Jeder Chemiestudent kennt das Prinzip von Le Chatelier, das besagt, dass jede Temperaturänderung, Druck, Volumen oder Konzentration in einem bestimmten System führen dazu, dass das System ein neues Gleichgewicht einstellt Zustand. Wenn Sie die Reaktion kennen (z. B. ob sie endotherm oder exotherm ist), können Sie dies verwenden, um vorherzusagen, was passieren wird, wenn dem System eine Änderung auferlegt wird.
Es gibt jedoch eine quantitativere Methode, mit der Sie bestimmen können, welche Richtung eine Reaktion bevorzugt und ob sie sich derzeit im Gleichgewicht befindet oder nicht. Diese wird als bezeichnet Reaktionsquotient. Das Erlernen der Berechnung des Reaktionsquotienten für eine gegebene Reaktion ist ein einfaches, aber mächtiges Werkzeug in der Chemie.
Der Reaktionsquotient erklärt
Der Reaktionsquotient ist eine Möglichkeit, die relativen Mengen von Edukten und Produkten für eine reversible Reaktion zu jedem Zeitpunkt zu quantifizieren. Es erhält das Symbol Q, und Sie können es mit einer einfachen Formel berechnen, die die Konzentrationen (technisch die „Aktivitäten“) der Produkte und der Reaktanten zusammen mit ihren stöchiometrischen Konstanten umfasst.
Der Reaktionsquotient und die Gleichgewichtskonstante (K) sind ähnliche (aber nicht identische) Mengen, und der Vergleich der beiden zu einem bestimmten Zeitpunkt sagt Ihnen, in welche Richtung die Reaktion ablaufen wird, bis sie ein Gleichgewicht erreicht.
Der Unterschied zwischen Q und K
Die Gleichungen für Q und K sind in Abhängigkeit von den Konzentrationen der Edukte und Produkte sehr ähnlich, es gibt jedoch einen entscheidenden Unterschied zwischen den beiden Größen: Die Gleichgewichtskonstantengleichung lautet nur gültig, wenn das System auf Gleichgewicht (d. h. wenn die Geschwindigkeit der Hinreaktion mit der Geschwindigkeit der Rückreaktion übereinstimmt).
Der Reaktionsquotient gilt bei jederzeit, also muss die Reaktion nicht im Gleichgewicht sein, damit Sie sie berechnen können. Wenn die Reaktion jedoch im Gleichgewicht ist, Q = K, und die beiden Gleichungen liefern das gleiche Ergebnis.
Berechnen von Q für eine Reaktion
Die Gleichung für Q, für eine allgemeine Reaktion zwischen Chemikalien EIN, B, C und D des Formulars:
Wird gegeben von:
Im Wesentlichen sind es also die miteinander multiplizierten Produkte dividiert durch die jeweils miteinander multiplizierten Reaktanten potenziert mit ihren stöchiometrischen Konstanten (d. h. den Zahlen jeder Komponente in der Reaktion). Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich die eckigen Klammern darin auf die Aktivitäten der Chemikalien beziehen.
Für einen Feststoff oder eine reine Flüssigkeit ist der Term in der Gleichung für Q funktioniert zu einem, und so können sie effektiv ignoriert werden. Für ein Lösungsmittel verwenden Sie den Molenbruch, für ein Gas verwenden Sie den Partialdruck (oder die Molarität) und für einen gelösten Stoff verwenden Sie die Molarität.
Eine einfache Beispielrechnung gibt Ihnen ein Gefühl für die Berechnung Q für eine Reaktion. Nehmen Sie die Reaktion:
Mit den Molaritäten: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M und [H2] = 2 M und die Gleichgewichtskonstante K = 1. Beachten Sie, dass die stöchiometrischen Konstanten für jede der Komponenten in diesem Fall eins sind, sodass Sie sich bei der Berechnung keine Gedanken über Potenzen machen müssen. Den Ausdruck für verwenden Q gibt:
Beachten Sie, dass dieser Wert für Q ist größer als der angegebene Wert für K.
Q. interpretieren
Es gibt drei Hauptfälle, die berücksichtigt werden müssen, um den Wert von. zu verstehen Q sagt Ihnen: Q > K, Q = K und Q < K. Zum Q > K, bedeutet dies, dass mehr Produkte vorhanden sind als im Gleichgewicht, und die Reaktion wird sich zugunsten der Reaktanten verschieben.
Zum Q = K, befindet sich die Reaktion im Gleichgewicht und bleibt dies, es sei denn, etwas stört das System (z. B. wenn Wärme zugeführt oder der Druck erhöht wird).
Zum Q < K, sind mehr Reaktanten als Produkte vorhanden als im Gleichgewicht, so dass die Reaktion in Vorwärtsrichtung verläuft und die Bildung von Produkten begünstigt.