Tasapainepaineiden laskeminen

Kemiallinen tasapaino kuvaa palautuvan reaktion "vakaa tilaa", jossa reagenssit muuttuvat tuotteiksi ja päinvastoin samalla nopeudella.

Kemistit luonnehtivat tätä tilaa käyttämällä tasapainovakio, K_s, ja voit käyttää tämän vakion täydellistä lauseketta määrittääksesi joko reaktanttien tai tuotteiden tasapainopaineen. Prosessi vaatii vähän algebraa, mutta lopulta saat suoraviivan yhtälön, jota voit käyttää reaktion tasapainopaineen löytämiseen.

Tasapainepaineen löytämisprosessi riippuu voimakkaasti siitä, miten kemistit kuvaavat reaktion tasapainotilaa. Geneerinen kaasufaasireaktio:

Tasapainovakion yleinen kaava on:

Tässä P_ viittaa kaasujen A, B, C ja D osapaineisiin (osoitettu tilauskoodeilla). Voit muistaa tämän kaavan helposti "tuotteina yli reagoivien", mutta tämä yksinkertainen muoto on voimassa vain, jos reaktion jokaisella komponentilla on 1 stökiometrinen kerroin (_a, b, c ja d yllä olevassa yhtälössä). Muista, että tämä kaava on kelvollinen tasapainossa.

Joissakin tapauksissa saatat nähdä tasapainovakion kutsun

Tässä kaavassa ∆n on muutos reaktanteista tuotteisiin suuntautuvien kaasumoolien määrässä.

Avain tämän yhtälön ratkaisemiseen tasapainopaineen löytämiseksi on määrän lisääminen x, joka vastaa muutosta alkuperäisistä paineista tasapainopaineeseen. Kuvittele, että tiedät reaktanttien paineen, mutta et tiedä, mikä se on tasapainossa. Siinä tapauksessa voit yksinkertaisesti kirjoittaa kukin tasapainopaine seuraavasti (alkupaine = x).

Koska tuotteet alkavat tässä tapauksessa osapaineella 0 (koska niitä ei ole läsnä), niiden tasapainopaine on yhtä suuri kuin x. Jos tiedät myös itse tasapainovakion, voit käyttää näitä tietoja etsimään osittaisia ​​paineita, joita et tiedä.

Kutsu alkupaine P_i ja huomaa, että molempien reagenssien on oltava samassa paineessa. Lisäksi yhtälön yksinkertaistamiseksi tämä kirjoitetaan kertoimeta, b, c ja d yhtä suuri kuin 1. Joten voit kirjoittaa yhtälön seuraavasti:

Tämän yhtälön järjestäminen uudelleen x avulla voit löytää eron reaktanttisi alkupaineen ja tasapainopaineen sekä tuotteiden arvon välillä. Kun olet ottanut molempien sivujen neliöjuuren, kertonut sen murto-osan nimittäjällä ja järjestänyt hieman enemmän, yhtälö x On:

Tästä tulee tasapainopartikkelikaava, kun huomaat, että reaktanttisi tasapainopaine on P_i – x, ja tuotteillesi se on yksinkertaisesti x.

Esimerkin käyttäminen vahvistaa lähestymistapaa ja auttaa sinua tekemään mukavamman yhtälön käytön. Harkitse reaktiota, jota käytetään kloorimetaanin tuottamiseen:

Kanssa K_s = 5,900. Reagenssien aloituspaine (ilmakehissä, atm) on P_i = 0,75 atm. Lisää nämä arvot kaavaan ja suorita laskelmat osapaineiden löytämiseksi:

Tämä on tuotteiden tasapainopaineiden arvo, ja reagensseille sinun tarvitsee vain vähentää tämä alkuarvosta P_i löytää tulos. Tässä 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.