Reaktionopeuden ja kemiallisen tasapainon määritelmä

Candela Rocío Barbisan | joulukuuta 2021
Kemian insinööri

Kaikki kemiallinen reaktio on tiettyä spontaanisuutta häntä kohtaan Saldo, ja sen tutkimiseksi teemme sen ∆G-merkin kautta, Energiaa Gibbs free, mikä tarkoittaa, että tämän suuruuden arvon avulla voimme ennustaa tapahtuuko reaktio tietyssä mielessä vai ei.

Gibbsin vapaan energian vaihtelu ilmaistaan ​​yleensä standardiolosuhteissa tuotteiden ja lähtöaineiden energioiden erona myös standarditilassa:

Jos reaktio tapahtuu epästandardeissa olosuhteissa, ∆Gº: n ja ∆G: n välinen suhde määräytyy seuraavalla ilmaisu:

Missä Q on reaktioosamäärä.

Ymmärtääksesi merkityksen reaktionopeus ja kemiallista tasapainoa meidän on tutkittava ∆G: n merkki:

Jos ∆G on negatiivinen, se tarkoittaa, että reaktio on spontaani (tapahtuu) suorassa merkityksessä.

Jos ∆G on positiivinen, se tarkoittaa, että reaktio ei ole spontaani (ei tapahdu) suorassa merkityksessä.

Jos taas ∆G = 0, muutosta ei tapahdu, koska järjestelmä on tasapainossa, ja kuten jo mainittiin, nopeus Suora reaktionopeus on yhtä suuri kuin epäsuora reaktionopeus. Tämä tarkoittaa, että reaktioosamäärä Q on yhtä suuri kuin tasapainovakio K, joten ei ole taipumusta suosia tiettyä reaktion suuntaa.

Koska Q määritellään seuraavasti:

Yleiseen reaktioon:

Vaikka K on samassa muodossa, mutta pitoisuudet ovat tasapainossa.

Jos palataan tapaukseen, jossa ∆G on negatiivinen, tämä tarkoittaa, että reaktioosamäärä Q on pienempi kuin K (vakio tasapaino), tarkoittaa, että tuotepitoisuudet ovat alhaisemmat kuin niiden pitäisi olla, jos reaktio tapahtuisi Saldo. Siksi siitä tulee spontaaniuden kannalta spontaani suorassa merkityksessä.

Jos taas ∆G on positiivinen, on valtaosa tuotteita, jotka ylittävät ne, jotka pitäisi olla olemassa, jos järjestelmä olisi tasapainossa, ja Q on suurempi kuin K. Siksi reaktio on spontaani vastakkaiseen suuntaan.

On huomattava, että Q: n ja K: n tiukka määritelmä on annettu tuotteiden ja reagoivien aineiden aktiivisuuksien kannalta, mikä määrittelee aktiivisuuden konsentraation tai paineen perusteella seuraavasti:

No niin:

Sieltä seuraa, että sekä Q että K ovat dimensioimattomia ja niitä voidaan nostaa sekä pitoisuuksina että osapaineina.

Kun tuotteiden ja lähtöaineiden pitoisuudet tai osapaineet pidetään muuttumattomina ajan myötä, tilanne syntyy kemiallinen tasapaino, sikäli kuin dynaamisen tasapainon tilanne saavutetaan, koska suora ja käänteinen reaktionopeus identtinen. On tärkeää korostaa tasapainon dynaamisuutta, niiden muodostumisnopeutta ja kuluttavat tuotteet ja reagenssit ovat samat, minkä vuoksi pitoisuudet tai osapaineet eivät se vaihtelee.

Jos ehto siirtyy pois tasapainotilanteesta, tietyt lajit hallitsevat toisia ja sieltä syntyy lauseke, joka yhdistää suoran ja käänteisen reaktion nopeuden, Kc:

Oletetaan yllä näkyvä reaktio:

Missä Kd ja Ki ovat reaktionopeusvakiot eteenpäin tai taaksepäin.

Jälleen, jos Kc> 1, se tarkoittaa, että Ki on pienempi kuin Kd, joten tuotteiden muuttumisaste reagoineiksi aineiksi on korkea. Tässä tapauksessa tasapaino siirtyy tuotteisiin.

Päinvastainen tapahtuu, jos Kc <1, mikä tarkoittaa, että suora reaktionopeus on pienempi kuin epäsuora reaktionopeus ja on vähän kulutus reagensseista, tasapaino siirtyy lähtöaineita kohti. Jos Kc = 1, nopeudet ovat yhtä suuret ja järjestelmä on tasapainossa. On tärkeää määritellä kaksi asiaa: ensinnäkin, tämän vakion arvo riippuu yksinomaan lämpötila ja vuorostaan ​​vaihtelee tuotteiden ja lähtöaineiden pitoisuuksien tai paineiden ilmaisemiseen käytetyn suuruuden mukaan. Lopuksi, laki Kemiallinen tasapaino sopeutuu laimennetuille liuoksille tai kaasuille alhaisessa paineessa.