Palautuvia reaktioita tapahtuu molempiin suuntiin, mutta jokainen palautuva reaktio laskeutuu tasapainotilaan. Jos haluat luonnehtia tällaisen reaktion tasapainoa, tasapainovakio kuvaa tuotteiden ja reagenssien välisen tasapainon. Tasapainovakion laskeminen edellyttää tietoa tuotteiden ja reaktanttien konsentraatioista reaktiossa, kun se on tasapainossa. Vakion arvo riippuu myös lämpötilasta ja siitä, onko reaktio eksoterminen vai endoterminen.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Yleinen reaktio:
aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)
Pienet kirjaimet ovat tässä molempien moolien lukumäärä, isot kirjaimet tarkoittavat reaktion kemiallisia komponentteja ja suluissa olevat kirjaimet edustavat aineen tilaa. Löydät konsentraation tasapainovakion lausekkeella:
Kc = [G]g [H]h ÷ [A]a[B]b
Eksotermisissä reaktioissa lämpötilan nostaminen vähentää vakion arvoa ja endotermisissä reaktioissa lämpötilan nostaminen kasvattaa vakion arvoa.
Tasapainovakion laskeminen
Tasapainovakion kaava viittaa yleiseen "homogeeniseen" reaktioon (jossa tuotteiden ja reagenssien aineen tilat ovat samat), joka on:
aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)
Jos pienet kirjaimet edustavat reaktion kunkin komponentin moolien lukumäärää ja isot kirjaimet seisovat reaktiossa mukana olevien kemikaalien puolesta ja suluissa oleva g-kirjain edustaa aineen tilaa (kaasu, tässä tapauksessa).
Seuraava lauseke määrittää konsentraation tasapainovakion (Kc):
Kc = [G]g [H]h ÷ [A]a[B]b
Tässä hakasulkeet ovat pitoisuuksille (molina litraa kohti) reaktion jokaiselle komponentille tasapainossa. Huomaa, että alkuperäisen reaktion kunkin komponentin moolit ovat nyt lausekkeen eksponentteja. Jos reaktio suosii tuotteita, tulos on suurempi kuin 1. Jos se suosii reagoivia aineita, se on alle 1.
Epähomogeenisten reaktioiden laskelmat ovat samat, paitsi että kiinteät aineet, puhtaat nesteet ja liuottimet lasketaan kaikki yksinkertaisesti yhdeksi laskelmissa.
Paineen tasapainovakio (Ks) on todella samanlainen, mutta sitä käytetään reaktioihin, joihin liittyy kaasuja. Pitoisuuksien sijasta se käyttää kunkin komponentin osapaineita:
Ks = sGg sHh ÷ sAa sBb
Täällä, (sG) on komponentin (G) ja niin edelleen paine, ja pienet kirjaimet edustavat moolien määrää reaktion yhtälössä.
Suoritat nämä laskelmat melko samalla tavalla, mutta se riippuu siitä, kuinka paljon tiedät tuotteiden ja reagenssien määristä tai paineista tasapainossa. Voit määrittää vakion käyttämällä tunnettuja alkumääriä ja yhtä tasapainomäärää pienellä algebralla, mutta yleensä se on suoraviivaisempi tunnettujen tasapainopitoisuuksien tai paineiden kanssa.
Kuinka lämpötila vaikuttaa tasapainovakioon
Seoksessa olevan paineen tai pitoisuuksien muuttaminen ei muuta tasapainovakiota, vaikka molemmat voivat vaikuttaa tasapainon asemaan. Nämä muutokset kumoavat tekemäsi muutoksen vaikutuksen.
Lämpötila puolestaan muuttaa tasapainovakioa. Eksotermisessä reaktiossa (jotka vapauttavat lämpöä) lämpötilan nostaminen vähentää tasapainovakion arvoa. Lämpöä absorboivissa endotermisissä reaktioissa lämpötilan nostaminen nostaa tasapainovakion arvoa. Erityinen suhde on kuvattu van’t Hoff-yhtälössä:
ln (K2÷ K1) = (−∆H0÷ R) × (1 / T.2 - 1 / T1)
Missä (∆H0) on reaktion entalpian muutos, (R) on yleinen kaasuvakio (T1) ja T2) ovat aloitus- ja loppulämpötilat ja (K1) ja (K2) ovat vakion alku- ja loppuarvot.
