תגובה הפיכה: מאפיינים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

תגובה הפיכה היא אחד כי בשלב מסוים כמובן שלה מגיעה למצב של שיווי משקל שבו הריכוזים של המגיבים ומוצרים נשארים קבוע; כלומר, הם אינם משתנים, מכיוון שהמהירות בה אדם נצרך זהה לאלה שהאחר מופיע. אומרים שמדינה כזו תואמת שיווי משקל דינמי.

עם זאת, ניתן לראות שיווי משקל כתוצאה מהפיכותה של תגובה כימית; מכיוון שבתגובות בלתי הפיכות אי אפשר ליצור איזון כלשהו. כדי שזה יקרה, המוצרים חייבים להיות מסוגלים להגיב זה עם זה, בתנאים ספציפיים של לחץ וטמפרטורה, וגורמים לחזרת המגיבים.

סמל החץ הכפול מציין שתגובה הפיכה. מקור: תמונת SVG זו נוצרה על ידי Medium69.Cette image SVG a été créée par Medium69. נא לזכות זאת: ויליאם קרוצ'וט

זה מופשט יתר על ידי שימוש בסמל החץ הכפול (עם שני ראשים אנטי-פרלאליים). כאשר אנו רואים זאת במשוואה כימית, פירוש הדבר שהתגובה מתקדמת לשני הכיוונים: משמאל לימין (היווצרות מוצרים), ומימין לשמאל (היווצרות של מגיבים או מגיבים).

מיעוט התגובות הכימיות הן הפיכות, והן נמצאות בעיקר בסינתזים אורגניים ואורגניים. באלה, חשוב ביותר לדעת אילו תנאים מעדיפים שיווי משקל על מנת לאמוד את כמויות המוצר שניתן להשיג.

מאפייני תגובות הפיכה

משוואה כללית ושווי משקל

לתגובה הפיכה יש המשוואה הכללית הבאה, בהתחשב בכך שיש רק שני מגיבים, A ו- B:

A + B ⇌ C + D

החץ הכפול מציין כי A ו- B מגיבים לייצור C ו- D, אך גם C ו- D יכולים להגיב אחד עם השני כדי לחדש את המגיבים; כלומר, התגובה בכיוון ההפוך, מימין לשמאל, מתרחשת.

התגובה הישירה מייצרת מוצרים, ואילו הפוכה, תגובתית. אם האחד אקסותרמי, השני חייב להיות הגיוני אנדותרמי, ושניהם מתרחשים באופן ספונטני; אך לא בהכרח באותה מהירות.

לדוגמה, A ו- B עשויים להיות קטנים יותר או לא יציבים מ- C ו- D; ולכן הם נצרכים מהר יותר מ- C ו- D יכולים לחדש אותם.

אם המוצרים C ו- D כמעט ולא מגיבים אחד עם השני, אזי תהיה הצטברות גדולה יותר של מוצרים מאשר של מגיבים. המשמעות היא שכאשר מגיעים לשיווי משקל כימי, יהיו לנו ריכוזים גבוהים יותר של C ו- D מאשר של A או B, ללא קשר אם הריכוזים שלהם אינם משתנים.

לאחר מכן נאמר כי שיווי המשקל מועבר שמאלה, שם יהיו יותר מוצרים מגיבים.

עקרון לה שאטליר

תגובה הפיכה מאופיינת בכך שהיא מתרחשת בשני הכיוונים במשוואה כימית, הגעה לנקודת שיווי משקל, ומענה לשינויים או השפעות חיצוניים בעקבות העיקרון של לה שאטלייר.

למעשה, הודות לעיקרון זה, ניתן היה להסביר את תצפיותיו של ברת'ולט בשנת 1803, כאשר זיהה קריסטלי Na ₂ CO ₃ באגם חול שנמצא במצרים. תגובת העקירה הכפולה תהיה:

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

כדי שהתגובה ההפוכה תתרחש, חייבת להיות עודף של NaCl, וכך שיווי המשקל יעבור לימין: לכיוון היווצרות Na ₂ CO ₃ .

למאפיין זה יש חשיבות רבה מכיוון שבאותה הדרך בה נעשה שימוש בלחצים או בטמפרטורות כדי להעדיף את כיוון התגובה הנוצרת על ידי מינים המעניינים.

שינויים כימיים

השינויים הכימיים לתגובות הפיכות נוטים להיות פחות ברורים מאלו שנראו בתגובות בלתי הפיכות. עם זאת, ישנן תגובות, במיוחד כאלה המערבות מתחמי מתכת, בהן אנו רואים שינויים בצבע תלויים בטמפרטורה.

מינים כימיים

כל סוג של תרכובת יכול להיות מעורב בתגובה הפיכה. נראה ששני מלחים מסוגלים לייצר שיווי משקל, Na ₂ CO ₃ ו- CaCl ₂ . אותו דבר קורה בין מתחמי מתכת או מולקולות. למעשה, חלק גדול מהתגובות ההפוכות נובעות ממולקולות עם קשרים ספציפיים שנשברים ומתחדשים שוב ושוב.

דוגמאות לתגובות הפיכות

תמיסת קובלט כלוריד

תמיסה של קובלט כלוריד, CoCl ₂ , במים מכתים אותו בוורוד, עקב היווצרות מים מימיים מורכבים. כאשר תמיסה זו מחוממת, הצבע משתנה לכחול, ונותן את התגובה הפיכה הבאה:

²⁺ (aq) (ורוד) + 4Cl ^- (aq) + Q ⇌ CoCl ₄ ^2- (aq) (כחול) + 6H ₂ O (l)

כאשר Q הוא החום המסופק. חום זה מייבש את המתחם, אך ככל שהתמיסה מתקררת, או אם מוסיפים מים, הוא יחזור לצבעו הוורוד המקורי.

יוד מימן

התגובה הפיכה הבאה היא אולי הקלאסית ביותר בהצגת המושג שיווי משקל כימי:

H ₂ (g) + I ₂ (s) ⇌ 2HI (g)

שימו לב שהתגובה מצליחה ליצור שיווי משקל גם כאשר היוד במצב מוצק. כל המינים הם מולקולריים: HH, II ו- HI.

הִידרוֹלִיזָה

הידרוליזה הן דוגמאות מאוד מייצגות לתגובות הפיכות. בין הפשוטים ביותר שיש לנו את זה הסובל מחומצה מצומדת או בסיס. הידרוליזה של יון אמוניום, NH ₄ ⁺ , ושל יון קרבונט, CO ₃ ^2- , הם כדלקמן:

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

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

אם נוסיף בסיס שתורם יוני OH ^- לאמצע, נעביר את שתי שיווי המשקל שמאלה.

תמיסת כרומט-דיכרומט

דומה מאוד כמו בדוגמא הראשונה, תמיסת כרומט עוברת שינוי צבע אך בגלל שונות בטמפרטורה אך לא ב- pH. התגובה הפיכה היא:

2CrO ₄ ^2- (aq) (צהוב) + 2H ₃ O ⁺ (aq) ⇌ Cr ₂ O ₇ ^2- (aq) (כתום) + 3H ₂ O (l)

לכן, אם תמיסה צהובה של CrO ₄ ^2- מחומצת בכל חומצה כלשהי, צבעה יהפוך מייד לכתום. אם נוצרים מים אלקליין או בשפע, האיזון יעבור לימין, הצבע הצהוב מופיע שוב וה- Cr ₂ O ₇ ^2- ייצרך .

אַמוֹנִיָה

הסינתזה של אמוניה, NH ₃ , כוללת תגובה הפיכה המותאמת כך שהחנקן הגזי, מין מאוד אינרטי, מגיב:

N ₂ (g) + 3H ₂ (s) ⇌ 2NH ₃ (g)

עידון

ולבסוף מוזכרת דוגמא לכימיה אורגנית: ייעור. זה מורכב מהשגת אסטר מחומצה קרבוקסילית ואלכוהול במדיום חומצי חזק. התגובה הפיכה היא:

RCOOH + R'OH ⇌ RCOOR '+ H ₂ O

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. וולטר ג'יי מור. (1963). כימיה פיזיקלית. בקינטיקה כימית. מהדורה רביעית, לונגמן.
3. אירה נ. לוין. (2009). עקרונות הפיזיקו-כימיה. המהדורה השישית, עמ '479-540. מק גריי היל.
4. ויקיפדיה. (2020). תגובה הפיכה. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (19 באוגוסט 2019). הגדרת תגובה הפיכה ודוגמאות. התאושש מ: thoughtco.com
6. Binod Shrestha. (05 ביוני, 2019). תגובות הפיכות ובלתי הפיכות. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
7. דייויד ווד. (2020). תגובות כימיות הפיכות: הגדרה ודוגמאות. לימוד. התאושש מ: study.com