Das chemische Gleichgewicht beschreibt den „stationären Zustand“ einer reversiblen Reaktion, bei der die Reaktanten mit der gleichen Geschwindigkeit in die Produkte umgewandelt werden und umgekehrt.
Chemiker charakterisieren diesen Zustand mit dem Gleichgewichtskonstante, Kp, und Sie können den vollständigen Ausdruck für diese Konstante verwenden, um den Gleichgewichtsdruck entweder für die Reaktanten oder die Produkte zu bestimmen. Der Prozess erfordert ein wenig Algebra, aber am Ende erhalten Sie eine einfache Gleichung, mit der Sie den Gleichgewichtsdruck für Ihre Reaktion ermitteln können.
Die Gleichgewichtskonstante
Der Prozess zum Finden des Gleichgewichtsdrucks hängt stark davon ab, wie Chemiker einen Gleichgewichtszustand für eine Reaktion beschreiben. Für eine generische Gasphasenreaktion:
Die allgemeine Formel für die Gleichgewichtskonstante lautet:
Hier die P_s beziehen sich auf die Partialdrücke der Gase A, B, C und D (durch Indizes gekennzeichnet). Sie können sich diese Formel leicht als „Produkte über Reaktanten“ merken, aber diese einfache Form ist nur gültig, wenn jede der Reaktionskomponenten 1 als stöchiometrischen Koeffizienten hat, b, c und d in obiger Gleichung). Denken Sie daran, dass diese Formel nur gültig ist im Gleichgewicht.
In einigen Fällen sehen Sie möglicherweise die Gleichgewichtskonstante namens Kc, und die Gleichung dafür in molaren Konzentrationen geschrieben, und die Beziehung zwischen diesen beiden ist:
In dieser Formel ist ∆nein ist die Änderung der Molzahl des Gases von den Reaktanten zu den Produkten.
Umstellen der Gleichung
Der Schlüssel zum Lösen dieser Gleichung zum Ermitteln des Gleichgewichtsdrucks ist die Einführung der Größe x, was der Änderung vom Anfangsdruck zum Gleichgewichtsdruck entspricht. Stellen Sie sich vor, Sie kennen den Druck der Reaktanten, wissen aber nicht, wie er im Gleichgewicht sein wird. In diesem Fall können Sie jeden Gleichgewichtsdruck einfach schreiben als (Anfangsdruck = x).
Da die Produkte in diesem Fall mit einem Partialdruck von 0 beginnen (weil sie nicht vorhanden sind), beträgt ihr Gleichgewichtsdruck x. Vorausgesetzt, Sie kennen auch die Gleichgewichtskonstante selbst, können Sie diese Informationen verwenden, um die Ihnen unbekannten Partialdrücke zu finden.
Nennen Sie den Anfangsdruck Pich und beachten Sie, dass beide Reaktanten den gleichen Druck haben müssen. Um die Gleichung zu vereinfachen, wird dies auch mit. geschrieben Koeffizientenein, b, c und d als gleich 1. Sie können die Gleichung also schreiben als:
Umstellen dieser Gleichung für x ermöglicht es Ihnen, die Differenz zwischen dem Anfangsdruck und dem Gleichgewichtsdruck für Ihre Edukte sowie den Wert für die Produkte zu ermitteln. Nach dem Ziehen der Quadratwurzel beider Seiten, Multiplizieren mit dem Nenner des Bruchs und etwas mehr Umordnen ergibt sich die Gleichung für x ist:
Dies wird zu einer Gleichgewichtspartialdruckformel, wenn Sie feststellen, dass der Gleichgewichtsdruck Ihrer Reaktanten Pich – x, und für Ihre Produkte ist es einfach x.
Gleichgewichtsdruck berechnen
Das Durcharbeiten eines Beispiels wird den Ansatz festigen und Ihnen helfen, sich mit der Verwendung der Gleichung vertrauter zu machen. Betrachten Sie die Reaktion zur Herstellung von Chlormethan:
Mit Kp = 5,900. Die Reaktanten haben einen Anfangsdruck (in Atmosphären, atm) von Pich = 0,75 atm. Fügen Sie diese Werte in die Formel ein und führen Sie die Berechnungen durch, um die Partialdrücke zu ermitteln:
Dies ist der Wert für die Gleichgewichtsdrücke der Produkte, und für die Edukte müssen Sie diesen nur vom Anfangswert abziehen Pich um das Ergebnis zu finden. Hier 0,75 atm – 0,74 atm = 0,01 atm.