反応のQを計算する方法

化学の学生なら誰でも、ルシャトリエの原理を知っています。ルシャトリエの原理では、温度が変化すると、 特定のシステムの圧力、体積、または濃度により、システムは新しい平衡を確立します。 状態。 反応(たとえば、吸熱か発熱か)の知識があれば、これを使用して、システムに変更が加えられたときに何が起こるかを予測できます。

しかし、反応がどちらの方向を好むか、そしてそれが現在平衡状態にあるかどうかを判断するために使用できるより定量的な方法があり、これは 反応商. 与えられた反応の反応商を計算することを学ぶことは、化学における単純ですが強力なツールです。

説明された反応商

反応商は、任意の時点での可逆反応の反応物と生成物の相対量を定量化する方法です。 記号が付いています Q、および生成物と反応物の濃度(技術的には「活性」)とそれらの化学量論定数を含む簡単な式を使用して計算できます。

反応商と平衡定数(K)は類似した(ただし同一ではない)量であり、任意の時点で2つを比較すると、平衡に達するまで反応がどちらの方向に進むかがわかります。

QとKの違い

の方程式 Q そして K 反応物と生成物の濃度に応じて非常に似ていますが、2つの量の間に決定的な違いがあります。平衡定数の方程式は次のとおりです。 のみ システムがにあるときに有効 平衡 (つまり、順方向反応の速度が逆方向反応の速度と一致する場合)。

反応商はで有効です 常時、したがって、反応を計算するために平衡状態である必要はありません。 ただし、反応が平衡状態にある場合、 Q = K、 2つの方程式は同じ結果をもたらします。

反応のQを計算する

の方程式 Q、化学物質間の一般的な反応 A, B, C そして D フォームの:

によって与えられます:

つまり、本質的には、一緒に乗算された生成物を、一緒に乗算された反応物で割ったものです。 化学量論定数(つまり、 反応)。 ただし、この中の角括弧は化学物質の活動を示していることに注意することが重要です。

固体または純粋な液体の場合、方程式の項は Q 1つにうまくいくので、それらは事実上無視することができます。 溶媒の場合はモル分率を使用し、ガスの場合は分圧(またはモル濃度)を使用し、溶質の場合はモル濃度を使用します。

簡単な計算例で、計算方法を理解できます。 Q 反応のために。 反応を取る:

モル濃度の場合:[CO] = 1 M、[H

2O] = 1 M、[CO2] = 2Mおよび[H2] = 2 M、および平衡定数 K = 1. この場合、各コンポーネントの化学量論定数は1であるため、計算のパワーについて心配する必要はありません。 の式を使用する Q 与える:

この値は Q の指定値よりも大きい K.

Qの解釈

の価値を理解するために考慮すべき3つの主なケースがあります Q あなたに言う: Q > K, Q = K そして Q < K. にとって Q > K、これは、平衡状態よりも多くの生成物が存在することを意味します。そのため、反応は反応物に有利にシフトします。

にとって Q = K、反応は平衡状態にあり、何かがシステムを妨害しない限り(たとえば、熱が加えられたり、圧力が上昇した場合)、平衡状態が維持されます。

にとって Q < K、平衡状態よりも存在する生成物よりも多くの反応物が存在するため、反応は順方向に進行し、生成物の形成に有利に働きます。

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