A kémiai egyensúly leírja a reverzibilis reakció „állandósult állapotát”, ahol a reagensek ugyanolyan sebességgel alakulnak termékekké és fordítva.
A kémikusok ezt az állapotot a egyensúlyi állandó, Ko, és ennek a konstansnak a teljes kifejezését használhatja az egyensúlyi nyomás meghatározására a reaktánsok vagy a termékek esetében. A folyamathoz egy kis algebra szükséges, de a végén kapunk egy egyszerű egyenletet, amelyet felhasználva megtalálhatjuk az egyensúlyi nyomást a reakcióhoz.
Az egyensúlyi állandó
Az egyensúlyi nyomás megtalálásának folyamata nagymértékben függ attól, hogy a vegyészek hogyan írják le a reakció egyensúlyi állapotát. Általános gázfázisú reakció esetén:
Az egyensúlyi állandó általános képlete:
Itt a A P_ az A, B, C és D gáz részleges nyomására utalnak (előfizetéssel jelezve). Emlékezhet erre a képletre, mint „termékek a reagensekre”, de ez az egyszerű forma csak akkor érvényes, ha a reakció minden komponensének 1 sztöchiometriai együtthatója van (_a, b, c és d a fenti egyenletben). Ne feledje, hogy ez a képlet csak érvényes egyensúlyban van.
Bizonyos esetekben megjelenhet az egyensúlyi állandó Kc, és a moláris koncentrációkban megírt egyenlet, és a kettő közötti kapcsolat a következő:
Ebben a képletben ∆n a reaktánsoktól a termékekig terjedő mólok számának változása.
Az egyenlet átrendezése
Az egyenlet megoldásának kulcsa az egyensúlyi nyomás megtalálásához a mennyiség bevezetése x, amely megfelel a kezdeti nyomások és az egyensúlyi nyomás közötti változásnak. Képzelje el, hogy ismeri a reagensek nyomását, de nem tudja, mi lesz az egyensúlyban. Ebben az esetben egyszerűen felírhatja az egyes egyensúlyi nyomásokat (kezdeti nyomás = x).
Mivel a termékek ebben az esetben 0 résznyomással indulnak (mivel nincsenek jelen), egyensúlyi nyomásuk egyenlő lesz x. Feltéve, hogy ismeri magát az egyensúlyi állandót is, felhasználhatja ezeket az információkat a nem ismert résznyomások megkeresésére.
Hívja meg a kezdeti nyomást Pén és vegye figyelembe, hogy mindkét reaktánsnak azonos nyomáson kell lennie. Ezenkívül az egyenlet egyszerűsítése érdekében ezt a együtthatóka, b, c és d mint egyenlő 1-vel. Tehát az egyenletet így írhatja:
Ennek az egyenletnek az átrendezése a x lehetővé teszi, hogy megtalálja a különbséget a reagensek kezdeti és egyensúlyi nyomása, valamint a termékek értéke között. Miután megkapta mindkét oldal négyzetgyökét, megszorozta a frakció nevezőjével, és még egy kicsit átrendezte az egyenletet x az:
Ez akkor válik egyensúlyi parciális nyomásképletté, amikor megjegyzi, hogy a reagensek egyensúlyi nyomása az Pén – x, és a termékei számára egyszerűen x.
Számítsa ki az egyensúlyi nyomást
Egy példa kidolgozása megerősíti a megközelítést, és segít abban, hogy kényelmesebbé váljon az egyenlet használata. Vegyük figyelembe a klór-metán előállításához használt reakciót:
Val vel Ko = 5,900. A reagensek kezdeti nyomása (atmoszférában, atm) kb Pén = 0,75 atm. Helyezze be ezeket az értékeket a képletbe, és futtassa végig a számításokat a részleges nyomások megtalálásához:
Ez a termékek egyensúlyi nyomásának értéke, a reaktánsok esetében pedig csak annyit kell tennie, hogy kivonja ezt a kezdeti értékből Pén hogy megtalálja az eredményt. Itt 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.