Równowaga chemiczna opisuje „stan ustalony” reakcji odwracalnej, w której reagenty zamieniają się w produkty i odwrotnie w tym samym tempie.
Chemicy charakteryzują ten stan za pomocą stała równowagi, Kp, i możesz użyć pełnego wyrażenia dla tej stałej, aby określić ciśnienie równowagi dla reagentów lub produktów. Proces wymaga trochę algebry, ale na końcu otrzymujesz proste równanie, którego możesz użyć do znalezienia ciśnienia równowagi dla twojej reakcji.
Stała równowagi
Proces znajdowania ciśnienia równowagi zależy silnie od tego, jak chemicy opisują stan równowagi dla reakcji. Dla ogólnej reakcji w fazie gazowej:
Ogólny wzór na stałą równowagi to:
Tutaj P_s odnoszą się do ciśnień cząstkowych gazów A, B, C i D (wskazanych przez indeksy dolne). Możesz łatwo zapamiętać ten wzór jako „produkty nad reagentami”, ale ta prosta forma jest ważna tylko wtedy, gdy każdy ze składników reakcji ma 1 jako swój współczynnik stechiometryczny (_a, b, do i re w powyższym równaniu). Pamiętaj, że ta formuła jest ważna tylko w równowadze.
W niektórych przypadkach możesz zobaczyć stałą równowagi zwaną Kdo, a równanie na to zapisane w postaci stężeń molowych, a związek między nimi jest następujący:
W tym wzorze ,∆nie to zmiana liczby moli gazu z reagentów do produktów.
Zmiana układu równania
Kluczem do rozwiązania tego równania w celu znalezienia ciśnienia równowagi jest wprowadzenie ilości x, co odpowiada zmianie od ciśnienia początkowego do ciśnienia równowagi. Wyobraź sobie, że znasz ciśnienie reagentów, ale nie wiesz, jakie będzie w stanie równowagi. W takim przypadku możesz po prostu zapisać każde ciśnienie równowagi jako (ciśnienie początkowe = x).
Ponieważ produkty w tym przypadku zaczynają się od ciśnienia cząstkowego 0 (ponieważ nie występują), ich ciśnienie równowagi będzie równe x. Zakładając, że znasz również samą stałą równowagi, możesz wykorzystać te informacje do znalezienia ciśnień cząstkowych, których nie znasz.
Wywołaj początkowe ciśnienie Pja i zauważ, że oba reagenty muszą być pod tym samym ciśnieniem. Ponadto, aby uprościć równanie, zostanie to zapisane za pomocą współczynnikiza, b, do i re równy 1. Możesz więc zapisać równanie jako:
Przekształcając to równanie dla x pozwala znaleźć różnicę między początkowym ciśnieniem a ciśnieniem równowagi dla twoich reagentów, a także wartością dla produktów. Po wyciągnięciu pierwiastka kwadratowego z obu stron, pomnożeniu przez mianownik ułamka i nieco większej zmianie układu, równanie dla x jest:
Staje się to wzorem równowagi na ciśnienie cząstkowe, gdy zauważysz, że ciśnienie równowagi twoich substratów wynosi Pja – x, a dla Twoich produktów to po prostu x.
Oblicz ciśnienie równowagi
Praca nad przykładem utrwali podejście i pomoże ci poczuć się bardziej komfortowo z używaniem równania. Rozważ reakcję zastosowaną do wytworzenia chlorometanu:
Z Kp = 5,900. Reagenty mają początkowe ciśnienie (w atmosferach, atm) Pja = 0,75 atm. Wprowadź te wartości do wzoru i wykonaj obliczenia, aby znaleźć ciśnienia cząstkowe:
Jest to wartość ciśnień równowagowych produktów, a dla substratów wystarczy odjąć ją od wartości początkowej Pja aby znaleźć wynik. Tutaj 0,75 atm – 0,74 atm = 0,01 atm.
