Definicja szybkości reakcji i równowagi chemicznej

Candela Rocío Barbisan | grudzień 2021
Inżynier chemiczny

Wszystkie Reakcja chemiczna ma w stosunku do niego pewną spontaniczność Balansować, a żeby to zbadać, robimy to przez znak ∆G, Energia Gibbs free, co oznacza, że ​​dzięki wartości tej wielkości możemy przewidzieć, czy reakcja wystąpi w pewnym sensie, czy nie.

Zmienność energii swobodnej Gibbsa wyraża się ogólnie w standardowych warunkach jako różnica między energiami produktów i reagentów również w stanie standardowym:

Natomiast jeśli reakcja zachodzi w niestandardowych warunkach, zależność między ∆Gº i ∆G jest określona przez: wyrażenie:

Gdzie Q jest ilorazem reakcji.

Aby zrozumieć implikacje szybkość reakcji a równowagę chemiczną musimy zbadać znak ∆G:

Jeśli ∆G jest ujemne, oznacza to, że reakcja jest spontaniczna (występuje) w sensie bezpośrednim.

Jeśli ∆G jest dodatnie, oznacza to, że reakcja nie jest spontaniczna (nie występuje) w sensie bezpośrednim.

Natomiast jeśli ∆G = 0, nie będzie zmiany, ponieważ układ jest w równowadze i jak już wspomniano, prędkość Szybkość reakcji bezpośredniej jest równa szybkości reakcji pośredniej. Oznacza to, że iloraz reakcji Q jest równy stałej równowagi K, więc nie ma tendencji do faworyzowania określonego kierunku reakcji.

Ponieważ Q jest zdefiniowane jako:

Dla ogólnej reakcji:

Podczas gdy K przyjmuje tę samą formę, ale ze stężeniami w równowadze.

Jeśli wrócimy do przypadku, w którym ∆G jest ujemne, oznacza to, że iloraz reakcji Q jest mniejszy niż K (stała równowaga), oznacza, że ​​stężenia produktów są niższe niż powinny, gdyby reakcja przebiegała w Balansować. Dlatego pod względem spontaniczności staje się spontaniczny w sensie bezpośrednim.

Natomiast jeśli ∆G jest dodatnie, będzie przeważać produkty powyżej tych, które powinny istnieć, gdyby układ był w równowadze, z Q większym niż K. Dlatego reakcja jest spontaniczna w odwrotnym kierunku.

Należy zauważyć, że ścisła definicja Q i K jest podana w odniesieniu do aktywności produktów i reagentów, definiując aktywność w kategoriach stężenia lub ciśnień jako:

No cóż:

Z tego wynika, że ​​zarówno Q, jak i K są bezwymiarowe i mogą być podniesione zarówno w stężeniach, jak i ciśnieniach cząstkowych.

Sytuacja ma miejsce, gdy stężenia lub ciśnienia cząstkowe produktów i reagentów są utrzymywane na stałym poziomie w czasie równowaga chemiczna, o ile zostanie osiągnięta sytuacja równowagi dynamicznej, ponieważ szybkość reakcji bezpośredniej i odwrotnej z identyczny. Ważne jest, aby podkreślić dynamikę równowagi, szybkość, z jaką się tworzą i konsumpcja produktów i odczynników jest taka sama, dlatego stężenia lub ciśnienia cząstkowe nie to się zmienia.

Jeżeli warunek odbiega od stanu równowagi, pewne gatunki będą dominować nad innymi i stąd powstaje wyrażenie, które wiąże bezpośrednią i odwrotną szybkość reakcji Kc:

Załóżmy, że reakcja widoczna powyżej:

Gdzie Kd i Ki są stałymi szybkości reakcji odpowiednio w kierunku do przodu lub do tyłu.

Ponownie, jeśli Kc> 1, oznacza to, że Ki jest mniejsze niż Kd, a zatem istnieje wysoki stopień konwersji produktów w reagenty. W tym przypadku równowaga przesuwa się w kierunku produktów.

Odwrotna sytuacja występuje, gdy Kc <1, co oznacza, że ​​szybkość reakcji bezpośredniej jest mniejsza niż szybkość reakcji pośredniej i jest niewielka konsumpcja reagentów, równowaga przesuwa się w kierunku reagentów. Natomiast jeśli Kc = 1, prędkości są równe, a układ jest w równowadze. Ważne jest, aby zdefiniować dwie kwestie: po pierwsze, wartość tej stałej zależy wyłącznie od temperatura a z kolei zmienia się w zależności od wielkości użytej do wyrażenia stężeń lub ciśnień produktów i reagentów. Wreszcie prawo Równowaga chemiczna dostosowuje się do rozcieńczonych roztworów lub gazów pod niskim ciśnieniem.