ความหมายของอัตราการเกิดปฏิกิริยาและสมดุลเคมี

ทั้งหมด ปฏิกิริยาเคมี มีความเป็นธรรมชาติบางอย่างต่อเขา สมดุลและเพื่อตรวจสอบ เราทำผ่านเครื่องหมายของ ∆G พลังงาน กิ๊บส์ฟรีซึ่งหมายความว่าเราสามารถทำนายได้ว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในแง่หนึ่งหรือไม่โดยผ่านค่าขนาดนี้

การแปรผันของพลังงานกิ๊บส์ฟรีนั้น โดยทั่วไปจะแสดงภายใต้สภาวะมาตรฐาน เนื่องจากความแตกต่างระหว่างพลังงานของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นยังอยู่ในสถานะมาตรฐาน:

ในขณะที่ถ้าปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ไม่ได้มาตรฐาน ความสัมพันธ์ระหว่าง ∆Gº และ ∆G ถูกกำหนดโดยสิ่งต่อไปนี้ การแสดงออก:

โดยที่ Q คือผลหารปฏิกิริยา

เพื่อทำความเข้าใจความหมายของ ความเร็วปฏิกิริยา และสมดุลเคมีเราต้องศึกษาเครื่องหมายของ ∆G:

ถ้า ∆G เป็นลบ แสดงว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นเอง (เกิดขึ้น) ในความหมายโดยตรง

หาก ∆G เป็นค่าบวก แสดงว่าปฏิกิริยาไม่เกิดขึ้นเอง (ไม่เกิดขึ้น) ในความหมายโดยตรง

โดยที่หาก ∆G = 0 จะไม่มีการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากระบบอยู่ในภาวะสมดุลดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ความเร็ว อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางอ้อม นี่หมายความว่าผลหารปฏิกิริยา Q เท่ากับค่าคงที่สมดุล K ดังนั้นจึงไม่มีแนวโน้มว่าจะสนับสนุนทิศทางที่เฉพาะเจาะจงของปฏิกิริยา

เนื่องจาก Q ถูกกำหนดเป็น:

สำหรับปฏิกิริยาทั่วไป:

ในขณะที่ K ใช้รูปแบบเดียวกัน แต่มีความเข้มข้นในสมดุล

หากเรากลับไปที่กรณีที่ ∆G เป็นลบ แสดงว่าผลหารของปฏิกิริยา Q น้อยกว่า K (ค่าคงที่ของ สมดุล) หมายความว่าความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ต่ำกว่าที่ควรจะเป็นหากปฏิกิริยาอยู่ใน สมดุล. ดังนั้นในแง่ของความเป็นธรรมชาติ มันจะกลายเป็นความเป็นธรรมชาติในความหมายโดยตรง

ในขณะที่ถ้า ∆G เป็นบวก จะมีความเหนือกว่าของผลิตภัณฑ์เหนือกว่าที่ควรมีอยู่หากระบบอยู่ในสมดุล โดยที่ Q มากกว่า K ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองในทิศทางย้อนกลับ

ควรสังเกตว่าคำจำกัดความที่เข้มงวดของ Q และ K ถูกกำหนดในแง่ของกิจกรรมของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น กำหนดกิจกรรมในแง่ของความเข้มข้นหรือความดันเป็น:

O ดี:

จากนั้นจึงติดตามว่าทั้ง Q และ K นั้นไม่มีมิติและสามารถยกระดับได้ทั้งในระดับความเข้มข้นและแรงกดดันบางส่วน

เมื่อความเข้มข้นหรือความดันบางส่วนของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นคงที่ตลอดเวลา สถานการณ์ก็จะเกิดขึ้น ดุลยภาพทางเคมี ตราบเท่าที่สถานการณ์ของสมดุลไดนามิกไปถึงเพราะอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงและผกผันกับ เหมือนกัน สิ่งสำคัญคือต้องเน้นถึงไดนามิกของสมดุล ความเร็วที่เกิดขึ้นและ บริโภคผลิตภัณฑ์และรีเอเจนต์เหมือนกัน นั่นคือสาเหตุที่ความเข้มข้นหรือแรงกดดันบางส่วนไม่ มันแตกต่างกันไป

ถ้าเงื่อนไขเคลื่อนออกจากสถานการณ์สมดุล บางชนิดจะเหนือกว่าอีกชนิดหนึ่งและจากนั้นก็เกิดนิพจน์ที่เกี่ยวข้องกับความเร็วปฏิกิริยาโดยตรงและผกผัน Kc:

สมมติว่าปฏิกิริยาที่เห็นข้างต้น:

โดยที่ Kd และ Ki คือค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาในทิศทางไปข้างหน้าหรือย้อนกลับตามลำดับ

อีกครั้ง หาก Kc> 1 แสดงว่า Ki น้อยกว่า Kd ดังนั้นจึงมีการแปลงผลิตภัณฑ์เป็นสารตั้งต้นในระดับสูง ในกรณีนี้ ความสมดุลจะเคลื่อนไปสู่ผลิตภัณฑ์

การย้อนกลับจะเกิดขึ้นถ้า Kc <1 แสดงว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงน้อยกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางอ้อมและมีน้อย การบริโภค ของสารตั้งต้น สมดุลจะเปลี่ยนไปทางสารตั้งต้น ในขณะที่ถ้า Kc = 1 ความเร็วจะเท่ากันและระบบอยู่ในสมดุล สิ่งสำคัญคือต้องกำหนดสองประเด็น: อันดับแรก ค่าของค่าคงที่นี้ขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิ และในทางกลับกันก็แปรผันตามขนาดที่ใช้เพื่อแสดงความเข้มข้นหรือความดันของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น ในที่สุด กฎ สมดุลเคมีจะปรับให้เข้ากับสารละลายเจือจางหรือก๊าซภายใต้แรงดันต่ำ

หัวข้อเรื่องอัตราการเกิดปฏิกิริยาและสมดุลเคมี