Každý student chemie zná Le Chatelierův princip, který říká, že jakákoli změna teploty, tlak, objem nebo koncentrace v daném systému povede systém k nastolení nové rovnováhy Stát. Se znalostmi reakce (například zda je endotermická nebo exotermická), můžete ji použít k předpovědi toho, co se stane, když dojde ke změně uložené v systému.
Existuje však více kvantitativní metoda, kterou můžete použít k určení, kterému směru bude reakce upřednostňovat, a zda je nebo není v současné době v rovnováze, a tomu se říká reakční kvocient. Naučit se vypočítat reakční kvocient pro danou reakci je jednoduchý, ale účinný nástroj v chemii.
Vysvětlil reakční kvocient
Reakční kvocient je způsob kvantifikace relativních množství reaktantů a produktů pro reverzibilní reakci v kterémkoli okamžiku. Je dán symbolem Q, a můžete jej vypočítat pomocí jednoduchého vzorce zahrnujícího koncentrace (technicky „aktivity“) produktů a reaktantů spolu s jejich stechiometrickými konstantami.
Reakční kvocient a rovnovážná konstanta (
K.) jsou podobná (ale ne identická) množství a porovnání těchto dvou v daném okamžiku vám řekne, kterým směrem bude reakce pokračovat, dokud nedosáhne rovnováhy.Rozdíl mezi Q a K.
Rovnice pro Q a K. jsou velmi podobné v závislosti na koncentraci reaktantů a produktů, ale mezi těmito dvěma veličinami je zásadní rozdíl: Rovnice rovnovážné konstanty je pouze platí, když je systém v rovnováha (tj. když se rychlost dopředné reakce shoduje s rychlostí zpětné reakce).
Reakční kvocient je platný v vždy, takže pro její výpočet nemusí být reakce v rovnováze. Když je však reakce v rovnováze, Q = K, a obě rovnice dávají stejný výsledek.
Vypočtěte Q pro reakci
Rovnice pro Q, pro obecnou reakci mezi chemickými látkami A, B, C a D formuláře:
Darováno:
V zásadě tedy jde o produkty násobené společně děleno reaktanty vynásobenými společně zvýšena na sílu rovnou jejich stechiometrickým konstantám (tj. počty jednotlivých složek v reakce). Je však důležité si uvědomit, že hranaté závorky v tomto dokumentu odkazují na aktivity chemických látek.
Pro tuhou nebo čistou kapalinu je výraz v rovnici pro Q vyjde jednomu, takže je lze efektivně ignorovat. Pro rozpouštědlo použijete molární zlomek, pro plyn parciální tlak (nebo molaritu) a pro solut použijete molaritu.
Jednoduchý příklad výpočtu vám poskytne představu o způsobu výpočtu Q pro reakci. Vezměte reakci:
S molaritami: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M a [H2] = 2 M a rovnovážná konstanta K. = 1. Všimněte si, že stechiometrické konstanty pro každou ze složek jsou v tomto případě jedna, takže se při výpočtu nemusíte starat o mocniny. Použití výrazu pro Q dává:
Všimněte si, že tato hodnota pro Q je větší než zadaná hodnota pro K..
Tlumočení Q
Existují tři hlavní případy, které je třeba vzít v úvahu, abychom pochopili, jakou hodnotu má Q říká ti: Q > K., Q = K. a Q < K.. Pro Q > K.To znamená, že je přítomno více produktů, než by bylo v rovnováze, a proto se reakce změní ve prospěch reaktantů.
Pro Q = K., reakce je v rovnováze a zůstane tak, pokud něco neruší systém (např. pokud se přidá teplo nebo se zvýší tlak).
Pro Q < K., je přítomno více reaktantů než produktů než v rovnováze, a proto bude reakce probíhat dopředu a upřednostňovat tvorbu produktů.