Kā aprēķināt līdzsvara spiedienu

Ķīmiskais līdzsvars raksturo atgriezeniskās reakcijas “līdzsvara stāvokli”, kur reaģenti ar tādu pašu ātrumu pārvēršas produktos un otrādi.

Ķīmiķi raksturo šo stāvokli, izmantojot līdzsvara konstante, K_lpp, un jūs varat izmantot pilnu šīs konstantes izteiksmi, lai noteiktu līdzsvara spiedienu vai nu reaģentiem, vai produktiem. Procesam ir nepieciešama nedaudz algebras, taču beigās jūs iegūstat vienkāršu vienādojumu, kuru varat izmantot, lai atrastu līdzsvara spiedienu savai reakcijai.

Līdzsvara spiediena atrašanas process ir ļoti atkarīgs no tā, kā ķīmiķi apraksta reakcijas līdzsvara stāvokli. Vispārīgai gāzes fāzes reakcijai:

Līdzsvara konstantes vispārīgā formula ir:

Lūk, P_s attiecas uz A, B, C un D gāzu daļējiem spiedieniem (norāda ar abonementiem). Jūs varat viegli atcerēties šo formulu kā “produkti pār reaģentiem”, taču šī vienkāršā forma ir derīga tikai tad, ja katram no reakcijas komponentiem ir 1 kā stehiometriskais koeficients (_a, b, c un d iepriekšminētajā vienādojumā). Atcerieties, ka šī formula ir derīga tikai līdzsvara stāvoklī.

Dažos gadījumos jūs varat redzēt līdzsvara konstanti K_c, un tā vienādojums, kas rakstīts molārās koncentrācijas izteiksmē, un attiecība starp šiem diviem ir:

Šajā formulā ∆n ir gāzes molu skaita izmaiņas no reaģentiem līdz produktiem.

Šī vienādojuma atrisināšanas atslēga līdzsvara spiediena atrašanai ir daudzuma ieviešana x, kas atbilst izmaiņām no sākotnējiem spiedieniem līdz līdzsvara spiedienam. Iedomājieties, ka jūs zināt reaģentu spiedienu, bet nezināt, kāds tas būs līdzsvara stāvoklī. Tādā gadījumā katru līdzsvara spiedienu var vienkārši uzrakstīt kā (sākotnējais spiediens = x).

Tā kā produkti šajā gadījumā sākas ar daļēju spiedienu 0 (jo to nav), to līdzsvara spiediens būs vienāds ar x. Ja jūs zināt arī līdzsvara konstanti, varat izmantot šo informāciju, lai atrastu nezināmos daļējos spiedienus.

Izsauciet sākotnējo spiedienu P_i un ņemiet vērā, ka abiem reaģentiem jābūt vienādā spiedienā. Lai vienkāršotu vienādojumu, tas tiks rakstīts ar koeficientia, b, c un d kā vienāds ar 1. Tātad jūs varat uzrakstīt vienādojumu šādi:

Pārkārtojot šo vienādojumu x ļauj atrast atšķirību starp sākotnējo spiedienu un līdzsvara spiedienu jūsu reaktantiem, kā arī produktu vērtību. Pēc abu pušu kvadrātsaknes iegūšanas, reizinot ar frakcijas saucēju un nedaudz vairāk pārkārtojot, vienādojums x ir:

Tas kļūst par līdzsvara daļējā spiediena formulu, ja atzīmējat, ka jūsu reaģentu līdzsvara spiediens ir P_i – x, un jūsu produktiem tas ir vienkārši x.

Izmantojot piemēru, pieeja tiks nostiprināta un palīdzēs jums ērtāk izmantot vienādojumu. Apsveriet reakciju, ko izmanto hlormetāna ražošanai:

Ar K_lpp = 5,900. Reaģentu sākotnējais spiediens (atmosfērā, atm) ir P_i = 0,75 atm. Ievietojiet šīs vērtības formulā un veiciet aprēķinus, lai atrastu daļējos spiedienus:

Šī ir produktu līdzsvara spiediena vērtība, un reaģentiem viss, kas jums jādara, ir atņemt to no sākotnējās vērtības P_i lai atrastu rezultātu. Šeit 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.