Jokainen kemian opiskelija tuntee Le Chatelierin periaatteen, jonka mukaan lämpötilan muutokset, paine, tilavuus tai pitoisuus tietyssä järjestelmässä saa järjestelmän luomaan uuden tasapainon osavaltio. Kun tiedät reaktion (esimerkiksi onko se endoterminen vai eksoterminen), voit käyttää tätä ennustamaan, mitä tapahtuu, kun järjestelmään kohdistuu muutos.
Mutta on olemassa kvantitatiivisempi menetelmä, jonka avulla voit määrittää, mihin suuntaan reaktio suosii ja onko se tällä hetkellä tasapainossa, ja tätä kutsutaan reaktion osamäärä. Oppiminen laskemaan reaktion osamäärä tietylle reaktiolle on yksinkertainen mutta tehokas työkalu kemiassa.
Reaktiomääritys selitetty
Reaktion osamäärä on tapa määrittää reagenssien ja tuotteiden suhteelliset määrät palautuvaa reaktiota varten milloin tahansa. Sille annetaan symboli Q, ja voit laskea sen käyttämällä yksinkertaista kaavaa, joka sisältää tuotteiden ja reagoivien aineiden pitoisuudet (teknisesti "toiminnot") sekä niiden stökiömetriset vakiot.
Reaktion osamäärä ja tasapainovakio (
K) ovat samankaltaisia (mutta eivät identtisiä) suuruuksia, ja vertaamalla näitä kahta kulloinkin annettuun ajankohtaan, kerrotaan mihin suuntaan reaktio etenee, kunnes se saavuttaa tasapainon.Ero Q: n ja K: n välillä
Yhtälöt Q ja K ovat hyvin samankaltaisia reagenssien ja tuotteiden pitoisuuksista riippuen, mutta näiden kahden määrän välillä on ratkaiseva ero: Tasapainovakioyhtälö on vain voimassa, kun järjestelmä on tasapaino (ts. kun eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus vastaa käänteisen reaktion nopeutta).
Reaktion osamäärä on voimassa kaikki ajat, joten reaktion ei tarvitse olla tasapainossa, jotta voit laskea sen. Kuitenkin, kun reaktio on tasapainossa, Q = K, ja molemmat yhtälöt antavat saman tuloksen.
Laske Q reaktiolle
Yhtälö Q, yleiseen reaktioon kemikaalien välillä A, B, C ja D. lomakkeen muoto:
Annetaan:
Joten olennaisesti tuotteet on kerrottuna yhdessä jaettuna reagoivilla kerrottuna yhdessä, kukin nostetaan tehoon, joka on yhtä suuri kuin niiden stöhkiometriset vakiot (ts. kunkin komponentin numerot reaktio). On kuitenkin tärkeää huomata, että tämän hakasulkeet viittaavat kemikaalien toimintaan.
Kiinteälle tai puhtaalle nesteelle termi yhtälössä Q toimii yhdeksi, joten ne voidaan tehokkaasti ohittaa. Liuotinta varten käytetään moolijaetta, kaasun osalta osapainetta (tai molaarisuutta) ja liuenneen aineen molaarisuutta.
Yksinkertainen esimerkkilaskelma antaa sinulle tunteen kuinka laskea Q reaktiota varten. Ota reaktio:
Molaarisuuksilla: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M ja [H2] = 2 M ja tasapainovakio K = 1. Huomaa, että jokaisen komponentin stökiometriset vakiot ovat tässä tapauksessa yksi, joten sinun ei tarvitse huolehtia tehoista laskennassa. Käyttämällä lauseketta Q antaa:
Huomaa, että tämä arvo Q on suurempi kuin annettu arvo K.
Q: n tulkinta
On kolme päätapausta, jotka on otettava huomioon sen arvon ymmärtämiseksi Q kertoo sinulle: Q > K, Q = K ja Q < K. Sillä Q > K, tämä tarkoittaa, että läsnä on enemmän tuotteita kuin tasapainossa olisi, joten reaktio siirtyy reagenssien eduksi.
Sillä Q = K, reaktio on tasapainossa ja pysyy niin, ellei jokin häiritse järjestelmää (esim. jos lämpöä lisätään tai paine nousee).
Sillä Q < K, reagoivia aineita on enemmän kuin tuotteita läsnä kuin tasapainossa, joten reaktio etenee eteenpäin ja suosii tuotteiden muodostumista.