რეაქციის სიჩქარისა და ქიმიური წონასწორობის განმარტება

ყველა ქიმიური რეაქცია აქვს გარკვეული სპონტანურობა მის მიმართ Ბალანსიდა მის გამოსაკვლევად ვაკეთებთ ∆G ნიშნის მეშვეობით, ენერგია Gibbs free, რაც გულისხმობს, რომ ამ სიდიდის მნიშვნელობის მეშვეობით ჩვენ შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ, მოხდება თუ არა რეაქცია გარკვეული გაგებით.

გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვალებადობა გამოიხატება, ზოგადად, სტანდარტულ პირობებში, როგორც სხვაობა პროდუქტებისა და რეაქტანტების ენერგიებს შორის, ასევე სტანდარტულ მდგომარეობაში:

ვინაიდან, თუ რეაქცია ხდება არასტანდარტულ პირობებში, კავშირი ∆Gº და ∆G-ს შორის განისაზღვრება შემდეგით. გამოხატულება:

სადაც Q არის რეაქციის კოეფიციენტი.

იმის გასაგებად, თუ რა მნიშვნელობა აქვს რეაქციის სიჩქარე და ქიმიური წონასწორობა უნდა შევისწავლოთ ∆G-ს ნიშანი:

თუ ∆G უარყოფითია, ეს ნიშნავს, რომ რეაქცია სპონტანურია (წარმოიქმნება) პირდაპირი გაგებით.

თუ ∆G დადებითია, ეს ნიშნავს, რომ რეაქცია არ არის სპონტანური (არ ხდება) პირდაპირი გაგებით.

ხოლო, თუ ∆G = 0, არ იქნება ცვლილება, რადგან სისტემა წონასწორობაშია და როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სიჩქარე პირდაპირი რეაქციის სიჩქარე უდრის არაპირდაპირი რეაქციის სიჩქარეს. ეს ნიშნავს, რომ რეაქციის კოეფიციენტი Q უდრის წონასწორობის მუდმივ K-ს, ამიტომ არ არსებობს რეაქციის კონკრეტული მიმართულების უპირატესობა.

ვინაიდან Q განისაზღვრება როგორც:

ზოგადი რეაქციისთვის:

მაშინ როდესაც K იღებს იგივე ფორმას, მაგრამ კონცენტრაციით წონასწორობაში.

თუ დავუბრუნდებით შემთხვევას, როდესაც ∆G უარყოფითია, ეს ნიშნავს, რომ რეაქციის კოეფიციენტი Q არის K-ზე ნაკლები (მუდმივი წონასწორობა), გულისხმობს, რომ პროდუქტის კონცენტრაცია უფრო დაბალია, ვიდრე უნდა იყოს, თუ რეაქცია იყო Ბალანსი. ამიტომ, სპონტანურობის თვალსაზრისით, ის ხდება სპონტანური პირდაპირი გაგებით.

მაშინ როცა, თუ ∆G დადებითია, იქნება პროდუქტების უპირატესობა იმ პროდუქტებზე, რომლებიც უნდა არსებობდეს, თუ სისტემა წონასწორობაში იყო, Q მეტი K-ზე. ამიტომ რეაქცია სპონტანურია საპირისპირო მიმართულებით.

უნდა აღინიშნოს, რომ Q და K-ის მკაცრი განმარტება მოცემულია პროდუქტებისა და რეაქტანტების აქტივობის თვალსაზრისით, რაც განსაზღვრავს აქტივობას კონცენტრაციის ან წნევის მიხედვით, როგორც:

ოჰ კარგად:

აქედან გამომდინარეობს, რომ Q და K არის განზომილებიანი და შეიძლება გაიზარდოს როგორც კონცენტრაციებში, ასევე ნაწილობრივ წნევაში.

როდესაც პროდუქტებისა და რეაგენტების კონცენტრაცია ან ნაწილობრივი წნევა დროთა განმავლობაში მუდმივია, სიტუაცია წარმოიქმნება ქიმიური წონასწორობა, რამდენადაც მიიღწევა დინამიური წონასწორობის სიტუაცია, რადგან პირდაპირი და შებრუნებული რეაქციის სიჩქარე იდენტური. მნიშვნელოვანია გამოვყოთ წონასწორობის დინამიურობა, მათი ფორმირების სიჩქარე და მოიხმარენ პროდუქტები და რეაგენტები ერთნაირია, ამიტომ კონცენტრაცია ან ნაწილობრივი წნევა არ არის ის მერყეობს.

თუ მდგომარეობა წონასწორობის მდგომარეობიდან გადადის, გარკვეული სახეობა ჭარბობს სხვას და იქიდან წარმოიქმნება გამოთქმა, რომელიც აკავშირებს პირდაპირი და შებრუნებული რეაქციის სიჩქარეს, Kc:

დავუშვათ ზემოთ ნანახი რეაქცია:

სადაც Kd და Ki არის რეაქციის სიჩქარის მუდმივები, შესაბამისად, წინ ან საპირისპირო მიმართულებით.

ისევ, თუ Kc> 1, ეს ნიშნავს, რომ Ki არის Kd-ზე ნაკლები, შესაბამისად, არსებობს პროდუქტების რეაქტორებად გადაქცევის მაღალი ხარისხი. ამ შემთხვევაში წონასწორობა გადადის პროდუქტებისკენ.

საპირისპირო ხდება, თუ Kc <1, რაც ნიშნავს, რომ პირდაპირი რეაქციის სიჩქარე ნაკლებია არაპირდაპირი რეაქციის სიჩქარეზე და ცოტაა მოხმარება რეაგენტებიდან წონასწორობა გადადის რეაქტანტებისკენ. მაშინ როცა, თუ Kc = 1, სიჩქარეები ტოლია და სისტემა წონასწორობაშია. მნიშვნელოვანია ორი საკითხის განსაზღვრა: პირველი, ამ მუდმივის მნიშვნელობა დამოკიდებულია ექსკლუზიურად ტემპერატურა და, თავის მხრივ, იცვლება სიდიდის მიხედვით, რომელიც გამოიყენება პროდუქტებისა და რეაქტანტების კონცენტრაციის ან წნევის გამოსასახატავად. საბოლოოდ, კანონი ქიმიური წონასწორობა არეგულირებს განზავებულ ხსნარებს ან აირებს დაბალი წნევის ქვეშ.

რეაქციის სიჩქარისა და ქიმიური წონასწორობის თემები