Definition von Reaktionsgeschwindigkeit und chemischem Gleichgewicht

Alle chemische Reaktion hat eine gewisse Spontaneität ihm gegenüber Gleichgewicht, und um es zu untersuchen, tun wir es durch das Vorzeichen von ∆G, Energie Gibbs free, was bedeutet, dass wir durch den Wert dieser Größenordnung vorhersagen können, ob eine Reaktion in einem bestimmten Sinne auftritt oder nicht.

Die Variation der Gibbs-Freien Energie wird im Allgemeinen unter Standardbedingungen als Differenz zwischen den Energien von Produkten und Reaktanten auch im Standardzustand ausgedrückt:

Wenn die Reaktion unter nicht standardmäßigen Bedingungen abläuft, wird die Beziehung zwischen ∆Gº und ∆G wie folgt bestimmt Ausdruck:

Wobei Q der Reaktionsquotient ist.

Um die Implikationen der zu verstehen Reaktionsgeschwindigkeit und das chemische Gleichgewicht müssen wir das Vorzeichen von ∆G studieren:

Wenn ∆G negativ ist, bedeutet dies, dass die Reaktion im direkten Sinne spontan ist (auftritt).

Wenn ∆G positiv ist, bedeutet dies, dass die Reaktion im direkten Sinne nicht spontan ist (nicht stattfindet).

Für ∆G = 0 ändert sich nichts, da sich das System im Gleichgewicht befindet und wie bereits erwähnt, die Geschwindigkeit Die direkte Reaktionsgeschwindigkeit ist gleich der indirekten Reaktionsgeschwindigkeit. Dies impliziert, dass der Reaktionsquotient Q gleich der Gleichgewichtskonstanten K ist, sodass keine Tendenz besteht, eine bestimmte Reaktionsrichtung zu begünstigen.

Da Q definiert ist als:

Für eine allgemeine Reaktion:

K nimmt zwar die gleiche Form an, jedoch mit den Konzentrationen im Gleichgewicht.

Kehren wir zu dem Fall zurück, in dem ∆G negativ ist, bedeutet dies, dass der Reaktionsquotient Q kleiner als K ist (Konstante von Gleichgewicht) impliziert, dass die Produktkonzentrationen niedriger sind, als sie sein sollten, wenn die Reaktion in Gleichgewicht. Daher wird es in Bezug auf Spontaneität im direkten Sinne spontan.

Wenn dagegen ∆G positiv ist, gibt es ein Übergewicht der Produkte über denen, die existieren sollten, wenn das System im Gleichgewicht wäre, mit Q größer als K. Daher ist die Reaktion in umgekehrter Richtung spontan.

Es sollte beachtet werden, dass die strikte Definition von Q und K in Bezug auf die Aktivitäten der Produkte und Reaktanten gegeben ist, wobei die Aktivität in Bezug auf Konzentration oder Druck definiert wird als:

Ach ja:

Daraus folgt, dass sowohl Q als auch K dimensionslos sind und sowohl in Konzentrationen als auch in Partialdrücken erhöht werden können.

Wenn die Konzentrationen oder Partialdrücke von Produkten und Reaktanten über die Zeit konstant gehalten werden, tritt die Situation auf chemisches Gleichgewicht, sofern ein dynamisches Gleichgewicht erreicht wird, weil die Geschwindigkeit der direkten und inversen Reaktion mit identisch. Es ist wichtig, die Dynamik des Gleichgewichts, die Geschwindigkeit, mit der sie gebildet werden, hervorzuheben und Produkte und Reagenzien verbrauchen ist gleich, deshalb sind die Konzentrationen oder Partialdrücke nicht es variiert.

Wenn sich die Bedingung von der Gleichgewichtssituation entfernt, überwiegen bestimmte Spezies eine andere und daraus ergibt sich der Ausdruck, der die direkte und inverse Reaktionsgeschwindigkeit Kc in Beziehung setzt:

Angenommen, die oben gezeigte Reaktion:

Wobei Kd und Ki die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung sind.

Wenn Kc > 1 ist, bedeutet dies, dass Ki kleiner als Kd ist, daher gibt es einen hohen Grad an Umwandlung der Produkte in Reaktanten. In diesem Fall verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Produkte.

Das Umgekehrte tritt ein, wenn Kc <1 ist, was bedeutet, dass die direkte Reaktionsgeschwindigkeit geringer ist als die indirekte Reaktionsgeschwindigkeit und es gibt wenig Verbrauch der Reaktanten verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktanten. Bei Kc = 1 sind die Geschwindigkeiten gleich und das System befindet sich im Gleichgewicht. Es ist wichtig, zwei Aspekte zu definieren: Erstens hängt der Wert dieser Konstanten ausschließlich von der Temperatur und variiert wiederum entsprechend der Größe, die verwendet wird, um die Konzentrationen oder Drücke von Produkten und Reaktanten auszudrücken. Endlich, das Gesetz Das chemische Gleichgewicht stellt sich auf verdünnte Lösungen oder Gase unter niedrigem Druck ein.

Themen in Reaktionsgeschwindigkeit und chemischem Gleichgewicht