Evenwichtsdrukken berekenen

Chemisch evenwicht beschrijft de "stationaire toestand" van een omkeerbare reactie, waarbij de reactanten met dezelfde snelheid in de producten veranderen en vice versa.

Chemici karakteriseren deze toestand met behulp van de evenwichtsconstante, K_p, en je kunt de volledige uitdrukking voor deze constante gebruiken om de evenwichtsdruk voor ofwel de reactanten ofwel de producten te bepalen. Het proces vereist een beetje algebra, maar aan het einde krijg je een eenvoudige vergelijking die je kunt gebruiken om de evenwichtsdruk voor je reactie te vinden.

Het proces voor het vinden van de evenwichtsdruk hangt sterk af van hoe chemici een evenwichtstoestand voor een reactie beschrijven. Voor een algemene gasfasereactie:

De algemene formule voor de evenwichtsconstante is:

Hier de P_s verwijzen naar de partiële drukken van de gassen A, B, C en D (aangegeven door subscripts). U kunt deze formule gemakkelijk onthouden als "producten over reactanten", maar deze eenvoudige vorm is alleen geldig als elk van de componenten van de reactie 1 heeft als zijn stoichiometrische coëfficiënt (_a

In sommige gevallen ziet u de evenwichtsconstante genaamd K_c, en de vergelijking ervoor geschreven in termen van molaire concentraties, en de relatie tussen deze twee is:

In deze formule, ∆nee is de verandering in het aantal mol gas van de reactanten naar de producten.

De sleutel tot het oplossen van deze vergelijking om de evenwichtsdruk te vinden, is het introduceren van de hoeveelheid X, wat overeenkomt met de verandering van de begindruk naar de evenwichtsdruk. Stel je voor dat je de druk van de reactanten kent, maar niet weet wat het zal zijn bij evenwicht. In dat geval kun je elke evenwichtsdruk eenvoudig schrijven als (begindruk = X).

Aangezien de producten in dit geval beginnen met een partiële druk van 0 (omdat ze niet aanwezig zijn), zal hun evenwichtsdruk gelijk zijn aan X. Als u ook de evenwichtsconstante zelf kent, kunt u deze informatie gebruiken om de partiële drukken te vinden die u niet kent.

Noem de begindruk P_ik en merk op dat beide reactanten onder dezelfde druk moeten staan. Om de vergelijking te vereenvoudigen, wordt dit ook geschreven met de coëfficiënteneen, b, c en d gelijk aan 1. Je kunt de vergelijking dus schrijven als:

Deze vergelijking herschikken voor X stelt u in staat om het verschil te vinden tussen de begindruk en de evenwichtsdruk voor uw reactanten, en ook de waarde voor de producten. Na het nemen van de vierkantswortel van beide zijden, vermenigvuldigen met de noemer van de breuk en iets meer herschikken, wordt de vergelijking voor X is:

Dit wordt een formule voor de partiële evenwichtsdruk wanneer u opmerkt dat de evenwichtsdruk van uw reactanten is P_ik – X, en voor uw producten is het gewoon X.

Het doornemen van een voorbeeld zal de aanpak versterken en u helpen om meer vertrouwd te raken met het gebruik van de vergelijking. Beschouw de reactie die wordt gebruikt om chloormethaan te produceren:

Met K_p = 5,900. De reactanten hebben een begindruk (in atmosfeer, atm) van P_ik = 0,75 atm. Voeg deze waarden in de formule in en doorloop de berekeningen om de partiële drukken te vinden:

Dit is de waarde voor de evenwichtsdruk van de producten, en voor de reactanten hoeft u deze alleen maar af te trekken van de beginwaarde P_ik om het resultaat te vinden. Hier, 0,75 atm – 0,74 atm = 0,01 atm.