Κάθε φοιτητής χημείας γνωρίζει την αρχή του Le Chatelier, η οποία αναφέρει ότι οποιαδήποτε αλλαγή στη θερμοκρασία, πίεση, όγκος ή συγκέντρωση σε ένα δεδομένο σύστημα θα οδηγήσει το σύστημα να δημιουργήσει μια νέα ισορροπία κατάσταση. Με γνώση της αντίδρασης (για παράδειγμα, αν είναι ενδοθερμική ή εξώθερμη), μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε για να προβλέψετε τι θα συμβεί όταν επιβληθεί αλλαγή στο σύστημα.
Αλλά υπάρχει μια πιο ποσοτική μέθοδος που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να προσδιορίσετε ποια κατεύθυνση θα ευνοήσει μια αντίδραση και αν βρίσκεται επί του παρόντος σε ισορροπία και αυτό ονομάζεται πηλίκο αντίδρασης. Η εκμάθηση να υπολογίζει το πηλίκο της αντίδρασης για μια δεδομένη αντίδραση είναι ένα απλό αλλά ισχυρό εργαλείο στη χημεία.
Επεξήγησε το Ποσοτικό Αντίδρασης
Το πηλίκο αντίδρασης είναι ένας τρόπος ποσοτικοποίησης των σχετικών ποσοτήτων αντιδραστηρίων και προϊόντων για μια αναστρέψιμη αντίδραση σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Δίνεται το σύμβολο Ερκαι μπορείτε να τον υπολογίσετε χρησιμοποιώντας έναν απλό τύπο που περιλαμβάνει τις συγκεντρώσεις (τεχνικά τις «δραστηριότητες») των προϊόντων και των αντιδρώντων, μαζί με τις στοιχειομετρικές τους σταθερές.
Το πηλίκο της αντίδρασης και η σταθερά ισορροπίας (κ) είναι παρόμοιες (αλλά όχι πανομοιότυπες) ποσότητες και η σύγκριση των δύο σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή σας λέει σε ποια κατεύθυνση θα προχωρήσει η αντίδραση μέχρι να φτάσει σε ισορροπία.
Η διαφορά μεταξύ Q και K
Οι εξισώσεις για Ερ και κ είναι πολύ παρόμοιες, ανάλογα με τις συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων και των προϊόντων, αλλά υπάρχει μια κρίσιμη διαφορά μεταξύ των δύο ποσοτήτων: Η σταθερή εξίσωση ισορροπίας είναι μόνο ισχύει όταν το σύστημα είναι ισορροπία (δηλαδή όταν ο ρυθμός της εμπρόσθιας αντίδρασης ταιριάζει με τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης).
Το πηλίκο αντίδρασης είναι έγκυρο στις όλες τις ώρες, οπότε η αντίδραση δεν χρειάζεται να είναι σε ισορροπία για να την υπολογίσετε. Ωστόσο, όταν η αντίδραση βρίσκεται σε ισορροπία, Ερ = Κ, και οι δύο εξισώσεις δίνουν το ίδιο αποτέλεσμα.
Υπολογίστε το Q για μια αντίδραση
Η εξίσωση για Ερ, για μια γενική αντίδραση μεταξύ χημικών ΕΝΑ, σι, ντο και ρε της φόρμας:
Δίνεται από:
Ουσιαστικά, είναι τα προϊόντα πολλαπλασιασμένα μαζί διαιρούμενα με τα αντιδραστήρια πολλαπλασιασμένα μεταξύ τους, το καθένα ανυψωμένο σε ισχύ ίση με τις στοιχειομετρικές τους σταθερές (δηλαδή τους αριθμούς κάθε συστατικού στο αντίδραση). Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι αγκύλες σε αυτό αναφέρονται στις δραστηριότητες των χημικών.
Για ένα στερεό ή καθαρό υγρό, ο όρος στην εξίσωση για Ερ δουλεύει σε ένα, και έτσι μπορούν να αγνοηθούν αποτελεσματικά. Για έναν διαλύτη, χρησιμοποιείτε το κλάσμα γραμμομορίων, για ένα αέριο που χρησιμοποιείτε τη μερική πίεση (ή τη γραμμομοριακότητα) και για μια διαλυμένη ουσία χρησιμοποιείτε τη μοριακότητα.
Ένας απλός υπολογισμός παραδείγματος θα σας δώσει μια αίσθηση για τον υπολογισμό Ερ για αντίδραση. Πάρτε την αντίδραση:
Με τις μεταβολές: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 Μ, [CO2] = 2Μ και [Η2] = 2 M, και η σταθερά ισορροπίας κ = 1. Σημειώστε ότι οι στοιχειομετρικές σταθερές για καθένα από τα συστατικά σε αυτήν την περίπτωση είναι μία, οπότε δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τις δυνάμεις στον υπολογισμό. Χρησιμοποιώντας την έκφραση για Ερ δίνει:
Σημειώστε ότι αυτή η τιμή για Ερ είναι μεγαλύτερη από τη δεδομένη τιμή για κ.
Ερμηνεία Q
Υπάρχουν τρεις κύριες περιπτώσεις που πρέπει να εξετάσετε για να κατανοήσετε ποια είναι η αξία Ερ σου λέει: Ερ > κ, Ερ = κ και Ερ < κ. Για Ερ > κ, αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν περισσότερα προϊόντα από ό, τι θα υπήρχαν σε ισορροπία, και έτσι η αντίδραση θα μετατοπιστεί υπέρ των αντιδρώντων.
Για Ερ = κ, η αντίδραση βρίσκεται σε ισορροπία και θα παραμείνει έτσι, εκτός εάν κάτι διαταράσσει το σύστημα (π.χ. εάν προστεθεί θερμότητα ή αυξηθεί η πίεση).
Για Ερ < κ, υπάρχουν περισσότερα αντιδραστήρια από τα προϊόντα που υπάρχουν παρά στην ισορροπία, και έτσι η αντίδραση θα προχωρήσει προς τα εμπρός και ευνοεί τον σχηματισμό προϊόντων.