Elke scheikundestudent kent het principe van Le Chatelier, dat stelt dat elke verandering in temperatuur, druk, volume of concentratie in een bepaald systeem zal het systeem ertoe brengen een nieuw evenwicht te bereiken staat. Met kennis van de reactie (bijvoorbeeld of deze endotherm of exotherm is), kun je hiermee voorspellen wat er zal gebeuren als er een verandering aan het systeem wordt opgelegd.
Maar er is een meer kwantitatieve methode die u kunt gebruiken om te bepalen in welke richting een reactie de voorkeur heeft, en of deze momenteel in evenwicht is, en dit wordt de reactiequotiënt. Leren het reactiequotiënt voor een bepaalde reactie te berekenen is een eenvoudig maar krachtig hulpmiddel in de chemie.
Het reactiequotiënt uitgelegd
Het reactiequotiënt is een manier om de relatieve hoeveelheden reactanten en producten te kwantificeren voor een omkeerbare reactie op elk moment. Het krijgt het symbool Vraag, en je kunt het berekenen met een eenvoudige formule die de concentraties (technisch gezien de "activiteiten") van de producten en de reactanten omvat, samen met hun stoichiometrische constanten.
Het reactiequotiënt en de evenwichtsconstante (K) zijn vergelijkbare (maar niet identieke) grootheden, en als u de twee op een bepaald moment in de tijd vergelijkt, weet u in welke richting de reactie zal verlopen totdat deze een evenwicht bereikt.
Het verschil tussen Q en K
De vergelijkingen voor Vraag en K lijken erg op elkaar, afhankelijk van de concentraties van reactanten en producten, maar er is een cruciaal verschil tussen de twee grootheden: De evenwichtsconstantevergelijking is enkel en alleen geldig wanneer het systeem op staat evenwicht (d.w.z. wanneer de snelheid van de voorwaartse reactie overeenkomt met de snelheid van de omgekeerde reactie).
Het reactiequotiënt is geldig op alle tijden, dus de reactie hoeft niet in evenwicht te zijn om het te berekenen. Wanneer de reactie echter in evenwicht is, Vraag = K, en de twee vergelijkingen geven hetzelfde resultaat.
Bereken Q voor een reactie
De vergelijking voor Vraag, voor een algemene reactie tussen chemicaliën EEN, B, C en D van het formulier:
Is gegeven door:
Dus in wezen zijn het de producten vermenigvuldigd met elkaar gedeeld door de reactanten met elkaar vermenigvuldigd, elk verheven tot een macht gelijk aan hun stoichiometrische constanten (d.w.z. de nummers van elke component in de reactie). Het is echter belangrijk op te merken dat de vierkante haken hierin verwijzen naar de activiteiten van de chemicaliën.
Voor een vaste stof of een zuivere vloeistof, de term in de vergelijking voor Vraag komt uit op één, en dus kunnen ze effectief worden genegeerd. Voor een oplosmiddel gebruik je de molfractie, voor een gas gebruik je de partiële druk (of molariteit), en voor een opgeloste stof gebruik je de molariteit.
Een eenvoudige voorbeeldberekening geeft u een idee van hoe u moet berekenen Vraag voor een reactie. Neem de reactie:
Met de molariteiten: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M en [H2] = 2 M, en de evenwichtsconstante K = 1. Merk op dat de stoichiometrische constanten voor elk van de componenten in dit geval één zijn, dus u hoeft zich geen zorgen te maken over machten in de berekening. De uitdrukking gebruiken voor Vraag geeft:
Merk op dat deze waarde voor Vraag groter is dan de gegeven waarde voor K.
Q. interpreteren
Er zijn drie belangrijke gevallen om te overwegen om te begrijpen wat de waarde van Vraag vertelt je: Vraag > K, Vraag = K en Vraag < K. Voor Vraag > K, dit betekent dat er meer producten aanwezig zijn dan er in evenwicht zouden zijn, en dus zal de reactie verschuiven in het voordeel van de reactanten.
Voor Vraag = K, is de reactie in evenwicht en zal dat zo blijven tenzij iets het systeem verstoort (bijvoorbeeld als er warmte wordt toegevoegd of de druk wordt verhoogd).
Voor Vraag < K, er zijn meer reactanten dan producten aanwezig dan bij evenwicht, en dus zal de reactie in voorwaartse richting verlopen en de vorming van producten bevorderen.