كيفية حساب ضغوط التوازن

يصف التوازن الكيميائي "الحالة المستقرة" للتفاعل القابل للانعكاس ، حيث تتحول المواد المتفاعلة إلى نواتج والعكس صحيح بنفس المعدل.

يصف الكيميائيون هذه الحالة باستخدام توازن ثابت, ك_ص، ويمكنك استخدام التعبير الكامل لهذا الثابت لتحديد ضغط التوازن للمواد المتفاعلة أو النواتج. تتطلب العملية القليل من الجبر ، ولكن في النهاية ، تحصل على معادلة مباشرة يمكنك استخدامها لإيجاد ضغط التوازن لتفاعلك.

تعتمد عملية إيجاد ضغط التوازن بشدة على كيفية وصف الكيميائيين لحالة التوازن للتفاعل. لتفاعل عام في الطور الغازي:

الصيغة العامة لثابت التوازن هي:

هنا ، تشير P_s إلى الضغوط الجزئية للغازات A و B و C و D (يشار إليها بالرموز الفرعية). يمكنك أن تتذكر هذه الصيغة بسهولة على أنها "نواتج فوق المواد المتفاعلة" ، ولكن هذا النموذج البسيط يكون صالحًا فقط إذا كان لكل مكون من مكونات التفاعل 1 كمعامل متكافئ (_a, ب, ج و د في المعادلة أعلاه). تذكر أن هذه الصيغة صالحة فقط في التوازن.

في بعض الحالات ، قد ترى اسم ثابت التوازن ك_ج، والمعادلة الخاصة به مكتوبة من حيث التركزات المولية ، والعلاقة بين هذين الأمرين هي:

في هذه الصيغة ، ∆ن هو التغيير في عدد مولات الغاز من المواد المتفاعلة إلى المنتجات.

مفتاح حل هذه المعادلة لإيجاد ضغط التوازن هو إدخال الكمية x، والذي يتوافق مع التغيير من الضغوط الأولية إلى ضغط التوازن. تخيل أنك تعرف ضغط المواد المتفاعلة ولكن لا تعرف ما سيكون عند التوازن. في هذه الحالة ، يمكنك ببساطة كتابة كل ضغط توازن على أنه (الضغط الأولي = x).

نظرًا لأن المنتجات في هذه الحالة تبدأ بضغط جزئي قدره 0 (لأنها غير موجودة) ، فإن ضغط توازنها سيكون مساويًا لـ x. شريطة أن تعرف أيضًا ثابت التوازن نفسه ، يمكنك استخدام هذه المعلومات للعثور على الضغوط الجزئية التي لا تعرفها.

استدعاء الضغط الأولي ص_أنا ولاحظ أن كلا المتفاعلين يجب أن يكونا عند نفس الضغط. أيضًا ، لتبسيط المعادلة ، سيتم كتابة هذا باستخدام المعاملاتأ, ب, ج و د يساوي 1. لذلك يمكنك كتابة المعادلة على النحو التالي:

إعادة ترتيب هذه المعادلة لـ x يسمح لك بإيجاد الفرق بين الضغط الأولي وضغط التوازن للمواد المتفاعلة ، وقيمة المنتجات أيضًا. بعد أخذ الجذر التربيعي لكلا الطرفين ، والضرب في مقام الكسر ، وإعادة ترتيب أكثر قليلاً ، معادلة x هو:

تصبح هذه معادلة ضغط جزئي للتوازن عندما تلاحظ أن ضغط التوازن للمواد المتفاعلة لديك هو ص_أنا – x، وبالنسبة لمنتجاتك فهو ببساطة x.

سيؤدي العمل من خلال مثال إلى ترسيخ النهج ومساعدتك على الشعور براحة أكبر في استخدام المعادلة. ضع في اعتبارك التفاعل المستخدم لإنتاج الكلوروميثان:

مع ك_ص = 5,900. المواد المتفاعلة لها ضغط أولي (في الغلاف الجوي ، أجهزة الصراف الآلي) يبلغ ص_أنا = 0.75 ضغط جوي. أدخل هذه القيم في الصيغة وقم بإجراء العمليات الحسابية للعثور على الضغوط الجزئية:

هذه هي قيمة ضغوط التوازن للمنتجات ، وبالنسبة للمواد المتفاعلة ، كل ما عليك فعله هو طرح هذا من القيمة الأولية ص_أنا للعثور على النتيجة. هنا ، 0.75 atm - 0.74 atm = 0.01 atm.