Sisältö
Palautuvat reaktiot tapahtuvat molempiin suuntiin, mutta jokainen palautuva reaktio asettuu tasapainoasentoon. Jos haluat karakterisoida tällaisen reaktion tasapainon, tasapainovakio kuvaa tuotteiden ja reagenssien välistä tasapainoa. Tasapainonvakion laskeminen vaatii tietoa tuotteiden ja reagenssien pitoisuuksista reaktiossa, kun se on tasapainossa. Vakion arvo riippuu myös lämpötilasta ja siitä, onko reaktio eksoterminen vai endoterminen.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Yleinen reaktio:
aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)
Pienet kirjaimet ovat tässä kunkin moolimäärä, isot kirjaimet tarkoittavat reaktion kemiallisia komponentteja ja suluissa olevat kirjaimet edustavat aineen tilaa. Löydät tasapainotusvakion keskittymisellä lausekkeella:
KC = g h ÷ b
Eksotermisissä reaktioissa lämpötilan nostaminen alentaa vakion arvoa, ja endotermisissä reaktioissa lämpötilan nostaminen lisää vakion arvoa.
Tasapainotilan laskeminen
Tasapainon vakion kaava viittaa yleiseen ”homogeeniseen” reaktioon (jossa tuotteiden ja reagenssien ainetilat ovat samat), joka on:
aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)
Kun pienet kirjaimet edustavat reaktion kunkin komponentin moolimääriä ja isot kirjaimet edustavat reaktioon osallistuvia kemikaaleja ja suluissa oleva kirjain (g) edustavat aineen tilaa (tässä tapauksessa kaasu) ).
Seuraava lauseke määrittelee konsentraation tasapainovakion (KC):
KC = g h ÷ b
Tässä hakasulkeet ovat pitoisuuksille (moolina litrassa) reaktion jokaiselle komponentille tasapainossa. Huomaa, että alkuperäisen reaktion kunkin komponentin moolit ovat nyt lausekkeen eksponentteja. Jos reaktio suosii tuotteita, niin tulos on suurempi kuin 1. Jos se suosii reagensseja, se on pienempi kuin 1.
Epähomogeenisissä reaktioissa laskelmat ovat samat, paitsi kiinteät aineet, puhtaat nesteet ja liuottimet lasketaan yksinkertaisesti yhdeksi laskelmissa.
Paineen tasapainovakio (Kp) on todella samanlainen, mutta sitä käytetään reaktioihin, joihin liittyy kaasuja. Pitoisuuksien sijasta se käyttää kunkin komponentin osapaineita:
Kp = sGg pHh ÷ s pBb
Täällä (pG) on komponentin (G) paine ja niin edelleen, ja pienet kirjaimet edustavat moolien lukumäärää reaktion yhtälössä.
Suoritat nämä laskelmat melko samalla tavalla, mutta se riippuu siitä, kuinka paljon tiedät tuotteiden ja reagenssien määristä tai paineista tasapainossa. Voit määrittää vakion käyttämällä tunnettuja alkuperäisiä määriä ja yhtä tasapainomäärää vähän algebralla, mutta yleensä se on yksinkertaisempi tunnetuilla tasapainokonsentraatioilla tai paineilla.
Kuinka lämpötila vaikuttaa tasapainotilaan
Seoksessa olevien esineiden paineen tai pitoisuuksien muuttaminen ei muuta tasapainotilaa, vaikka nämä molemmat voivat vaikuttaa tasapainon asemaan. Nämä muutokset yleensä kumoavat tekemäsi muutoksen vaikutuksen.
Lämpötila puolestaan muuttaa tasapainovakion. Eksotermisessä reaktiossa (sellaisessa, joka vapauttaa lämpöä) lämpötilan nostaminen alentaa tasapainotilan arvoa. Lämpöä absorboivissa endotermisissä reaktioissa lämpötilan nostaminen lisää tasapainovakion arvoa. Erityinen suhde on kuvattu van’t Hoff-yhtälössä:
ln (K2 ÷ K1) = (−∆H0 ÷ R) × (1 / T2 - 1 / T1)
Missä (∆H0) on reaktion entalpian muutos, (R) on yleinen kaasuvakio, (T1) ja T2) ovat lähtö- ja loppulämpötilat, ja (K1) ja (K2) ovat vakion aloitus- ja loppuarvot.