Всеки студент по химия знае принципа на Le Chatelier, който гласи, че всяка промяна в температурата, налягане, обем или концентрация в дадена система ще доведе системата да установи ново равновесие държава. С познаването на реакцията (например дали е ендотермична или екзотермична), можете да използвате това, за да предскажете какво ще се случи, когато има промяна, наложена на системата.
Но има по-количествен метод, който можете да използвате, за да определите в коя посока ще благоприятства реакцията и дали в момента е в равновесие или не и това се нарича коефициент на реакцията. Да се научим да изчисляваме коефициента на реакцията за дадена реакция е прост, но мощен инструмент в химията.
Обяснен коефициент на реакция
Реакционният коефициент е начин за количествено определяне на относителните количества реактиви и продукти за обратима реакция във всеки момент от времето. Даден му е символът Въпрос:и можете да го изчислите, като използвате проста формула, включваща концентрациите (технически „дейностите“) на продуктите и реагентите, заедно с техните стехиометрични константи.
Коефициентът на реакцията и константата на равновесието (К) са сходни (но не идентични) величини и сравняването на двете във всеки даден момент от времето ви подсказва в коя посока ще продължи реакцията, докато достигне равновесие.
Разликата между Q и K
Уравненията за Въпрос: и К са много сходни, в зависимост от концентрациите на реагентите и продуктите, но има съществена разлика между двете величини: Уравнението на равновесната константа е само валиден, когато системата е в равновесие (т.е. когато скоростта на пряката реакция съвпада със скоростта на обратната реакция).
Коефициентът на реакцията е валиден при винаги, така че реакцията не трябва да бъде в равновесие, за да я изчислите. Когато обаче реакцията е в равновесие, Въпрос: = K, и двете уравнения дават един и същ резултат.
Изчислете Q за реакция
Уравнението за Въпрос:, за обща реакция между химикали A, Б., ° С и д на формата:
Дава се от:
Така че по същество това са продуктите, умножени заедно, разделени на реагентите, умножени заедно, всеки повишени до степен, равна на техните стехиометрични константи (т.е. номерата на всеки компонент в реакция). Важно е обаче да се отбележи, че квадратните скоби в това се отнасят до дейностите на химикалите.
За твърда или чиста течност терминът в уравнението за Въпрос: работи до един и така те могат ефективно да бъдат игнорирани. За разтворител използвате молната фракция, за газ - парциалното налягане (или моларността), а за разтвореното вещество - моларността.
Един прост пример за изчисление ще ви даде представа как да изчислявате Въпрос: за реакция. Вземете реакцията:
С моларности: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 М, [CO2] = 2M и [H2] = 2 M и константата на равновесие К = 1. Обърнете внимание, че стехиометричните константи за всеки от компонентите в този случай са едно, така че не е нужно да се притеснявате за мощностите в изчислението. Използване на израза за Въпрос: дава:
Имайте предвид, че тази стойност за Въпрос: е по-голяма от дадената стойност за К.
Тълкуване на Q
Има три основни случая, които трябва да разгледате, за да разберете каква е стойността Въпрос: казва ти: Въпрос: > К, Въпрос: = К и Въпрос: < К. За Въпрос: > К, това означава, че присъстват повече продукти, отколкото биха били в равновесие, и така реакцията ще се измести в полза на реагентите.
За Въпрос: = К, реакцията е в равновесие и ще остане така, освен ако нещо не наруши системата (например ако се добави топлина или налягането се увеличи).
За Въпрос: < К, има повече реагенти, отколкото продукти, налични, отколкото в равновесие, и така реакцията ще продължи в посока напред и ще благоприятства образуването на продукти.