הגדרה של קצב תגובה ושיווי משקל כימי

את כל תגובה כימית יש ספונטניות מסוימת כלפיו איזון, וכדי לחקור את זה אנחנו עושים את זה באמצעות הסימן של ∆G, אֵנֶרְגִיָה גיבס חופשי, מה שמרמז שבאמצעות הערך של סדר גודל כזה, אנו יכולים לחזות אם תגובה תתרחש במובן מסוים או לא.

השונות של האנרגיה החופשית של גיבס מתבטאת, באופן כללי, בתנאים סטנדרטיים כהבדל בין האנרגיות של מוצרים ומגיבים גם במצב סטנדרטי:

בעוד שאם התגובה מתרחשת בתנאים לא סטנדרטיים, הקשר בין ∆Gº ו-∆G נקבע על ידי הדברים הבאים ביטוי:

כאשר Q היא מנת התגובה.

כדי להבין את ההשלכה של מהירות תגובה ואת שיווי המשקל הכימי עלינו ללמוד את הסימן של ∆G:

אם ∆G שלילי, זה מרמז שהתגובה היא ספונטנית (מתרחשת) במובן הישיר.

אם ∆G חיובי, זה מרמז שהתגובה אינה ספונטנית (לא מתרחשת) במובן הישיר.

בעוד שאם ∆G = 0, לא יהיה שינוי, מכיוון שהמערכת נמצאת בשיווי משקל, וכפי שכבר הוזכר, מְהִירוּת קצב התגובה הישירה שווה לקצב התגובה העקיפה. זה מרמז שמנת התגובה Q שווה לקבוע שיווי המשקל K, ולכן אין נטייה להעדיף כיוון ספציפי של התגובה.

מכיוון ש-Q מוגדר כ:

לתגובה גנרית:

בעוד K לובש את אותה צורה, אבל עם הריכוזים בשיווי משקל.

אם נחזור למקרה שבו ∆G שלילי, הדבר מרמז שמנת התגובה Q קטנה מ-K (קבוע של שיווי משקל), מרמז שריכוזי התוצר נמוכים ממה שהם צריכים להיות אם התגובה הייתה איזון. לכן, במונחים של ספונטניות, היא הופכת לספונטנית במובן הישיר.

בעוד שאם ∆G חיובי, תהיה שכיחות של מוצרים מעל אלו שאמורים להתקיים אם המערכת הייתה בשיווי משקל, כאשר Q גדול מ-K. לכן, התגובה היא ספונטנית בכיוון ההפוך.

יש לציין כי ההגדרה המחמירה של Q ו-K ניתנת במונחים של פעילות המוצרים והמגיבים, ומגדירה את הפעילות במונחים של ריכוז או לחצים כ:

נו טוב:

מכאן נובע שגם Q וגם K הם חסרי מימד וניתן להעלות אותם גם בריכוזים וגם בלחצים חלקיים.

כאשר הריכוזים או הלחצים החלקיים של מוצרים ומגיבים נשמרים קבועים לאורך זמן, המצב מתרחש שיווי משקל כימי, במידה שמגיעים למצב של שיווי משקל דינמי בגלל שקצב התגובה הישירה וההפוכה עם זֵהֶה. חשוב להדגיש את הדינמיות של שיווי המשקל, המהירות שבה הם נוצרים ו לצרוך מוצרים וריאגנטים זהה, וזו הסיבה שהריכוזים או הלחצים החלקיים לא זה משתנה.

אם המצב מתרחק ממצב שיווי המשקל, מינים מסוימים יגבר על אחר ומשם עולה הביטוי המתייחס למהירות התגובה הישירה וההפוכה, Kc:

נניח שהתגובה שנראית לעיל:

כאשר Kd ו-Ki הם קבועי קצב התגובה בכיוון קדימה או אחורה בהתאמה.

שוב, אם Kc> 1, זה מרמז ש-Ki קטן מ-Kd, לכן, יש רמה גבוהה של המרה של מוצרים למגיבים. במקרה זה, שיווי המשקל מוסט לכיוון מוצרים.

ההפך מתרחש אם Kc <1, מה שמרמז שקצב התגובה הישירה קטן מקצב התגובה העקיף ויש מעט צְרִיכָה של מגיבים, שיווי המשקל מוסט לכיוון מגיבים. בעוד שאם Kc = 1, המהירויות שוות והמערכת נמצאת בשיווי משקל. חשוב להגדיר שני נושאים: ראשית, ערכו של קבוע זה תלוי אך ורק ב- טֶמפֶּרָטוּרָה ובתמורה, משתנה בהתאם לגודל המשמש לביטוי הריכוזים או הלחצים של מוצרים ומגיבים. סוף - סוף, ה חוֹק שיווי משקל כימי מתאים לדילול תמיסות או גזים בלחץ נמוך.

נושאים בקצב תגובה ושיווי משקל כימי