Hvordan beregne Q av reaksjon

Hver kjemistudent kjenner Le Chateliers prinsipp, som sier at enhver endring i temperatur, trykk, volum eller konsentrasjon i et gitt system vil føre til at systemet etablerer en ny likevekt stat. Med kunnskap om reaksjonen (for eksempel om den er endoterm eller eksoterm), kan du bruke denne til å forutsi hva som vil skje når det er en endring pålagt systemet.

Men det er en mer kvantitativ metode du kan bruke for å bestemme hvilken retning en reaksjon vil favorisere, og om den for øyeblikket er i likevekt, og dette kalles reaksjonskvotient. Å lære å beregne reaksjonskvotienten for en gitt reaksjon er et enkelt, men kraftig verktøy i kjemi.

Reaksjonskvotienten er en måte å kvantifisere de relative mengdene av reaktanter og produkter for en reversibel reaksjon når som helst. Det får symbolet Spørsmål, og du kan beregne det ved hjelp av en enkel formel som involverer konsentrasjonene (teknisk "aktivitetene") av produktene og reaktantene, sammen med deres støkiometriske konstanter.

Reaksjonskvotienten og likevektskonstanten (K) er like (men ikke identiske) størrelser, og sammenligning av de to til enhver tid forteller deg hvilken retning reaksjonen vil fortsette til den når likevekt.

Ligningene for Spørsmål og K er veldig like, avhengig av konsentrasjonene av reaktanter og produkter, men det er en avgjørende forskjell mellom de to størrelsene: Likevektens konstante ligning er kun gyldig når systemet er på likevekt (dvs. når hastigheten på fremoverreaksjonen samsvarer med hastigheten på omvendt reaksjon).

Reaksjonskvoten er gyldig kl alle tider, slik at reaksjonen ikke trenger å være i likevekt for at du skal kunne beregne den. Når reaksjonen er i likevekt, Spørsmål = K, og de to ligningene gir samme resultat.

Ligningen for Spørsmål, for en generell reaksjon mellom kjemikalier EN, B, C og D av skjemaet:

Er gitt av:

Så egentlig er det produktene multiplisert sammen delt med reaktantene multiplisert sammen, hver hevet til en styrke lik deres støkiometriske konstanter (dvs. tallene til hver komponent i reaksjon). Det er imidlertid viktig å merke seg at de firkantede parentesene i dette refererer til aktivitetene til kjemikaliene.

For et fast eller en ren væske, betegner begrepet i ligningen for Spørsmål fungerer for en, og slik at de effektivt kan ignoreres. For et løsningsmiddel bruker du molfraksjonen, for en gass bruker du delvis trykk (eller molaritet), og for en løsemiddel bruker du molariteten.

Et enkelt eksempelberegning gir deg en følelse av hvordan du skal beregne Spørsmål for en reaksjon. Ta reaksjonen:

Med molaritetene: [CO] = 1 M, [H₂O] = 1 M, [CO₂] = 2M og [H₂] = 2 M, og likevektskonstanten K = 1. Merk at de støkiometriske konstantene for hver av komponentene i dette tilfellet er en, så du trenger ikke å bekymre deg for krefter i beregningen. Bruke uttrykket for Spørsmål gir:

Merk at denne verdien for Spørsmål er større enn den gitte verdien for K.

Det er tre hovedsaker å vurdere for å forstå hva verdien av Spørsmål forteller deg: Spørsmål > K, Spørsmål = K og Spørsmål < K. Til Spørsmål > KDette betyr at det er flere produkter tilstede enn det ville være i likevekt, og reaksjonen vil derfor skifte til fordel for reaktantene.

Til Spørsmål = K, er reaksjonen i likevekt og vil forbli slik med mindre noe forstyrrer systemet (f.eks. hvis det tilsettes varme eller trykket økes).

Til Spørsmål < K, det er flere reaktanter enn produkter tilstede enn i likevekt, og reaksjonen vil derfor gå fremover og favorisere dannelsen av produkter.