reverzibilní reakce je možná nejtradičnější při zavádění pojmu chemické rovnováhy:

H ₂ (g) + I ₂ (S) ⇌ 2HI (g)

Všimněte si, že se reakce podaří nastolit rovnováhu, i když je jód v pevném stavu. Všechny druhy jsou molekulární: HH, II a HI.

Hydrolýza

Hydrolýza je velmi reprezentativním příkladem reverzibilních reakcí. Mezi nejjednodušší máme tu, která trpí konjugovanou kyselinou nebo zásadou. Hydrolýza amonného iontu, NH ₄ ⁺, a uhličitanových iontů, CO ₃ ^2-, jsou následující:

NH ₄ ⁺ (aq) + H ₂ O (l) ⇌ NH ₃ (g) + OH ^-

CO ₃ ^2- (aq) + H ₂ O (l) ⇌ HCO ₃ ^- (aq) + OH ^-

Přidáme-li základnu, která přispívá OH ^- ionty ke středu, posuneme obě rovnováhy doleva.

Chroman-dichromanový roztok

Velmi podobný jako v prvním příkladu, chromátový roztok podléhá změně barvy, ale kvůli změnám teploty, ale nikoli pH. Reverzibilní reakce je:

2CrO ₄ ^2- (vodný) (žlutá) + 2 H ₃ O ⁺ (aq) ⇌ Cr ₂ O ₇ ^2- (aq) (oranžová) + 3H ₂ O (l)

Pokud je tedy žlutý roztok CrO ₄ ^2- okyselen jakoukoli kyselinou, jeho barva se okamžitě změní na oranžovou. A pokud se později přidá alkalizovaná nebo hojná voda, rovnováha se posune doprava, žlutá barva se znovu objeví a Cr ₂ O ₇ ^{2- se} spotřebuje.

Amoniak

Syntéza amoniaku, NH ₃, zahrnuje reverzibilní reakci, upraví tak, že plynný dusík, velmi inertní druhy, reaguje:

N ₂ (g) + 3H ₂ (S) ⇌ 2NH ₃ (g)

Esterifikace

Nakonec je uveden příklad organické chemie: esterifikace. To spočívá v získání esteru z karboxylové kyseliny a alkoholu v silném kyselém médiu. Reverzibilní reakce je:

RCOOH + R'OH ⇌ RCOOR ‚+ H ₂ O

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Walter J. Moore. (1963). Fyzikální chemie. V chemické kinetice. Čtvrté vydání, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Základy fyzikální chemie. Šesté vydání, str. 479-540. Mc Graw Hill.
4. Wikipedia. (2020). Reverzibilní reakce. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. srpna 2019). Definice a příklady reverzibilní reakce. Obnoveno z: thinkco.com
6. Binod Shrestha. (5. června 2019). Reverzibilní a nevratné reakce. Chemie LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
7. David Wood. (2020). Reverzibilní chemické reakce: Definice a příklady. Studie. Obnoveno z: study.com