Sådan beregnes ligevægtstryk

Kemisk ligevægt beskriver den "steady state" af en reversibel reaktion, hvor reaktanterne omdannes til produkterne og omvendt i samme hastighed.

Kemikere karakteriserer denne tilstand ved hjælp af ligevægtskonstant, K_s, og du kan bruge det fulde udtryk for denne konstant til at bestemme ligevægtstrykket for enten reaktanterne eller produkterne. Processen kræver en smule algebra, men i slutningen får du en ligelig ligning, du kan bruge til at finde ligevægtstrykket til din reaktion.

Processen til at finde ligevægtstrykket afhænger stærkt af, hvordan kemikere beskriver en ligevægtstilstand for en reaktion. For en generisk gasfasereaktion:

Den generelle formel for ligevægtskonstanten er:

Her, den P_s henviser til det delvise tryk på gasserne A, B, C og D (angivet med abonnementer). Du kan let huske denne formel som "produkter over reaktanter", men denne enkle form er kun gyldig, hvis hver af reaktionskomponenterne har 1 som sin støkiometriske koefficient (_a, b, c og d i ovenstående ligning). Husk, at denne formel kun er gyldig ved ligevægt.

I nogle tilfælde kan du se ligevægtskonstanten kaldes K_c, og ligningen for det skrevet med hensyn til molære koncentrationer, og forholdet mellem disse to er:

I denne formel, ∆n er ændringen i antallet af mol gas fra reaktanterne til produkterne.

Nøglen til at løse denne ligning for at finde ligevægtstrykket er at introducere mængden x, hvilket svarer til ændringen fra det indledende tryk til ligevægtstrykket. Forestil dig, at du kender reaktanternes tryk, men ikke ved, hvad det vil være ved ligevægt. I så fald kan du blot skrive hvert ligevægtstryk som (initialtryk = x).

Da produkterne i dette tilfælde starter med et partialtryk på 0 (fordi de ikke er til stede), vil deres ligevægtstryk være lig med x. Forudsat at du også kender ligevægtskonstanten i sig selv, kan du bruge disse oplysninger til at finde det partielle tryk, du ikke kender.

Ring til det indledende tryk P_jeg og bemærk, at begge reaktanter skal have samme tryk. For at forenkle ligningen vil dette også blive skrevet med koefficienter-en, b, c og d som lig med 1. Så du kan skrive ligningen som:

Omarrangere denne ligning for x giver dig mulighed for at finde forskellen mellem det indledende tryk og ligevægtstrykket for dine reaktanter og værdien for produkterne også. Efter at have taget kvadratroden på begge sider, ganget med nævneren af ​​fraktionen og omarrangeret lidt mere, ligningen for x er:

Dette bliver en ligevægtspartialtryksformel, når du bemærker, at ligevægtstrykket for dine reaktanter er P_jeg – x, og for dine produkter er det simpelthen x.

At arbejde gennem et eksempel vil cementere tilgangen og hjælpe dig med at blive mere komfortabel med at bruge ligningen. Overvej reaktionen, der anvendes til fremstilling af chlormethan:

Med K_s = 5,900. Reaktanterne har et indledende tryk (i atmosfærer, atm) på P_jeg = 0,75 atm. Indsæt disse værdier i formlen, og kør gennem beregningerne for at finde partialtrykket:

Dette er værdien for ligevægtstrykket på produkterne, og for reaktanterne er alt, hvad du skal gøre, at trække dette fra den oprindelige værdi P_jeg for at finde resultatet. Her er 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.