A reakciósebesség és a kémiai egyensúly meghatározása

Minden kémiai reakció bizonyos spontaneitás van vele szemben Egyensúly, és ennek vizsgálatához a ∆G jelen keresztül tesszük, Energia Gibbs-mentes, ami azt jelenti, hogy ennek a nagyságrendnek az értékén keresztül meg tudjuk jósolni, hogy egy reakció bizonyos értelemben bekövetkezik-e vagy sem.

A Gibbs-szabad energia változását általában standard körülmények között a termékek és a reaktánsok energiáinak különbségeként fejezzük ki standard állapotban is:

Míg ha a reakció nem szabványos körülmények között megy végbe, a ∆Gº és ∆G közötti összefüggést a következő határozza meg kifejezés:

Ahol Q a reakcióhányados.

Hogy megértsük a következményeit reakciósebesség és a kémiai egyensúlyt tanulmányoznunk kell a ∆G jelét:

Ha ∆G negatív, az azt jelenti, hogy a reakció közvetlen értelemben spontán (megtörténik).

Ha ∆G pozitív, az azt jelenti, hogy a reakció közvetlen értelemben nem spontán (nem következik be).

Míg ha ∆G = 0, akkor nem lesz változás, mivel a rendszer egyensúlyban van, és mint már említettük, a sebesség A közvetlen reakció sebessége megegyezik a közvetett reakció sebességével. Ez azt jelenti, hogy a Q reakcióhányados megegyezik a K egyensúlyi állandóval, így nincs tendencia a reakció meghatározott irányának előnyben részesítésére.

Mivel a Q meghatározása a következő:

Általános reakcióhoz:

Míg a K ugyanazt a formát ölti, de a koncentrációk egyensúlyban vannak.

Ha visszatérünk arra az esetre, amikor ∆G negatív, ez azt jelenti, hogy a Q reakcióhányados kisebb, mint K (állandó egyensúly), azt jelenti, hogy a termék koncentrációja alacsonyabb, mint kellene, ha a reakció lejátszódna Egyensúly. Ezért a spontaneitás szempontjából közvetlen értelemben spontánsá válik.

Míg ha ∆G pozitív, akkor a termékek túlsúlya meghaladja azokat a termékeket, amelyeknek létezniük kellene, ha a rendszer egyensúlyban lenne, és Q nagyobb, mint K. Ezért a reakció fordított irányban spontán.

Meg kell jegyezni, hogy a Q és K szigorú meghatározása a termékek és a reagensek aktivitására vonatkozik, az aktivitást koncentráció vagy nyomás tekintetében a következőképpen határozza meg:

Ó hát:

Ebből következik, hogy mind a Q, mind a K dimenzió nélküli, és mind koncentrációban, mind parciális nyomásban növelhető.

Ha a termékek és a reagensek koncentrációját vagy parciális nyomását az idő múlásával állandó szinten tartják, akkor ez a helyzet áll elő kémiai egyensúly, amennyiben a dinamikus egyensúlyi helyzet létrejön, mert a közvetlen és fordított reakció sebessége azonos. Fontos kiemelni az egyensúly dinamikáját, kialakulásuk sebességét és A termékek és a reagensek fogyasztása megegyezik, ezért a koncentrációk vagy a parciális nyomások nem ez változó.

Ha a feltétel eltávolodik az egyensúlyi helyzettől, akkor bizonyos fajok érvényesülnek egy másikkal szemben, és onnan jön létre a Kc direkt és inverz reakciósebességre vonatkozó kifejezés:

Tegyük fel, hogy a fent látható reakció:

Ahol Kd és Ki a reakciósebesség állandói előre, illetve hátrafelé.

Ismét, ha Kc> 1, ez azt jelenti, hogy Ki kisebb, mint Kd, ezért a termékek nagymértékben átalakulnak reagensekké. Ebben az esetben az egyensúly a termékek felé tolódik el.

Ennek fordítottja történik, ha Kc <1, ami azt jelenti, hogy a közvetlen reakciósebesség kisebb, mint a közvetett reakciósebesség, és kevés fogyasztás reagensek közül az egyensúly a reagensek felé tolódik el. Míg ha Kc = 1, akkor a sebességek egyenlőek, és a rendszer egyensúlyban van. Két kérdést fontos meghatározni: először is, ennek az állandónak az értéke kizárólag a hőfok és viszont a termékek és a reagensek koncentrációjának vagy nyomásának kifejezésére használt nagyságrendtől függően változik. Végül a törvény A kémiai egyensúly az alacsony nyomású oldatokhoz vagy gázokhoz igazodik.

A reakciósebesség és a kémiai egyensúly témakörei