Η χημική ισορροπία περιγράφει τη «σταθερή κατάσταση» μιας αναστρέψιμης αντίδρασης, όπου τα αντιδραστήρια μετατρέπονται σε προϊόντα και αντιστρόφως με τον ίδιο ρυθμό.
Οι χημικοί χαρακτηρίζουν αυτήν την κατάσταση χρησιμοποιώντας το σταθερά ισορροπίας, κΠκαι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την πλήρη έκφραση για αυτήν τη σταθερά για να προσδιορίσετε την πίεση ισορροπίας είτε για τα αντιδραστήρια είτε για τα προϊόντα. Η διαδικασία απαιτεί λίγο άλγεβρα, αλλά στο τέλος, έχετε μια απλή εξίσωση που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να βρείτε την πίεση ισορροπίας για την αντίδρασή σας.
Η σταθερά ισορροπίας
Η διαδικασία εύρεσης της πίεσης ισορροπίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τρόπο με τον οποίο οι χημικοί περιγράφουν μια κατάσταση ισορροπίας για μια αντίδραση. Για μια γενική αντίδραση αέριας φάσης:
Ο γενικός τύπος για τη σταθερά ισορροπίας είναι:
Εδώ, το Τα P_s αναφέρονται στις μερικές πιέσεις των αερίων A, B, C και D (υποδεικνύονται από τους δείκτες). Μπορείτε να θυμάστε αυτόν τον τύπο εύκολα ως "προϊόντα έναντι αντιδραστηρίων", αλλά αυτή η απλή μορφή ισχύει μόνο εάν καθένα από τα συστατικά της αντίδρασης έχει 1 ως στοιχειομετρικό συντελεστή (_a
Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να δείτε τη σταθερά ισορροπίας να ονομάζεται κντο, και η εξίσωση που γράφεται με όρους μοριακών συγκεντρώσεων και η σχέση μεταξύ αυτών των δύο είναι:
Σε αυτόν τον τύπο, Δν είναι η αλλαγή στον αριθμό γραμμομορίων αερίου από τα αντιδραστήρια στα προϊόντα.
Αναδιάταξη της εξίσωσης
Το κλειδί για την επίλυση αυτής της εξίσωσης για να βρεθεί η πίεση ισορροπίας είναι η εισαγωγή της ποσότητας Χ, που αντιστοιχεί στη μεταβολή από τις αρχικές πιέσεις στην πίεση ισορροπίας. Φανταστείτε ότι γνωρίζετε την πίεση των αντιδρώντων αλλά δεν ξέρετε τι θα είναι σε ισορροπία. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε απλά να γράψετε κάθε πίεση ισορροπίας ως (αρχική πίεση = Χ).
Δεδομένου ότι τα προϊόντα σε αυτήν την περίπτωση ξεκινούν με μερική πίεση 0 (επειδή δεν υπάρχουν), η πίεση ισορροπίας τους θα είναι ίση με Χ. Εφόσον γνωρίζετε επίσης τη σταθερά ισορροπίας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτές τις πληροφορίες για να βρείτε τις μερικές πιέσεις που δεν γνωρίζετε.
Καλέστε την αρχική πίεση ΠΕγώ και σημειώστε ότι και τα δύο αντιδραστήρια πρέπει να βρίσκονται στην ίδια πίεση. Επίσης, για την απλοποίηση της εξίσωσης αυτό θα γραφτεί με το συντελεστέςένα, σι, ντο και ρε ίσο με 1. Έτσι μπορείτε να γράψετε την εξίσωση ως:
Αναδιάταξη αυτής της εξίσωσης για Χ σας επιτρέπει να βρείτε τη διαφορά μεταξύ της αρχικής πίεσης και της πίεσης ισορροπίας για τα αντιδρώντα σας, και της αξίας και για τα προϊόντα. Αφού πάρουμε την τετραγωνική ρίζα και των δύο πλευρών, πολλαπλασιάζοντας τον παρονομαστή του κλάσματος και αναδιατάσσοντας λίγο περισσότερο, η εξίσωση για Χ είναι:
Αυτό γίνεται ένας τύπος μερικής πίεσης ισορροπίας όταν παρατηρείτε ότι η πίεση ισορροπίας των αντιδρώντων σας είναι ΠΕγώ – Χ, και για τα προϊόντα σας είναι απλά Χ.
Υπολογίστε την πίεση ισορροπίας
Η επεξεργασία ενός παραδείγματος θα ενισχύσει την προσέγγιση και θα σας βοηθήσει να αισθανθείτε πιο άνετα με τη χρήση της εξίσωσης. Εξετάστε την αντίδραση που χρησιμοποιείται για την παραγωγή χλωρομεθανίου:
Με κΠ = 5,900. Τα αντιδραστήρια έχουν αρχική πίεση (σε ατμόσφαιρες, atm) ΠΕγώ = 0,75 atm. Εισαγάγετε αυτές τις τιμές στον τύπο και εκτελέστε τους υπολογισμούς για να βρείτε τις μερικές πιέσεις:
Αυτή είναι η τιμή για τις πιέσεις ισορροπίας των προϊόντων και για τα αντιδραστήρια, το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να το αφαιρέσετε από την αρχική τιμή ΠΕγώ για να βρείτε το αποτέλεσμα. Εδώ, 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.