Katrs ķīmijas students zina Le Chatelier principu, kurā teikts, ka jebkuras temperatūras izmaiņas, spiediens, tilpums vai koncentrācija noteiktā sistēmā liks sistēmai izveidot jaunu līdzsvaru Valsts. Zinot reakciju (piemēram, vai tā ir endotermiska vai eksotermiska), jūs varat to izmantot, lai prognozētu, kas notiks, ja sistēmā tiks ieviestas izmaiņas.
Bet ir daudz kvantitatīvāka metode, kuru varat izmantot, lai noteiktu, kuram virzienam reakcija būs labvēlīga, un vai tā pašlaik ir vai nav līdzsvara stāvoklī, un to sauc par reakcijas koeficients. Mācīšanās aprēķināt reakcijas koeficientu konkrētajai reakcijai ir vienkāršs, bet spēcīgs līdzeklis ķīmijā.
Paskaidrots reakcijas koeficients
Reakcijas koeficients ir veids, kā noteikt reaģentu un produktu relatīvo daudzumu atgriezeniskai reakcijai jebkurā laika posmā. Tam tiek piešķirts simbols J, un jūs to varat aprēķināt, izmantojot vienkāršu formulu, kas ietver produktu un reaģentu koncentrācijas (tehniski “darbības”), kā arī to stehiometriskās konstantes.
Reakcijas koeficients un līdzsvara konstante (K) ir līdzīgi (bet ne identiski) lielumi, un, salīdzinot abus attiecīgajā laika brīdī, tiek norādīts, kurā virzienā reakcija turpināsies, līdz tā sasniegs līdzsvaru.
Atšķirība starp Q un K
Vienādojumi J un K ir ļoti līdzīgi, atkarībā no reaģentu un produktu koncentrācijas, bet starp abiem lielumiem ir būtiska atšķirība: līdzsvara konstante vienādojums ir tikai derīgs, kad sistēma ir līdzsvars (t.i., kad reakcijas uz priekšu ātrums sakrīt ar apgrieztās reakcijas ātrumu).
Reakcijas koeficients ir derīgs plkst visas reizes, tāpēc reakcijai nav jābūt līdzsvarā, lai jūs to aprēķinātu. Tomēr, kad reakcija ir līdzsvarā, J = K, un abi vienādojumi dod vienādu rezultātu.
Aprēķiniet Q reakcijai
Vienādojums J, vispārīgai reakcijai starp ķīmiskajām vielām A, B, C un D veidlapas:
Izsniedz:
Tātad būtībā tie ir reizinātie produkti, dalīti ar reaģentiem, kas katrs reizināts paaugstināts līdz jaudai, kas vienāda ar to stehiometriskajām konstantēm (t.i., katra komponenta skaitļiem reakcija). Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka kvadrātiekavas iekavās attiecas uz ķimikāliju darbībām.
Cietam vai tīram šķidrumam termins vienādojumā J der vienam, un tāpēc tos var efektīvi ignorēt. Šķīdinātājam jūs izmantojat mola frakciju, gāzei - daļējo spiedienu (vai molaritāti) un izšķīdušai vielai - molaritāti.
Vienkāršs aprēķina piemērs ļaus jums sajust, kā aprēķināt J par reakciju. Veiciet reakciju:
Ar molārijām: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M un [H2] = 2 M, un līdzsvara konstante K = 1. Ņemiet vērā, ka stehiometriskās konstantes katram komponentam šajā gadījumā ir vienas, tāpēc jums nav jāuztraucas par aprēķina jaudām. Izmantojot izteicienu J dod:
Ņemiet vērā, ka šī vērtība J ir lielāks par norādīto vērtību K.
Q interpretēšana
Ir trīs galvenie gadījumi, kas jāapsver, lai saprastu, kāda ir tā vērtība J tev saka: J > K, J = K un J < K. Priekš J > K, tas nozīmē, ka produktu ir vairāk nekā līdzsvara stāvoklī, un tāpēc reakcija mainīsies par labu reaģentiem.
Priekš J = K, reakcija ir līdzsvarā un tā arī paliks, ja vien kaut kas netraucē sistēmu (piemēram, ja tiek pievienots siltums vai palielināts spiediens).
Priekš J < K, reaģentu ir vairāk nekā produktu, kas atrodas līdzsvara stāvoklī, tāpēc reakcija turpināsies virzienā uz priekšu un veicinās produktu veidošanos.