Kako izračunati ravnotežne tlakove

Kemijska ravnoteža opisuje "stacionarno stanje" reverzibilne reakcije, gdje se reaktanti istom brzinom pretvaraju u proizvode i obrnuto.

Kemičari karakteriziraju ovo stanje pomoću konstanta ravnoteže, K_str, a možete upotrijebiti puni izraz za ovu konstantu da odredite ravnotežni tlak bilo reaktanata ili proizvoda. Proces zahtijeva malo algebre, ali na kraju dobivate izravnu jednadžbu pomoću koje možete pronaći ravnotežni tlak za svoju reakciju.

Proces pronalaženja ravnotežnog tlaka jako ovisi o tome kako kemičari opisuju ravnotežno stanje reakcije. Za generičku reakciju plinske faze:

Opća formula konstante ravnoteže je:

Evo, P_s se odnose na parcijalne pritiske plinova A, B, C i D (označeni pretplatama). Ovu se formulu lako možete sjetiti kao "proizvodi preko reaktanata", ali ovaj jednostavni oblik vrijedi samo ako svaka od komponenata reakcije ima stehiometrijski koeficijent 1 (_a, b, c i d u gornjoj jednadžbi). Imajte na umu da je ova formula valjana samo u ravnoteži.

U nekim slučajevima možete vidjeti pozvanu konstantu ravnoteže

U ovoj formuli, ∆n je promjena u broju molova plina iz reaktanata u proizvode.

Ključ rješenja ove jednadžbe za pronalaženje ravnotežnog tlaka je uvođenje veličine x, što odgovara promjeni od početnih tlakova do ravnotežnog tlaka. Zamislite da znate pritisak reaktanata, ali ne znate koliki će biti u ravnoteži. U tom slučaju možete svaki ravnotežni tlak jednostavno zapisati kao (početni tlak = x).

Budući da proizvodi u ovom slučaju počinju s parcijalnim tlakom od 0 (jer nisu prisutni), njihov će ravnotežni tlak biti jednak x. Pod uvjetom da znate i samu konstantu ravnoteže, pomoću ovih podataka možete pronaći djelomične pritiske koje ne poznajete.

Nazovite početni pritisak Str_i i imajte na umu da oba reaktanta moraju biti pod istim tlakom. Također, radi pojednostavljenja jednadžbe, ovo će biti zapisano s koeficijentia, b, c i d jednako 1. Tako možete jednadžbu napisati kao:

Preuređivanje ove jednadžbe za x omogućuje vam da pronađete razliku između početnog tlaka i ravnotežnog tlaka za vaše reaktante i vrijednosti za proizvode. Nakon što smo uzeli kvadratni korijen obje strane, pomnoživši nazivnik razlomka i malo više presloživši, jednadžba za x je:

Ovo postaje ravnotežna formula parcijalnog tlaka kad primijetite da je ravnotežni tlak vaših reaktanata Str_i – x, a za vaše proizvode to je jednostavno x.

Obrada primjera učvrstit će pristup i pomoći vam da se ugodnije koristite s jednadžbom. Razmotrimo reakciju koja se koristi za proizvodnju klorometana:

S K_str = 5,900. Reaktanti imaju početni tlak (u atmosferama, atm) Str_i = 0,75 atm. Umetnite ove vrijednosti u formulu i prođite kroz izračune kako biste pronašli parcijalne pritiske:

To je vrijednost za ravnotežne tlakove proizvoda, a za reaktante sve što trebate je oduzeti od početne vrijednosti Str_i kako bi pronašli rezultat. Ovdje je 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.