Minden kémia hallgató ismeri Le Chatelier elvét, amely kimondja, hogy bármilyen hőmérséklet-változás, nyomás, térfogat vagy koncentráció egy adott rendszerben új egyensúly kialakításához vezet állapot. A reakció ismeretében (például függetlenül attól, hogy ez endoterm vagy exoterm) ezt felhasználhatja arra, hogy megjósolja, mi fog történni, ha változás következik be a rendszeren.
De van egy kvantitatívabb módszer, amellyel meghatározhatja, hogy a reakció melyik irányt részesíti előnyben, és hogy jelenleg egyensúlyban van-e, és ezt nevezzük reakció hányadosa. Az adott reakció reakcióhányadának kiszámítása megtanulja a kémia egyszerű, de hatékony eszközét.
A reakciómennyiség elmagyarázva
A reakció hányadosa a reagensek és termékek relatív mennyiségének számszerűsítése a reverzibilis reakcióhoz bármely időpontban. Megkapja a szimbólumot Q, és kiszámíthatja azt egy egyszerű képlettel, amely magában foglalja a termékek és a reagensek koncentrációit (technikailag az „aktivitásait”) és azok sztöchiometriai állandóit.
A reakció hányadosa és egyensúlyi állandója (K) hasonló (de nem azonos) mennyiségek, és a kettő összehasonlítása az adott időpontban megmondja, hogy a reakció melyik irányban halad tovább, amíg el nem éri az egyensúlyt.
A Q és K közötti különbség
A (z) egyenletei Q és K a reaktánsok és a termékek koncentrációjától függően nagyon hasonlóak, de a két mennyiség között döntő különbség van: Az egyensúlyi egyenlet csak akkor érvényes, amikor a rendszer egyensúlyi (vagyis amikor az előremutató reakció sebessége megegyezik a fordított reakció sebességével).
A reakció hányadosa a következő időpontban érvényes: mindig, így a reakciónak nem kell egyensúlyban lennie ahhoz, hogy kiszámolhassa. Amikor azonban a reakció egyensúlyban van, Q = K, és a két egyenlet ugyanazt az eredményt adja.
Számítsa ki a Q-t egy reakcióhoz
Az egyenlet Q, a vegyi anyagok közötti általános reakcióhoz A, B, C és D űrlap:
Által adva:
Tehát lényegében a szorzat szorzata osztva a reaktánsok szorzatával, mindegyik a sztöchiometriai állandókkal megegyező teljesítményre (azaz az egyes komponensek számára a reakció). Fontos azonban megjegyezni, hogy ebben a szögletes zárójelben a vegyi anyagok tevékenységére utalnak.
Szilárd vagy tiszta folyadék esetén a kifejezés egyenletében szereplő kifejezés Q jól működik, így hatékonyan figyelmen kívül hagyhatók. Oldószerként a mólfrakciót, gázhoz a parciális nyomást (vagy molaritást), az oldott anyaghoz pedig a molaritást használjuk.
Egy egyszerű számítási példa megérzi a számítás módját Q reakcióra. Tedd a reakciót:
A molaritásokkal: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M és [H2] = 2 M, és az egyensúlyi állandó K = 1. Vegye figyelembe, hogy ebben az esetben az egyes komponensek sztöchiometriai állandói egyek, tehát nem kell aggódnia a számítás teljesítménye miatt. A. Kifejezést használva Q ad:
Vegye figyelembe, hogy a Q nagyobb, mint a K.
Q értelmezése
Három fő esetet kell megfontolni annak megértése érdekében, hogy mi az értéke Q azt mondja neked: Q > K, Q = K és Q < K. Mert Q > K, ez azt jelenti, hogy több termék van jelen, mint ami egyensúlyban lenne, és így a reakció a reaktánsok javára változik.
Mert Q = K, a reakció egyensúlyban van, és így is marad, hacsak valami nem zavarja a rendszert (pl. ha hőt adunk hozzá, vagy ha a nyomás megnő).
Mert Q < K, több reaktáns van, mint termék, mint egyensúlyban, és így a reakció előre halad, és elősegíti a termékek képződését.