Svaki student kemije zna Le Chatelierov princip, koji kaže da svaka promjena temperature, tlak, volumen ili koncentracija u danom sustavu dovest će sustav do uspostavljanja nove ravnoteže država. Znajući reakciju (na primjer, je li endotermna ili egzotermna), to možete upotrijebiti za predviđanje što će se dogoditi kada se sustavu promijeni promjena.
Ali postoji kvantitativnija metoda kojom možete odrediti u kojem će smjeru reakcija favorizirati i je li trenutno u ravnoteži ili ne, a to se naziva količnik reakcije. Naučiti izračunavati količnik reakcije za datu reakciju je jednostavan, ali moćan alat u kemiji.
Objašnjeni kvocijent reakcije
Kvocijent reakcije je način kvantificiranja relativnih količina reaktanata i proizvoda za reverzibilnu reakciju u bilo kojem trenutku vremena. Dobiva simbol P, a možete ga izračunati pomoću jednostavne formule koja uključuje koncentracije (tehnički "aktivnosti") proizvoda i reaktanata, zajedno sa njihovim stehiometrijskim konstantama.
Kvocijent reakcije i konstanta ravnoteže (
K) su slične (ali ne i identične) veličine, a uspoređivanje dviju vrijednosti u bilo kojem trenutku pokazuje vam u kojem će smjeru reakcija ići dok ne postigne ravnotežu.Razlika između Q i K
Jednadžbe za P i K su vrlo slični, ovisno o koncentraciji reaktanata i proizvoda, ali postoji presudna razlika između te dvije veličine: Jednadžba konstante ravnoteže je samo vrijedi kada je sustav na ravnoteža (tj. kada se brzina naprijed reakcije podudara sa brzinom reverzne reakcije).
Kvocijent reakcije vrijedi na Sva vremena, tako da reakcija ne mora biti u ravnoteži da biste je izračunali. Međutim, kada je reakcija u ravnoteži, P = K, a dvije jednadžbe daju isti rezultat.
Izračunajte Q za reakciju
Jednadžba za P, za opću reakciju između kemikalija A, B, C i D oblika:
Daje:
Dakle, u osnovi su to proizvodi pomnoženi zajedno podijeljeni međusobno pomnoženim reaktantima povišene na stepen jednak njihovim stehiometrijskim konstantama (tj. brojevima svake komponente u reakcija). Međutim, važno je napomenuti da se uglasti zagrade u ovome odnose na aktivnosti kemikalija.
Za krutu ili čistu tekućinu pojam u jednadžbi za P radi na jedan, i tako ih se može učinkovito zanemariti. Za otapalo koristite molarnu frakciju, za plin parcijalni tlak (ili molarnost), a za otopljenu tvar molarnost.
Jednostavan primjer izračuna pružit će vam osjećaj kako izračunati P za reakciju. Primite reakciju:
S molaritetima: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M i [H2] = 2 M i konstanta ravnoteže K = 1. Imajte na umu da su stehiometrijske konstante za svaku komponentu u ovom slučaju jedna, pa ne trebate brinuti o moćima u izračunu. Upotrebom izraza za P daje:
Imajte na umu da je ova vrijednost za P je veća od zadane vrijednosti za K.
Tumačenje Q
Tri su glavna slučaja koja treba razmotriti kako bi se razumjelo čija je vrijednost P kaže vam: P > K, P = K i P < K. Za P > K, to znači da je prisutno više proizvoda nego što bi bilo u ravnoteži, pa će se reakcija pomaknuti u korist reaktanata.
Za P = K, reakcija je u ravnoteži i ostat će takva, osim ako nešto ne poremeti sustav (npr. ako se doda toplina ili poveća tlak).
Za P < K, prisutno je više reaktanata nego proizvoda u ravnoteži, pa će se reakcija odvijati prema naprijed i pogodovati stvaranju proizvoda.