Iga keemiaõpilane tunneb Le Chatelieri põhimõtet, mis ütleb, et igasugune temperatuuri muutus, rõhk, maht või kontsentratsioon antud süsteemis viib süsteemi uue tasakaalu loomiseni riik. Teades reaktsiooni (näiteks kas see on endotermiline või eksotermiline), saate selle abil ennustada, mis juhtub, kui süsteemile rakendatakse muudatusi.
Kuid on olemas kvantitatiivsem meetod, mille abil saate määrata, millist suunda reaktsioon soosib ja kas see on praegu tasakaalus või mitte, ja seda nimetatakse reaktsiooni jagatis. Konkreetse reaktsiooni reaktsioonikoefitsiendi arvutamise õppimine on keemias lihtne, kuid võimas tööriist.
Reaktsiooni kvantiteet on selgitatud
Reaktsiooni jagatis on viis reageerivate ainete ja saaduste suhtelise koguse kvantifitseerimiseks pöörduvaks reaktsiooniks mis tahes ajahetkel. Sellele antakse sümbol Qja saate selle arvutada, kasutades lihtsat valemit, mis hõlmab toodete ja reagentide kontsentratsioone (tehniliselt “tegevusi”) koos nende stöhhiomeetriliste konstantidega.
Reaktsiooni jagatis ja tasakaalu konstant (K) on sarnased (kuid mitte identsed) suurused ja nende kahe võrdlemine mis tahes ajahetkel annab teile teada, mis suunas reaktsioon kulgeb, kuni see jõuab tasakaalu.
Q ja K erinevus
Võrrandid Q ja K on väga sarnased, sõltuvalt reaktiivide ja saaduste kontsentratsioonidest, kuid nende kahe koguse vahel on oluline erinevus: Tasakaalu konstantvõrrand on ainult kehtib siis, kui süsteem on tasakaal (st kui edasisuunas reageerimise kiirus ühtib vastupidise reaktsiooni kiirusega).
Reaktsiooni jagatis kehtib kogu aeg, nii et reaktsioon ei pea selle arvutamiseks olema tasakaalus. Kui reaktsioon on tasakaalus, Q = K, ja kaks võrrandit annavad sama tulemuse.
Arvutage Q reaktsiooni jaoks
Võrrand Q, üldiseks reaktsiooniks kemikaalide vahel A, B, C ja D vormi:
Annab:
Nii et sisuliselt on need korrutatud tooted jagatud reaktiividega, korrutatuna kumbki tõstetud võimsusele, mis võrdub nende stöhhiomeetriliste konstantidega (s.t. iga komponendi arvuga reaktsioon). Siiski on oluline märkida, et selle nurksulgudes viidatakse kemikaalide tegevusele.
Tahke või puhta vedeliku puhul on võrrandi Q sobib ühele ja nii saab neid tõhusalt eirata. Lahusti jaoks kasutate moolifraktsiooni, gaasi puhul osalist rõhku (või molaarsust) ja soluudi jaoks molaarsust.
Lihtne arvutusnäide annab aimu, kuidas arvutada Q reaktsiooni jaoks. Tehke reaktsioon:
Molaarsustega: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M ja [H2] = 2 M ja tasakaalukonstant K = 1. Pange tähele, et sel juhul on iga komponendi stöhhiomeetrilised konstandid ühed, nii et te ei pea arvutustes võimsuste pärast muretsema. Kasutades väljendit Q annab:
Pange tähele, et see väärtus väärtusele Q on suurem kui antud väärtus K.
Q tõlgendamine
Selle väärtuse mõistmiseks tuleb kaaluda kolme peamist juhtumit Q ütleb sulle: Q > K, Q = K ja Q < K. Sest Q > K, see tähendab, et tooteid on kohal rohkem, kui oleks tasakaalus, ja seega nihkub reaktsioon reagentide kasuks.
Sest Q = K, on reaktsioon tasakaalus ja nii ka jääb, kui midagi süsteemi ei häiri (nt kui lisatakse soojust või rõhk suureneb).
Sest Q < K, reageerivaid aineid on rohkem kui tooteid, kui tasakaalus, ja seega kulgeb reaktsioon edasi ja soodustab toodete moodustumist.